初中物理人教版八年级上册第1节 透镜练习

第18课  透镜(教师版)

知识点01  透镜概念与分类

1.透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件，透镜是根据光的折射现象制成的。

2.透镜与面镜区别：面镜利用光的反射现象成像，透镜利用光的折射现象成像；透镜成像遵循光的折射定律，面镜成像遵循光的反射定律。

3.透镜分类：透镜分为和。

(1)：中间厚、边缘薄的透镜(远视镜镜片，照相机的镜头、投影仪的镜头、放大镜等)。

(2)：中间薄、边缘厚的透镜(近视镜等)。

【知识详解】认识透镜

1.透镜：由透明物质制成(一般是玻璃)，至少有一个表面是球面的一部分，且透镜厚度远比其球面半径小的多。广义说凡是透光性能优良的材料都能磨制成透镜，如冰、水晶、金刚石、高分子透明树脂、有机玻璃等。透镜是一种模型，常见的物体如近视镜、远视镜、放大镜，甚至一滴水都可以看做是一个透镜。

2.凸透镜

原理： 利用光的折射原理制成的光学器件。

形状： 中央较厚、 边缘较薄。

对光的作用： 凸透镜对光有会聚作用，所以凸透镜又叫做会聚透镜。

3.凹透镜

中央比边缘薄的透镜叫凹透镜。凹透镜对光有发散作用，所以凹透镜又叫做发散透镜。

【知识拓展】透镜的鉴别

1．“摸”：用手摸透镜，中间厚、边缘薄的是凸透镜；中间薄、边缘厚的是凹透镜。

2．“照”：让透镜正对太阳光，移动透镜，在接收屏(地面、纸面等)上能的到较小、较亮光斑的为凸透镜，否则为凹透镜。

3．“看”：用透镜看字，能让字放大的是凸透镜，只能是缩小的是凹透镜。

【例题1】现有五种光学元件如图甲所示，对图乙的光路图，方框中可放入的元件为(    )。

A. 2或4       B．1或5        C．1或3或5       D．2或3或4

【答案】C。

【解析】由图可知，光经过透镜后变得发散了，所以方框内应放入凹透镜，而1、3、5都为凹透镜。

【例题2】张家界因山而著名,吸引许多中外游客来旅游,有少数游客在山上游玩时将空纯净水瓶扔在山上,这样做既污染了环境,同时还可能引起山林火灾。这是因为当下雨时纯净水瓶装入水后,就相当于一个　　　　透镜。晴天强太阳光照射它时,它对光线会产生　　　　作用,可能会引起枯叶着火。因此我们在山中游玩时一定要注意保护环境。

【答案】凸；会聚。

【解析】装入水的纯净水瓶能透光,并且中间厚、边缘薄,此时就是一个水凸透镜,在一些特定的条件下,会因为会聚的阳光恰好使易燃物因温度升高而燃烧,发生火灾。

故答案: 凸；会聚。

知识点02  透镜光路与透镜作用

1.透镜光路基本概念：图(1)是透镜光路示意图。

(1)过透镜两个球面球心的直线叫主光轴(主轴)，用“CC/”表示,透镜的几何中心叫光心，用“O”表示。

图(1)  透镜光路示意图

(2)平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于主光轴上一点，这点叫凸透镜焦点，用“F”表示，如图(2)a所示；平行于凹透镜主光轴的光线经凹透镜折射后发散，其反向延长线会交于一点，这是凹透镜的焦点(虚焦点)，如图(2)b所示。

图(2)透镜光路概念

(3)焦点到光心的距离，焦距用“f”表示，图(1)中就是“OF”之间的距离。都各有两个焦点，凸透镜的焦点是实焦点，凹透镜的焦点是虚焦点。

(4)物体到光心的距离叫物距，用“u”表示。

(5)像到光心的距离叫像距，用“v”表示。

2.透镜的三条特殊光线

(1)过光心的光线，经透镜折射后传播方向不改变，如图(3)所示。

图(3)过光心的光线

(2)平行于主光轴的光线，经凸透镜折射后经过另一侧焦点；经凹透镜折射后向外发散，但其反向延长线过同侧焦点，如图(4)所示。

图(4)平行于主轴的光线

(3)经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴，如图(5)所示。

图(5)过焦点的光线

3.透镜的作用：凸透镜有会聚光线作用，所以凸透镜也叫会聚透镜；凹透镜有发散光线作用，所以凹透镜也叫发散透镜。

【知识详解】认识主光轴和光心

如下图所示：透镜上通过两个球心的直线CC′叫主光轴；主光轴上有一个特殊点，通过该点的光其传播方向不变，这个点是光心。

【知识拓展一】估测焦距

使凸透镜正对太阳光(太阳光是平行光，使太阳光平行于凸透镜的主光轴)，下面放一张白纸，调节凸透镜到白纸的距离，直到白纸上光斑最小、最亮为止，然后用量出凸透镜到白纸上光斑中心的距离就是凸透镜的焦距。

