观察实像一定要用光屏吗? 实像一定要用光屏承接

  摘 要: 本文对不经过光屏人眼能否“看”到凸透镜所成的实像,用实验进行了证明,结果说明,人眼能够“看”到。   关键词: 凸透镜 实像 光屏      众所周知,实像是实际光线会聚而成的,而且在光屏上可以呈现。对于凸透镜而言,当发光体位于它的焦点之外时,在透镜另一侧,便可得到一个倒立的实像。
  虚像不能呈现在光屏上,而实像却可以在光屏上呈现,这已是事实。人们之所以能从不同的角度看到光屏上所成的实像,是因为光屏上发生漫反射的缘故。对于半透明的光屏(例如电影银幕),我们甚至可以在其背面看到实像。
  那么,不经过光屏,人们是否也能“看”到凸透镜所成的实像呢?
  如图1,点光源S经凸透镜成像于S′处,由透镜成像理论可知,从S点发出的射向透镜的所有光,经过透镜折射后都经过S′点,所以,如果我们在S′处放置一个光屏,在光屏上便得到一个清晰的像点――实像S′。若撤去光屏呢?显然,这些折射光线并不以S′点“终点站”,它们还要越过S′点继续沿直线向外射出。因此,在图中的锥角∠AS′B范围内观察时,我们就会发现,这些光线都是从S′点发出的――也就是说,不用光屏,我们也可“看”到点光源的实像。
  
  我们再来研究一下发光体通过凸透镜所成的实像。
  如图2,当发光体AB在透镜左侧离透镜较远时(透镜左侧的光路图未画出),在透镜右侧可以得到一个比透镜口径小的实像A′B′。由图可知,在锥角∠CB′D范围内可以看到实像点B′,在锥角∠EA′F范围内可以看到实像点A′,所以,要想看到发光点AB的“全身像”A′B′,只能在图中的锥角∠EOD范围内来观察。
  
  我们还可以用实验来验证。取一个口径稍大的短焦距(约10cm)凸透镜,在晚上看电视时,把透镜置于人眼和电视之间,对着透镜,在适当位置,我们就会看到一个倒立的实像。需要说明的是,由于该实像呈现在透镜与人眼之间某处的空间内,实像处无其他参照物,而且实像看起来是“透明”的,透过实像,会看到实像“隔壁”的凸透镜,所以我们在观察时总会误认为像在透镜的那一边,而将眼睛“瞄”在凸透镜的另一侧,结果所观察到的是一个倒立而又“模糊”的实像。解决的办法是,先让实像呈现在半透明的白纸上,人在白纸的背面,调整好眼睛的“焦距”,仔细“盯”住白纸上的实像,保持眼睛的“焦距”不变,然后慢慢撤去白纸,即可在透镜这一侧的空间内看到一个倒立、清晰的实像。
  在光屏上观察实像与不经过光屏而在空间内直接观察相比,有两点明显的不同。
  第一,观察的范围不同。在光屏上所成的实像,观察者不论站在什么位置(当然,不能在光屏所在的平面内)都能看到。有时甚至在光屏的背面也能看到。而不经过光屏,由光线直接会聚于空间内所得到的实像,人眼所观察的范围要受到一定的限制,往往是仅限制于某一特定的空间。
  第二,像的性质不同。在光屏上接受到的实像是平面图形(因为光屏本身就是一个平面);而不经过光屏,在空间内所得到的实像却是可以是立体图形。
  占有一定空间的立体形状的发光体,经凸透镜成在空间内的实像,也是立体形状的。如,长方体建筑物经凸透镜成在空间内的实像必然是一个长方体。显然,我们仅用一个平面的光屏,是无法使整个长方体实像都清晰、完整地呈现出来的――近处的景物(像)在光屏上清晰时,远处的景物便会模糊起来,反之亦然。而直接于空间内观察时,近处与远处景物的像都会“清晰”可见。
  既然不经光屏,人们亦可看到发光体清晰的实像,那么在看露天电影时,如果撤去电影银幕,在屏幕位置的另一侧,观众是否也可照样“看”电影呢?
  我们知道,放电影时所得到的实像是被放大几十乃至上百倍的。
  如图3所示,AB表示放映机镜头,MN为银幕上得到的实像,P为观众眼睛的位置。由图可知,当电影屏幕撤去后,所成的实像虽然仍在原处,但人眼P所观察到的范围却只是图像MN中的CD这一部分。由于CD<AB,AB=MN,因此,与整个图像MN相比,人眼所看到的只是其中的极小一部分。如果整个图像是一棵大树的话,那么人眼所看到的就只是一片树叶。
  
  综上所述,我们可以得出下面的结论,当发光体通过凸透镜成的是一个比较小的实像时,在透镜另一侧的特定位置,不用光屏,我们仍可以看到实像。

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