第3章透镜及其应用.doc

第三章透镜及其应用
知识网络
1、透镜： ；

（1）定义： ；
（2）作用： ；（3）作图：（三条）

2、凸透镜
（1）定义： ；
（2）作用： ；

3、凹透镜
（一）
（1）主光轴： ；
（2）光心： ；
（3）焦点： ；
（4）焦距： ；（测焦距方法：）
（5）物距： ；
（6）像距： ；

透 4、相
关
概
镜 念

①目的：
②器材：
③步骤：
④结论：
⑤注意：

1、实验

2、 凸透镜成像规律：
（二）
物距
U
像的性质
像与物体在
像距
V
应用
U与V
的关系
正立或倒立
放大或缩小
实像或虚像
U＞2f

U=2f

f＜u＜2f

U=f

u＜f

凸

透

镜

3 3、凸透镜成像情况总结：
①两个分界点：a成实像与虚像的分界点：
b、成放大、缩小像分界点：
②当物体从远处向凸透镜的焦点靠近时，物距减小，像距变大，实像变大；当物体从透镜向焦点靠近时，虚像不断变大。
照相机原理：
投影仪原理：
放大镜原理：

③实像与虚像区别：

4、生活中的透镜

1、眼球的结构：
2、眼睛能看到物体的原因：
3、眼睛的调节：

眼睛

1、产生原因：
2、矫正：

1、近视眼
眼
1、产生原因：
2、矫正：
睛
（三） 与 远视眼
应 眼
镜
用 眼镜的度数：
1、结构：
2、原理：
3、作用：

2、显微镜

1、结构：
2、原理：
3、作用：
4、视角：

3、望远镜

知识详解
一、透镜
（一）透镜的种类
1、凸透镜：中间厚边缘薄的透镜。
2、凹透镜：中间薄边缘厚的透镜。

（二）相关名词
1、主光轴：透镜的两个球面的球心的连线。（如图1）
2、光心：位于透镜的中心，光通过它时传播方向不变。（如图1）
3、焦点：凸透镜能使平行于主光轴的光会聚于主光轴上一点，这个点叫焦点（F）。凸透镜有两个实焦点，凹透镜有两个虚焦点。（如图2）
主光轴
光心
光心
主光轴
C1
C2
O
C2
O
C1

图1

F
O
F
f
f
F
F
O
f
f

图2

4、焦距：焦点到光心的距离叫做焦距（f）。每个透镜的焦距是一定的。（如图2）
5、透镜的折光能力与焦距的关系
凸透镜的表面越凸，凸透镜的焦距就越短，凸透镜的折光（会聚）能力就越强；
凹透镜的表面越凹，凹透镜的焦距就越短，凹透镜的折光（发散）能力就越强。
（三）透镜对光的作用
1、凸透镜对光有会聚作用。（如图2）
2、凹透镜对光有发散作用。（如图2）
（四）凸透镜的三条特殊光线
1、平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过另一侧的焦点。
2、经过焦点或从焦点发出的光线经凸透镜折射后平行于主光轴。
3、经过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不变。

（五）凹透镜的三条特殊光线
1、平行于主光轴的光线被凹透镜发散，发散光线的反向延长线交于同侧的虚焦点。
2、延长线经过另一侧虚焦点的光线被凹透镜折射后将平行于主光轴。
3、经过凹透镜光心的光线传播方向不变。
（六）研究方法
1、分类法：按照透镜的光学机构、应用等特点把透镜分为凸透镜和凹透镜两类。
2、实验法：在研究透镜对光的作用和凸透镜成像的规律时，要用实验的方法。
3、归纳法：在得出凸透镜对光有会聚作用、凹透镜对光有发散作用、凸透镜成像的规律时，是在实验的基础上归纳概括出来的。
4、作图法：在学习透镜对光线的作用及凸透镜成像的规律时要用作图法。
二、生活中的透镜
（一）照相机
1、构造：镜头、调焦环、光圈、快门、胶卷、取景窗等
2、原理：
（1）是利用当物距u>2f时，凸透镜成倒立、缩小的实像的原理来工作的。
（2）镜头相当于凸透镜，胶卷相当于光屏，物体是要拍摄的景物。
（3)被拍物体到镜头的距离是物距，胶卷到镜头的距离是像距。
（二）投影仪
1、构造：镜头、投影片、屏幕、平面镜
2、原理：
（1）是利用当2f>u>f时，凸透镜成倒立、放大的实像的原理来工作的；
（2）镜头是凸透镜，投影片是物体，屏幕就使光屏；
（3）投影片到镜头的距离是物距，屏幕到镜头的距离是像距。
（4）平面镜的作用是改变光的传播方向。
（三）放大镜
1、原理：放大镜是一个短焦距的凸透镜。它是利用当u<f时，凸透镜成正立、放大虚像的原理来工作的。
2、使用规则：要观察的物体放在凸透镜的焦点以内，眼睛通过凸透镜就能看到物体放大的虚像。
三、凸透镜成像的规律
(一)探究凸透镜成像的规律
1、提出问题
像的虚实、正倒、大小跟物距有什么关系？
2、猜想

