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2022年安徽中考物理总复习课件：第三讲 透镜及其应用
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这是一份2022年安徽中考物理总复习课件：第三讲 透镜及其应用，共58页。PPT课件主要包含了考向拓展，10cm，主光轴，平行于主光轴，光心到焦点的距离，透镜的光学性质，经过焦点，传播方向不变，经过虚焦点，得分指南等内容，欢迎下载使用。
透镜成像光路图的作图或判断
1.[2021安徽,4]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.
2.[2015安徽,10]如图,L表示凹透镜,MN为主光轴,O点为光心,F为焦点.图甲和图乙表示经过凹透镜的两条特殊光路,请运用凹透镜的特殊光路,在图丙中画出物体AB通过凹透镜所成虚像A'B'的光路图.
3.下列光路图错误的是 ( ) A.放大镜成像 B.凸透镜成实像 C.近视眼成像 D.近视眼的矫正[根据2018年12题命制]
凸透镜成像规律及其应用
4.[2020安徽,14]图a是放置在水平桌面上的刻度尺的一部分,甲、乙、丙、丁是通过凸透镜所看到的刻度尺的像.若凸透镜先贴着刻度尺然后逐渐远离,则看到刻度尺的像的先后顺序正确的是 ( )A.甲→乙→丙→丁B.乙→丙→甲→丁C.乙→丁→甲→丙D.丙→甲→乙→丁
5.物理学中,一些物理量间的变化关系常用图像来表示.下列表示凸透镜成实像时像距v随物距u变化的关系的图像正确的是 ( )[根据2017年12题命制]
6.人们根据光学规律制造出许多机器设备.教室里使用的投影仪是利用物体能通过 (选填“凸”或“凹”)透镜成放大的实像的原理工作的;若投影仪镜头的焦距为5 cm,则投影片到镜头的距离在 范围内.[根据2012年13题命制]
探究凸透镜成像规律实验
7.[2013安徽,18]某同学在做凸透镜成像的实验时,所用凸透镜的焦距为10 cm.老师要求他观察物距等于5 cm时烛焰所成的像.实验时,他将点燃的蜡烛移到物距为5 cm处(如图),移动光屏,发现光屏上只有光斑(图中未画出).(1)下列关于光斑的说法正确的是 (选填“A”“B”或“C”). A.光斑是烛焰所成的实像B.光斑是烛焰所成的虚像C.光斑是烛焰发出的光折射到光屏上形成的(2)为了观察物距等于5 cm时烛焰的成像特点,请你写出接下来的操作步骤:_______________________________________________________.
移去光屏,从光屏一侧透过凸透镜观察烛焰所成的像
8.[2016安徽,18]结合凸透镜成像实验,完成以下内容:(1)首先应将蜡烛、凸透镜和 依次固定在光具座上,并调节烛焰、凸透镜和该实验器材的中心在同一高度. (2)图中O为凸透镜的光心,F为焦点,请画出烛焰上的S点发出的三条光线(中间一条光线平行于主光轴)经凸透镜后的出射光线,并确定其像的位置S'.
(3)实验中当物距u等于焦距f时,某同学却发现在光屏一侧透过凸透镜看到了烛焰正立、放大的像.对于此,下列解释合理的是 . A.因为烛焰有一定的宽度,实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍大于焦距B.因为烛焰有一定的宽度,实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍小于焦距C.这是烛焰发出的光经凸透镜表面反射形成的像
利用成像光路图进行推导、证明
9.[2014安徽,22]凸透镜的成像规律可以通过画光路图去理解.在光路图中凸透镜用图a表示,O点为光心,F为焦点.图b中A'B'是物体AB经透镜所成的像. (1)请画出图b中两条入射光线(其中AC平行于主光轴)的出射光线,完成成像光路图;
(2)在图b中,物距用u表示,即u=BO;像距用v表示,即v=OB';焦距用f表示,即f=OF.请运用几何知识证明: .
1.透镜的分类(1)凸透镜:中间① ,边缘② 的透镜. (2)凹透镜:中间③ ,边缘④ 的透镜.2.透镜模型(如图)
(1)⑤ :透镜的中心,常用点O表示. (2)⑥ :经过光心和透镜表面所在球面的球心的直线(如上图中CC′). (3)焦点:⑦ 的光经过凸透镜后会聚的一点(或平行于主光轴的光经过凹透镜后的发散光线的反向延长线会聚的一点),常用点F表示.凹透镜的焦点称作虚焦点.
(4)焦距:⑧ ,常用 f 表示. (5)物距:物体到光心的距离,常用u表示.(6)像距:像到光心的距离,常用v表示.
1.透镜对光的作用(1)凸透镜对光有⑨ 作用. (2)凹透镜对光有⑩ 作用.
