内容正文:
第四章 透镜及其应用
课时4.1透镜
2022年课程标准
物理素养
2.3.5 了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。探究并了解凸透镜成像的规律。了解凸透镜成像规律的应用。
4.2.8 探究凸透镜成像的规律。
物理观念:了解光,能用知识解释自然界的有关现象,解决日常生活中的有关问题,形成初步的运动和相互作用观念。
科学思维:知道光线等物理模型;能运用光的一些规律分析简单问题,并获得结论;能在解释自然现象和解决实际问题时引用证据,具有使用科学证据的意识;能根据知识,指出交流中有关说法的不当之处,并能提出自己的见解。
科学探究:能基于观察和实验,提出与光现象有关的科学探究问题,并作出有依据的猜想与假设;在关于光的反射、平面镜成像等科学探究中,能制订初步的实验方案;能正确使用相关器材获取实验数据;能通过对数据的比较与分析,发现数据的特点,进行初步的因果判断,得出实验结论;能表述实验过程和结果,撰写实验报告。
科学态度与责任:知道物理学是对相关自然现象的描述与解释,物理学研究需要观察、实验和推理,体会物理学对人类生活和社会发展的影响;具有对光知识的学习兴趣和严谨认真、实事求是的科学态度。
一、透镜
1.定义:能让光从一侧透过到另一侧的镜子。
2.分类:凸透镜和凹透镜。
3.特点:(1)凸透镜:中央厚,边沿薄。
(2)凹透镜:中央薄,边沿厚。
4.作用:(1)凸透镜:会聚光。
(2)凹透镜:发散光。
二、了解与透镜有关的名词
1.主光轴:通过两个球面球心的直线。 2.光心:透镜中心O。
3.焦点:平行于主轴的平行光通过凸透镜后会聚于一点,用F表示。
4.焦距:焦点到光心的距离,用f表示。
5.物距:物体到凸透镜的距离,用U表示。
6.像距:像到凸透镜的距离,用V表示。
三、三条特殊光线
问题一:透镜
【角度1】特点和分类
【典例1】下列关于物理概念或规律的描述中正确的是( )
A.光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生折射现象
B.当光垂直入射到平面镜上时,反射角等于90°
C.平行光线经过凸透镜后会会聚为一点,这一点就是凸透镜的焦点
D.经过凹透镜折射后的光有可能是会聚光线
光的折射的概念和现象、透镜的特点与分类、光的反射的概念、凸透镜的特殊光线作图
【变式1-1】公元前2世纪,西汉淮南王刘安的《淮南万毕术》记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生”,其描述的现象如图所示,下列说法正确的是( )
A.“削冰令圆”指的是把冰削成凹透镜
B.“举以向日”指的是冰透镜正对太阳光
C.“以艾承其影”中的“影”指冰透镜的影子
D.“则火生”是因为冰透镜能反射太阳光
【变式1-2】将一张画有箭头的纸条放在圆柱形空杯后方一定距离处,透过空杯观察到如图甲所示的情景。向杯中倒入适量水后,透过水杯观察到的箭头如图乙所示。关于此现象下列说法正确的是( )
A.装水的圆柱形水杯相当于一个凹透镜
B.放大箭头的成像原理与放大镜原理相同
C.透过水杯观察到的放大箭头是虚像
D.改变纸条的位置可透过水杯成缩小的像
【角度2】对光的作用
【典例2】关于凸透镜对光的作用,下列说法正确的是( )
A.经过凸透镜后的光一定变成会聚的光
B.对平行于主光轴的光才有会聚作用
C.对任何光都有会聚作用
