八年级物理上册 光的折射 凸透镜成像教案 教科版.doc

光的折射 凸透镜成像教案
(一)光的折射

1．光的折射规律：光从空气斜射入水或其他透明介质中时，折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角；光从水或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角；光垂直射向介面时，传播方向不改变。发生折射时，入射角增大，折射角也随之增大(如图l—3一l所示)。

折射角小于入射角 传播方向不改变 折射角大于入射角

图1—3—1
易错点 光从一种物质射向另一种物质时，传播方向一定改变。正确的应是光垂直射向两种物质的界面时，传播方向不改变，此时折射角和入射角等于0°。
2．在折射时光路也是可逆的．运用光路的可逆性可解答有关折射的“逆向问题”。
注意 (1)发生光的折射时一般同时发生光的反射。(2)无论光从空气斜射入水或其他介质中，或光从水或其他介质斜射入空气中，在空气中的角是大角。
3．光在不均匀的空气中的传播路径是弯曲的，实际上也是光的折射现象。
解释光的折射现象
(1)水中筷子看起来折断了；
(2)“潭清疑水浅”——池水看起来变浅了；
(3)潜水员在水下看岸上的树木变高了。
注意 (1)人眼看见物体是有光射入人的眼中，不要将箭头画成由眼向外的方向，人的眼睛本身并不发光，要作射入人眼的光线；(2)两条以上光线的反向延长线相交处是虚像的位置，一条延长线无法确定位置；(3)折射所成虚像只是人根据光沿直线传播经验的一种判断，实物的真实位置需要找准，这也就是渔人叉鱼时应判断鱼的像比鱼高且稍向后移。(4)人在岸上看水中的物体或在水中看岸上的物体，虚像位置均比实物高。
(二)透镜
1．凸透镜和凹透镜

比较

易错点 透镜的“会聚”与“发散”作用。
在图1—3—2中，两条折射光线相对于两条入射光线的传播方向“相互靠近”了，这就是凸透镜对光起会聚作用的结果。这时的两条折射光线不是会聚而是发散的，可见会聚作用并不等于会聚!

项目
凸透镜
凹透镜
外形
中间厚、边缘薄
中间薄、边缘厚
对光线
的作用
对光线有会聚作用

对光线有发散作用

焦点

平行主光轴的光线
经透镜折射后实际光

线会聚的点(实焦
点)
平行主光轴的光线
经透镜折射，折射光线

的反向延长线会聚的
点(虚焦点)
光路图

图1—3—2 图1—3—3
同理，在图1—3—3中，两条折射光线相对于入射光线的传播方向“相互远离”了，这就是凹透镜对光的发散作用。这时的两条折射光线不是发散而是会聚的，可见发散作用也不等于发散!
可见判断透镜的“会聚”、“发散”作用的最简单方法就是将原光线延长，将入射光线的传播方向和经透镜折射后光线的传播方向进行比较，若通过透镜后的光线相对于原方向向主光轴偏折，即为会聚，向外偏折即为发散。不能简单地认为折射光线交到一点就是对光起会聚作用，否则就是发散。实际上对透镜来说光线总是向厚的一边偏折射。
2．与透镜有关的几个概念
(1)主光轴O0’一光心0
过透镜的两个球面球心的直线叫做主光轴；在主光轴上(一般在透镜的中心)有一光心，通过光心的光线传播方向不改变。
(2)焦点F-一焦距f
平行主光轴的光线经透镜折射后折射光线在主光轴上会聚的点——实焦点，平行主轴的光线经透镜折射后，折射光线的反向延长线在主光轴上会聚的点——虚焦点；在透镜的两侧实、虚焦点都分别各有l个；焦点到透镜光心的距离叫做焦距。
(3)物距u一像距v
物体到透镜光心的距离叫做物距；像到透镜光心的距离叫做像距。
(4)实像一虚像
①成像的原理不同。物点发出的光线经镜子反射或折射后，实际光线会聚到一点，所成的像叫做实像；物点射出的光线，经镜子反射或折射后，光线不能相交，反向延长交于一点，人眼以为光从这点射出的，所成的像叫做虚像。
注意 小孔成像是由于光的直线传播形成的倒立的实像。②承接的方法不同。虚像能用人眼观看，不能用光屏承接；实像既可以用光屏承接，也可以用人眼直接观看。在形成实像后的折射光线区域里也可用眼睛观察到。
3．掌握三条特殊光路，如图l—3—4所示：