2.三条特殊光线(1)凸透镜 甲 乙 丙ⅰ.平行于主光轴的光线经过凸透镜后⑪ ,如图甲. ⅱ.通过焦点的光线经过凸透镜后⑫ ,如图乙. ⅲ.通过光心的光线经过凸透镜后⑬ ,如图丙.
(2)凹透镜 甲 乙 丙ⅰ.平行于主光轴的光线经过凹透镜后的出射光线的反向延长线⑭ ,如图甲.ⅱ.正对凹透镜另一侧虚焦点射入的光线经过凹透镜后⑮ ,如图乙.ⅲ.过光心的光线经过凹透镜后⑯ ,如图丙.
1.透镜对光的作用的本质是光在进、出透镜时发生了两次折射.2.凸透镜对光的会聚作用,表现为光线经过凸透镜后,出射光线相对于入射光线向靠近主光轴的方向偏折;同理,凹透镜对光的发散作用,表现为光线经过凹透镜后,出射光线相对于入射光线向远离主光轴的方向偏折.
3.一束平行光线经凸透镜折射后不一定会聚在焦点处,只有平行于主光轴的平行光线经凸透镜折射后才会会聚在焦点处,因此在测量焦距时,要使凸透镜正对平行光的光源.4.凸、凹透镜的上述三条特殊光线中,ⅰ和ⅱ中的光路是互逆的,可结合折射光路的可逆性来理解;ⅲ中光线与主光轴相交形成对顶角,证明题常借此构建相似三角形.
凸透镜成像的规律和应用
1.原理凸透镜成像的本质是光的⑰ ,成像的特点由物距(u)和凸透镜的焦距(f )决定. 2.成像性质ⅰ.实像:经凸透镜射出的实际光线会聚所成的像.一个物点发出的光线经凸透镜后会聚在同一个点,这个点称为像点.实像能成在光屏上.ⅱ.虚像:经凸透镜射出的光线仍是发散的,光线的反向延长线相交所成的像.虚像不能成在光屏上.
4.动态规律
凸透镜成像的动态规律可以记忆为“成实像时,物近像远像变大,物远像近像变小”;还可以结合下面的规律进行记忆:1.凸透镜不动,物体成实像或成虚像时,像和物总向同一方向移动（请你想象对应的动态场景）;2.同一个物体成实像或成虚像时,物体靠近焦点时像距变大,像也变大;物体远离焦点时像距变小,像也变小(物近焦点,像大像远;物远焦点,像小像近);3.凸透镜成像时,光路是可逆的.
判断以下命题的正误.1.从主光轴上两倍焦距点处射出的光线经凸透镜折射后通过主光轴上另一侧的两倍焦距点处. ㊵( )2.物距等于焦距时,物点发出的光经凸透镜后会聚在另一侧的焦点,因此不能成像. ㊶( )3.凸透镜成虚像时,光路是不可逆的. ㊷( )4.看到实像或虚像时,都有实际光线射入了眼睛. ㊸( )
判断以下命题的正误.5.使用半块凸透镜成实像时,光屏上只能出现一半的像,但像的亮度不变. ㊹( )6.字母“p”在凸透镜两倍焦距点处时,成的像为“b”形.(从同一方向观察字母和字母的像) ㊺( )7.透过装水的玻璃瓶(柱面透镜)观察较远处的字母“p”,看到的实像呈“d”形. ㊻( )
1.人眼的构造和成像原理(1)晶状体和角膜的共同作用相当于凸透镜,视网膜相当于光屏.(2)视物原理:被观看的物体位于角膜及晶状体这一“凸透镜”的两倍焦距点以外,来自物体的光经过折射,会聚在视网膜上,得到一个㊼ ,视神经将视觉信号传给大脑,人就看到了物体(如下图).
2.近视眼和远视眼(1)近视眼:近视眼只能看清近处的物体,看不清远处的物体.形成原因是晶状体太厚,折光能力太强,或眼球在前后方向上太长,来自远处某点的光会聚在视网膜前方.近视眼可以用㊽ 矫正.
(2)远视眼:远视眼只能看清远处的物体,看不清近处的物体.形成原因是晶状体太薄,折光能力太弱,或眼球在前后方向上太短,来自近处某点的光会聚到视网膜后方.远视眼可以用㊾ 矫正.
1.显微镜(1)工作原理:二次成像、两次放大.(2)物镜:成倒立、放大的实像.(3)目镜:成正立、放大的虚像.
判断以下命题的正误.望远镜成的是放大的像. ㊿( )
2.望远镜(开普勒望远镜)(1)工作原理:二次成像、增大视角.(2)物镜:成倒立、缩小的实像.(3)目镜:成正立、放大的虚像.
