内容正文:
《透镜的认识及生活中的透镜》
1
延时文字
基础通关 —— 1.凸透镜和凹透镜
思考:用手感知一下近视眼镜片和老花眼镜片,思考它们有什么不同?
中间和边缘的厚薄程度不同,近视眼镜中间薄,边缘后,老花眼镜中间厚,边缘薄。
2
延时文字
基础通关 —— 1.凸透镜和凹透镜
透镜:用透明材质制成的、表面为球面一部分的光学元件。
种类 定义 图示 应用
凸透镜 中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜 放大镜、老花眼镜、照相机、投影仪
凹透镜
中间薄、边缘厚的透镜叫凹透镜 近视眼镜
3
延时文字
基础通关 —— 1.凸透镜和凹透镜
主光轴:通过透镜的两个球面球心的直线叫主光轴。
光心:主光轴上有个特殊的点,通过它的光传播方向不变。
(透镜中心可认为是光心)
注意:主光轴用“点划线” 表示。
4
基础通关 ——透镜分类
例1 如图所示的六个透镜中,属于凹透镜的是( )
A.①③⑤ B.②④⑤ C.③⑤⑥ D.④⑤⑥
C
解析:凸透镜的形状特点是:中间厚、边缘薄,故①②④都是凸透镜;
凹透镜的形状特点是中间薄、边缘厚,故③⑤⑥是凹透镜,故C符合题意。
5
延时文字
基础通关 —— 2.透镜对光的作用
猜想:让一束平行光正对着凸透镜,猜想发生的现象?凹透镜呢?
调整放大镜和纸的距离,纸上会出现一个很小、很亮的光斑。
如果换成凹透镜,比如近视眼镜,无论如何移动,都找不到亮斑。
6
延时文字
基础通关 —— 2.透镜对光的作用
探究两种透镜对光的作用
让平行于透镜主轴的几束光射向凸透镜,观察光通过凸透镜后的偏折方向;
让平行于透镜主轴的几束光射向凹透镜,观察光通过凹透镜后的偏折方向。
结论:凸透镜对光有会聚作用,凹透镜对光有发散作用。因此,凸透镜又叫作会聚透镜,凹透镜又叫作发散透镜。
7
延时文字
基础通关 —— 2.透镜对光的作用
透镜对光的作用原理
光线经三棱镜两次折射后向较厚的一端偏折
凸透镜是三棱镜的组合
F
凹透镜是三棱镜的组合
F
8
基础通关 ——判断透镜对光的作用
例2 让甲、乙两个透镜正对平行光,观察到的现象如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲、乙两个透镜对光线都是会聚的
B.甲透镜对光线是会聚的,乙透镜对光线发散
C.甲是凹透镜,乙是凸透镜
D.甲是凸透镜,乙是凹透镜
C
解析:图甲光斑的中间比较暗,图乙中间出现亮斑,所以甲对光线具有发散作用,是凹透镜,乙对光线具有会聚作用,是凸透镜,故C正确。
9
延时文字
基础通关 —— 3.焦点和焦距
思考:
上述探究实验中我们还观察到,凸透镜能使跟主光轴平行的光,会聚到一点,这个点有什么特殊性吗?
前面提到调整放大镜和纸的距离,纸上会出现一个很小、很亮的光斑,这个距离要满足什么条件呢?