图1—3—4
①平行于主光轴的光线折射后通过焦点。对凹透镜来说，是折射光线的反向延长线经过虚焦点。
②通过焦点的光线(对凹透镜而言，是指其延长线通过焦点的光线)折射后与主光轴平行。
③通过光心的光线不改变光的传播方向。
(三)透镜成像及应用
1．透镜成像规律
(1)凸透镜成像原理。
以烛焰通过凸透镜成像为例，如图1—3—5所示，烛焰可看作是由许多发光点组成的，每个发光点射向凸透镜的光线有无数条，这无数条光线经凸透镜折射后，会聚到一点，这一点就是发光点的像点，全部的像点构成了烛焰的像。

图1—3—5
注意 若用纸板挡住凸透镜的上半部，下半部的光仍能会聚起来组成物体的完整的像。但会聚的光少了，所得的像亮度将变暗。
(2)凸透镜成像规律。

像的特点

物距

u

倒或正

缩小或

放大

实或虚

像距

v

应用

A．U>2f

倒立

缩小

实像

f<v<2f

(v<u)

照相机

B．u=2f

倒立

等大

实像

v=2f

(v=u)

测焦距

C．f<u
<2f
倒立

放大

实像

v>2f
(v>u)
投影仪
幻灯机

D．U=f

／

/

/

／

平行光

测焦距

E．u<f

正立

放大

虚像

物像同侧

(v>u )

放大镜

一焦分虚实。u=f是成实像与虚像的分界点，u>f，成实像，U=f不成像，u<f成虚像。
二焦分大小。u=2f是成缩小的像与放大的像的分界点，U>2f成缩小的实像，u=2f成等大的实像f<u<2f可成放大的实像。u<f成放大的虚像。
成实像时，物近像远像变大。物距从远大于2倍焦距减小到等于2倍焦距的过程中，像距从稍大于焦距逐渐增大到等于2倍焦距，物距大于像距一直到等于像距，透镜另一侧的像逐渐变大一直到与物体等大，物体与像的距离由很大逐渐减少到4倍焦距；物距从稍小于2倍焦距减小到稍大于焦距的过程中，像距从稍大于2倍焦距逐渐增大到远大于2倍焦距，像距大于物距，透镜另一侧的像逐渐变大，物体与像之间的距离由稍大于4倍焦距逐渐增大到很大。
成虚像时，物近像近像变小。当物距在稍小于焦距处向凸透镜靠近的过程中，虚像越来越小。
实像皆倒立，虚像皆正立。
(3)凹透镜对物体只能成正立、缩小的虚像。
易错点 放大的像与像变大。
放大的像指所成的像的大小比物体的大小大；像变大指物体到镜子的距离发生变化时，像相对于原来的像变大。像变大不等于所成的像是放大的，如物距从大于2倍焦距减小到等于2倍焦距的过程中，所成的像是缩小的但像是逐渐变大的。
辨析 凸透镜和凹透镜。
(1)用手摸，中间厚边缘薄的是凸透镜，中间薄边缘厚的是凹透镜。(精密的光学仪器不能用此法)
(2)用平行光检测，对光起会聚作用的是凸透镜，对光起发散作用的是凹透镜。
(3)用光屏检测，能在光屏上呈现像的是凸透镜，不能在光屏上呈现像的是凹透镜。
比较 测凸透镜焦距的方法。
方法一：a．让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧来回移动，直到纸上的光斑最小为止．b．用刻度尺测出光斑到凸透镜的距离D；c．凸透镜的焦距f=D。
方法二：a．在光具座上从左至右依次放蜡烛、凸透镜、光屏，点燃蜡烛，调整蜡烛、凸透镜、光屏，使它们的中心在同一高度，移动凸透镜和光屏，直到光屏上出现倒立等大的实像为止．b．测出蜡烛到凸透镜的距离D；凸透镜的焦距f=D/2。
方法三：a．在一条直线上，从左至右依次放点光源S、凸透镜、平面镜(凸透镜、平面镜与直线垂直)，移动点光源，点光源发出的光经凸透镜折射、平面镜反射，又经凸透镜折射会聚成的光斑S′与S重合为止，如图l—3—6所示。b．用刻度尺测出点光源到凸透镜的距离D；c．凸透镜的焦距f=D。