3、设计实验
（1）设计思路：由于不同的凸透镜焦距（f）不同，所以，用凸透镜的焦距作为参照的距离，分三种情况：当物距(u)大于二倍焦距(u>2f)时，当物距大于焦距且小于二倍焦距（2f>u>f）时，当物距小于焦距(u<f)时。然后把物体放在距离凸透镜不同的位置处，观察凸透镜的成像情况。
（2）器材：焦距不同的两个凸透镜、光屏（白色硬纸板）、蜡烛、直尺、火柴
4、进行实验（步骤）
①在阳光下测定凸透镜的焦距：拿一个凸透镜正对着太阳光，再把一张纸放在它的另一侧，改变透镜与纸的距离，直到纸上的光斑变得最小、最亮。测量这个最小、最亮的光斑到凸透镜的距离，就是这个凸透镜的焦距。
②在桌子上画一条直线，依次把蜡烛、凸透镜、光屏放在直线上，调节三者的中心大致在同一高度上。
③把蜡烛放在较远处，使物距u>2f，调整光屏道凸透镜的距离，使烛焰在屏上成清晰的像。观察实像的大小和正倒。测出出物距u和像距v（像到凸透镜的距离）。
④把蜡烛向凸透镜移近，使物距在2f和f之间，即2f>u>f，调整光屏道凸透镜的距离，使烛焰在屏上成清晰的像。观察实像的大小和正倒。测出出物距u和像距v（像到凸透镜的距离）。
⑤继续移近蜡烛，使物距u<f。在屏上还能得到蜡烛的像吗？怎样才能观察到蜡烛的像？是虚像还是实像？观察像的大小和正倒。测出物距u和像距v（像距只需估测）。
按上述操作，把数据和观察结果填入下表
凸透镜焦距f= cm
物距与像距的关系
物距u/cm
像的性质
像距v/cm
实虚
大小
正倒
u>2f

2f>u>f

U<f

5、分析与论证
分析上表的记录，找出凸透镜成像的规律。
（1）像的虚实：凸透镜在什么条件成实像？在什么条件下成虚像？
（2）像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的实像？在什么条件下成放大的实像？有没有缩小的虚像？
（3）像的正倒：凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？
6、交流评估
（1）无论怎样移动光屏，都不能在光屏上成清晰的像，为什么？
（2）凸透镜成放大的实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小的实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？由此你可以得出什么结论？
（3）当物距u=2f时，成像情况怎样？
（4）当物距u<f时，能否成像？
(二)成像规律列表
物距u
像距v
像的性质
U与v的关系
应用
正倒
大小
虚实
位置
U＞2f
2f＞v＞f
倒立
缩小
实像
异侧
U＞v
照相机
U＝2f
V＝2f
倒立
等大
实像
异侧
U＝v
测焦距
2f＞u＞f
V＞2f
倒立
放大
实像
异侧
U＜v
投影仪
U＝f
不成像
探照灯/测焦距
U＜f