该点(或光斑)是最小、最亮的,
点(或光斑)到透镜的距离固定,距离的大小随透镜的不同而不同。
10
延时文字
基础通关 —— 3.焦点和焦距
焦点:凸透镜能使跟主轴平行的光线会聚在主光轴上的一点,这点叫透镜的焦点,用“F ”表示。
虚焦点:跟主光轴平行的光线经凹透镜后变得发散,发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点,这一点不是实际光线的会聚点,所以叫虚焦点。
焦距:焦点到光心的距离叫焦距,用“f ”表示。
凸透镜是焦点
凹透镜是虚焦点
注意:① 凸透镜和凹透镜都有两个焦点,并且关于光心对称;
② 焦距的大小f 表示其会聚或发散能力的强弱,f 越小,相应的能力越强。
11
基础通关 ——焦点和焦距
例3 关于凸透镜的焦点和焦距,下列说法错误的是( )
A.凸透镜有两个实焦点
B.凸透镜两个焦点之间的距离叫焦距
C.平行于主光轴的光线经过凸透镜后会聚于焦点
D.把点光源放在焦点上,通过凸透镜后的折射光线一定平行于主光轴
B
解析:A.凸透镜有两个实焦点,故A正确;
B.焦点到光心的距离叫焦距,故B错误;
C.平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后都可以会聚到一点,即焦点,故C正确;
D.根据光路的可逆性,点光源放在焦点上时,通过凸透镜的光线一定平行于主光轴,故D正确。
12
延时文字
基础通关 —— 4.透镜中的三条特殊光线
凸
透
镜 通过光心的光线经凸透镜后传播方向不变 通过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴 跟主光轴平行的光线经凸透镜折射后过焦点
凹
透
镜 通过光心的光线经凹透镜后传播方向不变 射向凹透镜的光线如果其延长线通过虚焦点,则经凹透镜折射后平行于主光轴 跟主光轴平行的光线经凹透镜折射后,折射光线的反向延长线过焦点
13
延时文字
基础通关 —— 4.透镜中的三条特殊光线
简记为:平行过焦点,过焦点平行,过光心不变。
凸透镜
凹透镜
14
基础通关 ——利用特殊光线作图
例4 根据透镜的性质,在图中完成光路图画出对应折射光线。
解析:左图中,平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点,过光心的光线其传播方向不变;右图中,平行于主光轴的入射光线经凹透镜折射后折射光线反向延长通过焦点;过光心的光线传播方向不变;如下图所示。
15
延时文字
观察照相机的结构,说出它的各个部件的作用。
相当于一个凸透镜
相当于光屏
控制曝光时间
控制进光量
调节镜头到胶片间的距离
观察所拍景物
基础通关 —— 5.照相机与投影仪
16
延时文字
判断:根据以上图片及生活常识思考照相机成像有什么特点:
1.像是缩小还是放大?
2.像是正立还是倒立?
3.像距与物距哪个大?
(像距:像到镜头光心距离。 物距:物到镜头光心距离)
4.像与物体位于凸透镜的同侧还是两侧?
基础通关 —— 5.照相机与投影仪
17
延时文字
基础通关 —— 5.照相机与投影仪
思考:第一张照片变成了第二张照片,拍照的人是怎样做到的?
2
1
若想使底片上的像变大,应使相机靠近物体,同时使镜头远离底片
(增大暗箱长度)。
18
延时文字
基础通关 —— 5.照相机
成像原理:来自物体的光经过照相机镜头后,在胶片上会聚成被摄物体的像。胶卷上涂着一层对光敏感的物质,它在曝光后发生化学变化,物体的像就被记录在胶卷上。数码相机用电子感光器件和存储器件替代胶片作为成像的光屏并记录像的信息。
成像特点:照相机成缩小、倒立的像。
照相机:
基础通关 —— 5.照相机与投影仪
19
延时文字
观察投影仪构造,说出投影仪成像特点,思考平面镜的作用。
倒立、放大的像,平面镜是为了改变光的传播方向。
基础通关 —— 5.照相机与投影仪
20
延时文字
投影仪成像原理:
投影仪上有一个相当于凸透镜的镜头,来自投影片上图案(物体)的光,通过凸透镜后会聚在天花板上,形成图案的像。
基础通关 —— 5.照相机与投影仪
21
延时文字
基础通关 —— 6.放大镜
思考:放大镜成像特点。
正立、放大的像。
22
延时文字
基础通关 —— 6.放大镜
生活中的放大镜
23
延时文字
基础通关 —— 6.放大镜
放大镜成像规律:
(1)像与物体位于凸透镜的同侧;
(2)放大镜离被观察的物体越近,所成的像越小;放大镜离物体越远,所成的像越大;
(3)如果放大镜与物体的距离大到一定程度,所成的放大的像便消失了(放大镜距离物体小于一定距离才有放大作用)。
24
延时文字
基础通关 —— 7.实像和虚像
实像
由实际光线会聚而成,能用光屏承接。
25
延时文字
基础通关 —— 7.实像和虚像
虚像
由反射光线或折射光线的反向延长线相交而形成,不能
呈现在光屏上。人眼逆着出射光线可以看到虚像。
26
延时文字
基础通关 —— 7.实像和虚像
判断下列图片中所成的像是虚象还是实像?