图1—3—6

方法四：用某种专用仪器往凸透镜上量，仪器示数即为凸透镜的焦距。
2．透镜的应用
(1)放大镜。
成像条件：放大镜是一个短焦距的凸透镜，必须把物体放在凸透镜的一倍焦距以内。
成像过程：把凸透镜靠近要观察的物体，使物距小于1 倍焦距，透过透镜便可以观察到一个正立放大的虚像，所成的虚像和物体在镜的同侧。
(2)幻灯机、投影仪的成像与调整。
幻灯机就是利用凸透镜能成倒立、放大的实像这个原理制成的。幻灯机的镜头相当于一个凸透镜，幻灯片是物体，银幕相当于光屏，幻灯片到镜头的距离比镜头的焦距稍大。为了使观众看到正立的像，幻灯片要倒插。
比较 教学用投影仪与幻灯机。其主要区别：投影仪用两块大塑料螺旋透镜作聚光器，同时用一块平面镜把像反射到屏幕上。
根据凸透镜成像规律，为了使屏幕上有更大的图像，应增大像距同时减小物距，即幻灯机应离屏幕远些，同时幻灯片离镜头近一些。
(3)照相机的成像与调整。
照相机就是利用凸透镜能成倒立、缩小的实像这个原理制成的。照相机的镜头相当于一个凸透镜，胶卷相当于光屏，调节镜头到胶片的距离，胶片上会出现景物清晰的倒立、缩小的像。
调节方法：摄近景时，物距减小，像距增大，像也增大，即镜头向外伸出一些，离胶片远一些(暗箱应拉长些)，像大一点；摄远景时，物距增大，像距变小，像也变小，即镜头往后缩，离胶片近一些，像小一点。照相机上光圈的作用是控制进入照相机的光线多少，快门控制进光时间。
(4)显微镜。
显微镜是用来观察细微物体或物体细微部分的光学仪器。
显微镜一般是由两组透镜组成，每组的作用相当于一个凸透镜。接近物体的一组透镜叫做物镜，它的焦距很短，接近眼睛的一组透镜叫做目镜，它的焦距比物镜稍大，两镜间的距离可以调节。显微镜的物镜的作用与幻灯机相同，成放大的实像。显微镜的目镜的作用与放大镜相同，成放大的虚像。成像情况见图1—3—7所示，图中L1是物镜，L2是目镜，将物体AB放在L1的l倍和2倍焦距之间，经L1成放大倒立实像A1B1位于L2的焦点以内，再经L2放大成虚像A2B2。

图1—3—7
(5)近视和远视的矫正。
比较
项目
近视
远视
外形

焦距

比正常的短，晶状体

比较凸出
比正常眼的长，晶

状体比较扁平
晶状体折射光

比正常眼要大些，远
处物体的像成在视网

膜前
比正常眼的小些，
近处物体的像成

在视网膜后面

矫正的方法

用凹透镜制成的眼镜

用凸透镜制成的

眼镜

辨析 用图l—3—8所示的装置模拟眼睛，烧瓶中的着色液体相当于玻璃体，烧瓶左侧紧靠瓶壁的凸透镜相当于晶状体，右侧内壁相当于视网膜。图l—3—9中的四幅图是一些同学描绘的近视眼和远视眼矫正的方法和光路，其中B是近视眼的模型，A是远视眼的模型，能达到近视眼矫正目的的是C ，能达到远视眼矫正目的的是D。

