科學探究：凸透鏡成像

1、CMf同步教育1営息學科物理版 本上?？萍及嫫?數(shù)6716年級初二編稿老師何紹軍審稿教師【同步教育信息】一. 本周教學內(nèi)容：科學探究：凸透鏡成像眼睛與視力矯正神奇的眼睛二. 主要內(nèi)容與基本要求：1. 知道凸透鏡及其有關(guān)的概念。2. 知道凸透鏡成像的一般規(guī)律，并能用來解決一些簡單的問題。3. 了解眼睛的簡單構(gòu)造和眼睛視物的基本原理。4. 了解近視眼、遠視眼的成因及其矯正的方法。5. 了解放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等光學儀器的用途。三. 重點：凸透鏡成像的規(guī)律與實際應用。四難點：凸透鏡成像的規(guī)律的識記與實際應用?！緦W習提示】1. 透鏡人們根據(jù)光由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)要發(fā)生折射，制成了透鏡。根據(jù)透鏡的

2、外形，分為凸透鏡和凹透鏡。凸透鏡：中央厚邊緣薄的透鏡凹透鏡：中央薄邊緣厚的透鏡透鏡的主光軸：通過透鏡的兩個球面球心的直線。 透鏡的光心：透鏡的中心。2. 凸透鏡對光的作用：平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后，會聚于主光軸上一點，這個點叫做焦點，用F來表示。焦點到光心的距離叫做焦距，用f來表示。凸透鏡有兩個實焦點，左右各有一個。焦距沒有實虛之分，一個透鏡只有一個固定的焦距。由折射光路的可逆性可知，由焦點上發(fā)出的光線，經(jīng)凸透鏡折射后變成了平行于主光軸的光線。平行光源就是根據(jù)這個道理制成的。101遠程較丹懈cMnAdSfu cm3. 凹透鏡對光的作用：平行于主光軸的光線經(jīng)凹透鏡折射后， 變得發(fā)散，發(fā)散

3、光線的反向沿長線會聚于主光軸 上的一點，這個點叫做凹透鏡的焦點。同樣道理， 射向凹透鏡對面焦點的光線，經(jīng)凹透鏡折 射后，變成了平行于主光軸的光線。4. 凸透鏡成像規(guī)律：將物體（一般來說用的是燭焰）、凸透鏡（焦距 f已知）、光屏依次放在光具座上， 使它們的中心大致在同一條直線上。并將凸透鏡固定在某一位置，如40厘米處。然后在標尺上標出兩個焦點的位置和兩個二倍焦距處。將燭焰放在某一位置后，算出它到凸透鏡的距離（物體到凸透鏡光心的距離叫做物距，用字母 u來表示），然后去移動光屏，直到在光屏 得到一個清晰的像， 此時光屏到凸透鏡的距離叫做像距，用字母v來表示。讓燭焰從遠處一點點靠近凸透鏡，即不斷的減小

4、 u,看一下像的性質(zhì)及其像距?？偨Y(jié)出凸透鏡成像的規(guī)律。（1） 當u=2f時，凸透鏡成倒立等大的實像，此時v=2f（2）當凸透鏡成實像時，物像間的最小距離是 4f（3） 當u>2f時，凸透鏡成倒立縮小的實像，此時f<v<2f.（4） 當f<u<2f時，凸透鏡成倒立放大的實像，此時v>2f（5）當u<f時，凸透鏡成正立放大的虛像。（6）當u=f時，凸透鏡不能成像。（7）一倍焦距是凸透鏡成像時，實像和虛像的分界點，一倍焦距以外是實像，一倍焦 距以內(nèi)是虛像。（8）二倍焦距是凸透鏡成像時放大與縮小的分界點，二倍焦距以外是縮小的像，二倍 焦距以內(nèi)是放大的像。（9）

5、當凸透鏡成實像時，物距變大，像就變小，像距也變小。（10）當凸透鏡成虛像時，物距變大，像就變大，像距也變大。（11）凸透鏡成實像時，u=v，必定是等大的實像；u>v時，必定是縮小實像；u<v時, 必定是放大的實像。5. 眼睛的構(gòu)造和視物原理人眼的主要構(gòu)造是瞳孔，角膜晶狀體，玻璃體視網(wǎng)膜。晶狀體相當于凸透鏡，視網(wǎng)膜 相當于光屏。外界的物體位于凸透鏡的二倍焦距以外，在視網(wǎng)膜上就會得到一個倒立縮小的實像通過視神經(jīng)再將這種信號傳給大腦，人就看到了物體。正常人的眼睛自我調(diào)節(jié)本領(lǐng)非常強，可以使遠近物體的像都能成在視網(wǎng)膜上，所以人 能看清遠近不同的物體。cftint&Gf/ com6.