D.光通过凸透镜后变成平行光
探究凸透镜对光的作用
【变式2-1】光的世界是丰富多彩的,光学器件在我们的生活、学习中有着广泛应用。你认为下面的介绍不符合实际的是( )
A.近视眼镜利用了凹透镜对光线的发散作用
B.照相时,被照者距镜头越远,所成的像越大
C.借助放大镜看世界地图时,地图到放大镜的距离应小于一倍焦距
D.阳光通过凸透镜可以点燃纸屑,是利用凸透镜对光线的会聚作用
【变式2-2】将一副眼镜放在太阳底下,使镜片正对太阳光,在地面上观察到如图所示的现象,则下列判断正确的是( )
A.它是近视眼镜,对光线有会聚作用
B.它是远视眼镜,对光线有发散作用
C.它是老花眼镜,对光线有会聚作用
D.它是近视眼镜,对光线有发散作用
【角度3】透镜结构
【典例1】如图所示,该凸透镜的焦距是( )
A.10.0 cm B.20.0 cm C.30.0 cm D.50.0 cm
用平行光测定凸透镜焦距
【变式3-1】小明同学利用太阳光测量凸透镜的焦距,方法如图所示。他注意到让凸透镜正对阳光,但没有仔细调节纸片与透镜的距离,在纸片上的光斑并不是最小时,就测出了光斑到凸透镜中心的距离L,那么,凸透镜的实际焦距( )
A.一定小于L B.一定大于L
C.可能等于L D.可能小于L,也可能大于L
【变式3-2】如图所示的四种现象中,有关叙述正确的是( )
A.让凸透镜正对太阳,可以测量凸透镜焦距
B.手影是光的直线传播形成虚像,它不是能量的聚集
C.水中铅笔看起来变弯折是由于光的反射形成的
D.我们看到塔在水中形成倒影是由于光在同种均匀介质中沿直线传播形成的
【基础强化】
1.如图所示,淮南万毕术关于冰透镜记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生”。光能用于生火主要是利用以下哪种光学现象( )
A.光的直线传播 B.光的反射
C.光的折射 D.光的色散
2.如图四种玻璃透镜中( )
A.只有a是凸透镜 B.只有b是凸透镜
C.只有d是凹透镜 D.只有b和c是凹透镜
3.下列关于透镜的说法正确的是( )
A.凸透镜只对平行光有会聚作用
B.凹透镜对光有发散作用
C.凸透镜两个焦点之间的距离叫做焦距
D.平行光经过凸透镜折射后一定会聚于焦点
4.下列关于物理概念的说法中,错误的是( )
A.凹透镜对光有发散作用
B.在光的反射、折射现象中光路都是可逆的
C.平面镜所成的像一定是虚像,并且像与物的大小相等
D.小孔成像所成的像是折射光线的反向延长线相交而成的虚像
5.下列现象中(如图所示),属于光的反射的是( )
A.开凿隧道时,利用激光束引导掘进方向
B.光纤传输光信号
C.放大镜使光会聚
D.手影的形成
6.关于透镜,下列说法正确的是( )
A.通过凸透镜的光线一定会聚于焦点
B.凸透镜有实焦点,凹透镜有虚焦点
C.凸透镜只对平行光线有会聚作用
D.平行于主光轴的光,经凹透镜后会聚于焦点
7.如图小枫同学练习透镜作图法时面的图,其中错误的是( )
A. B.
C. D.
8.下图表示的平面镜和凸透镜成像情况,正确的是()
A. B.
C. D.
9.截面为正方形、中空部分为椭圆形的玻璃体如图所示。则这个玻璃体( )
A.可以看做两块凹面镜 B.可以看做一块凸透镜
C.对图示光束具有发散作用 D.对图示光束具有会聚作用
【素养提升】
10.如图所示,四幅图均表示光线通过凸透镜前后的传播方向,其中正确的是
A.B. C. D.
