【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第四章光學(xué)儀器

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的。】

§4-4眼睛

【01】人的眼睛，就它的構(gòu)造來說，跟照相機(jī)很相似，也可以看成是一種“光學(xué)儀器”。圖4·11就是人的眼睛的簡圖，人眼睛的半徑平均約為 2.5 厘米，形狀很象一個球體，所以稱它做眼球。眼球里的晶狀體很象一個雙凸透鏡（透鏡兩側(cè)球面都是凸面的凸透鏡），其邊緣支承在特殊的肌肉和韌帶上。晶狀體和透明的角膜之間充滿著無色透明的水狀液，晶狀體和視網(wǎng)膜之間充滿著另一種無色透明的液體一玻璃體。從物體射出的光線，穿過角膜進(jìn)入眼球的時候，經(jīng)過水狀液、晶狀體和玻璃體的折射，形成一個倒立縮小的實象，如果這個實象恰好成在視網(wǎng)膜上，刺激分布在視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞，視神經(jīng)就會把印象傳給大腦，這時候我們就看見這個物體了。

【02】我們可以做一個簡單而有趣的實驗，來證實物體在視網(wǎng)膜上所成的象是倒立的：在一張硬紙片上戳一個很小的針孔，用手拿在離眼睛 8~10 厘米處；另一只手拿著一枚大頭針，豎直地放在貼近眼睛的地方，使紙片上的孔、大頭針和眼睛恰好在同一直線上。用一只眼睛對窗或窗外觀看（如圖4·12所示），這時候眼睛不僅能夠通過小孔看見窗和窗外的景物，還能看見大頭針清晰的倒影。

【03】當(dāng)我們看見物體的時候，如果還要求看清楚這個物體，也就是要能夠清晰地分辨物體的這一部分和那一部分，那么，就不僅需要物體的象成在視網(wǎng)膜上，同時還要求成在視網(wǎng)膜上的象足夠明亮，以及物體兩端對眼睛的光心所張的角——視角至少不小于 1 分。當(dāng)物體對眼睛所張的視角小于 1 分的時候，在視網(wǎng)膜上所成的象，就會落在同一個感光細(xì)胞上，整個物體看上去就縮成了一點，無從分辨。這時候眼睛甚至連啞鈴和鉛球也分辨不清。要使得物體的這一部分和那一部分能夠被我們眼睛區(qū)分開來（例如我們要看清楚一個啞鈴），就必須使物體的這兩部分分別落在兩個不同的感光細(xì)胞上，只有當(dāng)物體的兩部分對眼睛的光心所張的視角大于 1 分的時候，這兩部分的象才會落在兩個不同的感光細(xì)胞上，如圖4·13所示。所以看得清楚物體的條件之一是物體對眼睛所張的視角要大于 1 分。

【04】在一定的程度上，人的眼睛能夠在遠(yuǎn)近不同、光線強(qiáng)弱不同的情況下，看清楚外面的物體。這是什么道理呢？

【05】首先是，眼晴晶狀體邊緣的肌肉有一種收縮和弛張的機(jī)能，通過它可以改變晶狀體的曲率（從而改變它的焦距），使得離開眼晴遠(yuǎn)近不同的物體，經(jīng)過調(diào)節(jié)以后，象都能夠成在視網(wǎng)膜上（眼晴要看清楚一個物體，首先要這個物體的象成在視網(wǎng)膜上），眼球里晶狀體到視網(wǎng)膜之間的距離（就是象距 v）是固定不變的，物體離開眼睛的距離（就是物距u）有時遠(yuǎn)有時近，依靠晶狀體曲率的調(diào)節(jié)可以改變焦距 f，從而使得晶狀體的焦距 f 恰好滿足公式：，那么，象就能夠成在視網(wǎng)膜上了。

【06】其次，眼晴還有另一種適應(yīng)能力，就是能夠控制進(jìn)入眼球的光線的多少，眼晴要看清楚一個物體，除了象要成在視網(wǎng)膜上以外，還需要成在視網(wǎng)膜上的象足夠的明亮。每當(dāng)我們剛從外面進(jìn)入正在開映的電影院里時，周圍什么也看不清楚，這就是因為周圍物體成在視網(wǎng)膜上的象太暗的緣故，等我們在電影院里坐了一些時間以后，又能夠看清楚鄰近的人了，這是什么緣故呢？因為眼睛晶狀體前面有一層虹膜（見圖4·11），虹膜當(dāng)中有一個孔，叫做瞳孔，瞳孔的大小是可以改變的，改變它就可以控制進(jìn)入眼球的光線的多少，它的作用象照相機(jī)中的光圈一樣。白天我們在室外，瞳孔收縮得比較小，防止有過多的光線進(jìn)入眼睛產(chǎn)生過強(qiáng)的刺激；當(dāng)我們進(jìn)入電影院或其他黑暗的地方時，瞳孔就會慢慢地放大，讓較多的光線進(jìn)入眼晴。正是這個原因，人們進(jìn)入電影院后，過了一會，就又能看清楚鄰近的人了。人的瞳孔在強(qiáng)烈的光線下直徑可以收縮到 2 毫米，在光線很微弱的情況下，可以放大到 8 毫米左右。

