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凸透鏡成像

國中物理薄透鏡，近軸光線

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關於此實驗

將物體往凸透鏡移動，觀察像如何從較小的倒立像逐漸變大，最後變成正立的虛像。三條主光線會即時繪出，讓學生清楚看見像的成像位置及其原因。面板會醒目標示目前設定屬於五種經典情況中的哪一種。

學習目標

  • 繪製凸透鏡的三條主光線
  • 說明物體位於 F 和 2F 各位置時像的性質
  • 使用薄透鏡公式計算像距和放大率
  • 將每種情況與實際裝置連結：相機、投影機和放大鏡

使用方法

  1. 1沿著光軸拖動物體箭頭，或使用物距滑桿。
  2. 2觀察物體越過 2F 和 F 時，面板中醒目標示的情況如何變化。
  3. 3拖曳焦點以改變焦距，觀察透鏡變厚或變薄。
  4. 4將物體移到 F 以內。虛線沿著折射後的光線反向延伸，指向虛像。

模型

薄透鏡公式（實像為正的慣例）
放大率。負值表示像是倒立的。

假設

  • 透鏡很薄，因此所有光線的偏折都畫在透鏡的中心線上。
  • 光線靠近光軸傳播（近軸光線），因此忽略像差。
  • 像距為負表示像是虛像，且位於與物體相同的一側。

在課堂上試試這個實驗

  1. Q1物體應位於哪裡，像的大小才會與物體相同？
  2. Q2投影機在遠處的螢幕上形成放大的像。它使用的是哪種情況？
  3. Q3當物體從 F 外側移到非常靠近 F 的位置時，像會有什麼變化？
  4. Q4虛像能呈現在螢幕上嗎？請用光線說明。

常見問題

為什麼只畫了三條光線？

從物體頂端發出的每一條光線都會經過像的頂端。三條特殊光線很容易作圖，其中兩條就足以確定像的位置。

實像和虛像有什麼區別？

實像是光線實際會聚的位置，因此可以投射到螢幕上。虛像則是折射光線看起來像是從那裡發出的位置。

物體位於 F 點時，為什麼沒有像？

折射光線彼此平行地離開透鏡，永遠不會相交，因此像被認為位於無窮遠處。