11.王亚平太空授课时,在水球中注入一个气泡,我们透过水球可以看到一正一反两个缩小的像。如图所示,对于成像的原理,以下说法正确的是( )
A.正反像都是属于凸透镜的
B.正反像都是属于凹透镜的
C.正像是属于凹透镜的,反像是属于凸透镜的
D.正像是属于凸透镜的,反像是属于凹透镜的
【能力培优】
12.如图所示,一束光线射向O处的光学元件后会聚于主光轴上的S点,去掉光学元件后,光线会聚于S1点,则该元件一定是
A.平面镜 B.凹面镜 C.凸透镜 D.凹透镜
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第四章 透镜及其应用
课时4.1透镜
2022年课程标准
物理素养
2.3.5 了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。探究并了解凸透镜成像的规律。了解凸透镜成像规律的应用。
4.2.8 探究凸透镜成像的规律。
物理观念:了解光,能用知识解释自然界的有关现象,解决日常生活中的有关问题,形成初步的运动和相互作用观念。
科学思维:知道光线等物理模型;能运用光的一些规律分析简单问题,并获得结论;能在解释自然现象和解决实际问题时引用证据,具有使用科学证据的意识;能根据知识,指出交流中有关说法的不当之处,并能提出自己的见解。
科学探究:能基于观察和实验,提出与光现象有关的科学探究问题,并作出有依据的猜想与假设;在关于光的反射、平面镜成像等科学探究中,能制订初步的实验方案;能正确使用相关器材获取实验数据;能通过对数据的比较与分析,发现数据的特点,进行初步的因果判断,得出实验结论;能表述实验过程和结果,撰写实验报告。
科学态度与责任:知道物理学是对相关自然现象的描述与解释,物理学研究需要观察、实验和推理,体会物理学对人类生活和社会发展的影响;具有对光知识的学习兴趣和严谨认真、实事求是的科学态度。
一、透镜
1.定义:能让光从一侧透过到另一侧的镜子。
2.分类:凸透镜和凹透镜。
3.特点:(1)凸透镜:中央厚,边沿薄。
(2)凹透镜:中央薄,边沿厚。
4.作用:(1)凸透镜:会聚光。
(2)凹透镜:发散光。
二、了解与透镜有关的名词
1.主光轴:通过两个球面球心的直线。 2.光心:透镜中心O。
3.焦点:平行于主轴的平行光通过凸透镜后会聚于一点,用F表示。
4.焦距:焦点到光心的距离,用f表示。
5.物距:物体到凸透镜的距离,用U表示。
6.像距:像到凸透镜的距离,用V表示。
三、三条特殊光线
问题一:透镜
【角度1】特点和分类
【典例1】下列关于物理概念或规律的描述中正确的是( )
A.光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生折射现象
B.当光垂直入射到平面镜上时,反射角等于90°
C.平行光线经过凸透镜后会会聚为一点,这一点就是凸透镜的焦点
D.经过凹透镜折射后的光有可能是会聚光线
光的折射的概念和现象、透镜的特点与分类、光的反射的概念、凸透镜的特殊光线作图
【详解】A.光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时,才会发生折射现象,垂直入射时不会发生折射。故A错误;
B.反射角是反射光线与法线的夹角,当光垂直入射到平面镜上时,反射角等于0°,故B错误;
C.只有平行于主光轴的光线通过凸透镜后,折射光线会聚于主光轴上的一点,即焦点,故C错误;
D.若入射光线是会聚的,经过凹透镜折射后,推迟会聚一些,光线也有可能是会聚的,所以经过凹透镜折射后的光有可能是会聚光线,故D正确。
故选D。
【变式1-1】公元前2世纪,西汉淮南王刘安的《淮南万毕术》记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生”,其描述的现象如图所示,下列说法正确的是( )
A.“削冰令圆”指的是把冰削成凹透镜
B.“举以向日”指的是冰透镜正对太阳光
C.“以艾承其影”中的“影”指冰透镜的影子
D.“则火生”是因为冰透镜能反射太阳光
