猫眼的工作原理是怎样的？

从使用“猫眼”可知：人在室外眼睛无论靠近还是远离“猫眼”都看不清室内景物，人在室内眼睛靠近还是远离“猫眼”都能清楚地看见室外的人和景物，且眼睛靠近“猫眼”观察景物效果更好。看见的是景物的正立的虚像，像比景物略小。

猫眼是由两个透镜组成,物镜为凹透镜,目镜为凸透镜。近似于倒置的伽利略望远镜。对于光心来说两侧的焦距是相等的,如果透镜两侧的曲面是对称的，那么光心就是透镜的中心，否则光心并不在两侧顶点的中心。



探究“猫眼”的构造



“猫眼”同望远镜、显微镜一样，都是由物镜和目镜组成。由“自主学习2”可知：望远镜是由两个凸透镜组成，物镜焦距较长，目镜焦距较短；显微镜也是由两个凸透镜组成，物镜焦距很短，目镜焦距较长。“猫眼”不可能是由两个凸透镜组成，因为门的厚度约为4cm，物镜和目镜的距离约为3cm，这也决定了物镜和目镜的焦距不可能较长，否则就不能满足“猫眼”的要求效果，那么“猫眼”的构造究竟是怎样的呢?

(1)“猫眼”由两个凹透镜组成能否满足要求

由成像规律可知，景物经物镜(凹透镜)成缩小正立的虚像，此虚像经目镜(凹透镜)再成缩小的正立的虚像，最终的虚像到眼睛的距离小于明视距离，而“猫眼”的孔经仅lcm左右，加之凹透镜发散的缘故，进入人眼的光也很微弱，即不能看清景物，其光路图如图1(景物AB离物镜较远未画出)。

因此，“猫眼”不是由两个凹透镜组成。

(2)“猫眼”由一个凸透镜和一个凹透镜组成能否满足要求。

A.物镜是凸透镜、目镜是凹透镜的情况

由透镜成像规律可知，景物(离门1~2m)经物镜(凸透镜)成缩小倒立的实像，此像作为目镜(凹透镜)的虚物再成缩小的虚像，如人眼靠近目镜(凹透镜)观察，这个距离比明视距离小得多，是无法看清的。如果人远离目镜(凹透镜)观察，则景物的成像光线进入人眼睛太少，而且视角也很小，同样无法看清，光路图如图2所示。

由此得出结论，用凸透镜作物镜、凹透镜作目镜是不能满足要求的。但也同时给我们启示，它正好满足室外不能看清室内景物的要求。

B.物镜是凹透镜，目镜是凸透镜的情况

由透镜成像规律可知，景物(离门1~2m)经物镜成缩小的正立的虚像。

a.若此虚像在目镜的1倍焦距之外，此虚像作为目镜的虚物再成倒立的实像。光路图如图3。

这也不能满足要求。

b.若景物经物镜成的虚像，在目镜的1倍焦距之内，此虚像作为目镜的虚物再成放大正立的虚像，则能满足要求，光路图如图4。

综上所述，“猫眼”是由一个凹透镜和一个凸透镜组成，物镜是凹透镜，目镜是凸透镜，但物镜的焦距较短，目镜的焦距离较长，且目镜的焦距应等于或大于物镜与目镜的距离(猫眼的长度)和目镜的焦距之和。实际猫眼也正是如此。