1、防盜門貓眼的光學原理武進區前黃實驗學校 許勤娟一、 貓眼是什么現代居民家的房子大都安裝了防盜門，在防盜門上可以看到一個圓形的小孔，小孔中裝有玻璃片，這便是門鏡。透過門鏡，室內的人可以清楚地看到室外的“縮小”的人一個正立縮小的虛象，從而判斷來人是熟人，還是生人，然后決定是否開門。可室外敲門的人卻不能透過玻璃片看清室內的景象。裝上此門鏡，對于家庭的防盜和安全，能發揮一定的作用。所以，門鏡被稱為“警眼”。又因為光線通過門鏡折射、反射后在遠處看它閃光的樣子很類似波斯貓的眼睛，所以它還有別名叫“貓眼”。我們使用“貓眼”觀察后就知道：人在室外眼睛無論靠近還是遠離“貓眼”都看不清室內景物。人在室內眼睛靠近“

2、貓眼”就能清楚地看見室外的人和景物，看見的是景物的正立的虛像，像比景物小。為什么“貓眼”只能使室內人看清室外情況，而不能反過來讓室外人看到室內情況？它有著怎樣的構造呢？二、貓眼的構造“貓眼”同望遠鏡、顯微鏡一樣，都是由物鏡和目鏡組成，物鏡和目鏡的距離(貓眼的長度)約為3cm，安裝在防盜門上的圓形小孔內（門的厚度約為4cm）。“貓眼”的物鏡是凹透鏡，目鏡是凸透鏡，但物鏡的焦距較短，目鏡的焦距較長，目鏡的焦距應等于或大于貓眼的長度和物鏡的焦距之和。為什么這樣的構造就能產生我們需要的觀察效果呢？“貓眼”成像的光學原理又是怎樣的呢？三、貓眼的光學原理首先，讓我們了解一下人眼是如何看清一個物體(或像)的

3、。人眼可看成一個特殊而又精密的光學儀器，物體發出的光線經晶狀體（相當于焦距可調的凸透鏡）折射后，在視網膜（相當于光屏）上成像，人就能看清物體，判斷距離，欣賞五彩繽紛的景色。為看清遠近不同的物體，眼睛可以通過周圍肌肉的活動使晶狀體變厚或變薄以改變焦距，使不同距離的物體都能在視網膜上成清晰的像。若需要較長時間工作時，最適宜的、不致引起眼睛過度疲勞的距離大約是25cm。這個距離稱為“明視距離”。但是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”。同時，人要能看清一個物體(或一個景物所成的像)，還必須要有足夠的光能進入人

4、眼。所以，人能看清一個物體(或一個物體所成的像)要具備兩個條件：一是該物體(或像)與人眼的距離合適，對于正常眼睛來說，物體（或像）離眼睛的最近距離不得小于10cm，否則就看不清物體（或像）；二是必須有足夠的光能進入人眼。再讓我們來看看“貓眼”的成像光路。圖1ABA”B”L1L2室內室外AB圖2A”B”ABL1L2室內室外BA當我們從門內向外看時，物鏡L1是凹透鏡，目鏡L2是凸透鏡（光路見圖1）。物鏡L1的焦距極短，室外的人或物AB發出的光經過凹透鏡折射成發散光線，發散光線的反向延長線相交成一個縮得很小的正立虛像AB，此像正好落在目鏡L2的焦點之內，L2起著放大鏡的作用，所以經L2折射后，折射光

5、線的反向延長線相交，最后得到一個較為放大的正立虛像A”B”（比景物小）。當人在室內眼睛靠近“貓眼”觀察時，此比景物縮小的正立的虛像A”B”正好成在正常人眼的明視距離附近。因此，室內的人不用開門，就能洞察門外的一切景象。那么，同樣通過此“貓眼”，為什么從門外向里看（倒看）時，卻什么也見不著呢？當我們從門外向里看時，凹透鏡L1變成了目鏡，凸透鏡L2則成了物鏡（光路見圖2）。室內的景物AB發出的光，通過凸透鏡L2折射后，會聚的折射光線本應相交生成一個倒立的縮小的實像AB，但是在尚未成像之前就落到發散的凹透鏡L1上，由于凹透鏡L1焦距極短，對光線起發散作用，所以經凹透鏡L1折射后，其發散的折射光線的反向延長線相交成正立縮小虛像A”B”，成在目鏡L1的右側23cm。人在室外貼近“貓眼”的目鏡L1察看，這樣，人眼與像之間的距離，也只不過34cm，這個距離遠小于正常人眼的近點，所以不能看清景物。若想保證像與人眼的距離合適，在明視距離的話，則由于門鏡的孔徑很小，又沒有足夠的光能進入人眼，所