【详解】A.由图可知,该透镜对光线有会聚作用,属于凸透镜,故A错误;
B.“举以向日”指的是冰透镜正对太阳光,让太阳光平行于凸透镜的主光轴照到凸透镜上,故B正确;
C.凸透镜能将平行光会聚在焦点处,所以“以艾承其影”中的“影”指冰透镜的焦点,故C错误;
D.“则火生”是因为冰透镜是凸透镜,能会聚光线,从而将太阳光的能量集中,产生高温,引燃艾草,故D错误。
故选B。
【变式1-2】将一张画有箭头的纸条放在圆柱形空杯后方一定距离处,透过空杯观察到如图甲所示的情景。向杯中倒入适量水后,透过水杯观察到的箭头如图乙所示。关于此现象下列说法正确的是( )
A.装水的圆柱形水杯相当于一个凹透镜
B.放大箭头的成像原理与放大镜原理相同
C.透过水杯观察到的放大箭头是虚像
D.改变纸条的位置可透过水杯成缩小的像
【详解】A.圆柱形水杯装有水的部分具有中间厚、边缘薄的特征,相当于一个凸透镜,故A错误;
BC.看到这个方向改变的箭头是放大的,即物体成倒立放大的像,根据凸透镜成像规律可知,该像为实像,与投影仪的成像原理相同,故BC错误;
D.根据凸透镜成像规律可知,当物体在二倍焦距外时,成倒立缩小的实像,所以改变纸条的位置透过水杯可能看到缩小的像,故D正确。
故选D。
【角度2】对光的作用
【典例2】关于凸透镜对光的作用,下列说法正确的是( )
A.经过凸透镜后的光一定变成会聚的光
B.对平行于主光轴的光才有会聚作用
C.对任何光都有会聚作用
D.光通过凸透镜后变成平行光
探究凸透镜对光的作用
【详解】A.从凸透镜的焦点出发的光线,经过凸透镜后平行于主光轴,所以经过凸透镜后的光不一定变成会聚的光,只是比原来的光线会聚一些,故A错误;
B.凸透镜对光具有会聚作用,不仅仅是只对平行光线,故B错误;
C.凸透镜对任何光都有会聚作用,故C正确;
D.不是所有光经过透镜后都会变成平行光,故D错误。
故选C。
【变式2-1】光的世界是丰富多彩的,光学器件在我们的生活、学习中有着广泛应用。你认为下面的介绍不符合实际的是( )
A.近视眼镜利用了凹透镜对光线的发散作用
B.照相时,被照者距镜头越远,所成的像越大
C.借助放大镜看世界地图时,地图到放大镜的距离应小于一倍焦距
D.阳光通过凸透镜可以点燃纸屑,是利用凸透镜对光线的会聚作用
【详解】A.近视眼是晶状体曲度变大,会聚能力增强,即折光能力增强,应佩戴发散透镜,使光线推迟会聚,说法正确,故A不符合题意;
B.凸透镜成实像时,物近像远像变大,所以人离照相机镜头越远,人在照相机中所成的像就越小,故B符合题意;
C.当用放大镜看世界地图时,地图需放在放大镜的一倍焦距之内才可,故C不符合题意;
D.凸透镜对光线有会聚作用,可使平行光会聚在一点上,此点可使温度升高将纸屑点燃,故D不符合题意。
【变式2-2】将一副眼镜放在太阳底下,使镜片正对太阳光,在地面上观察到如图所示的现象,则下列判断正确的是( )
A.它是近视眼镜,对光线有会聚作用
B.它是远视眼镜,对光线有发散作用
C.它是老花眼镜,对光线有会聚作用
D.它是近视眼镜,对光线有发散作用
【详解】地面上形成的影子比镜片大,这说明镜片对光线具有发散作用,所以可知镜片是凹透镜,凹透镜可以用来进行近视眼的矫正,所以该眼镜是近视眼镜。
故选D。
【角度3】透镜结构
【典例1】如图所示,该凸透镜的焦距是( )
A.10.0 cm B.20.0 cm C.30.0 cm D.50.0 cm
【详解】平行光经凸透镜后会聚于一点,这一点即为凸透镜的焦点。凸透镜所对刻度值为20.0cm,光屏所对刻度值为30.0cm,所以焦点到凸透镜光心的距离为10.0cm,即该凸透镜的焦距为10.0cm,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
用平行光测定凸透镜焦距
【变式3-1】小明同学利用太阳光测量凸透镜的焦距,方法如图所示。他注意到让凸透镜正对阳光,但没有仔细调节纸片与透镜的距离,在纸片上的光斑并不是最小时,就测出了光斑到凸透镜中心的距离L,那么,凸透镜的实际焦距( )
A.一定小于L B.一定大于L
