光学原理在日常生活中的应用.doc

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 A"B,,,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,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,A～ B 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 A"B 总的放大率为 m=mlm2=26.14009 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)。