实像
虚像
虚像
虚像
27
延时文字
基础通关 —— 7.实像和虚像
实像和虚像的比较:
异同点 实像 虚像
不同点 是否由实际光线会聚而成 是 不是
能否用光屏承接 能 不能
倒立还是正立 倒立 正立
相同点 都能用肉眼看到,都可以是放大、缩小或等大的
28
基础通关 ——照相机成像规律的应用
例5 “强行透视法”是一种富有创意的拍摄技巧。拍摄时,让两个物体离照相机镜头远近不同,再调整拍摄角度,使两物体的像在同一张照片中呈现出有趣的效果。如图,是利用该技巧拍摄的照片,下列说法正确的是( )
A.照相机镜头对光线具有发散作用
B.人手和飞机通过镜头分别成放大和缩小的像
C.拍摄该照片时,人手和飞机所成的都是实像
D.拍摄该照片时,人手和飞机所成的都是虚像
C
解析:A.照相机镜头是凸透镜,对光线具有会聚作用,而不是发散作用,故A错误;BCD.拍摄该照片时,人手和飞机到镜头的距离都大于二倍焦距,通过镜头所成的像都是缩小的实像,故BD错误,C正确。
29
题型一 水透镜的利用和防治
母题1 如图甲所示,把一支铅笔水平地放在空玻璃瓶的后方,透过玻璃瓶观察到的情形如图乙;将玻璃瓶灌满水后,将铅笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢地移动,同时透过玻璃瓶观察铅笔的像。
关于以上实验,下列说法正确的是( )
A.如图乙,人能透过空玻璃观察到铅笔是光的反射成像,此像是虚像
B.人通过盛水的玻璃瓶可以观察到如图A所示的像,此像是虚像
C.人通过盛水的玻璃瓶可以观察到如图B所示的像,此像是实像
D.人通过盛水的玻璃瓶可以观察到如图C所示的像,此像是实像
C
30
题型一 水透镜的利用和防治
解析:把一支铅笔水平地放在空玻璃瓶的后方,透过玻璃瓶观察到图乙的像是光的折射成像,此像是虚像,故A错误;
玻璃瓶装满水在水平方向上相当于一个凸透镜,在竖直方向上,因为水的厚度相同,不能相当于凸透镜;当铅笔由靠近瓶子的位置逐渐远离时,透过透镜会看到正立、放大的虚像(横向放大,纵向不放大),所以会逐渐变长;如图C;
当到达某一位置时,铅笔尖忽然改变方向,成倒立、放大的实像(横向放大,纵向不放大,也就是变长,但是不能变粗),所以B图可以看到,A图情景看不到;继续移动,当物距大于二倍焦距时,横向缩小,所以变短,如图D。
综上分析ABD错误,C正确。
31
题型一 水透镜的利用和防治
变形1-1 在玻璃杯(其厚度不计)的杯底放一枚硬币。装满水后将杯子端到眼睛的高度,再慢慢下移。当杯子下移到某一位置时,如图所示,可以看到大小不同的“两枚硬币”。关于这个现象说法正确的是( )
A.看到水中的“小硬币”,是光从空气射向水时发生了折射
B.“小硬币”是物体成的实像
C.“大、小硬币”都是虚像
D.看到的“大硬币”是由光的反射形成的放大实像
C
解析:装满水的玻璃杯相当于一个凸透镜,当杯子下移到某一位置时,因为硬币在凸透镜的一倍焦距以内,硬币反射的光经玻璃杯的折射进入人眼,人眼看到了硬币的正立、放大的虚像;水中的硬币反射的光从水中斜射向空气时,在水面处发生折射,折射角大于入射角,折射光线偏离法线,折射光恰好能进入人眼,人眼看到了位置偏浅的硬币的虚像,综上可知,C正确,ABD错误。
32
题型一 水透镜的利用和防治
变形1-2 商丘汉梁文化公园里有一幅宣传画,画上的绿叶上面有几滴圆形的水珠,如图所示,水滴下的叶脉画的与没有水珠的叶脉粗细一样,这与光学的成像规律_______(选填“符合”或“不符合”),理由是_______________________________________。