利用透镜的“特殊光线”作成像光路图
例1 [2010安徽,10]凸透镜成像规律可以通过画光路图去理解.在光路图中凸透镜用图甲表示,O点为光心,F为其焦点.图乙是运用经过凸透镜的两条特殊光线,所画物体AB经凸透镜成的像A′B′的光路图.请参照图乙,在图丙中画出物体CD经过凸透镜所成的像C′D′的光路图. 【思路分析】 关键是找到物点C所成的像点C',该点是物点C发出的两条光线经凸透镜折射后的交点.
例2 如图,L表示凸透镜,MN为主光轴,O点为光心,F为焦点,S'为S经凸透镜所成的像点.若S'为实像点,请在图甲中通过作图找到对应的S;若S'为虚像点,请在图乙中通过作图找到对应的S.
物点是入射光线相交的点,像点是折射光线(或其反向延长线)相交的点,所以作成像光路图的思路一般是补画光路并找交点.如图所示是凸透镜成像中各种情况的原理图.
以凸透镜成实像为例，物点发出的光线经过凸透镜后均会聚在像点,因此在找像点时,只要准确作出从同一物点发出的任意两条经过凸透镜的光路,出射光线的交点就是像点,从该物点发出的其他光线经过凸透镜后的出射光线也都会聚在这一像点;若已知凸透镜的位置和焦距,凸透镜成像中有三条特殊的光路是可以准确作出的,这就是利用透镜的特殊光线作成像光路图的原理. 透镜作图的注意事项:1.光线及实像用实线表示,光线的反向延长线及虚像用虚线表示,主光轴用点划线表示;2.光线必须用箭头表示出传播方向;3.同一条光线中间不能断开.
1.[2011安徽,7]图中L为凸透镜,MN为其主光轴,O为光心,若物体AB经凸透镜成的实像为A'B',试用作图的方法确定凸透镜的一个焦点F,并在图中标出F的位置.
2.[2021合肥寿春中学一模]AB是垂直于凸透镜L的主光轴放置的一个物体,A点是物体的最高点,B点是最低点且恰在主光轴上.请画出从B点发出的光线a经过凸透镜L折射后的折射光线.
3.[考向预测]图中L为凹透镜,MN为其主光轴,O为光心,若物体AB经凹透镜成的像为A'B',试通过作图确定凹透镜的一个焦点F.
例3 [2009安徽,17]为纪念伽利略将望远镜用于天文观测四百周年,联合国将今年定为国际天文年(图为宣传画).伽利略望远镜利用了凸透镜成像的原理,关于凸透镜成像,以下说法正确的是 ( )A.当物体位于凸透镜一倍焦距点以内时,成倒立、放大的虚像B.当物体位于凸透镜的三倍焦距点处,成倒立、缩小的实像C.凸透镜所成的实像都是缩小的,虚像都是放大的D.凸透镜所成的像都能呈现在光屏上
例4 [2021合肥45中三模]在探究凸透镜成像规律的实验中,当蜡烛、凸透镜、光屏位于如图所示的位置时,在光屏上呈现一个清晰的烛焰的像(像未画出).下列说法正确的是 ( )A.蜡烛和光屏不动,透镜向右移动到60 cm刻度线处,可以在光屏上得到缩小的像B.此时成正立、放大的实像,与投影仪的成像原理相同C.透镜适当向右移动,眼睛在光屏和透镜间可以通过透镜看到正立的像D.若在透镜和蜡烛之间放远视镜片,应将光屏适当右移,光屏上可再次出现清晰的像
例5 [2021安庆模拟]在“探究凸透镜成像规律”的实验中:(1)利用如图甲所示的装置进行实验,首先调整烛焰中心、透镜中心以及光屏中心位于同一高度,然后将它们调节到图示位置时,光屏上得到清晰的像.由此可以判断出凸透镜的焦距可能是 . A.5 cm B.10 cm C.15 cm D.20 cm
(2)用此实验可以模拟人眼的调节功能:人的眼睛是通过改变晶状体的厚度来看清远近不同的物体的,现将图中虚线圆圈部分看作是人的“眼睛”,当蜡烛远离“眼睛”时,“眼睛”需调节凸透镜的厚度使其 (选填“变薄”或“变厚”),改变其对光线的偏折能力,从而在“视网膜”上成清晰的像.
(4)第(1)问中,光屏上所成的像是一个_______(选填“实”或“虚”)像;这个像的成像原理与 (选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”)的成像原理相同.
(3)用此实验还可以模拟视力的矫正:当图中的蜡烛远离“眼睛”时,不改变凸透镜的厚度,选一片 (选填“远视”或“近视”)镜片放在凸透镜前,也能在“视网膜”上成清晰的像.
(5)在第(1)问的基础上,将蜡烛稍稍向靠近凸透镜的方向移动,若要再次在光屏上观察到烛焰清晰的像,应将光屏适当向 (选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动;此时像比原来要 (选填“大”或“小”)些.
