猫眼的构造要有详细说明
来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/08/29 09:04:30
猫眼的构造要有详细说明
猫眼的构造
要有详细说明
猫眼的构造要有详细说明
“猫眼”同望远镜、显微镜一样,都是由物镜和目镜组成.由“自主学习2”可知:望远镜是由两个凸透镜组成,物镜焦距较长,目镜焦距较短;显微镜也是由两个凸透镜组成,物镜焦距很短,目镜焦距较长.“猫眼”不可能是由两个凸透镜组成,因为门的厚度约为4cm,物镜和目镜的距离约为3cm,这也决定了物镜和目镜的焦距不可能较长,否则就不能满足“猫眼”的要求效果,那么“猫眼”的构造究竟是怎样的呢?
(1)“猫眼”由两个凹透镜组成能否满足要求
由成像规律可知,景物经物镜(凹透镜)成缩小正立的虚像,此虚像经目镜(凹透镜)再成缩小的正立的虚像,最终的虚像到眼睛的距离小于明视距离,而“猫眼”的孔经仅lcm左右,加之凹透镜发散的缘故,进入人眼的光也很微弱,即不能看清景物,其光路图如图1(景物AB离物镜较远未画出).
因此,“猫眼”不是由两个凹透镜组成.
(2)“猫眼”由一个凸透镜和一个凹透镜组成能否满足要求.
A.物镜是凸透镜、目镜是凹透镜的情况
由透镜成像规律可知,景物(离门1~2m)经物镜(凸透镜)成缩小倒立的实像,此像作为目镜(凹透镜)的虚物再成缩小的虚像,如人眼靠近目镜(凹透镜)观察,这个距离比明视距离小得多,是无法看清的.如果人远离目镜(凹透镜)观察,则景物的成像光线进入人眼睛太少,而且视角也很小,同样无法看清,光路图如图2所示.
由此得出结论,用凸透镜作物镜、凹透镜作目镜是不能满足要求的.但也同时给我们启示,它正好满足室外不能看清室内景物的要求.
B.物镜是凹透镜,目镜是凸透镜的情况
由透镜成像规律可知,景物(离门1~2m)经物镜成缩小的正立的虚像.
a.若此虚像在目镜的1倍焦距之外,此虚像作为目镜的虚物再成倒立的实像.光路图如图3.
这也不能满足要求.
b.若景物经物镜成的虚像,在目镜的1倍焦距之内,此虚像作为目镜的虚物再成放大正立的虚像,则能满足要求,光路图如图4.
综上所述,“猫眼”是由一个凹透镜和一个凸透镜组成,物镜是凹透镜,目镜是凸透镜,但物镜的焦距较短,目镜的焦距离较长,且目镜的焦距应等于或大于物镜与目镜的距离(猫眼的长度)和目镜的焦距之和.实际猫眼也正是如此
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,均在中学物理的范围之内,且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.
一、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度范围内的所有景象,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...
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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,均在中学物理的范围之内,且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.
一、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度范围内的所有景象,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.
二、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L1是凹透镜,目镜L2是凸透镜(光路见图1).物镜L1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A′B′,此像正好落在目镜L2的第一焦点之内,L2起着放大镜的作用,最后得到一个较为放大的正立虚像A〃B〃,此像恰又成在人眼的明视距离附近,对于门外的情况,就看得清楚了.
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A′B′,但在尚未成像之前就落到发散透镜L1上,由于 L1的焦距极短,最后得到的正立虚像A〃B〃距目镜L1很近,只有2~3cm,又由于门镜的孔径很小,室外的人不得不贴近目镜 L1察看,这样,人眼与像A〃B〃之间的距离,也只不过2~3cm,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10cm,但正常人到50岁时,近点大致为40cm.)
三、门镜成像的有关估算
此门镜的凹透镜L1的焦距约为 1cm,凸透镜L2的焦距约为3.5cm,两透镜间的距离约为2.1cm(与门厚大致相等,但两镜间距离可适当调节).
1.正看时的成像计算
如图1所示,假定门外的人AB距物镜L1 为1m,即物距为100cm,焦距为-1.0cm,根据透镜成像公式可求出A′B′的像距v1.
(1/100) +(1/v1)=1/-1.0
得 v1=-0.69(cm)
对于凸透镜L2来说,虚像A′B′成了目镜 L2的实物,物距为 0. 99cm+ 2. 1cm=0.39cm.由于此物距小于L2的焦距3.5cm,A′B′落在L2的焦点之内.再次运用成像公式,求出A〃B〃的像距v2.
(1/3.9)+(1/v2)=1/3.5
得 v2=-26. 4(cm)
这说明,像A〃B〃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,L1成像的放大率m1=-0.99/100, L2成像的放大率m2=-26.4/3.09.故像A〃B〃总的放大率为m= m1m2=26.14/309≈1/12,像比实物小.
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1m,运用透镜成像公式得
(1/100)+(1/v3)=1/3.5
解之得 v3=3.6(cm)
即像A′B′距L2为3.6cm,距L1则为1.5cm,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,A′B′是虚物,物距为
-1.5cm.再次运用成像公式得:
(1/-1.5)+(1/v4)=1/-1.0
解之得 v4=-3.0(cm)
这说明,最后所成之像A〃B〃是个虚像,成在目镜L1的右侧3cm.那么离室外观察的人眼也差不多只有3cm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”!
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