【知识拓展二】透镜作图

透镜光学作图(特殊光线)： ①过光心的光线传播方向不改变； ②平行于主光轴的入射光线，经凸透镜后经过焦点；经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线过异侧虚焦点(所以凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光有发散作用)；③经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴。

【例题1】在如图所示的光路图中,正确的是(　　)。

【答案】A。

【解析】平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过另一侧的焦点,故A正确；

凸透镜对光线有会聚作用,即折射光线偏近主光轴,但B图中光线远离主光轴,故B错误；

凹透镜对光线有发散作用,即折射光线偏离主光轴,但C、D图中光线都靠近了主光轴,故C、D错误。

【例题2】请画出图中入射光线经过凹透镜后的折射光线。

【解析】图中透镜是凹透镜，射向凹透镜右侧焦点的光线，经凹透镜折射后平行于主光轴，如图所示。

题组A  基础过关练

1.将如图甲所示的黑白卡片放在一只未装满水的薄高脚玻璃杯后面，在高脚杯前方观察到的现象如图乙所示，此时装水部分的高脚杯和杯内水的组合相当于一个(   )。

A．凸透镜 B．凹透镜 C．凸面镜 D．凹面镜

【答案】A。

【解析】玻璃杯中有水的这一部分中间厚，边缘薄，相当于一个凸透镜。黑白卡片是左右颠倒的，成倒立、放大的实像。故选：A。

2.下列关于透镜光学性质的说法正确的是(　　)。

A.凡是过光心的光线,其传播方向都不变；

B.经透镜后其光线是发散的,该透镜肯定是凹透镜；

C.经透镜后其光线是会聚的,该透镜肯定是凸透镜；

D.以上说法都正确

【答案】A。

【解析】凸透镜对光线起会聚作用,凹透镜对光线起发散作用。会聚是指入射光线经透镜折射后,更靠近主光轴,但折射光线可能是会聚的,也可能是发散的。发散是指入射光线经透镜折射后更远离主光轴,但折射光线可能是会聚的,也可能是发散的。

3.一块长方体玻璃砖内有一个呈双凸面(球面)的空气泡,可以看作透镜。一束平行光束按如图所示方式射向气泡,则这束平行光将(　　)。

A.穿过气泡后仍保持平行；

B.穿过气泡后会聚；

C.穿过气泡后发散；

D.不能穿过气泡,全部被反射

【答案】C。

【解析】在玻璃砖内部的双凸空气泡,易错误地认为是一个凸透镜。用切割法将玻璃砖在气泡处左右拉开一段距离,有气泡的玻璃砖等效为两个玻璃做成的凹透镜。根据凹透镜对光线的发散作用知,平行光先被右侧凹透镜发散,再被左侧凹透镜发散,最终会发散射出玻璃砖,故选C。

4.如图所示，(两透镜焦距相同)根据已知光线画出原先的入射光线和后来的折射光线。

【解析】通过凸透镜焦点的光线折射后将平行于主光轴；平行于凹透镜主光轴的光线折射后，其折射光线的反向延长线过焦点。如图所示：

5．如图所示，小丽同学将一个凸透镜正对太阳光，再把一张纸放在它的另一侧，改变透镜与纸的距离，直到纸上出现一个最小、最亮的光斑。这表明凸透镜对光线有         作用，光斑到凸透镜的距离就是凸透镜的               。 

【答案】会聚；焦距。

【解析】凸透镜对光线有会聚的作用；最小、最亮的光斑就是该凸透镜焦点的位置，焦点到透镜光心的距离就是焦距。

故答案为：会聚；焦距。

6.小明有3个凸透镜,它们用同种材料制成,形状如图所示。

(1)你猜想它们的焦距是否相同?如果不同,你认为哪个焦距大?哪个焦距小?

(2)请设计实验证明你的猜想:简要写出实验步骤,画出记录实验数据的表格。

(3)小明根据实验观察画出的三组光路图如图所示。根据这个实验记录,你可以得到什么结论?