(7)为了观察物距等于5 cm时烛焰的成像特点,请你写出接下来的操作步骤:___________________________________________________________________________.
(6)图乙是实验的示意图,O为凸透镜的光心,F为焦点,P为两倍焦距点;当烛焰在图示位置时,请作出图中两条入射光线的折射光线,并据此找到烛焰上A点的像点A′.
将蜡烛移至距凸透镜光心5 cm处,移去光屏,从光屏一侧透过凸透镜观察烛焰所成的像
(8)某小组做实验时对实验装置进行了改进,将蜡烛换成“F”形LED灯,光屏换成带有方格的光屏,如图丙所示.①蜡烛换成LED灯的优点是____________________________________________;②光屏换成带有方格光屏的优点是_____________________.
光源稳定(或便于全面分析所成像的正、倒,合理即可)
(9)某同学在早上9:00利用太阳光寻找凸透镜的焦点.他将凸透镜与水平地面平行放置,调节凸透镜到地面的距离,直至地面上出现一个最小的亮点,他认为此亮点的位置就是凸透镜的焦点位置.你认为该过程中存在的问题是:______________________________________________________________.
太阳光没有正对凸透镜入射,该亮点的位置不是凸透镜焦点的位置
实验原理1.凸透镜成像原理:凸透镜对光有会聚作用,其本质是光的折射.2.成像光路图:利用“三条特殊光线”作图.实验器材与装置3.光屏的选择:宜选用表面粗糙的白屏,使各种色光均能在光屏上发生漫反射.4.实验前需调节烛焰、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度,使烛焰的像恰能成在光屏的中央.
实验操作5.焦距的测量:用平行光垂直于凸透镜照射,光屏在凸透镜另一侧移动,当光屏上出现最小、最亮的光斑时,凸透镜光心到光斑的距离就是焦距;也可以利用物距等于两倍焦距时凸透镜成倒立、等大的实像这一性质来测量焦距.6.物距控制:分别探究u＞2f、u＝2f、 f＜u＜2f、u＜f 时的成像特点.7.实像与虚像的判断:可以成在光屏上的是实像,不能成在光屏上的是虚像.8.观察虚像的方法:u＜f 时,移去光屏,从光屏一侧透过凸透镜观察烛焰所成的像.9.光路的可逆性:成清晰实像时,对调物和光屏的位置,光屏上仍成清晰实像.10.换用半块透镜或用纸遮挡透镜的一部分,光屏上的像会变暗,但仍成完整的像.
实验分析和异常处理11.光屏上找不到像的原因:烛焰在焦点上或在焦点以内,或凸透镜焦距过大(凸透镜焦距不能大于光具座长度的四分之一),或烛焰、凸透镜和光屏三者的中心不在同一直线上,或像的位置超出了光具座的范围等.12.蜡烛变短时的现象及处理:蜡烛燃烧变短时,光屏上的像将向上移动,此时应将烛焰向上移动,或将凸透镜向下移动,或将光屏向上移动.
数据分析13.数据表格设计:焦距、物距、物距与焦距的关系、像的性质(虚实、大小、正倒)、像距等.实验结论：（1）u＞2f 时，在光屏上可得到倒立、缩小的实像，此时f＜v＜2f；（2）u＝2f 时，在光屏上可得到倒立、等大的实像，此时v=2f；（3）f＜u＜2f 时，在光屏上可得到倒立、放大的实像，此时v＞2f；（4）u＝f 时，不成像；（5）u＜f 时，成正立、放大的虚像，此时v＞u.
1.用发光二极管组成特定的形状(如“F”形),代替烛焰作为光源进行实验,好处是光源稳定,且便于全面分析所成像的正、倒;用方格纸代替白纸作光屏,便于分析所成像的大小.2.凸透镜成实像时,去掉光屏,从光屏一侧稍远处通过凸透镜观察,也能看到烛焰的像,原因是光会聚成实像后继续传播进入了人眼.3.成实像时,在凸透镜前加一片透镜后在光屏上的重新成像:若加凸透镜,需将物体或光屏靠近凸透镜;若加凹透镜,需将物体或光屏远离凸透镜;可联系视力的矫正进行理解.
4.更换焦距不同的凸透镜,或使用“水透镜”进行实验,可以探究焦距对凸透镜成像的影响:换用焦距较小的凸透镜,折光能力变强,像距变小、像变小;换用焦距较大的凸透镜,折光能力变弱,像距变大,像变大.5.烛焰有一定的宽度,实际实验中烛焰靠近凸透镜一侧的部分到凸透镜光心的距离是小于焰心到凸透镜光心的距离的,这可能导致实验现象与理论分析不符.如当u=f 时,从光屏一侧透过凸透镜可能看到烛焰正立、放大的像.6.当u＜f 时,光屏上承接到光斑,是烛焰发出的光经凸透镜折射到光屏上形成的.
