四、镜
镜是能够改变光的路径（简称光路）的物体，也叫做光学器件。镜能够形成物体的象，叫做镜的成象。可以用实验法、作图法和公式法进行描述成象过程。
根据光的透过性可以分为反射镜（简称镜）和透镜，根据镜面的特性可以分为平面镜和曲面镜，曲面镜又分为凸镜和凹镜、球面镜和柱面镜。因此镜有平面反射镜、凸面反射镜、凹面反射镜，平面透镜、凸面透镜、凹面透镜等。
为了改变光线以满足不同的需要，我们通常把镜组合起来形成镜组，叫做光学仪器。有成实象的照相机、幻灯机、电影机，有成虚象的放大镜、显微镜、望远镜，还有分光和研究光用的分光镜、摄谱仪。眼睛类似于照相机。
光纤是传送光的线路，是用玻璃纤维制造的，是特殊的镜，能够把光传送到很远的地方和任意方向。
1、平面镜。
平面镜形成的是虚象（并不实际存在的影象），大小和物体相等，同物体分居在镜面的对称位置。
图4.106平面镜
2、球面镜。
球面镜有凸面镜和凹面镜，简称凸镜（以外面为镜）和凹镜（以内面为镜）。
图4.107球面镜
平行光照射在球面镜上会形成一个点，这个点叫做焦点，用F表示。焦点到镜面的距离叫做焦距，用f表示。对于球面镜f=R/2，R为球面镜半径。
凹镜成象：凹镜形成实焦点（存在的光点），有聚光作用，是聚光镜、会聚镜。凹镜形成的象有实象和虚象：物体在焦点以外时在镜外（镜的同侧）形成倒立的实象（存在的象，能在光屏上显现出来的象），在焦点以内时在镜里形成正立的虚象。在焦点和球心之间时在球心外形成放大的实象，在球心以外则在焦点和球心之间形成缩小的实象。太阳灶、探照灯、车灯、手电筒、灯罩等就是利用凹镜成象原理制造的。
凸镜成象：凸镜形成虚焦点（不存在的光点），有散光作用，是散光镜、发散镜。凸镜形成的象总是正立、缩小的虚象，并且和物体分居在镜的两侧，有扩大视野的作用。例如车上的反光镜。
成象作图时有三条光线是比较特殊的：平行光线形成通过焦点的反射线，通过焦点的光线形成平行的反射线，通过球心的光重合。
用公式表示时，物体到顶点的距离叫做物距，用u表示；象到顶点的距离叫做象距，用v表示；焦点到顶点的距离叫做焦距，用f表示。
球面镜成象公式：。对于凹镜f为正值，对于凸镜f为负值；实象时v是正值，虚象时v是负值；u总是正值。
图4.108球面镜成象
3、玻璃板和棱镜。
平行透明板（玻璃板）对光线的作用：方向不变，只是向侧面平移了一段距离。板越厚平移越大。
图4.109平行透明板的光路变化
棱镜是用平行玻璃板制成的三角形的组合镜。光线通过棱镜时总是向底边偏转。
棱镜成象：形成虚象，并且总是向顶角偏移。
棱镜的应用：回转棱镜（全反射棱镜）、潜望镜（由两个回转棱镜组成）、倒转棱镜（另一种全反射棱镜）、分光镜等就是利用棱镜成象原理制成的。
图4.110棱镜
4、透镜。
透镜有凸透镜和凹透镜两类，具体有以下几种形状：
图4.111透镜的种类
凸透镜有聚光作用，是会聚透镜，像两个对底的棱镜。
凸透镜成象：当u＞2f时，在焦点和2倍焦距之间得到倒立、缩小的实象（f＜v＜2f＝；当u=2f时，在2f处得到大小一样、倒立的实象（v=2f）；当f＜u＜2f时，在2倍焦距以外得到放大、倒立的实象（v＞2f）；当u=f时，不能够得象；当u＜f时，在物体一侧得到放大、正立的虚象。
凹透镜有散光作用，是发散透镜，像两个对顶的棱镜。
凹透镜成象：只能够在物体的一侧得到正立、缩小的虚象。
凸透镜成象和凹透镜成象的作图：
图4.112透镜的作图
透镜成象公式：。凸透镜的f为正值，凹透镜的f值为负值。
透镜的放大率（成象放大率）：K=。这是长度放大率，对于面积放大率为K2。
透镜的焦度：D=1/f。焦度的单位是屈光度。焦度大则f小，偏折光的本领大。眼镜的度数是屈光度的百分之一。
5、照相机。
于1830年后在西方国家诞生，能够把物体拍摄下来形成影象，用来照相。由镜头、光圈、快门、暗箱、胶片等组成。对光的作用效果相当于一个凸透镜（u＞2f，f＜v＜2f，K＜1）。
眼睛就是一个天然照相机。晶状体是一个凸透镜，瞳孔是一个光圈。正常人眼的明视距离为25厘米，在这个距离看东西比较舒服。最小视觉距离叫做近点，约为10厘米，小于这个距离就会看不清。远点是无暇远。近视眼的明眼距离小于25厘米，近点小于10厘米，使用近视眼镜（凹透镜）调整；远视眼明视距离大于25厘米，近点大于10厘米，使用远视眼镜（凸透镜）调整。
6、幻灯机。
其光效果相当于一个凸透镜（v＞2f，f＜u＜2f，K＞1）。用来放映图片。由镜头、光源、聚光镜、反光镜、幻灯片等组成。
7、电影机。
于1895年由法国人发明出来，是用来放映电影的。相当于快速工作的幻灯机，1秒钟放映24幅照片。
8、放大镜。
这是焦距很小的凸透镜。一般放大镜的焦距是1~10厘米，视角放大倍数（放大镜的放大率、角放大率）在2.5~25。
光学仪器的放大率m=b/a，a、b分别为物体、虚象的视角。人眼的视角是1分。
放大镜的放大率m=d/f。
9、显微镜。
这是放大率比较大的放大镜，用来观测近处物体。由物镜（焦距比较短）、目镜（焦距比较长）等组成，都是凸透镜。放大率m=dL/f1f2。
光学显微镜的放大率最高为3000倍，能分辨2×10-5厘米的物体，这是因为光的衍射的结果限制了分辨率。电子显微镜能够放大几十万倍，能够分辨很小的物体。
10、望远镜。
这是一个反过来用的显微镜，就是显微镜的目镜和物镜分别当作望远镜的物镜和目镜，用来观测远处的物体。
伽利略望远镜是伽利略在1609年发明的，对天文学的发展起到了重要的作用。由凸透镜作为物镜，由凹透镜作为目镜，形成的是正立放大的虚象。放大率m=f1/f2。
开普勒望远镜，也叫做天文望远镜、倒像望远镜，是开普勒在1611年发明的。由两个凸透镜组成，形成一个放大、倒立的实象。放大率m=f1/f2。f1、f2分别是物镜、目镜的焦距。放大率可以达到几十甚至几百倍。
反射望远镜的目镜是凸透镜，物镜是凹透镜，可以做得很大，用于观测天体。
11、分光镜和摄谱仪。
分光镜是由棱镜、平行光管（由狭缝放大镜组成）、望远镜和标度管所组成的分解光的仪器，能够得到光谱。在分光镜上装置照相机就成了摄谱仪，能够拍摄光谱。