兩個鏡頭接力：將影像連結在一起
1·預測
放置兩個相同的會聚透鏡，使第一個透鏡的影像成為第二個透鏡的物體。整個系統的放大倍率是否只是簡單地乘以兩個鏡頭各自的放大倍率？
- 系統放大倍率是各個放大倍率的總和。
- 是 — 系統放大倍率是每個鏡頭單獨放大倍率的乘積： M = m₁ × m₂.
- 無法根據各個鏡頭的放大倍率來預測系統放大倍率。
2·設定
- 開啟 compound-relay 預設並按下 Reset。兩個鏡頭的 f = 10 cm，間隔 40 cm。
- 啟用第一透鏡的像距與系統放大率讀數。
- 設定每次試驗距鏡頭 1 的物距，並記錄第一個影像距離和整體系統放大倍率。
3·收集數據
| 距 L1 的物距 (cm) | L1的像距 (cm) | 系統放大倍率M |
|---|---|---|
| 14.00 | ||
| 20.00 | ||
| 26.00 |
針對三次試驗，繪製系統放大率M（y軸）相對L1的物距（x軸）的關係圖。
4·分析
- 對於其中一次試驗，先由1/f₁ = 1/d_o1 + 1/d_i1（f₁ = 10 cm）求出L1的像距d_i1，再求出L2的物距d_o2 = 40 − d_i1，然後由1/f₂ = 1/d_o2 + 1/d_i2（f₂ = 10 cm）求出L2的像距d_i2。最後計算M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2)。將M與表格比較。
- 解釋為什麼L1的真實影像成為L2的真實物體——第二個鏡頭並不關心它的「物體」實際上是第一個鏡頭形成的影像；它只是對到達它的任何光線進行成像。
5·擴展
- 當物體位於L1的2f點時（d_o1 = 20 cm，因此d_i1也是20 cm），系統放大率恰好為1——儘管經過了兩次獨立的反轉，最終像與原物體大小和方向相同。請解釋為什麼兩次反轉（每個透鏡各一次）會相互抵消，得到與正立像等效的最終方向……真的是這樣嗎？請檢查你的符號。
- 像這樣的多透鏡中繼系統被用於內視鏡和潛望鏡，在不損失尺寸或清晰度的情況下，將影像傳送到較遠的距離。請解釋為什麼單一焦距極長的透鏡無法實現同樣緊湊的中繼效果。
這個實驗背後的物理原理
複合系統放大倍率
對於任何成像元件鏈，整個系統放大倍率是每個單獨元件放大倍率的乘積： M = m₁ × m₂ × ...每個元件成像它實際接收到的任何物體（真實的或前一個元件的圖像）。