解讀平面鏡\\凸透鏡\\凹透鏡對光作用的若干個案

眾所周知平面鏡對光的作用遵循光的反向定律，凸透鏡、凹透鏡對光的作用遵循光的折射定律（初中階段只作定性探究，謂折射規(guī)律），本文主要解決當(dāng)有三束入射光線分別是平行光線、發(fā)散光線、會聚光線各自射向平面鏡、凸透鏡、凹透鏡時，它們的反向光線或折射光線的特點(diǎn)，以及三種器材對光線作用的情況，從而從根本上化解蘇科版八年級物理第三、四兩章光現(xiàn)象中若干懸而未決的疑慮。

一、平面鏡

1．對平行光線的反射

平行光線射向平面鏡，反射光線仍是平行的并且只射向某一方向。如圖1A、B所示，這種反射叫鏡面反射。

2．對發(fā)散光線的反射

點(diǎn)光源發(fā)出的光線是發(fā)散光線，發(fā)光的小電珠可近似看作點(diǎn)光源，平時被照亮的物體發(fā)生漫射時可以當(dāng)成無數(shù)點(diǎn)光源的組合。發(fā)散光線經(jīng)平面鏡反射后，仍是發(fā)散光線。如圖2所示，正因為是發(fā)散光線所以通過平面鏡看到的反射光線的范圍較廣。物體經(jīng)平面鏡成像的基理源于此。

3．對會聚光線的反射

所謂會聚光線系指光線在行進(jìn)方向相互越來越靠近。譬如平行光線經(jīng)凸透鏡折射后從透鏡射出的光線，物體經(jīng)凸透鏡成實(shí)像時，從凸透鏡上出射的光線都是會聚光線。會聚光線經(jīng)平面鏡反射后的反射光線仍是會聚光線。如圖3所示，射向平行鏡的光線不同于物體漫反射的發(fā)散光線，所以會聚光線經(jīng)平面鏡反射后所成的像可以用光屏接收，即顯現(xiàn)實(shí)像，這跟物體經(jīng)平面鏡成像的基理不同，概括來說，前者是虛物成實(shí)像，后者是實(shí)物成虛像。我們教學(xué)中常用的投影儀中平面鏡的成像就是虛物成實(shí)像的典型案例。

總之，由于入射光線的類型不同，平面鏡反射光線同步有平行光線、發(fā)散光線、會

聚光線三種，但不論哪種情況，反射光線跟入射光線比較，光線之間“靠近”或“逃離”的程度相同，亦即相鄰兩條光線（或正面延長線）之間的夾角保持不變，表明平面鏡對光線既無會聚作用，也無發(fā)散作用，這跟曲面鏡不同，可見決定反射鏡對光線的作用，不是遵循的反射定律，而是反射面的性質(zhì)，至于說成像的情況，反射光線是發(fā)散光線時，成虛像，反射光線是會聚光線時成實(shí)像，像的大小沒有變化。如果反射光線是平行光線的話，平面鏡不成像（不論是虛像還是實(shí)像）。

二、凸透鏡

凸透鏡對光有會聚作用，但不等于說經(jīng)凸透鏡折射后的光線一定是會聚光線。

1．對平行光線的折射

2．對發(fā)散光線的折射

如將點(diǎn)光源放在凸透鏡焦點(diǎn)外（u>F）、焦點(diǎn)上（u=F）、焦點(diǎn)內(nèi)（u是兩碼事，事實(shí)上初中物理教材上討論的凸透鏡成像規(guī)律就是針對凸透鏡對發(fā)散光線折射而言的。由圖5，出射光線是會聚光線成的實(shí)像（A圖），是發(fā)散光線成的虛像（C圖），平行光線不能成像（不論是實(shí)像還是虛像，B圖），這一結(jié)論普通適合各種光學(xué)器材。

矯正遠(yuǎn)視眼要配戴凸透鏡，實(shí)際上被觀察的物體光經(jīng)凸透鏡成虛像，其光路就是圖5C，由于出射光線的發(fā)散程度降低（相當(dāng)增加物距），使圖5C中出射光線經(jīng)晶狀體折射后成像于視網(wǎng)膜上。

