球面镜 第11期

我们学习了平面镜知识后，知道了平面镜的反射面是光滑的平面．但是，镜子的反射面不都是平面，其中有一种也是常用的镜子叫球面镜．顾名思义，这种镜子的反射面是球面的一部分．利用球面的内表面做反射面的镜子叫凹面镜(也称凹镜，如图1)，利用球面的外表面做反射面的镜子叫凸面镜(也称凸镜，如图2)．

凹面镜和凸面镜的中心叫镜子的顶点O′，镜子顶点和球面的球心O的连线OO′，叫光轴．一束平行于光轴的光线射到凹面镜上，被镜面反射后其反射光线会聚在一点，这个点叫焦点F，如图3．

凹面镜能会聚光线的性质有广泛的运用．例如，奥运会火炬的火种就是利用凹面镜，把太阳光会聚在焦点，引燃火把的，如图4；太阳灶也是利用这个性质制成的．大型的太阳灶，焦点处的温度可以达到3300℃，如图5．

相传，公元前215年～前212年间，罗马人大举入侵希腊，在罗马船队准备攻打阿基米德的家乡叙拉古城时，阿基米德向国王献计，让守城的士兵在海岸列队，每人各持一面“魔镜”，把太阳光向罗马战船反射过去，并会聚到战船上，结果船队起火烧毁，罗马人莫名其妙地吃了败仗．其实，这些“魔镜”就是由一小块一小块平面镜组成的凹面镜．

现在大口径的天文望远镜和卫星对地观察使用的光学设备，都是反射式望远镜．1609年，伽利略根据光的折射原理，利用凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜，制成了第一架望远镜．伽利略用这架望远镜对天空进行观察，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入了望远镜时代．但是由于技术上的原因，人们无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜；此外，由于重力使大尺寸透镜的变形会非常明显，对光线的聚焦能力减弱，影响成像质量．所以，当时还无法制作大口径的折射望远镜．第一架反射式望远镜诞生于1668年．牛顿经过多次磨制大口径透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜．他用2．5cm直径的金属，磨制成一块凹面镜作主镜，并在主镜AB的焦点前面放置了一个与主镜成45°角的反射镜CD，使远处射来的光线a、b经主镜AB反射后聚焦于凹面镜的焦点F′，再经反射镜CD以90°角反射出镜筒后到达目镜(如图6甲)．

根据光路的可逆性，如果把光源放在凹面镜的焦点上，经凹面镜反射后的光线将与光轴平行(如图7)．我们使用的手电筒和汽车上的探照灯的反光罩都是利用凹面镜这个性质制成的，这样能使光束能量集中，射得更远，照得更亮(如图8)．

凸面镜对光线有发散作用，当平行于光轴的光线射到凸面镜上，被镜面反射后其反射光向四周发散，但是反射光的反向延长线也交于一点，这个点叫凸面镜的虚焦点．同样，根据光路的可逆性原理，正对着凸面镜虚焦点射来的光线，经凸面镜反射其反射光平行于光轴(如图9)．

因此，我们通过平面镜成像和凸面镜成像来观察物体时，凸面镜观察到的范围比相同口径的平面镜要大的多，所以汽车上的观后镜就是利用凸面镜这个性质制成的，这样可以使驾驶员从镜子中观察到车后较大范围内的物体，有利于安全(如图10)．

凹面镜和凸面镜也能像平面镜一样成像．凸面镜成的缩小的虚像；凹面镜成像比较复杂，可能是实像，也可能是虚像，可能是放大的像，也可能是缩小的像．这些知识将在以后的物理学习中了解到．

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