什么是薄透镜成像公式?
薄透镜成像公式描述了透镜如何成像。它把三个量联系在一起:透镜的焦距 f、物体到透镜的距离 dₒ(物距),以及透镜到像的距离 dₕ(像距)。本计算器可求出像距和放大率,帮助你预测像会出现在什么位置,以及它是被放大还是缩小、是正立还是倒立。
使用方法
输入焦距和物距时,请统一单位(光学题中通常用厘米)。会聚透镜(凸透镜)的焦距为正值,发散透镜(凹透镜)的焦距为负值。计算器会自动算出像距和放大率。
公式详解
核心关系式为 \(\frac{1}{f} = \frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i}\)。变形后求像距:$$\frac{1}{d_i} = \frac{1}{f} - \frac{1}{d_o}$$ 放大率为 $$M = -\frac{d_i}{d_o}$$ 当 \(d_i\) 为正时,表示在透镜另一侧形成实像;当 \(d_i\) 为负时,表示在与物体同侧形成虚像。\(M\) 为负表示倒立的像,\(M\) 为正则表示正立的像。
计算示例
假设一块会聚透镜的焦距 \(f = 10 \text{ cm}\),物体位于 \(d_o = 30 \text{ cm}\) 处。则 $$\frac{1}{d_i} = \frac{1}{10} - \frac{1}{30} = \frac{3}{30} - \frac{1}{30} = \frac{2}{30}$$ 所以 \(d_i = 15 \text{ cm}\)。放大率 \(M = -\frac{15}{30} = -0.5\),说明这个像是实像、倒立,且大小为物体的一半。
常见问题
采用的是什么符号规则? 沿光线传播方向测量的距离取正值。实像和会聚透镜对应正值;虚像和发散透镜对应负值。
放大率为负是什么意思? 放大率为负表示像相对于物体是倒立的。其绝对值代表像与物的大小比例。
能用于镜面吗? 球面镜公式与本公式形式相同,因此薄镜面也可以使用本计算器,只需注意镜面的符号规则即可。