透镜成像光路图的作图或判断
1.[2021安徽,4]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.
2.[2015安徽,10]如图,L表示凹透镜,MN为主光轴,O点为光心,F为焦点.图甲和图乙表示经过凹透镜的两条特殊光路,请运用凹透镜的特殊光路,在图丙中画出物体AB通过凹透镜所成虚像A'B'的光路图.
3.下列光路图错误的是 ( ) A.放大镜成像 B.凸透镜成实像 C.近视眼成像 D.近视眼的矫正[根据2018年12题命制]
凸透镜成像规律及其应用
4.[2020安徽,14]图a是放置在水平桌面上的刻度尺的一部分,甲、乙、丙、丁是通过凸透镜所看到的刻度尺的像.若凸透镜先贴着刻度尺然后逐渐远离,则看到刻度尺的像的先后顺序正确的是 ( )A.甲→乙→丙→丁B.乙→丙→甲→丁C.乙→丁→甲→丙D.丙→甲→乙→丁
5.物理学中,一些物理量间的变化关系常用图像来表示.下列表示凸透镜成实像时像距v随物距u变化的关系的图像正确的是 ( )[根据2017年12题命制]
6.人们根据光学规律制造出许多机器设备.教室里使用的投影仪是利用物体能通过 (选填“凸”或“凹”)透镜成放大的实像的原理工作的;若投影仪镜头的焦距为5 cm,则投影片到镜头的距离在 范围内.[根据2012年13题命制]
探究凸透镜成像规律实验
7.[2013安徽,18]某同学在做凸透镜成像的实验时,所用凸透镜的焦距为10 cm.老师要求他观察物距等于5 cm时烛焰所成的像.实验时,他将点燃的蜡烛移到物距为5 cm处(如图),移动光屏,发现光屏上只有光斑(图中未画出).(1)下列关于光斑的说法正确的是 (选填“A”“B”或“C”). A.光斑是烛焰所成的实像B.光斑是烛焰所成的虚像C.光斑是烛焰发出的光折射到光屏上形成的(2)为了观察物距等于5 cm时烛焰的成像特点,请你写出接下来的操作步骤:_______________________________________________________.
移去光屏,从光屏一侧透过凸透镜观察烛焰所成的像
8.[2016安徽,18]结合凸透镜成像实验,完成以下内容:(1)首先应将蜡烛、凸透镜和 依次固定在光具座上,并调节烛焰、凸透镜和该实验器材的中心在同一高度. (2)图中O为凸透镜的光心,F为焦点,请画出烛焰上的S点发出的三条光线(中间一条光线平行于主光轴)经凸透镜后的出射光线,并确定其像的位置S'.
(3)实验中当物距u等于焦距f时,某同学却发现在光屏一侧透过凸透镜看到了烛焰正立、放大的像.对于此,下列解释合理的是 . A.因为烛焰有一定的宽度,实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍大于焦距B.因为烛焰有一定的宽度,实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍小于焦距C.这是烛焰发出的光经凸透镜表面反射形成的像
利用成像光路图进行推导、证明
9.[2014安徽,22]凸透镜的成像规律可以通过画光路图去理解.在光路图中凸透镜用图a表示,O点为光心,F为焦点.图b中A'B'是物体AB经透镜所成的像. (1)请画出图b中两条入射光线(其中AC平行于主光轴)的出射光线,完成成像光路图;
(2)在图b中,物距用u表示,即u=BO;像距用v表示,即v=OB';焦距用f表示,即f=OF.请运用几何知识证明: .
1.透镜的分类(1)凸透镜:中间① ,边缘② 的透镜. (2)凹透镜:中间③ ,边缘④ 的透镜.2.透镜模型(如图)
(1)⑤ :透镜的中心,常用点O表示. (2)⑥ :经过光心和透镜表面所在球面的球心的直线(如上图中CC′). (3)焦点:⑦ 的光经过凸透镜后会聚的一点(或平行于主光轴的光经过凹透镜后的发散光线的反向延长线会聚的一点),常用点F表示.凹透镜的焦点称作虚焦点.
(4)焦距:⑧ ,常用 f 表示. (5)物距:物体到光心的距离,常用u表示.(6)像距:像到光心的距离,常用v表示.
1.透镜对光的作用(1)凸透镜对光有⑨ 作用. (2)凹透镜对光有⑩ 作用.
2.三条特殊光线(1)凸透镜 甲 乙 丙ⅰ.平行于主光轴的光线经过凸透镜后⑪ ,如图甲. ⅱ.通过焦点的光线经过凸透镜后⑫ ,如图乙. ⅲ.通过光心的光线经过凸透镜后⑬ ,如图丙.