C.可能等于L D.可能小于L,也可能大于L
【详解】凸透镜正对阳光,光线平行于凸透镜的主光轴,经凸透镜会聚在主光轴上最小、最亮的点是凸透镜的焦点,在焦点左右的光点都不是最小最亮的,测量的焦距偏大或偏小,故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
【变式3-2】如图所示的四种现象中,有关叙述正确的是( )
A.让凸透镜正对太阳,可以测量凸透镜焦距
B.手影是光的直线传播形成虚像,它不是能量的聚集
C.水中铅笔看起来变弯折是由于光的反射形成的
D.我们看到塔在水中形成倒影是由于光在同种均匀介质中沿直线传播形成的
【详解】A.让凸透镜正对太阳,太阳光经过透镜后会会聚到一点,该点到凸透镜的距离为焦距,故A正确;
B.手影是由于光的直线传播,在不透明的手掌的后面,光线照不到的地方,形成的影子,不是由光线会聚而成,不是能量的聚集。故B错误。
C.从水中铅笔上反射的光从水中斜射入空气中时,发生折射,折射光线远离法线,当人逆着折射光线的方向看时,看到的是铅笔的虚像,感觉折断了,故C错误;
D.平静水面上塔的倒影,属于平面镜成像,是由于光的反射形成的等大虚像,故D错误。
故选A。
【基础强化】
1.如图所示,淮南万毕术关于冰透镜记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生”。光能用于生火主要是利用以下哪种光学现象( )
A.光的直线传播 B.光的反射
C.光的折射 D.光的色散
【答案】C
【详解】古人将冰磨成一种冰透镜,该透镜中间厚、边缘薄,属于凸透镜,能使太阳光会聚焦点,从而能点燃艾草取火,属于光的折射现象,故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
2.如图四种玻璃透镜中( )
A.只有a是凸透镜 B.只有b是凸透镜
C.只有d是凹透镜 D.只有b和c是凹透镜
【答案】C
【详解】凸透镜中间比边缘厚,对光线有会聚作用;凹透镜中间比边缘薄,对光线有发散作用。由图知道,a、b、c都是中间厚,边缘薄,是凸透镜;d是中间薄,边缘厚,是凹透镜,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
3.下列关于透镜的说法正确的是( )
A.凸透镜只对平行光有会聚作用
B.凹透镜对光有发散作用
C.凸透镜两个焦点之间的距离叫做焦距
D.平行光经过凸透镜折射后一定会聚于焦点
【答案】B
【详解】A.凸透镜对所有光有会聚作用,不单指对平行光,故A错误;
B.凹透镜对所有光线有发散作用,故B正确;
C.凸透镜的焦点到光心的距离为焦距,而不是两个焦点之间的距离叫做焦距,故C错误;
D.只有平行于主光轴的光线经凸透镜折射后才会聚于焦点,故D错误。
故选B。
4.下列关于物理概念的说法中,错误的是( )
A.凹透镜对光有发散作用
B.在光的反射、折射现象中光路都是可逆的
C.平面镜所成的像一定是虚像,并且像与物的大小相等
D.小孔成像所成的像是折射光线的反向延长线相交而成的虚像
【答案】D
【详解】A.根据课本知识可知,凹透镜对光有发散作用,故A正确,不符合题意;
B.光在同种均匀介质中沿直线传播,在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的,故B正确,不符合题意;
C.虚像是反射光线的反向延长线的汇聚点,根据平面镜成像的特点可知,平面镜所成的像是虚像,像与物体等大,故C正确,不符合题意;
D.小孔成像是光的直线传播现象,成的是实像,故D错误,符合题意。
故选D。
5.下列现象中(如图所示),属于光的反射的是( )
A.开凿隧道时,利用激光束引导掘进方向
B.光纤传输光信号
C.放大镜使光会聚
D.手影的形成
【答案】B
【详解】A.开凿隧道时,利用激光束引导掘进方向,是利用光的直线传播,故A不符合题意;
B.光纤传输光信号是利用光的反射,故B符合题意;
C.放大镜使光会聚是利用凸透镜对光线的会聚作用,故C不符合题意;