6、近視眼及其矯正有的人看遠處物體相當吃力，他們要把物體放在離眼睛較近的位置才能看清楚，這種 現(xiàn)象在青少年中常見，稱其為近視眼當其看近處的物體時，近處的物體發(fā)出或反射的光類似于發(fā)散光線，其能將像成在視網(wǎng)膜上，主要是因為晶狀體這個凸透鏡對光的折射能力太強 了，也就是說其焦距太短了。所以當其看遠處的物體時，由于遠處的物體發(fā)出或反射的光到達人眼時，幾乎已經(jīng)成為平行光線了，由于晶狀體的焦距太短，再加眼睛肌肉對晶狀體焦距的調(diào)節(jié)功能不起作用，所以像便成在視網(wǎng)膜的前面，因而視網(wǎng)膜上不能出現(xiàn)清晰的像，人就看不到清晰的物體了。所以為了矯正近視眼，我們要給他配凹透鏡， 使光線在進入眼睛之前先發(fā)散一些，再經(jīng)過晶狀體較強

7、的會聚之后方可將像成在視網(wǎng)膜上。7. 遠視眼及其矯正有的人看近處的物體相當吃力，他們要把物體放在離眼睛較遠的位置才能看清楚，這種現(xiàn)象在老年人中常見，稱其為老花眼。當然在青少年中也有這種情況，稱其為遠視眼當其看近處的物體時， 近處物體發(fā)出或反射的光類似于發(fā)散光線，加之晶狀體的焦距較長， 其對光線的會聚能力較差， 所以可以將像成在視網(wǎng)膜上，所以人可以看到清晰的物體的像。而如果看較遠的物體，則只能將清晰的像成在視網(wǎng)膜之后，當然此時在視網(wǎng)膜上成的像就是不清晰的像。由此看來，遠視眼主要是因為晶狀體的焦距太長，會聚能力太差所致，所以我們要通過凸透鏡來矯正。也就是通過對光的兩次折射，使清晰的像能成在視網(wǎng)膜上

8、。8. 一些神奇的眼睛（1）放大鏡放大鏡我們見過，也都用過，知道放大鏡就是一個焦距較短的凸透鏡。從它成像的情況來看，是一個正立放大的像，顯然這是當物距小于焦距時，凸透鏡能成正立放大的虛像。如 果我們想要看到更大的物體的像，則要使放大鏡離物體遠一些，當然了，還得在焦距之內(nèi)， 這時我們將看到物體所成的像更大，像離我們也更遠了，這也應用了凸透鏡成虛像的動態(tài)規(guī)律，也就是當凸透鏡成虛像時，物距變大，像也變大，像距也變大了。（2）顯微鏡顯微鏡是由目鏡和物鏡組成的，它們都是凸透鏡，它可以把人們用肉眼看不到的物體進行放大。通常情況下可以放大10到1000倍，常用的是放大100倍到600倍的。電子顯微鏡是在本世

9、紀三十年代出現(xiàn)的。它是類比于光學顯微鏡發(fā)展起來的。光學顯微鏡是用可見光照射被研究的物體，利用光學透鏡使光線偏折而成像的；電子顯微鏡則是讓電子束穿過被研究的物體，利用電磁透鏡，使電子束偏轉(zhuǎn)而成像的。電子顯微鏡的放大率比光學顯微鏡的放大率高一千倍左右。電子顯微鏡能觀察物質(zhì)的精細結(jié)構(gòu)，可以拍攝出物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)圖，在現(xiàn)代科學技術(shù)中有重要的應用。（3）望遠鏡望遠鏡能使很遠的物體成像在眼前，將很遠的物體拉近。目前世界上最著名的天文望遠鏡應該是“哈勃”太空望遠鏡，它是美國國家航空航天局“大天文臺”系列空間天文觀察衛(wèi)星的第三顆。這架望遠鏡是以美國天文學家埃德溫.P.哈勃命名的，以紀念他在20世紀前半期于星系天

