光的傳播
光的反射現象
平面鏡的成像
光的折射和折射定律
凹透鏡成像
透鏡的折射
透鏡的成像與觀察
透鏡成像的作圖法則
光源與物體的顏色

一、透鏡的成像

透鏡所成物體的像是利用光的折射原理,其所造成像的性質(包括虛像或實像,正立或倒立,放大或縮小)及位置隨物體至透鏡的距離而變,如下圖(一)所示,今將其整理如下表所示:

 圖(一):透鏡的成像

實物的位置 像的性質
位置 實像或虛像 正立或倒立

與實物比較之大小

1.無窮遠處 他方焦點上 實 像   一點
2.二倍焦距外 他方之焦點與二倍焦距間 實 像 倒 立 較小
3.二倍焦距上 他方之二倍焦距上 實 像 倒 立 相等
4.焦點與二倍焦距間 他方之二倍焦距外 實 像 倒 立 較大
5.焦點上 無窮遠處         
6.焦點內 與實物同在一方 虛 像 正 立 較大

1.透鏡前 與實物同在一方 虛 像 正 立 較小
2.無窮遠處 鏡前焦點上 虛 像    一點

二、透鏡成像的觀察

1.實像的觀察方法:物體如果在凸透鏡的焦點外,物體表面上每一點所發出的所有光線都能在鏡後相交。這種由光線會聚所形成的實像,其觀察方法為利用白紙屏將像承接(紙屏必須移動至像呈最清晰的位置),然後紙屏上的像反射到眼睛而觀察之,如下圖(二)、(三)所示。

圖(二):光源在凸透鏡前焦點外,則移動紙屏必可找到光源成實像的位置。

圖(三):凸透鏡右方的樹在左方的紙屏上形成實像。

【注意】由凸透鏡所形成的實像,如果不用紙屏承受,而在鏡後直接以眼睛觀察,仍然可看到其倒立實像。唯此時所看到的像“好似”在鏡前,其實那是一種錯覺,其成像位置仍是在原來紙屏的位置。

2.虛像的觀察方法:物體如果在凸透鏡的焦點內,或在凹透鏡前任意位置,則物體表面上每一點所發出的光線並不能在鏡後相交。這種發散的光線由眼睛看來,似乎從鏡前某一點發出,故眼睛可以由鏡內看到物體的虛像,如下圖(四)、(五)。

圖(四):虛像的觀察方法

圖(五):凸透鏡、凹透鏡的成像

【註】1.凸透鏡生成的虛像較物體大,凹透鏡的虛像較物體小;虛像必正立,實像為倒立,如上圖(五)。
   2.虛像不能在白紙屏上顯示出來,但如果我們從透鏡的鏡後,順著射出光線的反方向看時,便可看到虛像的存在。

透鏡成像性質的結論

1.物體在主軸上的移動方向和像的移動方向永遠是相同的。
2.凹透鏡只能生成較原物為小的正立虛像。
3.凸透鏡可生成較原物為大、相等或為小的倒立實像,並可生成放大的正立虛像。

透鏡成像與物之相對關係

1.凸透鏡:由上述靜態作圖可得動態圖形如下:

 (1) 物由遠而靠近焦點時,像由他方的焦點漸漸遠離凸透鏡且愈來愈大。(恆為倒立實像)
 (2) 物由焦點靠近透鏡時,像由與物同側一方漸漸接近凸透鏡且愈來愈小,但比物體大。(恆為正立虛像)
2.凹透鏡:同理可得動態圖形如下:

 (1) 物體不管在鏡前何處,像永遠生在鏡前之焦距內。
 (2) 物由遠處靠近鏡時,像由鏡前虛焦點開始而漸漸接近凹透鏡且愈來愈大,但永遠比物體小。(恆為正立虛像)