淺論凸透鏡對光的會聚作用

彭國勇

摘 要：初中物理教學(xué)中，關(guān)于透鏡的教學(xué)中主要介紹了凸透鏡對光的會聚作用，學(xué)生通常認(rèn)為會聚作用就是會聚到一點。根據(jù)光的折射規(guī)律從理論上對會聚作用的概念進行了辨析，認(rèn)為會聚作用的實質(zhì)是光透過凸透鏡后折射光線，向主光軸方向偏折，并不一定能會聚到一點。

關(guān)鍵詞：光的折射；凸透鏡；會聚作用

在初中物理教材中，關(guān)于透鏡的教學(xué)中主要介紹了凸透鏡對光的會聚作用和凹透鏡對光的發(fā)散作用，學(xué)生通常認(rèn)為凸透鏡的會聚作用就是將光線會聚到一點。下面就這一概念辨析如下：

一、光的折射規(guī)律

在初中物理教材中關(guān)于光的折射現(xiàn)象是這樣描述的：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)中時，在分界面處發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫光的折射。光折射時，折射角隨入射角的增大而增大；光從空氣斜射入其他透明介質(zhì)時，折射角小于入射角；反之，光從其他透明介質(zhì)斜射入空氣中時，折射角大于入射角。如圖所示。

二、光線通過三棱鏡的折射現(xiàn)象

根據(jù)光的折射規(guī)律，光線通過三棱鏡實質(zhì)上光線在空氣和玻璃的界面處發(fā)生了兩次折射，即：光從空氣斜射入玻璃時發(fā)生第一次折射，再從玻璃斜射入空氣發(fā)生第二次折射。如圖所示，通過作圖可見，光線通過三棱鏡射出后向三角形底邊偏折，即折射光線向三棱鏡較厚的一邊偏折。

三、光線通過凸透鏡的折射現(xiàn)象

凸透鏡中央厚、邊緣薄，可以看成由兩個底邊相連的三棱鏡組成，如圖所示。當(dāng)光線通過凸透鏡后，折射光線會向較厚的中央（即主光軸）方向偏折，將光線會聚，這就是我們常說的凸透鏡對光的會聚作用。

四、凸透鏡會聚作用概念辨析

1.三條特殊光線

如圖所示，平行于主光軸的入射光線通過凸透鏡后折射光線通過焦點；經(jīng)過光心的入射光線不發(fā)生偏折；經(jīng)過焦點的入射光線通過凸透鏡后折射后平行于主光軸射出。

2.會聚作用與會聚到一點

通過上面分析可知，光線通過凸透鏡后折射光線會向主光軸偏折，即凸透鏡對光線有會聚作用。那么會聚是否一定能會聚到一點呢？

如圖所示，以改變不同夾角入射的光線，光線通過凸透鏡后折射光線的夾角也發(fā)生改變，根據(jù)光的折射規(guī)律，折射光線會向主光軸方向偏折，如下圖a、b、c所示，光線能會聚到一點。

當(dāng)入射光線經(jīng)過焦點入射時，折射光線平行于主光軸射出；當(dāng)入射光線從焦點以內(nèi)焦點入射時，折射光線將散開。如圖d、e所示，折射光線不能會聚到一點。

那么，是不是凸透鏡對光線就不具有會聚作用了呢？觀察發(fā)現(xiàn)，光線通過凸透鏡后，折射光線雖然不能會聚在一點，但是仍然向主光軸方向偏折，即會聚?？梢?，所謂會聚作用應(yīng)該理解為光線通過凸透鏡后，折射光線向主光軸方向偏折，折射光線不一定能會聚到一點。

3.凸透鏡成像的實質(zhì)

綜上分析，凸透鏡成像的實質(zhì)就是凸透鏡對光線的會聚作用形成的。當(dāng)發(fā)光體在焦點以外時，如圖a、b、c所示，物距大于一倍焦距時，折射光線能會聚到一點，成實像；當(dāng)發(fā)光體在焦點以內(nèi)時，如圖e所示，物距小于一倍焦距時，折射光線不能會聚到一點，成虛像；當(dāng)物距等于一倍焦距時，如圖d所示，折射光線平行，不能成像?？梢姡裹c是凸透鏡成實像和虛像的分界點。

編輯 高 瓊endprint