10、文學和宇宙結(jié)構(gòu)組成方面所做出的杰出貢獻。射電望遠鏡：太陽、恒星和宇宙空間的物質(zhì)能發(fā)出無線電波， 這種無線電波叫做射電輻 射。觀測射電輻射的強度，是天文學中研究天體和宇宙的一種重要方法。射電望遠鏡就是用來觀測宇宙中射電輻射的儀器。射電望遠鏡有各式各樣的結(jié)構(gòu)，一般它都有一個很大的金屬拋物面狀天線，從宇宙空間chint&Gfii com射來的平行于拋物面軸的無線電波， 被反射后集中到位于拋物面焦點處的小天線上， 小天線 接收到的無線電波能量通過傳輸線輸送給接收機，接收機對電波能量進行測量， 確定射電波的強度。利用射電望遠鏡進行觀測有許多優(yōu)點。無線電波能穿過云霧和塵埃，因此用射電望遠鏡能不分晴

11、雨晝夜連續(xù)進行觀測；對于那些難以用光學望遠鏡觀測的天體和宇宙空間，利用射電望遠鏡也可以進行研究。（4）照相機和投影儀照相機是利用凸透鏡到物體的距離大于2倍焦距時，成倒立、縮小的像這一原理制作的。照相機的鏡頭相當于一個凸透鏡，膠卷相當于光屏。選定被拍攝的景物后， 調(diào)節(jié)鏡頭到膠片的距離，膠片上有對光敏感的物質(zhì)，曝光后發(fā)生化學反應。經(jīng)過顯影處理就成為底片，再用底片洗印就可以得到相片。膠片照相機的匣理凸透鏡所威的實像為了使遠近不同的景物在膠片上產(chǎn)生清晰的像，需要旋轉(zhuǎn)鏡頭上的調(diào)焦環(huán)，調(diào)節(jié)鏡頭到膠片的距離，拍攝近的景物時，鏡頭往前伸，離膠片遠一些；拍攝遠的景物，鏡頭往后縮， 離膠片近一些，調(diào)焦環(huán)上刻有數(shù)字

12、，表示出拍攝的景物到鏡頭的距離。照相時，膠片曝光適當，才能洗出好的相片。曝光過度，洗出相片發(fā)白；曝光不足，洗 出的相片很暗，都不能令人滿意。為了控制曝光量，一是用光圈控制入鏡頭的光的多少，一 是用快門控制曝光的時間。光圈可以開大或縮小，光圈環(huán)上刻有光圈數(shù)。曝光時間可以從快 門上的數(shù)字知道。拍照時，要根據(jù)景物的明亮程度，選擇適當?shù)墓馊涂扉T。常見的投影儀都是“書寫投影儀”，它屬于垂直投影裝置，使用和調(diào)整都很簡單、方便, 能在不遮光的室內(nèi)使用， 可在講課時邊寫邊講，代替黑板，也能演示幻燈片。圖像一般很清 晰，分辨率高、邊緣清楚。投影儀的箱體中有碘鎢燈光源，燈泡后邊有凹面反光鏡，燈泡前 有聚光凸透鏡

13、（如圖）。箱體最上部是用兩塊有機玻璃的羅紋鏡制成的聚光透鏡，并放有平 板玻璃，以便保護投影儀。箱內(nèi)還有馬達和風扇，用來散熱降溫。箱外的方形豎桿上有上下移動的鏡組，有一透鏡和一平面反光鏡，用來上下調(diào)整和轉(zhuǎn)動反光鏡角度，使書寫或畫片在銀幕上的影像達到規(guī)定位置和清晰度。朋儀示意團1.凹面反光謝2 碘鍬T乞聚光凸透鏡羅紋鏡（5透橫7平面朋鏡/靜映像【典型例題】【例1】在圖中的（甲）、（乙）兩圖中畫出經(jīng)過透鏡的折射線?！痉治觥扛鶕?jù)透鏡的定義，平行于凸透鏡主軸的光線經(jīng)過透鏡折射后會聚在焦點上，由光路的可逆性得出：過凸透鏡焦點的光線經(jīng)透鏡折射后平行射出，圖甲的折射光線見圖丙。平行于凹透鏡主軸的光線經(jīng)過透鏡折