3．透鏡對會聚光線的折射

會聚光線經(jīng)凸透鏡折射后，折射光線仍是會聚光線，如圖6所示。出射光線的會聚程度較入射光線為大，成像過程為虛物成實(shí)像。近視眼患者戴上凸透鏡的眼鏡看不清遠(yuǎn)處景物，可以從圖6見端倪。

三、凹透鏡

凹透鏡對光有發(fā)散作用，但也不等于說經(jīng)凹透鏡折射的光線一定是發(fā)散光線。

1．對平行光線的折射

2．對發(fā)散光線的折射

點(diǎn)光源發(fā)出的發(fā)散光線經(jīng)凹透鏡的折射后是發(fā)散程度更大的發(fā)散光線（相鄰兩束光線夾角增大），不論點(diǎn)光源的物距長短如何，都是這個結(jié)果。如圖8所示。所以物體經(jīng)凹透鏡或正立的縮小的虛像（在圖8中僅能看到像距小于物距，像是虛像，正立的縮小的特征不能表示出）。矯正近視要配戴凹透鏡，實(shí)際上是被觀察的物體，光經(jīng)凹透鏡成的虛像，使其離晶狀體的距離比實(shí)際的物體為近，該虛像經(jīng)晶狀體成實(shí)像于視網(wǎng)膜上。

3．對會聚光線的折射

根據(jù)會聚光線會聚程度的不同，又可分為三種情況。（1）會聚光線的延長線相交于凹透鏡焦點(diǎn)時，折射光線為平行光線。（2）會聚光線的延長線相交于虛焦點(diǎn)以內(nèi)

的一點(diǎn)時，折射光線為會聚光線。（3）會聚光線的延長線相交于虛焦點(diǎn)以外的一點(diǎn)時，折射光線為發(fā)散光線。這三種情況分別如圖9中A、B、C所示。然而可以肯定的是，由于凹透鏡的發(fā)散作用，出射光線的會聚程度都較入射光線的會聚程度變小，即較前遠(yuǎn)離了主光軸。

本案例的第三種情況早在1609年就應(yīng)用于伽利略自制的望遠(yuǎn)鏡（蘇科版8年級上冊物理第四章第四節(jié)作了介紹），遠(yuǎn)處物體射來的光線便經(jīng)物鏡（凸透鏡）成像后的會聚光線經(jīng)目鏡（凹透鏡）折射后成發(fā)散光線，最后成正立的虛像，像較物變近了，看上去大了、清晰了。

需要強(qiáng)調(diào)的是光路可逆原理適用于光發(fā)生反射或折射的全過程，本文中各附圖都可將出射光線的箭頭調(diào)節(jié)調(diào)向變成入射光線，將原入射光線的箭頭調(diào)向就成新的

入射光線。尤其要注意圖2跟圖3，圖4A跟圖5B，圖5C跟圖6，圖7跟圖9A，圖8跟圖9B，它們的“基圖”是同宗的。

總之，我們要辯證地分析平面鏡對光線無聚散作用，凸透鏡對光的會聚作用，凹透鏡對光的發(fā)散作用，要將出射光線跟入射光線作對比才能正確得出結(jié)論，不能只看表面不看實(shí)質(zhì)，將會聚作用與會聚光線，發(fā)散作用與發(fā)散光線混為一談。同時實(shí)像一定由會聚光線形成，可以用光屏接收再用眼睛觀察，虛像由發(fā)散光線形成，可以用眼睛觀察，平行光線不能成像。除了實(shí)物成像外，還有虛物成像，所謂虛

物實(shí)像是經(jīng)光學(xué)器材（如凸透鏡）所成的實(shí)像，這樣，凹透鏡與凸透鏡組合也能成實(shí)像。

作者單位：江蘇省蘇州市吳中區(qū)木瀆實(shí)驗中學(xué)