生活中的透镜（一）

曹远强

卷卷老师：讲述科学小实验的导师，中学物理教师，同学们眼中无所不能的“神人”，因为头发天生卷曲而得此别名。

小 璇：卷卷老师的女儿，初二学生，喜欢动手实践来解答心中的“为什么”。

小 博：与小璇同龄的邻居家的孩子，人小胆大，好奇心非常重。

小 斐：小博的双胞胎妹妹，既喜欢看热闹，又喜欢亲手尝试一探究竟。

卷卷老师拿着一个放大镜，对小璇、小博和小斐说：“今天我们来做几个与生活有关的透镜实验，大家仔细观察！”

【实验器材】 放大镜（老花镜也可以）、火柴。

【实验过程】 1.在阳光强烈的时候，把一根火柴放在干燥的纸上。

2.用凸透镜聚集阳光，尽量使阳光垂直穿过透镜，把焦点对准火柴头（如图一）。

3.过一段时间，火柴被点燃了。

“放大镜就是一个凸透镜，你们摸一摸，中间厚边缘薄。”卷卷老师讲解道，“凸透镜对光线有汇聚作用，汇聚最亮的这个点叫作焦点，刚才就是把焦点对准了火柴头，才点燃了火柴。焦点到透镜的距离叫作焦距。一个凸透镜，如果焦距越小，说明它对光线的汇聚程度越大。还有一类透镜叫作凹透镜，它们是中间薄边缘厚的透镜。”

小璇：“我知道，妈妈的近视眼镜就是凹透镜。”

“对，近视眼镜都是凹透镜，而老人戴的老花眼镜都是凸透镜。你们认为凹透镜对光线有什么作用呢？”

小博：“肯定是把光线散开的。”

卷卷老师：“非常正确，下面来看一个小实验。”

【实验器材】 近视眼镜和老花眼镜。

【实验过程】 1.在阳光强烈的时候，拿一副老花眼镜，使阳光垂直射向镜片。

2.在地板附近移动它，会找到一个点特别亮，观察这个点的周围，发现比正常有阳光的地方要暗（如图二）。

3.用近视眼镜做实验，找不到亮的光点，镜片似乎不透光，在地上留下了暗影，仔细观察，在阴影的四周有一圈比正常阳光要亮的光斑（如图三）。为什么？

【原理解析】 拿一副老花眼镜观察时，因为透镜把透过镜面的阳光向焦点汇聚。用近视眼镜做实验时，因为凹透镜对光线有发散作用，镜片所承接的阳光被向四周发散。

卷卷老师变魔术般拿出一个矿泉水瓶子，里面有半瓶水：“看，三位，瓶子里面有水，我把水瓶放在阳光下，大家认真观察。”

同学们看到瓶子下的石板上出现了很亮的光带。

卷卷老师问：“为什么下面特别亮？”

小博：“我知道，这瓶子里面的水中间厚边缘薄，相当于一个凸透镜，凸透镜能汇聚光线。”

小璇：“就像刚才放大镜点燃火柴一样，夏天阳光强烈，瓶中的水再对光线起到汇聚作用，假如它的下面有易燃的枯草，就会引起火灾。”

小斐：“我们看到电视里，有人很费力地从山上捡拾垃圾，里面也有很多矿泉水瓶子，原来不但能美化环境，还能减少火灾隐患。”

“是啊，在草木茂盛的地方，不但要禁止烟火，矿泉水瓶子也是不能随便丢弃的。”卷卷老师回应道。

小斐想了想，提了个问题：“老师，是不是汇聚的透镜成放大的像，而发散的透镜成缩小的像？”

卷卷老师：“不能这样说，凸透镜对光线有汇聚作用，但它既能成放大的像，也能成缩小的像。你们拿着老花眼镜看远处的物体试一试。”

“是缩小的，哎呀，还是倒立的呢？”小斐喊道。小博赶快抢过眼镜一试：“真的，都倒过来了！”小璇也拿过眼镜观察起来。

“凸透镜能成正立放大的虚像，我们用它当放大镜用时，就是运用了这一点，那什么条件下成正立放大的虚像呢？你们试一试。”

他们试了一会儿：“远了不行，比较近时可以。”

“对，前面我说了凸透镜的焦距，当我们把物体放在焦距以内时，成正立放大的虚像，这就是放大镜的原理。刚才看远处，物体在距离透镜大于二倍焦距时，成倒立缩小的实像，这就是照相机的原理，照相机的镜头就是一个凸透镜。”

卷卷老师：“你们用凸透镜对着书本上的字，调整距离，能不能找到字放大了而且是倒立的情况？”

几个人兴致勃勃地开始实验。

小璇忽然高兴地嚷道：“我看到了，放大了，可字是倒立的！”

“老师，你是说它成什么像与物体离透镜的距离有关吗？”

“老师，什么样的像是实像，什么样的像是虚像？”

大家的问题越来越多了。

“是啊，是与物体跟透镜之间的距离有关，这个距离在物理上简称物距。实像就是实际光线汇聚成的像，它可以用一个光屏来承接；而虚像呢，并不是由实际光线汇聚成的，而是由光的反向延长线汇聚成的，不能用光屏承接。”

卷卷老师找好了器材，和大家开始做凸透镜成像的实验。

【实验器材】 放大镜（已测出焦距的凸透镜）、蜡烛、火柴、白纸板（光屏）、长刻度尺。

【实验过程】 1.在一条长桌面上，画一条直线（如图四）。

2.点燃蜡烛，在桌面的一端直线上滴几滴蜡，把燃着的蜡烛固定好。

3.沿着直线，一人手持凸透镜距蜡烛火焰大于二倍焦距，另一人拿光屏在透镜另一侧（无蜡烛一侧）移动，寻找清晰的像。（移动时要注意：与保持蜡烛和透镜在同一直线上，光屏中心高度与透镜中心、蜡烛火焰中心高度基本相同）观察成像的大小、倒正，分析其虚实。第三人用刻度尺分别测量物距和像距，记录好数据，并记录成像情况。

4.调整透镜与蜡烛之间的距离，使物距等于二倍焦距，重复前面的过程。

5.调整透镜与蜡烛之间的距离，使物距小于二倍焦距，但大于一倍焦距，重复前面的过程。

6.调整透镜与蜡烛之间的距离，使物距小于一倍焦距，移动光屏看能否在光屏上找到像，然后在光屏一侧，透过凸透镜回望蜡烛，记录观察结果。

7.分析数据，得出结论。

通过半天的实验，卷卷老师结合数据和他们看到的现象，对实验的结论进行了总结。

【原理解析】 当物距大于二倍焦距时，成倒立缩小的实像，像距（成清晰像时，光屏距离透镜的距离）处于大于一倍焦距小于二倍焦距的位置，是照相机的成像原理。

当物距等于二倍焦距时，成倒立等大的实像，像距也等于二倍焦距。

当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，成倒立放大的实像，像距大于二倍焦距，是幻灯机和投影仪的成像原理。

当物距小于一倍焦距时，成正立放大的虛像（不能在光屏上），是放大镜的成像原理。

通过实验，大家终于弄明白了放大镜、幻灯机、照相机的成像原理，感觉很有收获！

（编辑 文 墨）