凸透镜的焦距公式怎样推导的?
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发布时间：2023-12-07 12:41
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时间：2024-11-08 05:11
根据凸透镜成像公式为1/f=1/u+1/v,
则1/f=（u+v)/uv,f=uv/(u+v),u+v≥2(uv)^(1/2)
则2f≤(uv)^(1/2),所以l＝u+v≥4f .
仅当u=v时,取“＝”
由于要多次测量,所以l＞4f
扩展资料：
凸透镜的成像规律是1/u+1/v=1/f（即：物距的倒数与像距的倒数之和等于焦距的倒数。）一共有两种推导方法 。分别为“几何法”与“函数法”。
函数法
如图 ，用函数法证明1/u+1/v=1/f。图为凸透镜成像示意图。
其中c为成像的物体长度，d为物体成的像的长度。u为物距，v为像距，f为焦距。
一、为便于用函数法解决此问题，将凸透镜的主光轴与平面直角坐标系的横坐标轴（x轴）关联（即重合），将凸透镜的理想折射面与纵坐标轴（y轴）关联，将凸透镜的光心与坐标原点关联。则：点A的坐标为（-u,c），点F的坐标为（f,0），点A'的坐标为（v,-d），点C的坐标为（0，c）。
二、将AA’，A'C双向延长为直线l1、l2，视作两条函数图象。由图象可知：直线l1为正比例函数图象，直线l2为一次函数图象。
三、设直线l1的解析式为y=k1x,直线l2的解析式为y=k2x+b
依题意，将A(-u,c),C(0,c),F(f,0)代入相应解析式得方程组：
c=-u·k1
c=b
k2f+b=0
把k1,k2当成未知数解之得：
k1=-(c/u)
k2=-(c/f)
∴两函数解析式为：
y=-(c/u)x
y=-(c/f)x+c
∴两函数交点A'的坐标（x,y)符合方程组
y=-(c/u)x
y=-(c/f)x+c
∵A'(v,-d)
∴代入得：
-d=-(c/u)v
-d=-(c/f)v+c
∴-(c/u)v=-(c/f)v+c
(c/u)v=(c/f)v-c
cv/u=(cv/f)-c
fcv=ucv-ucf
fv=uv-uf
∵uvf≠0
∴fv/uvf=(uv/uvf)-(uf/uvf)
∴1/u=1/f-1/v
即：1/u+1/v=1/f
参考资料：百度百科-成像公式
