去掉光屏在哪能看到像

何艳阳

(北京市北达资源中学 北京 100871 )

1 问题的提出

在做“凸透镜成像”实验观察物体经凸透镜所成的实像时，经常会遇到这样一个问题：利用光屏接收和观看像.如果去掉光屏，在光屏的位置用眼睛看，能否看到像？很多教师给的答案是可以看到，因为眼睛的视网膜也相当于光屏，用视网膜代替光屏，所以能看到.一位教授在讲课中也提到了这个问题，他指出，在原来光屏的位置看，是看不到像的，应该在其后面明视距离以外.笔者曾上网查了一些这方面的文章.有的文章中提到不用光屏，实像依然存在，只要站在实像后方逆着像点射来的光线观察，就能看到实像.以上三种说法都认为去掉光屏能看到像，不同的是在哪儿能看到像.究竟哪种说法对呢？还是先通过实验检验一下吧！

2 实验探究

笔者在实验室做了如下实验：在光具座上依次摆放点燃的蜡烛、凸透镜、光屏，调整光屏的位置找到清晰的像.去掉光屏，在光屏的位置用眼睛观察，却看不到清晰像；从光屏的位置向前移动，看到的是模糊不清的烛影；从光屏向后移动，最初，在一定范围内看到倒立的不太清楚的像，继续后移，当移动到距原光屏位置较远以后，能看到倒立、清晰的像.随后又改变物距重做了几次实验，并记录了相关数据，如表1所示.

表1 物体成像

注：u为物距，v为像距，l为去掉光屏用眼睛能看清楚的位置距透镜的距离，d为用眼睛能看清楚的位置距原光屏的距离.

通过实验发现，去掉光屏在原来光屏的位置看不到清晰的像；要在距离原光屏位置25 cm以外才能看清.

3 理论分析

带着这个问题和实验结果，笔者咨询了一位特级教师，从理论上对上述现象进行了分析.如图1所示，通过作图，可以找到A的像点A′，由于所有射向透镜的光线经折射后都将会聚于像点A′，没有光屏的情况下这些折射光线继续直线传播，所以用眼睛能看到A的像点的范围应在EA′F内(图2).同理能看到B的像点的范围应在CB′D内.所以人眼能看到AB完整像的范围应在EOD内.实像A′B′作为眼睛晶状体的“虚物”在视网膜上再次成像(图中未画出)，这个视网膜上的像距离“虚物”A′B′的距离应大于或等于一般人的明视距离25 cm.如果不同人的明视距离不同，眼睛的调焦能力不同，则看清楚像的位置会有些不同，应大于或等于自己的明视距离.所以不用光屏而直接用眼睛看，只能在原光屏右侧的部分区域(EOD)并且距离原光屏位置为人的明视距离以外才能看清像;即能看到像的范围如图3中的阴影部分.

图1

图2

图3

4 新问题的提出

既然实像A′B′作为眼睛晶状体的“虚物”在视网膜上再次成像，那么看到的“虚物”应该就在原来光屏的位置.为什么在上面的实验中感觉是在透镜里看到的像呢？

这位特级教师解释为：如果在实验中调整视线，不让透镜的外框等因素干扰，且光线适合，应该能在原光屏的位置看到像.

5 再次实验的发现

在上面的实验中，并没有在“空中”原光屏的位

置看到像，而是通过透镜看到的.所以笔者又带着怀疑的心情重新做了实验.在这次的实验中，刚开始似乎只能通过透镜才能看到像.但随后有目的的在原光屏的位置去找像，不断向后移动位置，并不断改变参照物.当盯住原光屏的底座和烛焰的像，而忽视透镜的存在时，确实看到了悬在空中的烛焰的倒像.慢慢的左右移动时，发现这个像始终在原光屏的位置不动.

最终换个角度做这个实验，看到了原来没有看到或没有注意到的现象——空中的烛焰.因为要看到上面“虚物”的效果，不仅需要实验条件和观察者的意志力，还需要有一定的观像技巧，并注意观像范围等.

为了让实验效果更加明显，笔者尝试着做了如下改进:在纸箱的一侧挖一个比透镜直径略小的圆孔，用胶带把透镜粘在圆孔处，使得黑色边框被挡住，只露出透明镜片，纸箱对应的另一侧剪下一部分以不挡住蜡烛为宜.这样再重新做上面的实验时，已经不用太过刻意即可观察到上面的现象，并且效果更为明显.

6 新的设想

在分析实验的过程中，笔者又有了新的设想.将上面的实验装置继续改进，如图4所示.

图4

用不透光的材料将物与透镜封装起来，使透镜处于黑暗的环镜中.照亮物体，测好距离，让人站在图中阴影区域观察，就会在某区域看到空中有一个物体.当用手去抓，却什么都抓不到(中国科技馆中就有类似的小实验).当然利用凹面镜成实像也可以这样观察.通过这样的实验可以帮助学生观察“实像”，即能加深学生对所学知识的理解，又能提高学生学习兴趣.