正立
放大
虚像
同侧
U＜v
放大镜
(三)成像作图

(三)实像和虚像
1、实像：是由实际光线会聚而成，能用光屏承接。实像都是倒立的，与物体在透镜的异侧。
2、虚像：是由反射光线或折射光线的反向延长线会聚而成，不能用光屏承接只能通过镜子来观看。虚像都是正立、放大的，与物体在透镜的同侧。
3、实象和虚像的比较
比较项目
实象
虚像
成像原理
实际光线会聚而成
实际光线的
反向延长线会聚而成
呈现方式
既能用眼睛看到，
又能用光屏承接
只能用眼睛看到，
不能用光屏承接
作图
画成实线
画成虚线
正立或倒立
倒立
正立
（四）两个分界点
1、焦点是成实像、虚像的分界点。物体在焦点以外成的是实像；物体在焦点以内成的是虚像。
2、2倍焦距处是成放大、缩小像的分界点。物体在2焦以外成的是缩小的像；在2焦以内成的是放大的像。
（五）成像的变化规律
1、实像的变化规律：物距增大，像距减小，像也变小；物距减小，像距增大，像也变大。
2、虚像的变化规律：物距增大，像距也增大，像也变大；物距减小，像距也减小，像也变小。
3、无论成实象或虚像，物体和像均同向移动。
（六）研究方法
1、实验法：研究凸透镜成像的规律时，要用实验的方法。
2、归纳法：得出凸透镜成像的规律是在实验的基础上归纳概括出来的。
3、作图法：凸透镜成像的规律可用作图法来表示出来。
四、眼睛和眼镜
（一）眼睛
1、眼睛的结构：眼球就像一部照相机，晶状体和角膜共同作用相当于凸透镜，视网膜相当于光屏，瞳孔相当于光圈，眼睑相当于快门,睫状体相当于调焦环。
2、成像原理
（1）物体通过晶状体在视网膜上成一个倒立、缩小的实像，视神经把信号传给大脑，人就看到了物体。
（2）眼睛通过睫状体来调节改变晶状体的薄厚，从而调节晶状体的焦距，使像刚好成在视网膜上。看远处物体时，睫状体放松，晶状体变薄，对光的会聚能力减弱，使像成在视网膜上；看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变厚，对光的会聚能力加强，使像成在视网膜上。
(二)近视眼及其矫正
1、特点；近视眼只能看清近处的物体，看不清远处的物体。
2、成因；晶状体太厚，焦距变短，折光能力变强，（或眼球在前后方向上太长），使来自远处的光会聚在视网膜前，从而看不清远处的物体。
3、矫正办法：利用凹透镜使光线发散的特点，在眼睛前戴一凹透镜，使光发散，让光正好会聚在视网膜上。
（三）远视眼及其矫正
1、特点：只能看清远处的物体，看不清近处的物体。
2、成因：晶状体太薄，焦距变长，折光能力变弱，（或眼球在前后方向上太短），使来自近处的光会聚在视网膜后，从而看不请近处的物体。
3、矫正办法：利用凸透镜使光线会聚的特点，在眼睛前戴一凸透镜，使光先会聚，通过晶状体的光就能会聚在视网膜上。
（四）明视距离：
眼睛通过调节晶状体的凸起程度，可以使远近不同的物体在视网膜上成清晰的像，眼睛调节的这两个极限点叫做近点和远点。正常眼睛的远点在无限远处，近点在大约10㎝处。正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离，大约是25㎝，叫明视距离。
（五）眼镜的度数：
光学上把透镜焦距的倒数叫做透镜的焦度。
φ＝1/f(f的单位取米)
而把焦度的100倍叫眼镜的度数。即
镜片的度数D﹦100/f
（六）正常眼、近视眼和远视眼的比较
眼 睛
种 类
产生原因
成 像
位 置
矫正办法
近 点
远 点
明 视
距 离
正常眼

在视网
膜 上

10cm
无限远
25 cm
近视眼
晶状体太厚或眼球在前后方向上太长
在视网
膜 前
配带一凹透镜使进入眼球的光发散些
小 于
10 cm
有 限
小 于
25 cm
远视眼
晶状体太薄或眼球在前后方向上太短
在视网
膜 后
配带一秃透镜使进入眼球的光会聚些
大 于
10 cm
无限远
大 于
25 cm
（七）研究方法
1、类比法：将眼球与照相机类比。
2、等效法：用凹透镜矫正近视眼时，凹透镜与变厚的晶状体合起来相当于一个较薄的凸透镜；用凸透镜矫正远视眼时，凸透镜与变薄的晶状体合起来相当于一个较厚的凸透镜。
五、显微镜和望远镜
（一）显微镜
1、结构：物镜（靠近被观察的物体，焦距较短，作用同幻灯机的镜头）、目镜（靠近眼睛，焦距稍大，作用同放大镜）。
2、原理：物镜和目镜的主光轴重合，物镜的2倍焦距处和目镜相邻一侧的焦点重合。被观察物体放在物镜的焦点和2倍焦距处之间，成一个放大、倒立的实像。这个实像正好落在目镜的焦点以内，再由目镜成一个正立、放大的虚像。经过两次放大，就能看清物体的细小部分。
（二）望远镜
1、结构：望远镜有许多种，构造各不相同，其中一种是由两组凸透镜组成。物镜（靠近被观察物体，焦距较短，作用同照相机的镜头）、目镜（靠近眼睛，焦距较短，作用同放大镜）、
2、原理：物镜和目镜的主光轴重合，相邻一侧的焦点重合。遥远天体到物镜的距离远大于物镜的2倍焦距，成一个倒立、缩小的实像，这个实像又正好落在目镜的焦点以内，成一个正立、放大的虚像。虽然物镜所成的像是缩小的，但是它离我们的眼睛很近,而被观察的物体离人眼很远,因此人眼对像的视角比对物体的视角大,再加上目镜的放大作用,视角再次增大，两次视角的增大使望远镜的视角增大许多，从而看清远处的物体。
（三）视角的大小与物体远近的关系：
物体越小，距离眼睛越远，视角就越小，它在视网膜上成的像就越小。
（四）研究方法
1、组合法：将两个不同的凸透镜组合成望远镜、显微镜，可以使凸透镜的功能得到有效的扩展。
2、等效法：望远镜虽然不能像显微镜一样放大物体，但是，它可以把远处的物体拉近，从而放大视角，达到看清远处物体的目的。因为物体在人眼中的大小与视角有关，物体离人眼越近，物体越大，对人眼的视角就越大，人看到的物体就越大。在望远镜中，用凹面镜代替作为物镜的凸透镜，可以制成功能更强的望远镜，而凹面镜和凸透镜的成像情况是一样的。
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