不符合
解析:根据题意知,这幅画不符合光学的成像规律,因为此时叶子上的水滴相当于放大镜,使水滴下的叶脉成正立放大的虚像,所以有水滴下的叶脉应画得比没水珠的叶脉粗。
叶子上的水滴相当于放大镜,使水滴下的叶脉成正立放大的虚像
33
题型二 平行光测定凸透镜焦距
母题2 如图,平面镜MN垂直于凸透镜的主光轴CC′,点光源S位于主光轴上,光线SA经平面镜反射和透镜折射后与主光轴平行。已知S到透镜和平面镜的距离分别是12cm、4cm,则此透镜的焦距是( )
A.24cm B.20cm C.16cm D.8cm
B
解析:如图,平面镜MN垂直于凸透镜的主光轴CC′,点光源S位于主光轴上,光线SA经平面镜反射和透镜折射后与主光轴平行,则反射光线的反向延长线经过凸透镜的焦点,而反射光线的反射延长线也经过发光点在平面镜的像点;已知S到透镜和平面镜的距离分别是12cm、4cm,此时,像点距平面镜的距离为4cm,则此透镜的焦距是
f=12cm+4cm+4cm=20cm,故B符合题意,ACD不符合题意。
34
题型二 平行光测定凸透镜焦距
变形2 如图,为了测量某凸透镜焦距,小华先在纸上画了一个小于透镜大小的圆环,如图所示,将凸透镜正对太阳光,在其下方距透镜8cm处的白纸上的光斑恰好与圆环重合,当将该透镜远离白纸垂直移动6cm时,此时白纸上的光斑再次与圆环重合,经观察发现此过程中光斑的大小先变小后变大,则该凸透镜的焦距为( )
A.8cm
B.5cm
C.10cm
D.11cm
D
35
题型二 平行光测定凸透镜焦距
解析:由题意可知,将凸透镜正对太阳光,而太阳光的光线相当于平行光,平行于主光轴的光线经过凸透镜时,会聚于另一侧的焦点,题中说明在其下方距透镜8cm处的白纸上的光斑恰好与圆环重合,然后再将该透镜远离白纸垂直移动6cm时,光斑再次与圆环重合,这些都表明了焦点在两个光斑的中间,并且两个光斑到焦点的距离相等,如下图所示,可知第一个光斑与第二个光斑之间的距离为6cm,则焦点与第一个光斑的距离为3cm,第一个光斑与透镜距离8cm,此时只需再将透镜远离白纸3cm,光斑就会会聚在焦点上,此时透镜距白纸(8+3)cm,即该凸透镜的焦距为11cm。
36
题型三 透镜光线作图
母题3 如图所示,光源M(图中没画出)放在焦距为3cm的凸透镜前,0cm处为凸透镜光心。a、b、c是M发出的三条光线经凸透镜折射后的光线,相交于M′,请在图中画出确定光源M的光路图。
37
题型三 透镜光线作图
解析:根据凸透镜中过焦点的光线平行于主光轴,作出a光线的入射光线;根据过光心的光线不发生偏转,作出b光线的入射光线;a、b光线对应的入射光线的交点为M点,连接M点与c光线和凸透镜的交点可得c光线的入射光线,如图所示。
38
题型三 透镜光线作图
变形3-1 如图甲、乙所示,激光通过透镜,请在图中作出透镜另一侧的光线。
39
题型三 透镜光线作图
解析:平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过焦点,过光心的光线传播方向不变,据此作出折射光线,如图所示;
射向凹透镜另一侧焦点的光线,经凹透镜折射后平行于主光轴,据此作出入射光线,如图所示。
40
题型三 透镜光线作图
变形3-2 根据入射光线和折射光线,在图甲和图乙中的虚线框内画出适当类型的透镜。
41
题型三 透镜光线作图
解析:由图甲给出的光线可知,原本平行的光线经透镜折射后变得越来越远,说明透镜对光线有发散作用,故虚线框内的是凹透镜;由图乙可知,两条经透镜折射后,变得会聚了一些,说明该透镜对光线有会聚作用,为凸透镜,如图所示。
42
$