图1—3—9

例1(2005年·襄樊)图1—3—10所示为光从空气斜射入水的光路图，请在图中画出界面和法线的位置。

图1—3—10

例2(2005年·连云港)如图l—3—11所示是用来研究凸透镜成像规律的实验装置示意图(屏未画出)，当蜡烛和透镜放在图示位置时，通过移动光屏，可以在光屏上得到与物体等大的像。若透镜位置不变，将蜡烛移到刻度为30 cm处，则 ( )

图1—3—11
A．移动光屏，可以在屏上得到倒立放大的像
B．移动光屏，可以在屏上得到倒立缩小的像
C．移动光屏，可以在屏上得到正立放大的像
D．不论光屏移到什么位置，都不能在屏上得到清晰的像
拓展迁移 某同学做“研究凸透镜成像”的实验，在实验中固定了透镜，无论怎样移动蜡烛和光屏，在光屏上都找不到像，则原因是 。找到原因后在光屏上得到了像，如果蜡烛燃烧时间较长，蜡烛变短，则光屏上的像将向 移动(选填“上”或“下”)。
例3(2005年·金华)下列现象中由于光的折射而形成的是 ( )
A．平面镜使物体成等大的虚像
B．月光下的人影
C．小孔成像
D．用放大镜观察到动植物标本放大的虚像
变形题 小明拿着一个直径比较大的放大镜伸直手臂观看远处的物体，可以看到物体的像，下面说法中正确的是 ( )
A． 射入眼中的光一定是由像发出的
B．像一定是实像
c．像一定是倒立的
D．像一定是放大的虚像
例4(2005年·泰州) 在练习调节教学投影仪(参见图l—3一l2)的实践活动中，小明通过调节，使屏幕上出现了清晰画面。这时，教室后排同学要求他将屏幕上的画面再调得大一些。为此，小明的操作应当是：适当(填“增大”或“减小”)投影仪与屏幕的距离，并将凸透镜适当向一 (填“上”或“下”)移动。

变形题 当他再把两块条形磁铁放在投影仪上，在磁铁上面铺好玻璃板，用铁粉演示磁感线的分布时，屏幕上磁感线的像却不清晰，这时应该向 移动投影仪的镜头。
例5(2005年·宜昌)某校同学在学习了眼睛和眼镜内容后，想通过实验探究近视眼的形成原因。他们选择了如下器材：蜡烛、用薄膜充入水后制成水凸透镜(与注射器相连，注射器里有少量水)、光屏等。水凸透镜的厚薄可以通过注射器注入、吸取水的多少来调节。其装置如图1-3-13所示。

[]

图1—3—13
(1) 在此实验装置中，水凸透镜相当于人眼球中的晶状体。 光屏相当于人眼球中视网膜。
(2)请你用此实验装置探究近视眼的成因，要求写出实验过程。
答案 (2)按如图所示将蜡烛、水凸透镜、光屏依次放在光具座上，保持大致在同一高度上，调节水凸透镜的位置使蜡烛在光屏上成清晰的像；向水凸透镜中注水，使晶状体变厚，观察光屏上所成蜡烛的像将变得不清晰，将蜡烛向水凸透镜靠近，观察到光屏上会再次出现清晰的像。
点拨　该题从学生的生活实际出发，引导我们从物理的角度来认识自己的眼睛，利用身边的器材探究近视眼的形成原因，把物理知识融于生活中，考查学生观察、体验生活的能力以及应用知识解决问题的能力。