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凸透镜成像

初中物理薄透镜，近轴光线

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关于此实验

将物体向凸透镜移动，观察像如何从较小的倒立像逐渐变大，最后变成正立的虚像。三条主光线会实时绘制，让学生清楚地看到像的成像位置及其原因。面板会突出显示当前设置属于五种经典情况中的哪一种。

学习目标

  • 绘制凸透镜的三条主光线
  • 说明物体位于 F 和 2F 各位置时像的性质
  • 使用薄透镜公式计算像距和放大率
  • 将每种情况与实际设备联系起来：相机、投影仪和放大镜

使用方法

  1. 1沿光轴拖动物体箭头，或使用物距滑块。
  2. 2观察物体越过 2F 和 F 时，面板中突出显示的情况如何变化。
  3. 3拖动焦点以改变焦距，观察透镜变厚或变薄。
  4. 4将物体移到 F 以内。虚线沿折射后的光线反向延伸，指向虚像。

模型

薄透镜公式（实像为正的约定）
放大率。负值表示像是倒立的。

假设

  • 透镜很薄，因此所有光线的偏折都画在透镜的中心线上。
  • 光线靠近光轴传播（近轴光线），因此忽略像差。
  • 像距为负表示像是虚像，且位于与物体相同的一侧。

在课堂上试试这个实验

  1. Q1物体应位于哪里，像的大小才会与物体相同？
  2. Q2投影仪在远处的屏幕上形成放大的像。它使用的是哪种情况？
  3. Q3当物体从 F 外侧移到非常靠近 F 的位置时，像会发生什么变化？
  4. Q4虚像能呈现在屏幕上吗？请用光线说明。

常见问题

为什么只画了三条光线？

从物体顶端发出的每一条光线都会经过像的顶端。三条特殊光线很容易作图，其中两条就足以确定像的位置。

实像和虚像有什么区别？

实像是光线实际会聚的位置，因此可以投射到屏幕上。虚像则是折射光线看起来像是从那里发出的位置。

物体位于 F 点时，为什么没有像？

折射光线彼此平行地离开透镜，永远不会相交，因此像被认为位于无穷远处。