九、透镜

折射面是两个球面，或者一个是球面，另一个是平面的透明体，叫做透镜。透镜通常是用玻璃磨成的，它是光学仪器中经常使用的基本元件。

凸透镜和凹透镜透镜可分为两类。一类是中间厚、边缘薄的，叫做凸透镜。凸透镜对光线起会聚作用，又叫做会聚透镜。另一类是中间薄、边缘厚的，叫做凹透镜。凹透镜对光线起发散作用，又叫做发散透镜。

凸透镜为什么能使光线会聚，凹透镜为什么能使光线发散呢？其原理可用棱镜对光线的偏折作用来说明。如图 5－34 所示，透镜可以看作是由许多棱镜组成的。凸透镜上部的棱镜底面朝下，光线通过时都向下偏折；下部的棱镜底面朝上，光线通过时都向上偏折。因此，凸透镜使光线会聚。与此相反，凹透镜上部的棱镜底面朝上，光线通过时都向上偏折；下部的棱镜底面朝下，光线通过时都向下偏折。因此，凹透镜使光线发散。

透镜的主轴、光心和焦点透镜的两个球面都有自己的球心，如图 5－35 中的C1、C2 所示。我们把通过两球心 C1、C2 的直线，叫做透镜的主光轴，简称主轴。通常把厚度比球面的半径小得多的透镜，叫做薄透镜。我们在后面讨论的都是薄透镜。

主轴跟透镜的两面各有一个交点，对于薄透镜来说，这两个交点可以看作是重合在一起的，这一点叫做透镜的光心，用 O 表示。透镜的中央部分相当于两面平行的薄玻璃板，通过光心的光线相当于通过这个薄玻璃板，因此，不管从任何方向通过光心的光线，传播方向都不改变。这是光心的重要性质。平行于主轴的光线，通过凸透镜后会聚于主轴上的一点（图 5－36 甲 F’），这个点叫做凸透镜的焦点。平行于主轴的光线通过凹透镜后变得发散（图 5－36 乙），这些发散光线看起来好象是从它们的反向延长线的交点 F’发出来的，点 F’也在主轴上，叫做凹透镜的焦点。凸透镜的焦点是实焦点，凹透镜的焦点是虚焦点。

从透镜的焦点到光心的距离，叫做透镜的焦距，用 f 表示。透镜的两侧各有一个焦点，只要透镜两侧的媒质相同，两个焦点对光心是对称的，两个焦距相等。后面讨论的都是这种情况。

练习七

有一个不知焦距的凸透镜，用什么办法可以粗略地测出它的焦距？
利用点光源和凸透镜如何能得到平行光线？（3）在图 5－37

中，画出光线通过透镜后的传播方向。