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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