(2)凹透镜 甲 乙 丙ⅰ.平行于主光轴的光线经过凹透镜后的出射光线的反向延长线⑭ ,如图甲.ⅱ.正对凹透镜另一侧虚焦点射入的光线经过凹透镜后⑮ ,如图乙.ⅲ.过光心的光线经过凹透镜后⑯ ,如图丙.
1.透镜对光的作用的本质是光在进、出透镜时发生了两次折射.2.凸透镜对光的会聚作用,表现为光线经过凸透镜后,出射光线相对于入射光线向靠近主光轴的方向偏折;同理,凹透镜对光的发散作用,表现为光线经过凹透镜后,出射光线相对于入射光线向远离主光轴的方向偏折.
3.一束平行光线经凸透镜折射后不一定会聚在焦点处,只有平行于主光轴的平行光线经凸透镜折射后才会会聚在焦点处,因此在测量焦距时,要使凸透镜正对平行光的光源.4.凸、凹透镜的上述三条特殊光线中,ⅰ和ⅱ中的光路是互逆的,可结合折射光路的可逆性来理解;ⅲ中光线与主光轴相交形成对顶角,证明题常借此构建相似三角形.
凸透镜成像的规律和应用
1.原理凸透镜成像的本质是光的⑰ ,成像的特点由物距(u)和凸透镜的焦距(f )决定. 2.成像性质ⅰ.实像:经凸透镜射出的实际光线会聚所成的像.一个物点发出的光线经凸透镜后会聚在同一个点,这个点称为像点.实像能成在光屏上.ⅱ.虚像:经凸透镜射出的光线仍是发散的,光线的反向延长线相交所成的像.虚像不能成在光屏上.
4.动态规律
凸透镜成像的动态规律可以记忆为“成实像时,物近像远像变大,物远像近像变小”;还可以结合下面的规律进行记忆:1.凸透镜不动,物体成实像或成虚像时,像和物总向同一方向移动（请你想象对应的动态场景）;2.同一个物体成实像或成虚像时,物体靠近焦点时像距变大,像也变大;物体远离焦点时像距变小,像也变小(物近焦点,像大像远;物远焦点,像小像近);3.凸透镜成像时,光路是可逆的.
判断以下命题的正误.1.从主光轴上两倍焦距点处射出的光线经凸透镜折射后通过主光轴上另一侧的两倍焦距点处. ㊵( )2.物距等于焦距时,物点发出的光经凸透镜后会聚在另一侧的焦点,因此不能成像. ㊶( )3.凸透镜成虚像时,光路是不可逆的. ㊷( )4.看到实像或虚像时,都有实际光线射入了眼睛. ㊸( )
判断以下命题的正误.5.使用半块凸透镜成实像时,光屏上只能出现一半的像,但像的亮度不变. ㊹( )6.字母“p”在凸透镜两倍焦距点处时,成的像为“b”形.(从同一方向观察字母和字母的像) ㊺( )7.透过装水的玻璃瓶(柱面透镜)观察较远处的字母“p”,看到的实像呈“d”形. ㊻( )
1.人眼的构造和成像原理(1)晶状体和角膜的共同作用相当于凸透镜,视网膜相当于光屏.(2)视物原理:被观看的物体位于角膜及晶状体这一“凸透镜”的两倍焦距点以外,来自物体的光经过折射,会聚在视网膜上,得到一个㊼ ,视神经将视觉信号传给大脑,人就看到了物体(如下图).
2.近视眼和远视眼(1)近视眼:近视眼只能看清近处的物体,看不清远处的物体.形成原因是晶状体太厚,折光能力太强,或眼球在前后方向上太长,来自远处某点的光会聚在视网膜前方.近视眼可以用㊽ 矫正.
(2)远视眼:远视眼只能看清远处的物体,看不清近处的物体.形成原因是晶状体太薄,折光能力太弱,或眼球在前后方向上太短,来自近处某点的光会聚到视网膜后方.远视眼可以用㊾ 矫正.
1.显微镜(1)工作原理:二次成像、两次放大.(2)物镜:成倒立、放大的实像.(3)目镜:成正立、放大的虚像.
判断以下命题的正误.望远镜成的是放大的像. ㊿( )
2.望远镜(开普勒望远镜)(1)工作原理:二次成像、增大视角.(2)物镜:成倒立、缩小的实像.(3)目镜:成正立、放大的虚像.
利用透镜的“特殊光线”作成像光路图
例1 [2010安徽,10]凸透镜成像规律可以通过画光路图去理解.在光路图中凸透镜用图甲表示,O点为光心,F为其焦点.图乙是运用经过凸透镜的两条特殊光线,所画物体AB经凸透镜成的像A′B′的光路图.请参照图乙,在图丙中画出物体CD经过凸透镜所成的像C′D′的光路图. 【思路分析】 关键是找到物点C所成的像点C',该点是物点C发出的两条光线经凸透镜折射后的交点.
