文档介绍：防盗门猫眼的光学原理
武进区前黄实验学校许勤娟
猫眼是什么
现代居民家的房子大都安装了防盗门,在防盗门上可以看到一个圆形的小孔,小孔中装有玻璃片,这便是门镜。透过门镜,室内的人可以清楚地看到室外的“缩小”的人——一个正立缩小的虚象,从而判断来人是熟人,还是生人,然后决定是否开门。可室外敲门的人却不能透过玻璃片看清室内的景象。装上此门镜,对于家庭的防盗和安全,能发挥一定的作用。所以,门镜被称为“警眼”。又因为光线通过门镜折射、反射后在远处看它闪光的样子很类似波斯猫的眼睛,所以它还有别名叫“猫眼”。
我们使用“猫眼”观察后就知道:人在室外眼睛无论靠近还是远离“猫眼”都看不清室内景物。人在室内眼睛靠近“猫眼”就能清楚地看见室外的人和景物,看见的是景物的正立的虚像,像比景物小。为什么“猫眼”只能使室内人看清室外情况,而不能反过来让室外人看到室内情况?它有着怎样的构造呢?
二、猫眼的构造
“猫眼”同望远镜、显微镜一样,都是由物镜和目镜组成,物镜和目镜的距离(猫眼的长度)约为3cm,安装在防盗门上的圆形小孔内(门的厚度约为4cm)。“猫眼”的物镜是凹透镜,目镜是凸透镜,但物镜的焦距较短,目镜的焦距较长,目镜的焦距应等于或大于猫眼的长度和物镜的焦距之和。
为什么这样的构造就能产生我们需要的观察效果呢?“猫眼”成像的光学原理又是怎样的呢?
三、猫眼的光学原理
首先,让我们了解一下人眼是如何看清一个物体(或像)的。
人眼可看成一个特殊而又精密的光学仪器,物体发出的光线经晶状体(相当于焦距可调的凸透镜)折射后,在视网膜(相当于光屏)上成像,人就能看清物体,判断距离,欣赏五彩缤纷的景色。为看清远近不同的物体,眼睛可以通过周围肌肉的活动使晶状体变厚或变薄以改变焦距,使不同距离的物体都能在视网膜上成清晰的像。若需要较长时间工作时,最适宜的、不致引起眼睛过度疲劳的距离大约是25cm。这个距离称为“明视距离”。但是介于晶状体的调焦能力,物距小于10cm的物体是无法在视网膜上成清晰像的,即人眼看不清楚物距小于10cm的物体,我们称之为“近点”。同时,人要能看清一个物体(或一个景物所成的像),还必须要有足够的光能进入人眼。所以,人能看清一个物体(或一个物体所成的像)要具备两个条件:一是该物体(或像)与人眼的距离合适,对于正常眼睛来说,物体(或像)离眼睛的最近距离不得小于10cm,否则就看不清物体(或像);二是必须有足够的光能进入人眼。
再让我们来看看“猫眼”的成像光路。
图1
A’
B’
A”
B”
L1
L2
室内
室外
A
B
图2
A”
B”
A
B
L1
L2
室内
室外
B’
A’
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,室外的人或物AB发出的光经过凹透镜折射成发散光线,发散光线的反向延长线相交成一个缩得很小的正立虚像A’B’,此像正好落在目镜L2的焦点之内,L2起着放大镜的作用,所以经L2折射后,折射光线的反向延长线相交,最后得到一个较为放大的正立虚