透镜放大率计算器
根据薄透镜的物距与像距,计算光学放大率、像高、焦距及成像方向。
计算透镜放大率
请统一使用同一种长度单位;下方结果标签默认使用厘米。
关于透镜放大率
线放大率描述像相对于原物体的大小。对于薄透镜,放大率等于像距除以物距再取负号。其绝对值表示尺寸比:大小为二表示像高是物高的两倍,大小为二分之一则表示像高是物高的一半。符号反映成像方向。按照标准笛卡尔符号约定,负放大率表示倒立像,正放大率表示正立像。
像高可直接由放大率乘以物高得到。如果一个五厘米高的物体,其放大率为负一,像高就是负五厘米。负号并不表示物理尺寸为负,而是记录像相对于物体倒立。这个区别对于光线图、相机、投影仪、显微镜及光具座都很重要。
计算器还利用薄透镜公式推导焦距。焦距的倒数等于物距倒数与像距倒数之和,整理后为物距和像距的乘积除以两者之和。所有距离必须使用一致单位。如果物距和像距以厘米输入,焦距和像高也以厘米输出。若将三个输入值全部换算为毫米,放大率不变,长度结果则为毫米。
不同教材与工程领域的符号约定可能不同。本工具在会聚透镜两侧的实物形成实像这一常见情形中,物距与像距均取正,因此放大率为负。虚像可用负像距表示,并可能得到正放大率。与课堂习题或仪器规格比较前,请确认其符号约定一致。
薄透镜模型假定透镜理想,且厚度相对于物距和像距可忽略。真实复合透镜具有主平面、像差、有限孔径、畸变及波长相关特性。摄影规格可能采用传感器处的复制比,而望远镜和目视显微镜通常标注角放大率,而不是线放大率。本结果适用于基础几何光学和初步设计;当透镜厚度与像差不可忽略时,应使用制造商数据或完整光学模型。
透镜放大率示例
| 距离与高度 | 计算参数 | 解释 |
|---|---|---|
| do 20 cm, di 20 cm, ho 5 cm | M -1; hi -5 cm; f 10 cm | 等大、倒立的实像。 |
| do 30 cm, di 15 cm, ho 8 cm | M -0.5; hi -4 cm; f 10 cm | 缩小、倒立的实像。 |
| do 15 cm, di 30 cm, ho 2 cm | M -2; hi -4 cm; f 10 cm | 放大、倒立的实像。 |
| do 10 cm, di -20 cm, ho 3 cm | M 2; hi 6 cm; f 20 cm | 按本符号约定,为放大、正立的虚像。 |
如何计算透镜放大率
- 按所选符号约定,从透镜参考平面测量物距。
- 以相同单位输入对应像距。
- 以该单位输入物体的实际高度。
- 点击“计算透镜参数”,获取放大率、像高、焦距和成像方向。
- 负像高或负放大率应理解为倒立像,而不是物理尺寸为负。
透镜放大率常见问题
负放大率是什么意思?
负放大率表示像相对于物体倒立,其绝对值仍表示像与物体的尺寸比。
放大率有单位吗?
没有。线放大率是两个长度之比,是无量纲量。物高、像高、距离和焦距必须使用一致单位。
什么是薄透镜公式?
焦距的倒数等于物距倒数与像距倒数之和。该公式联系了理想薄透镜的三个主要距离。
可以计算虚像吗?
可以。采用本工具的符号约定时,请输入负像距。所得正放大率表示正立虚像。
这与望远镜放大率相同吗?
不同。本计算器给出像与物体的线性尺寸放大率。望远镜和目视显微镜规格通常使用角放大率,计算公式不同。