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防盜門貓眼的原理

"貓眼",是門鏡的俗稱,一般安裝在家居的鐵門上。當有人敲門時,屋里的人就可以通過門鏡看到門外情況,通過門鏡從屋里看屋外時非常清楚,而從屋外看屋里的話,就變得十分模糊了。

其實門鏡的構造非常簡單,由兩片透鏡組成,靠門外的是凹透鏡,靠門內的是凸透鏡,不過門鏡成像的原理,還涉及到一些光學知識。

一、關于人眼:人眼可看成一個特殊而又精密的光學儀器,外來光線經晶狀體折射后,在視網膜上成像,使人傷感知圖像。晶狀體相當于焦距可調的凸透鏡,視網膜便是光屏,也就是說人眼成像的像距基本一定,而通過晶狀體調焦使物距不同的物體成像。介于晶狀體的調焦能力,物距小于10Cm的物體是無法在視網膜上成清晰像的,即人眼看不清楚物距小于10Cm的物體,我們稱之為"近點".當物體物距為25cm時,成的像最清晰,我們稱"明視距離".有了以上兩個概念,對于后面處理門鏡所成像人眼能否看清的問題十分關鍵。

二、逐次成像法則:表述為:"物體通過前一光學元件所成的像就是后一光學元件的物"。門鏡中有兩個透鏡,前一透鏡所成的像無論能否真正實現成像,它都將作為后一透鏡的物來處理。

三、實物與虛物:通常人們所接觸的都是實物,它發出(或反射)的光線是發散的;但有時光線經過光學器件折射后成會聚趨勢,這就可視為虛物。

四、透鏡計算符號取定:物距:實物正虛物負:像距:實像正虛像負:焦距:凸透鏡正凹透鏡負。

防盜門上的貓眼是什么原理?

"貓眼"同望遠鏡、顯微鏡一樣,都是由物鏡和目鏡組成。望遠鏡是由兩個凸透鏡組成,物鏡焦距較長,目鏡焦距較短;顯微鏡也是由兩個凸透鏡組成,物鏡焦距很短,目鏡焦距較長。"貓眼"不可能是由兩個凸透鏡組成,因為門的厚度約為4cm,物鏡和目鏡的距離約為3cm,這也決定了物鏡和目鏡的焦距不可能較長,否則就不能滿足"貓眼"的要求效果,那么"貓眼"的構造究竟是怎樣的呢?

(1)"貓眼"由兩個凹透鏡組成能否滿足要求

由成像規律可知,景物經物鏡(凹透鏡)成縮小正立的虛像,此虛像經目鏡(凹透鏡)再成縮小的正立的虛像,最終的虛像到眼睛的距離小于明視距離,而"貓眼"的孔經僅lcm左右,加之凹透鏡發散的緣故,進入人眼的光也很微弱,即不能看清景物。因此,"貓眼"不是由兩個凹透鏡組成。

(2)"貓眼"由一個凸透鏡和一個凹透鏡組成能否滿足要求

A.物鏡是凸透鏡、目鏡是凹透鏡的情況

由透鏡成像規律可知,景物(離門1~2m)經物鏡(凸透鏡)成縮小倒立的實像,此像作為目鏡(凹透鏡)的虛物再成縮小的虛像,如人眼靠近目鏡(凹透鏡)觀察,這個距離比明視距離小得多,是無法看清的。如果人遠離目鏡(凹透鏡)觀察,則景物的成像光線進入人眼睛太少,而且視角也很小,同樣無法看清。由此得出結論,用凸透鏡作物鏡、凹透鏡作目鏡是不能滿足要求的。但也同時給我們啟示,它正好滿足室外不能看清室內景物的要求。

B.物鏡是凹透鏡,目鏡是凸透鏡的情況

由透鏡成像規律可知,景物(離門1~2m)經物鏡成縮小的正立的虛像。

a.若此虛像在目鏡的1倍焦距之外,此虛像作為目鏡的虛物再成倒立的實像。這也不能滿足要求。

b.若景物經物鏡成的虛像,在目鏡的1倍焦距之內,此虛像作為目鏡的虛物再成放大正立的虛像,則能滿足要求。

綜上所述"貓眼"是由一個凹透鏡和一個凸透鏡組成,物鏡是凹透鏡,目鏡是凸透鏡,但物鏡的焦距較短,目鏡的焦距離較長,且目鏡的焦距應等于或大于物鏡與目鏡的距離(貓眼的長度)和目鏡的焦距之和.

 
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