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1、光学原理在日常生活中的应用学科讲坛WENLIDAOHANG光学原理在日常生活中的应用文/韩艳红前言:人类的智慧之光将我们的生活点缀的五彩缤纷,大镜的作用,最后得到一个较为放大的正立虚像AB,此像赏心悦目,其中光学原理和技术的应用起到了至关重要的恰又成在人眼的明视距离附近,对于门外的情况,就看得清作用,下面将我们日常生活中光学原理的应用从理论上进楚了.行分析与探讨.一,九龙杯的秘密九龙杯是传说中的稀世珍宝,在一个小巧玲珑的酒杯里斟满酒后,杯底就出现九条神气活现的龙,在云问翻腾飞跃,像要飞出来的样子.如果把杯里的酒喝光,龙就不见了.其实用我们学过的光学知识去分析,就一点也不神秘了.九龙杯由杯碗,杯
2、底和杯座三部分组成,杯座和杯底之间放有画着九条龙的画片,杯底是一个下表面是平面,上表面是凸面的,焦距很大的平凸透镜.相当于一个象差很大的放大镜.当杯内没斟酒时,画片通过平凸透镜成一个放大,正立的虚像.像的位置在平凸透镜的下方,而且得到的像很大,通过杯底只能看到这个虚像的很小部分,再加上这个平凸透镜像差也很大,得到的是模糊不清的像.所以人看不到(或看不出来)龙的画片.如果在酒杯内斟满酒以后,酒相当于一个平凹透镜,物体通过凹透镜会得到缩小的虚像,把杯底成的虚像缩小了,人就能看到画片的全景了.再加上酒形成的平凹透镜产生的像差与杯底成的象差刚好相反,可以互相抵消,人能看到的像就清晰了.透明液体不同的形
3、状,可以起到各种透镜的作用,比如人的眼睛,就是用液体形成的透镜来成像的,我们不是看的很清楚吗?九龙杯的原理是物体通过两个透镜成像,耍果这两个透镜配合的很好,就可以消除象差,得到非常清晰的像.照相机的镜头往往使用透镜组,就是为了减小象差,使照片更清楚.二,防盗门的猫眼,LB_,室内r解:目前市场上出现防盗门镜(俗称猫儿眼),正看和倒看的效果迥然不同,而此种门镜的光学原理,为透镜成像应用的实例.现把门镜的作用及其成像的光学原理简述如下.1.门镜的作用从室内通过门镜向外看,能看清门外视场角约为120度范罔内的所有景象,而从门外通过门镜却无法看到室内的任何东西.若在公房或私寓等处的大门上,装上此镜,对
4、于家庭的防盗和安全,能发挥一定的作用.2.门镜成像的光学原理门镜是由两块透镜组合而成.当我们从门内向外看时,物镜u是凹透镜,目镜L2是凸透镜(光路见图1).物镜Ll的焦距极短,它将室外的人或物AB成一缩得很小的正立虚像AB,此像正好落在目镜L2的第一焦点之内,L2起着放圈文理导航2011/4BI,斗辽AIt一图2那么,同样通过此门镜,为什么从门外向里看(倒看)时,却什么也见不着呢?在倒看时(光路见图2),L1变成了目镜,L2则成了物镜,室内的景物AB,通过会聚透镜L2后的折射光束本应生成倒立的实像AB,但在尚未成像之前就落到发散透镜u上,由于L1的焦距极短,最后得到的正立虚像B距目镜Ll很近,
5、只有2-3em,又由于门镜的孔径很小,室外的人不得不贴近目镜Ll察看,这样,人眼与像B,之间的距离,也只不过2-3era,这个距离远小于正常人眼的近点,因此,对于室外的窥视者,室内的一切当然也就视而不见了.(近点是人眼能够看清楚物体的最小距离.近点距离随年龄的增长而增大,正常青年人的近点约10em,但正常人到50岁时,近点大致为40em.)3.门镜成像的有关估算此门镜的凹透镜Ll的焦距约为lem,凸透镜L2的焦距约为3.5em,两透镜问的距离约为2.1em(与门厚大致相等,但两镜间距离可适当调节).3.1.正看时的成像计算如图1所示,假定门外的人AB距物镜Ll为1m,即物距为100em,焦距为
6、一1.0cm,根据透镜成像公式可求出AB的像距v1.(00)+(1)=V-1.0得vl一0.69(cm)对于凸透镜L2来说,虚像AB成了目镜L2的实物,物距为0.99cm+2.1em=0.39em.由于此物距小于L2的焦距3.5em,AB落在L2的焦点之内.再次运用成像公式,求出B的像距v2.(.9)+(1N2)=.5得v2=一26.4(cm)这说明,像AB,是虚像,且正好成在正常人眼的明视距离附近.因此,室内的人不用开门,就能洞察门外的动态.我们还可估算出现像的大小,Ll成像的放大率ml一0.9【)(】,L2成像的放大率m2=一26.4/3.09.故像AB总的放大率为m=mlm2=26.14
7、009一H2,像比实物小.3.2.倒看时的成像估算如图2所示,假定室内的人或物AB与凸透镜L2亦相距lm,运用透镜成像公式得(H00)+(3)=L,3.5解之得v3=3.6(em)即像AB距L2为3.6era,距L1则为1.5era,由于此像在未成之前已被凹透镜发散.因此,对于凹透镜L1来说,AB是虚物,物距为一1.5era.再次运用成像公式得:(V-1.5)+(4)=1.0解之得v4=一3.0(em)这说明,最后所成之像AB是个虚像,成在目镜u的右侧3era.那么离室外观察的人眼也差不多只有3era左右,远小于人眼的近点,因此,从室外通过门镜看室内,只能是窥而不可见,图谋不轨者只能望门兴叹!(作者单位:安阳市第八中学)
