BPhO薄透镜题:先画光路,再说明符号约定

透镜题的公式本身不长,但符号约定、像的位置和倒正关系很容易混在一起。先画主光线和焦点,再用约定一致的方程计算,结果更容易检查。

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本题采用什么约定

考虑焦距10厘米的理想薄凸透镜,物体位于透镜前30厘米。采用实物距u为正、实像距v为正的约定,薄透镜方程为1/f=1/u+1/v。

不同教材可能采用不同坐标符号,不能把一种公式的符号直接搬到另一种约定。下文全部使用这里说明的约定。

计算像距和放大率

1/v=1/10-1/30=1/15,所以v=15厘米。横向放大率m=-v/u=-0.5,表示像倒立,大小是物体的一半。

物体位于2f之外,像位于f与2f之间,这与主光线图的定性预测一致。计算与光路应相互支持。

把物体移到焦点以内

若u变成5厘米,1/v=1/10-1/5=-1/10,得到v=-10厘米,m=+2。负像距在本约定下表示虚像,放大率为正表示正立。

不能看到负数就判断运算出错。应先解释这个符号在已选模型中表示什么,再检查光线反向延长线的位置。

用边界检查公式

当物体位于焦点时,理想公式中的1/v为零,对应像位于无限远,不能把像距机械地写成零。边界情况有助于发现倒数计算错误。

这组原创基础例子不是官方BPhO试题。准备不同活动时,应结合当前要求与自己课程进度选择练习,并保留符号约定和图像解释。

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