【解析】要证明自己的猜想,关键在于测出三个凸透镜的焦距进行比较。测定凸透镜焦点最简单的方法,就是让太阳光平行于主光轴通过凸透镜会聚于一点。

答案: (1)不相同　A的焦距最大,C的焦距最小

(2)分别测出3个凸透镜的焦距,具体方法是让凸透镜正对太阳光,在透过阳光的一侧前后移动白纸,直到白纸上出现一个小亮点(焦点),用刻度尺测量焦点到凸透镜光心的距离,就是凸透镜的焦距。比较3个凸透镜焦距的大小,看猜想是否正确。记录数据的表格见下表。

(3)同种材料制成的凸透镜,表面越凸,焦距越小(表面越扁平,焦距越大)。

题组B  能力提升练

1.小明利用太阳光测量凸透镜焦距，下列操作最合理的是(  )。

A.  B.

C.  D.

【答案】C。

【解析】利用太阳光测量凸透镜焦距，应将透镜正对太阳光，且观察光斑的纸张也应正对太阳光。故C符合要求。

2.如图所示，SC、SD为点燃的蜡烛发出的两条光线，光线SC平行于凸透镜的主光轴，O为凸透镜的光心，F为凸透镜的焦点：光线SD斜射到平面镜上。请画出：

①光线SC经过凸透镜折射后的光线；

②光线SD经过平面镜反射后的光线。(      )

【解析】过点D作法线DN，作，直线DE即为反射光线；因入射光线SC平行于凸透镜的主光轴，故经凸透镜后的折射光线通过右焦点F，如下图所示。

3.如图所示，请补充平面镜的入射光线和透镜的折射光线，完成光路图。

【解析】经过入射点作出法线，因为反射光线与镜面的夹角是45°，所以反射角为90°﹣45°＝45°．根据反射角与入射角相等作出入射光线；

反射光线平行于凸透镜的主光轴，经过凸透镜后折射光线过焦点，如图所示：

4.如图所示，画出两条光线经凸透镜折射后的光路图。

【解析】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；如图所示：

5.如图所示，有一条经过平面镜反射过点P的反射光线且平行于主光轴入射到凹透镜上，S'为像点，请确定点光源S的位置，并补全光路图。

【解析】根据平面镜成像的规律：像与物关于镜面对称，作出像点S'关于平面镜的对称点即为点光源S，反射光线与平面镜的交点O即为入射点，连接SO即为入射光线；对于凹透镜，平行于主光轴的光线通过凹透镜折射后光线反向延长通过虚焦点；补全光路图如图所示：

题组C  培优拔尖练

1．(2021·云南昆明市)如图1所示，从P点发出的三条特殊光线经过凸透镜后会聚于点。现有一条光线也从P点发出，经过凸透镜后的传播路径，在图2的四种表示中，正确的是(  )。

A．甲 B．乙 C．丙 D．丁

【答案】A。

【解析】点为像点，经过P点发出的光线最终都会通过点，故BCD不符合题意，A符合题意。故选A。

2．(2021·安徽中考真题)如图，L表示凸透镜，MN为主光轴。O为光心，F为焦点。从S点发出两条光线，一条经过光心，另一条平行于主光轴，请在图中画出它们经凸透镜后的出射光线______。

【解析】通过光心后传播方向不变，故将SO延长，并标上向下的箭头，平行于主光轴后，过焦点，故将折射点与焦点用实线连接，并标上向下的箭头，故如下图所示：

3．(2021·广西贵港市)请在图中画出光线经过凹透镜后的光路图。(F为焦点)

【解析】(1)平行主光轴的光线射入凹透镜，折射光线的反向延长线直线左侧的虚焦点，故用直线将虚焦点和折射点相连，并延长，标上向上的箭头，即为折射光线，指向虚焦点的将平行主光轴，故过折射点画一条直线，平行主光轴，并在直线上标上箭头，故如下图所示：

4．(2021·广东中考真题)如图所示，蜡烛的烛焰中心A在主光轴上距凸透镜光心O二倍焦距以外。

①根据凸透镜成像规律，在图甲中标出A所成的像A′的大致位置；

②借助辅助线或光路图，在图乙中找到A所成的像A′的确切位置，保留作图痕迹。

【解析】①由题意知，蜡烛与凸透镜的距离大于二倍焦距，由像距小于二倍焦距而大于一倍焦距，且烛焰中心A在主光轴上，则其像也在主光轴上，由此大致可确定像点A′，作图如下：

②过A点作出烛焰在主光轴的上面部分，过烛焰的顶端作两条光线，其一平行于主光轴的入射，其折射光线过焦点，另一光线过光心O，其折射光线传播方向不改变，两光线的交点，即是烛焰顶端通过凸透镜所成的像，过此像点作主光轴的垂线，此线与主光轴的交点即为A所成的像A′的确切位置，面烛焰顶端像点与A′的连线即是烛焰上面部分所成的像，作图如下：