BPhO透镜题:像距算出30厘米,怎样判断像的大小和方向

透镜题得到一个像距之后,还需要解释它在什么位置、对应什么样的像。单独写“放大两倍”,可能遗漏倒立或正立,也可能混淆距离比的方向。

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先声明采用的约定

原创情境中,薄凸透镜焦距为10厘米,实物位于透镜前15厘米。采用实物距u、实像距v为正的常用约定,有1/f=1/u+1/v。

因此1/v=1/10-1/15=1/30,得到v=30厘米。该正值表示本约定下像位于透镜另一侧,为实像;其他符号约定必须对应调整公式。

把放大率的大小与符号分开

用相应横向放大率m=-v/u=-30/15=-2,表示像高的大小为物高的两倍,方向倒立。若物高为2厘米,选定物高为正,则像高为-4厘米。

负号不是“长度真的为负”,而是相对所选参考方向的表示。只要约定一致,就能分别说清大小和方向。

用几何位置作检查

物体位于一倍与两倍焦距之间,按理想薄透镜成像关系,实像应在两倍焦距以外。计算得到30厘米,大于20厘米,与这一位置判断一致。

画一条平行主轴后折向焦点的光线,再画穿过光心的近轴光线,可以检查交点位于哪一侧,而不是只依赖代数记忆。

条件改变时回到模型

物体移到焦点内,成像性质会改变;不能把这次的正像距与负放大率照抄到所有位置。透镜厚度、像差与大角度光线也可能超出简单近轴薄透镜模型。

这是原创BPhO光学学习题,不是官方试题。计算前列约定,计算后用图像与位置核对,比只背“凸透镜一定放大”更可靠。

延伸阅读:BPhO折射题:入射角为什么一定要相对法线测量。

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