D.手影的形成是利用光的直线传播,故D不符合题意。
故选B。
6.关于透镜,下列说法正确的是( )
A.通过凸透镜的光线一定会聚于焦点
B.凸透镜有实焦点,凹透镜有虚焦点
C.凸透镜只对平行光线有会聚作用
D.平行于主光轴的光,经凹透镜后会聚于焦点
【答案】B
【详解】A.凸透镜的光线不一定会聚于焦点,只有平行于主光轴的光线经过凸透镜,才会会聚于焦点,故A错误;
B.平行于主光轴的光线经过凸透镜折射后,折射光线会聚于一点,即为焦点,由于是实际光线会聚而成,故有两个实焦点,凹透镜有虚焦点,折射光线的反向延长线汇聚于一点,为虚焦点,故B正确;
C.凸透镜对所有光线有会聚作用,故C错误;
D.平行于主光轴的光,经凹透镜后发散,折射光线的反向延长线,故D错误。
故选B。
7.如图小枫同学练习透镜作图法时面的图,其中错误的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】根据过凸透镜及凹透镜的三条特殊光线分析可知C、D选项正确;其中A选项过凸透镜焦点射向该透镜的光线折射后,平行于主光轴,平行光线射向凹透镜时,折射后的光线反向延长线过凹透镜的焦点,故A选项正确;透镜的光线B选项凹透镜对光线有发散作用,所以过焦点射向凹透镜的的光线应在另一侧发散而非平行于主光轴,故B选项错误.
【点睛】凸透镜的三条特殊的光线:
①平行于主光轴的光线经透镜折射后的光线过焦点
②过光心的光线经透镜折射后方向不变
③过焦点的光线经透镜折射后平行于主光轴
凹透镜的三条特殊的光线:
①平行于主光轴的光线经透镜折射后反向延长线过焦点
②过光心的光线经透镜折射后方向不变
③延长线过焦点的光线经透镜折射后平行于主光轴
8.下图表示的平面镜和凸透镜成像情况,正确的是()
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】平面镜所成的像是关于镜面对称的,故A错,B正确;对于凸透镜来说,当物体位于二倍焦距以外时,所成的像为倒立缩小的实像,故CD错;应选B。
9.截面为正方形、中空部分为椭圆形的玻璃体如图所示。则这个玻璃体( )
A.可以看做两块凹面镜 B.可以看做一块凸透镜
C.对图示光束具有发散作用 D.对图示光束具有会聚作用
【答案】C
【详解】玻璃体被中空(中间是空气)分成了两部分,这两部分都是中间薄、边缘厚,都是凹透镜,对光线有发散作用,因此平行光经过玻璃砖后,会变得发散。故C符合题意,ABD不符合题意。
答案C。
【素养提升】
10.如图所示,四幅图均表示光线通过凸透镜前后的传播方向,其中正确的是
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】先确定所给的入射光线和折射光线的特点,然后根据凸透镜对光线有会聚作用进行判断.
【详解】ABD、折射光线与入射光线相比,折射光线远离主光轴,对光线起了发散作用,而凸透镜只有会聚作用,故ABD错误;C. 折射光线与入射光线相比,折射光线靠近主光轴,对光线起了会聚作用,故C正确.故选C.
11.王亚平太空授课时,在水球中注入一个气泡,我们透过水球可以看到一正一反两个缩小的像。如图所示,对于成像的原理,以下说法正确的是( )
A.正反像都是属于凸透镜的
B.正反像都是属于凹透镜的
C.正像是属于凹透镜的,反像是属于凸透镜的
D.正像是属于凸透镜的,反像是属于凹透镜的
【答案】C
【详解】由图知,水球被中间气泡分为了两部分,水球内圈是两个中部薄,边缘厚的凹透镜,水球外圈是凸透镜,所以外圈成一个倒立、缩小的实像,内圈成一个正立的像,故C正确,ABD错误。
故选C。
【能力培优】
12.如图所示,一束光线射向O处的光学元件后会聚于主光轴上的S点,去掉光学元件后,光线会聚于S1点,则该元件一定是
A.平面镜 B.凹面镜 C.凸透镜 D.凹透镜
【答案】D
【详解】由题意可知,光线通过该元件发生了折射,故应为透镜.而凹透镜对光起发散作用,使光线会聚于主光轴上的S点.故选D
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