§3 透镜及其成像
透镜的主要作用就是成像．在中学阶段，主要讲述薄透镜．
首先应让学生了解有关薄凸透镜成像的几个基本概念．
簿透镜 透镜中央部分的厚度比两个折射面的曲率半径小得多的透镜．我们所研究的透镜成像规律，都是针对薄透镜的．
主光轴 透镜的两个折射面曲率中心的连线（或延长线）叫主光轴．
光心 是主光轴上的一个特殊点，凡通过该点的光线都不改变原来传播方向．
焦点 跟主光轴平行的近轴光线束，经凸透镜折射会聚在主光轴的同一点，这一点称为（主）焦点F．
焦距 主焦点到光心的距离叫透镜的焦距f．
这部分内容对学生的总要求是，从观察实验出发，把折射定律运用到透镜对光路的控制上，建立对透镜成像情况的全面认识，熟练掌握透镜成像作图法，能理解、应用透镜成像公式，并对成像的位置和性质（实虚、倒正、放大或缩小）进行讨论．在教学中可以重点讲授凸透镜，然后引导学生自己对凹透镜有所了解．
如果学生基础较好，可以通过如下练习题引入副光轴、副焦点等概念．在透镜一侧主光轴上放一点光源S，求S在透镜另一侧所成的像．使学生发现利用原有的知识是不能解决的（S点通过光心和平行主轴的光线都与主光轴重合），从而引入副光轴，副焦点和焦平面的概念．我们画一条SM光线，然后，过光心O作SM的平行线，我们称这条过O点且平行于SM的光线PQ为副光轴，该线与过F2垂直于主光轴的平面交于一点F′2，叫做副焦点，连MF′2交主光轴于一点S′，即是所求S点的像，如图18－7所示．
为了巩固透镜成像规律，可以适当选配一些练习，让学生用作图法和公式法对各种成像情况进行讨论．
例如，正方形画片和光屏相距3m，问要选用焦距为多少的透镜，将它放到什么位置，才能在光屏上得到面积放大到81倍的像？
在应用透镜公式解决问题时，一定要避免硬套公式的错误，要认真分析物、像的位置，特别是分析像的特征，以便正确地确定公式中各项的符号．
本题中，既然所成的像能够被光屏接收，必定是实像，所以用的是凸透镜，f为正；从几何学可知像与物体（画片）是一对相似形，所以面积之比等于对应边的平方之比，即面积放大率Ks=K2=81，所以一维放大率K=9．
按题意，
u+v=300（cm），
而
将上两式联立，解得u=30（cm）， v=270（cm），把u和v的
在得出结果后，我们应该告诉学生，这种把透镜放到距画片很近的位置，在相对很远的屏上得到放大实像的情况，就是幻灯机的原理．为深化、活化知识，可以进一步让学生回答，将上述透镜再移到哪里，又可以在光屏上得像？这个像的面积放大率是多少？
这里应当说明，如果给高中学生介绍一下像差，也是很有益的．
我们用一个凸透镜放大书上的字体时，将会发现：放大出来的字是中间部分的字体工整，边缘的字体却发生了变形．这种成像模糊或跟物体有差别的现象，是透镜的缺点，叫做像差．
产生像差的原因很多，可以只介绍一两种．例如，用实验事实来说明球差：
取一个直径较大的、焦距较小的凸透镜，把一个点光源放在透镜的主轴上．像屏放在透镜的另一侧，实验结果发现：点光源发出的宽光束通过透镜在像屏上成像（图18－8），但是，无论怎样移动像屏，只能在像屏上看到模糊的光斑，光线不能很好地会聚于一点．
如果在透镜前放一块有小孔的纸板，即所谓的光阑，并且切口正中心在主轴上（图18－9），那么，通过透镜的是狭窄光束，这时，在像屏上观察到的像就比较清楚了．去掉有小孔的纸板，像又变模糊了．
可见，光束通过透镜的不同区域（中央的或边缘），成像的位置也不同．因此，直径较大、焦距较小的透镜，对点光源所成的像是一个模糊的光斑，而不是一个清晰的像点．这种像差叫做球面像差，简称球差．
由于球差的存在，对于照相机、观测仪器的影响很大，因此，必须设法消除．
透镜的球差，一般用两个透镜（凸透镜和凹透镜）复合成的透镜组来消除．使会聚透镜和发散透镜的球差正好相消，或基本相消．显微镜和望远镜的物镜，照相机的镜头都是采用这种消球差的复合透镜．