例2 如图,L表示凸透镜,MN为主光轴,O点为光心,F为焦点,S'为S经凸透镜所成的像点.若S'为实像点,请在图甲中通过作图找到对应的S;若S'为虚像点,请在图乙中通过作图找到对应的S.
物点是入射光线相交的点,像点是折射光线(或其反向延长线)相交的点,所以作成像光路图的思路一般是补画光路并找交点.如图所示是凸透镜成像中各种情况的原理图.
以凸透镜成实像为例，物点发出的光线经过凸透镜后均会聚在像点,因此在找像点时,只要准确作出从同一物点发出的任意两条经过凸透镜的光路,出射光线的交点就是像点,从该物点发出的其他光线经过凸透镜后的出射光线也都会聚在这一像点;若已知凸透镜的位置和焦距,凸透镜成像中有三条特殊的光路是可以准确作出的,这就是利用透镜的特殊光线作成像光路图的原理. 透镜作图的注意事项:1.光线及实像用实线表示,光线的反向延长线及虚像用虚线表示,主光轴用点划线表示;2.光线必须用箭头表示出传播方向;3.同一条光线中间不能断开.
1.[2011安徽,7]图中L为凸透镜,MN为其主光轴,O为光心,若物体AB经凸透镜成的实像为A'B',试用作图的方法确定凸透镜的一个焦点F,并在图中标出F的位置.
2.[2021合肥寿春中学一模]AB是垂直于凸透镜L的主光轴放置的一个物体,A点是物体的最高点,B点是最低点且恰在主光轴上.请画出从B点发出的光线a经过凸透镜L折射后的折射光线.
3.[考向预测]图中L为凹透镜,MN为其主光轴,O为光心,若物体AB经凹透镜成的像为A'B',试通过作图确定凹透镜的一个焦点F.
例3 [2009安徽,17]为纪念伽利略将望远镜用于天文观测四百周年,联合国将今年定为国际天文年(图为宣传画).伽利略望远镜利用了凸透镜成像的原理,关于凸透镜成像,以下说法正确的是 ( )A.当物体位于凸透镜一倍焦距点以内时,成倒立、放大的虚像B.当物体位于凸透镜的三倍焦距点处,成倒立、缩小的实像C.凸透镜所成的实像都是缩小的,虚像都是放大的D.凸透镜所成的像都能呈现在光屏上
例4 [2021合肥45中三模]在探究凸透镜成像规律的实验中,当蜡烛、凸透镜、光屏位于如图所示的位置时,在光屏上呈现一个清晰的烛焰的像(像未画出).下列说法正确的是 ( )A.蜡烛和光屏不动,透镜向右移动到60 cm刻度线处,可以在光屏上得到缩小的像B.此时成正立、放大的实像,与投影仪的成像原理相同C.透镜适当向右移动,眼睛在光屏和透镜间可以通过透镜看到正立的像D.若在透镜和蜡烛之间放远视镜片,应将光屏适当右移,光屏上可再次出现清晰的像
例5 [2021安庆模拟]在“探究凸透镜成像规律”的实验中:(1)利用如图甲所示的装置进行实验,首先调整烛焰中心、透镜中心以及光屏中心位于同一高度,然后将它们调节到图示位置时,光屏上得到清晰的像.由此可以判断出凸透镜的焦距可能是 . A.5 cm B.10 cm C.15 cm D.20 cm
(2)用此实验可以模拟人眼的调节功能:人的眼睛是通过改变晶状体的厚度来看清远近不同的物体的,现将图中虚线圆圈部分看作是人的“眼睛”,当蜡烛远离“眼睛”时,“眼睛”需调节凸透镜的厚度使其 (选填“变薄”或“变厚”),改变其对光线的偏折能力,从而在“视网膜”上成清晰的像.
(4)第(1)问中,光屏上所成的像是一个_______(选填“实”或“虚”)像;这个像的成像原理与 (选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”)的成像原理相同.
(3)用此实验还可以模拟视力的矫正:当图中的蜡烛远离“眼睛”时,不改变凸透镜的厚度,选一片 (选填“远视”或“近视”)镜片放在凸透镜前,也能在“视网膜”上成清晰的像.
(5)在第(1)问的基础上,将蜡烛稍稍向靠近凸透镜的方向移动,若要再次在光屏上观察到烛焰清晰的像,应将光屏适当向 (选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动;此时像比原来要 (选填“大”或“小”)些.
(7)为了观察物距等于5 cm时烛焰的成像特点,请你写出接下来的操作步骤:___________________________________________________________________________.
