生活中的透镜

小孔中发生光的直线传播，能成像；平面镜上发生光的反射，能成像。凸透镜上发生光的折射，你会因此提出问题吗？你会提出……？凸透镜也能成像吗？

手持一个凸透镜，在白墙与窗户间移动——离窗户远离墙近些，会看到在墙上出现了明亮的窗户——窗户的像。很明显，像比窗户小，是缩小的像。这时，凸透镜其实就是照相机的镜头。若窗户开一扇关一扇，还会看到像与物上下颠倒、东西颠倒（窗户面向南方），就是说，像是倒立的像。

手持这个凸透镜，继续在白墙与窗户间移动——离窗户近离墙远些，会看到在墙上没出现明亮的窗户。那么，墙上有窗户的像吗？用一个电池用久了的手电筒照射白墙——离墙近些，墙上出现了光斑；用这个电池用久了的手电筒照射白墙——离墙远些，墙上还看到光斑吗？墙上有手电光照射吗？显然有，只是看不到。为什么看不到？亮度太小。换个使用新电池的手电筒就知道了。那么，是不是手持这个凸透镜，在白墙与窗户间移动——离窗户近离墙远些，在墙上有窗户的像，只是像的亮度太小才看不到？是不是，怎么判断？换个亮的窗户。干脆，弄个发光的窗框看看。为了简单，取个强光灯代替窗户——透光处设置成图案。结果让人惊喜，真的在白墙上清晰地看到了强光灯上的图案，而且，看到的图案比灯上的图案大，凸透镜成了像，像是放大的、倒立的。这时，凸透镜其实就是投影仪的镜头。用用投影仪，投影空心字母F。

手持这个凸透镜，继续在白墙与强光灯间移动——离窗户再近些离墙再远些，会看到在墙上出现的强光灯上的图案又消失了。不过，不要纠结。换个角度想想？别往墙上看，干脆透过镜子看灯上的图案。太刺眼？那就看书吧。可以看到放大的、正立的像。这时，凸透镜其实就是一个放大镜。

这里是标准的玻璃凸透镜，生活中还有些东西相当于凸透镜。体温计，大家都熟悉，玻璃管内径很小，可是我们能清楚地看到里面的水银柱。原因是……玻璃管做成了凸棱状，相当于……放大镜。球形鱼缸中的小鱼，从外面水平去看，感觉大多了。鱼缸中的水相当于水凸透镜，充当了放大镜。树叶上露水珠下的叶脉看起来粗了，露水珠相当于放大镜。

那么，为什么凸透镜能成像呢？类比平面镜，我们应该……看看光经过凸透镜前后的光路。用三条特殊的光线画图，画出凸透镜成像光路图。可以发现，凸透镜既可成实像（相应地，可以理解：为什么自制模型照相机要让镜头对着明亮的室外，半透膜在较暗的室内），也可成虚像。

探究凸透镜成像的规律

前面大家已知道凸透镜可以成像。凸透镜离窗户远时，成的是窗户的……缩小的、倒立的实像；凸透镜离窗户较近时，成的是……放大的、倒立的实像；凸透镜离窗户很近时，成的是……放大的、正立的虚像。你是不是发现了什么？凸透镜所成的像有大有小，有正有倒，有实有虚，像的大小、正倒、虚实好像跟物体到凸透镜的距离有关。那么，你有问题吗？像的大小、正倒、虚实跟物体到凸透镜的距离（物距）有什么关系？凸透镜成像有什么规律？

前面大家已知道凸透镜可以成像，也知道了凸透镜为什么能成像。观察凸透镜成像光路图，注意到像由实到虚的变化，折射光由会聚光到发散光，大家会想……平行光。那就会注意物体放在焦点的情形。那么，你是不是发现了什么？应该物体不在焦点与凸透镜之间时成倒立的实像，在焦点与凸透镜之间时成正立的虚像。这也可叙述为物体在焦点外成倒立的实像，在焦点内成正立的虚像。或者叙述为物距大于焦距时成倒立的实像，物距小于焦距时成正立的虚像。看来我们不仅要关心物距，也应关心……焦距（或者说像的正倒、虚实还跟焦距有关）。

让物距由大到小变化，注意到像由缩小到放大的变化，你会想……？等大。对！等大，这一情况特殊，先看看特殊情况。这给我们一个直觉：这时物距好像是焦距的两倍。为此，我们可以把物距分为几类：大于2倍焦距，等于2倍焦距，小于2倍焦距且大于焦距，等于焦距，小于焦距。画图。让物距由大到小变化，画出两三个成缩小实像、两三个成放大实像、两个成放大虚像的光路图。依图看，我们是不是可以猜想凸透镜成像的规律？

猜完了，我们应该……用实验证实或者否定我们的猜想。

实验（由成像光路图易见，物点、光心和像点三点共线，所以应使物体的中心、凸透镜的中心和光屏的中心在同一高度，以确保像成在光屏的中间）并记录。