DSE 物理 · 光學實驗

幾何光學模擬

透過光線追跡圖理解透鏡和鏡子的成像原理，學習如何預測像的位置、大小和性質

🎯 實驗目標

透過光線追跡圖理解透鏡和鏡子的成像原理，學習如何根據物距和光學參數預測像的位置、大小和性質（實像/虛像、正立/倒立、放大/縮小）。

📝 實驗步驟

1️⃣

選擇光學元件

選擇透鏡或鏡子類型

2️⃣

調整參數

改變物距和焦距

3️⃣

觀察光線

觀察三條典型光線的追跡

4️⃣

分析像的性質

查看像距、放大率和倒置情況

幾何光學模擬

光線顏色
光線 1 (平行)
光線 2 (焦點)
光線 3 (光心)
虛線 = 延長線

💡 說明：圖中顯示三條典型光線的追跡路徑，實線表示實際光線，虛線表示虛像的延長線。藍色箭頭為物體，紅色箭頭為像。

150 cm

物體到光學元件的距離

100 cm

焦距（鏡子為曲率半徑的一半）

80 cm

物體的高度

📊 計算結果

像距 (v)

300.0 cm

📷 實像

放大率 (m)

2.00

🔍 放大

像的性質

⬇️ 倒立

實像

成像狀態

✅ 可成像

正常成像

👀 觀察重點

1️⃣

三條典型光線

觀察平行光線、通過焦點的光線和通過光心的光線如何追跡

2️⃣

實像與虛像

實像用實線表示，虛像用虛線表示，理解兩者的區別

3️⃣

參數影響

改變物距和焦距時，觀察像的位置、大小和性質如何變化

💡 概念理解

透鏡公式

透鏡公式：\(\frac{1}{f} = \frac{1}{u} + \frac{1}{v}\)，其中 u 為物距，v 為像距，f 為焦距。實像時 v 為正，虛像時 v 為負。

放大率

線性放大率 \(m = \frac{v}{u}\)。|m| > 1 為放大，|m| < 1 為縮小。

光線追蹡口訣

光心不變 - 通過光心的光線不偏折
逢平變焦 - 平行光線折射後通過焦點
逢焦變平 - 過焦點的光線折射後平行

📚 DSE 考試重點

1️⃣

透鏡公式：\(\frac{1}{f} = \frac{1}{u} + \frac{1}{v}\)，其中 u 為物距，v 為像距，f 為焦距

💡 實像時 v 為正值，虛像時 v 為負值；凸透鏡焦距為正，凹透鏡焦距為負

2️⃣

線性放大率 \(m = \frac{v}{u}\)，|m| > 1 表示放大，|m| < 1 表示縮小

💡 |m| 越大表示像越大

3️⃣

光線追跡口訣：
光心不變 - 通過光心的光線不偏折
逢平變焦 - 平行光線折射後通過焦點
逢焦變平 - 過焦點的光線折射後平行

💡 這三條光線的交點決定了像的位置，用於繪製光線圖

4️⃣

凸透鏡當物距大於焦距時形成實像，物距小於焦距時形成虛像；凹透鏡始終形成虛像

💡 實像可以在屏幕上接收，虛像只能用眼睛觀察