(6)图乙是实验的示意图,O为凸透镜的光心,F为焦点,P为两倍焦距点;当烛焰在图示位置时,请作出图中两条入射光线的折射光线,并据此找到烛焰上A点的像点A′.
将蜡烛移至距凸透镜光心5 cm处,移去光屏,从光屏一侧透过凸透镜观察烛焰所成的像
(8)某小组做实验时对实验装置进行了改进,将蜡烛换成“F”形LED灯,光屏换成带有方格的光屏,如图丙所示.①蜡烛换成LED灯的优点是____________________________________________;②光屏换成带有方格光屏的优点是_____________________.
光源稳定(或便于全面分析所成像的正、倒,合理即可)
(9)某同学在早上9:00利用太阳光寻找凸透镜的焦点.他将凸透镜与水平地面平行放置,调节凸透镜到地面的距离,直至地面上出现一个最小的亮点,他认为此亮点的位置就是凸透镜的焦点位置.你认为该过程中存在的问题是:______________________________________________________________.
太阳光没有正对凸透镜入射,该亮点的位置不是凸透镜焦点的位置
实验原理1.凸透镜成像原理:凸透镜对光有会聚作用,其本质是光的折射.2.成像光路图:利用“三条特殊光线”作图.实验器材与装置3.光屏的选择:宜选用表面粗糙的白屏,使各种色光均能在光屏上发生漫反射.4.实验前需调节烛焰、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度,使烛焰的像恰能成在光屏的中央.
实验操作5.焦距的测量:用平行光垂直于凸透镜照射,光屏在凸透镜另一侧移动,当光屏上出现最小、最亮的光斑时,凸透镜光心到光斑的距离就是焦距;也可以利用物距等于两倍焦距时凸透镜成倒立、等大的实像这一性质来测量焦距.6.物距控制:分别探究u＞2f、u＝2f、 f＜u＜2f、u＜f 时的成像特点.7.实像与虚像的判断:可以成在光屏上的是实像,不能成在光屏上的是虚像.8.观察虚像的方法:u＜f 时,移去光屏,从光屏一侧透过凸透镜观察烛焰所成的像.9.光路的可逆性:成清晰实像时,对调物和光屏的位置,光屏上仍成清晰实像.10.换用半块透镜或用纸遮挡透镜的一部分,光屏上的像会变暗,但仍成完整的像.
实验分析和异常处理11.光屏上找不到像的原因:烛焰在焦点上或在焦点以内,或凸透镜焦距过大(凸透镜焦距不能大于光具座长度的四分之一),或烛焰、凸透镜和光屏三者的中心不在同一直线上,或像的位置超出了光具座的范围等.12.蜡烛变短时的现象及处理:蜡烛燃烧变短时,光屏上的像将向上移动,此时应将烛焰向上移动,或将凸透镜向下移动,或将光屏向上移动.
数据分析13.数据表格设计:焦距、物距、物距与焦距的关系、像的性质(虚实、大小、正倒)、像距等.实验结论：（1）u＞2f 时，在光屏上可得到倒立、缩小的实像，此时f＜v＜2f；（2）u＝2f 时，在光屏上可得到倒立、等大的实像，此时v=2f；（3）f＜u＜2f 时，在光屏上可得到倒立、放大的实像，此时v＞2f；（4）u＝f 时，不成像；（5）u＜f 时，成正立、放大的虚像，此时v＞u.
1.用发光二极管组成特定的形状(如“F”形),代替烛焰作为光源进行实验,好处是光源稳定,且便于全面分析所成像的正、倒;用方格纸代替白纸作光屏,便于分析所成像的大小.2.凸透镜成实像时,去掉光屏,从光屏一侧稍远处通过凸透镜观察,也能看到烛焰的像,原因是光会聚成实像后继续传播进入了人眼.3.成实像时,在凸透镜前加一片透镜后在光屏上的重新成像:若加凸透镜,需将物体或光屏靠近凸透镜;若加凹透镜,需将物体或光屏远离凸透镜;可联系视力的矫正进行理解.
4.更换焦距不同的凸透镜,或使用“水透镜”进行实验,可以探究焦距对凸透镜成像的影响:换用焦距较小的凸透镜,折光能力变强,像距变小、像变小;换用焦距较大的凸透镜,折光能力变弱,像距变大,像变大.5.烛焰有一定的宽度,实际实验中烛焰靠近凸透镜一侧的部分到凸透镜光心的距离是小于焰心到凸透镜光心的距离的,这可能导致实验现象与理论分析不符.如当u=f 时,从光屏一侧透过凸透镜可能看到烛焰正立、放大的像.6.当u＜f 时,光屏上承接到光斑,是烛焰发出的光经凸透镜折射到光屏上形成的.
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