中學生物理常識：凸透鏡中三條特殊光線的應用

凸透鏡的光路圖中有三條特殊光線，它們的傳播方向是特定的，掌握這三條光線的具體傳播情況，不但對凸透鏡的光路圖的畫法有幫助，同時對凸透鏡成像規律的作圖法得出有重要作用。

　　凸透鏡三條特殊光線：(1)過光心的光線，其傳播方向不改變;(2)平行主光軸的光線過焦點;(3)過焦點射向凸透鏡的光線折射后將平行主光軸傳播。

　　具體應用：

　　1、凸透鏡對光線作用的光路圖

　　關于體現凸透鏡對光線的作用的光路圖有兩個：一是平行主光軸的一束光經凸透鏡的傳播;二是放在焦點的點光源射向凸透鏡的光線經凸透鏡折射后的傳播。如何準確畫出光路圖，可以通過記住凸透鏡對光線的會聚作用的基礎上，記住這兩種具體的傳播情況。但這需要記憶的量較大，并且這種機械記憶容易遺忘。而如果記住三條特殊光線的傳播則很容易畫出光路圖，并且實際上我們只需記兩條光線即可，因為其中的(2)、(3)已知一條即可根據光路可逆知道另一條。

　　2、也許認為這很簡單，何必如此麻煩?

　　在凸透鏡的特殊作圖中就可看出其用處之大了。如何畫出圖中光線的傳播，用一般的方法很難做出。下面我們用三條特殊光線作圖：再畫兩條平行原光線的光線，一條過光心，一條過焦點;畫出這兩條光線的折射光線，交于A點;則原光線定過A點，可畫出待求光線。

　　3、運用作圖法得出凸透鏡成像規律

　　課本上凸透鏡成像規律是通過實驗的方法得出的，實際上也可以通過作圖的方法得出。特別在我們急需這些知識，但就是想不起來時，我們就可用作圖法簡單的幾筆就得出，這不失為一種用處很大的方法。而這種方法的前提是需要知道三條特殊光線的傳播。具體做法：在凸透鏡的主光軸上兩側分別標出焦點和二倍焦距處，按物距要求在主光軸上畫出物體(用帶箭頭的線段表示)，從物體的箭頭出發出兩條光線射向凸透鏡，這兩條光線必須是三條特殊光線中的兩條，如果在另一側相交于一點，則這一點就為箭頭的實像點，垂直主光軸畫出整個像，從圖中很容易看出像的性質。如果在另一側光線是發散的，則其反向延長線相交的點為箭頭的虛像點。圖4為當物距大于焦距而小于二倍焦距時成像的光路圖。從圖中我們很容易看出：當物距大于焦距而小于二倍焦距時，成倒立、放大的實像，像距大于二倍焦距。

　　特別在研究當物距等于二倍焦距時，由于實驗器材的緣故，我們幾乎不能得出其成像規律，只有借助作圖法才可得到。準確得出用此方法才能得到的規律：物像等大，像距恰為二倍焦距。其像的大小既可通過用刻度尺測量得出，也可通過幾何證明兩三角形全等得到。