【07】再其次，眼晴要看清楚一個物體，還要滿足第三個條件，就是物體的兩端對眼睛光心所張的視角要大于 1 分。物體離開眼睛越遠(yuǎn)，張的視角也越小，在視網(wǎng)膜上成的象也就越小（如圖4·14）。當(dāng)物距 u 不變，視角和象的大小也是不變的，眼睛自身沒有調(diào)節(jié)象的大小的能力，每當(dāng)視角太小的時候，我們只能把物體移近一些，或者使眼晴靠近物體去觀察，這樣就可以看得清楚一些，因為這時候的視角相對的增大了。但是，這也有一個限度，那就是如果物體離開眼晴的距離移近到某一個一定的數(shù)值以后，即使晶狀體的曲率調(diào)節(jié)到最大也不能使物體的象成在視網(wǎng)膜上，這時候物體仍舊不能被看清楚。眼睛經(jīng)過調(diào)節(jié)所能夠看得清楚的最短距離叫做近點。年青人的正常眼睛，近點約在 10 厘米左右。

【08】眼睛的晶狀體在曲率最小的時侯，能夠看得見多遠(yuǎn)的物體呢？正常的眼睛在曲率最小的時候，能夠把平行光束聚在視網(wǎng)膜上，也就是能夠看得清楚無限遠(yuǎn)的物體（因為從無限遠(yuǎn)物體射來的光線是平行的）。在天氣晴朗的夜晚，我們能夠看清楚月亮清晰的輪廓，說明正常的眼睛在晶狀體曲率最小的時候能夠看清楚無限遠(yuǎn)處的物體，眼晴能夠看得清楚的最遠(yuǎn)距離，叫做遠(yuǎn)點。正常的眼睛遠(yuǎn)點是無限遠(yuǎn)。

【09】人的眼睛雖然有一定的調(diào)節(jié)能力，但是長時間在高度調(diào)節(jié)的情況下作很近距離的觀察，眼晴很快就會感到疲勞。人們的眼睛比較習(xí)慣于在適當(dāng)?shù)木嚯x（對正常眼睛講，這個距離約為 25 厘米）下看東西，這時眼睛不容易感到疲勞，所以我們又把 25 厘米叫做眼睛的明視距離。

【10】人的眼睛也有不正常的，象近視眼和遠(yuǎn)視眼等。下面就來討論這兩種眼晴的缺陷和矯正的方法。

(1)近視眼

【11】這種眼睛的晶狀體的折光本領(lǐng)比正常的眼睛大些，或是角膜到視網(wǎng)膜的距離比正常的眼睛長些，晶狀體在曲率最小的時候，也不能把平行光束會聚在視網(wǎng)膜上（而是聚在視網(wǎng)膜前），這種眼睛，遠(yuǎn)點不是無限遠(yuǎn)，只適于看較近的物體，近點也比 10 厘米小。要使這種眼睛能夠看清楚無限遠(yuǎn)的物體，必須把物體在視網(wǎng)膜前所成的象正好移到視網(wǎng)膜上，矯正近視眼的方法是戴一副用凹透鏡做的眼鏡（俗稱近視眼鏡），利用這種透鏡對于光束的發(fā)散作用，可以使得物體所成的象遠(yuǎn)一些，根據(jù)眼睛近視程度的不同，只要選擇適當(dāng)焦度的凹透鏡，就能使無限遠(yuǎn)物體的象剛好成到眼睛的視網(wǎng)膜上（見圖4·15）。

(2)遠(yuǎn)視眼

【12】這種眼睛的晶狀體的折射本領(lǐng)比正常的眼睛小些，或是角膜到視網(wǎng)膜的距離比正常的眼睛短些，晶狀體在曲率最小的時候，無限遠(yuǎn)處物體的象，成在視網(wǎng)膜的后面，要經(jīng)過調(diào)節(jié)才能看清楚無限遠(yuǎn)處的物體；較近處物體的象，成在視網(wǎng)膜的更后面一些，這時候要看清楚物體，晶狀體就需要作更大的調(diào)節(jié)，這種眼睛（遠(yuǎn)視眼）的近點比 25 厘米還要遠(yuǎn)，（物體離開眼睛接近 25 厘米時，雖經(jīng)調(diào)節(jié)，眼睛仍不能看清楚這個物體）矯正遠(yuǎn)視眼的方法是戴一副凸透鏡做的眼鏡（俗稱遠(yuǎn)視眼鏡）。利用這種眼鏡對于光束的會聚作用，使得物體所成的象可以移近一些，根據(jù)眼睛遠(yuǎn)視程度的不同，只要選擇適當(dāng)焦度的凸透鏡就可以使近處物體原來成在視網(wǎng)膜后的象，剛好成在視網(wǎng)膜上（見圖4·16）。

【13】正常的眼睛，或是有缺陷的眼睛經(jīng)過矯正以后，雖然都能使遠(yuǎn)處或近處物體的象成在視網(wǎng)膜上，但是，如果物體對眼睛的光心所張的視角小于 1 分的時候，還是看不清楚，這時候就需要設(shè)法增大視角，使視網(wǎng)膜上的象增大。增大視角的途徑有兩方面：(1)把物體移近。平時我們?yōu)榱吮鎰e物體的細(xì)小部分，總是走到物體的近前去看，或者把物體拿到眼的近旁來仔細(xì)觀察。(2)利用光學(xué)儀器的幫助。當(dāng)物體很小，移到眼的近點時視角還不到 1 分，或者物體很遠(yuǎn)，而它們離眼睛的距離又是不能縮短的時候，（例如觀察天體；作戰(zhàn)時觀察敵情；坐在很遠(yuǎn)的座位上看戲等）就需要使用各種光學(xué)儀器來增大視角。下面就介紹幾種常見的用來增大視角的光學(xué)儀器。