光學成像 / 透鏡與面鏡
透鏡與面鏡：光改變方向，像會出現在哪裡？
10 步，調整四種器材的焦距與物體位置，追蹤光線與成像；再以平面圖理解法線、代表光線與高中公式。
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試試光束
光會聚，還是散開？
按下模型旁的光束開關，再切換器材，觀察光線會聚或散開。
實線是光路；虛線是延長線，沒有光沿虛線前進。
透鏡與面鏡學習重點與資料
在本頁的空氣中模型，凸透鏡與凹面鏡使沿主軸入射的平行光會聚，凹透鏡與凸面鏡使它發散。實像由光線真正交會形成；虛像的位置由反向延長線交會判斷。
查看重點問答、資料來源與相關教材
學習範圍：國中理化；真實物體、空氣中的理想薄透鏡與近軸面鏡。
國中重點與高中延伸
- 國中重點
- 法線、入射角、反射與折射；用代表光線、焦點與光屏判斷成像位置及實虛。
- 高中延伸
- 延伸用薄透鏡公式 1/f＝1/u＋1/v 及倍率 m＝−v/u 計算；先讀清焦距與像距的正負約定。
- 平面圖看什麼？
- 先看單一交界的角度，再看凸透鏡代表光線、光屏比較及公式對照，原四種器材實驗全部保留。
學習範圍參照自然科學領域正式課程綱要，搭配本頁的器材應用。高中延伸不等於所有高中學生的必修範圍；各校與版本的授課順序可能不同。
重點問答
- 哪兩種器材會聚？哪兩種會發散？
凸透鏡與凹面鏡會聚，凹透鏡與凸面鏡發散。透鏡改變穿過它的光線方向，面鏡則使光反射。對鏡前或鏡片前的真實物體，凹透鏡與凸面鏡都形成正立、縮小的虛像。 〔來源 1〕
- 光的可逆性是什麼？
在本頁的幾何光學模型，光能沿同一路徑反向行進。若平行光經凸透鏡或凹面鏡後會聚於 F，把點光源放在 F，反向通過器材後便成平行光。發散器材的虛焦點不是實際的光源位置。 〔來源 1〕
- 凸透鏡的物體在焦點上，會形成什麼像？
物體恰好位於焦點時，同一物點射出的光經器材後平行，沒有有限位置的像。物體在焦點內時形成放大虛像；此時像距不一定大於焦距，仍要依物距計算。 〔來源 2〕
- 凸透鏡作圖的三條光線，必須來自同一個物點嗎？
要用同一物點發出的代表光線，才能找出它對應的像點。平行主軸、通過鏡心，以及通過物側焦點的近軸光，分別遵守對應的薄透鏡作圖規則。兩條可判斷像點，第三條用來核對；物體其他位置另有自己的像點。 〔來源 2〕
- 薄透鏡的像距和放大率，正負號代表什麼？
本頁採真實物體 u 為正、會聚透鏡 f 為正的約定。像距 v 正表示實像，負表示虛像；m＝−v／u，m 正表示相對原物正立，負表示倒立。大小看 |m|：大於 1 放大、等於 1 等大、小於 1 縮小。正倒立、大小與實虛是三個不同判斷。 〔來源 2〕
| 物距 u | 像距大小 |v| | 方向 | 大小 | 實虛 |
|---|---|---|---|---|
| u > 2f | f < |v| < 2f | 倒立 | 縮小 | 實像 |
| u = 2f | |v| = 2f | 倒立 | 等大 | 實像 |
| f < u < 2f | |v| > 2f | 倒立 | 放大 | 實像 |
| u = f | 無有限像 | — | — | 出射光平行 |
| 0 < u < f | |v| > u | 正立 | 放大 | 虛像 |
f 表示焦距大小；方向與大小和原物比較。凸透鏡的實像在物體異側、虛像在同側；凹面鏡的實像在鏡前、虛像在鏡後。
模型的適用條件
第 01 步以理想薄透鏡與拋物面鏡展示平行光與可逆光路；國中常用球面鏡在近軸條件下有相同的會聚或發散規則。四種器材的成像實驗採真實物體與近軸模型，省略鏡片厚度及像差。虛線是延長線，沒有光沿虛線倒退。