14、射后發(fā)散，反向延長過虛焦點，由光路的可逆性知，圖乙的光線經(jīng)凹透鏡后，折射光線平行射出，見圖丁所示?！菊f明】從丙圖可以看到經(jīng)過凸透鏡后的兩條折射光線是平行的，它們并沒有交于一點，那么怎樣理解凸透鏡對光線起會聚作用呢？還是要用折射光線的方向跟入射光線相比較，它們相互“靠攏” 了，這就是凸透鏡對光線起的會聚作用，丁圖中折射光線跟入射光線相比較，它們相互“遠離”了，這就是凹透鏡對光線起的發(fā)散作用?！纠?】如圖所示，請你填上合適的透鏡?！痉治觥烤烤箲詈畏N透鏡，關(guān)鍵是對光線會聚和發(fā)散的理解。 這主要看若沒有透鏡時, 光應沿直線傳播如圖 C 1，C2所示。但實際光線雖沒有會聚在一起，但仍比原來靠近很多，

15、表明光線是會聚了，所以應填上凸透鏡?！窘獯稹繎钔雇哥R，如下圖所示?！菊f明】凸透鏡對光束有會聚作用， 是指折射光線的方向比入射光線的方向 “收攏” 了。 顯然不是指經(jīng)透鏡折射的光線是否相交來判定。 經(jīng)凸透鏡折射的光線可能是平行光束， 也可 能是會聚光束或發(fā)散光束。chint&Gfii com【例3】蠟燭放在凸透鏡前，在另一側(cè)光屏上得到清晰的燭焰像，若將蠟燭向凸透鏡移動，要在光屏上得到清晰的像，光屏應當向 方向移動，所得到的像比原來 些?！痉治觥磕軌蛟诠馄辽系玫降南袷菍嵪?。凸透鏡成像規(guī)律告訴我們：成實像時，物距減小，像距增大，像變大?！窘獯稹款}中前后兩個空分別填入“遠離透鏡”和“大”?！?/p>

16、例4】蠟燭放在凸透鏡的1.5倍焦距的地方，當它向離鏡3倍焦距的地方移動的過程中， 它的像 。A. 先放大后縮小 B.先縮小后放大C.逐漸變大D.逐漸變小【分析】根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律。當物體在凸透鏡前不同的位置時，它所成的像性質(zhì)就不同，有兩個轉(zhuǎn)變點。一是焦點。物體在焦點以內(nèi)成虛像，在焦點以外成實像。焦點是成實 像還是成虛像的分界點。二是二倍焦距處。物體在二倍焦距以內(nèi)成放大的像，在二倍焦距以外成縮小的像，二倍焦距是成放大還是縮小像的分界點。因此，要選出答案A。又根據(jù)物體成實像時，物距減小，像距將變大，像也變大的道理，要選出答案D。【解答】本題有兩個正確的答案，它們是 A和D?！菊f明】要注意題目中放

17、大、縮小和變大、變小的區(qū)別。放大、縮小是指像跟物相比， 變大、變小，是用變化后的像跟變化前的像作比較?！纠?】一個物體到凸透鏡的距離是 30cm時，在光屏上得到一個放大的實像，若把物體 沿凸透鏡的主軸移到距凸透鏡45cm處，則成像的情況是A. 放大的實像B.縮小的實像C.等大的實像D.上述三種情況都可能【分析】凸鏡所成像的性質(zhì)與物距有關(guān)，由第一次成倒立、放大的實像可知fv u v 2f,即fv 30cm v 2f,由此可判斷焦距的范圍是 15cmv fv 30cm。當物距為45cm時，物距肯定 大于焦距，但由于焦距 f在15cm和30cm之間變化，所以三種情況就都有可能。【解答】D?！菊f明】當

18、u=2f時，此時在凸透鏡另一側(cè)的光屏上成倒立、等大的實像，v=2f?！纠?】在研究凸透鏡成像的實驗中，當蠟燭位于凸透鏡某位置時，在透鏡的另一側(cè)呈現(xiàn) 一個倒立、放大的實像，若保持凸透鏡的位置不變，把蠟燭與光屏的位置相互交換，則在光 屏上將出現(xiàn)一個 A.倒立、放大的實像B.倒立、縮小的實像C.倒立、等大的實像D.得不到實像【分析】當f v u v 2f時，凸透鏡能成倒立、放大的實像，這時v> 2f,凸透鏡位置和焦距不變、互換蠟燭和光屏，則物距變成u> 2f,則根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可得到像的性質(zhì)?！窘獯稹緽?！纠?】某人照完半身像，想再利用同一個照相機照一張全身像，這時他應該離相機遠些 還

19、是近些？同時調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)，使膠片遠離鏡頭還是靠近鏡頭？【分析】從拍半身像改為拍全身像，實際上像縮小了，此時像距應該縮小，同時增大物距。【解答】人應該遠離相機，同時使膠片靠近鏡頭。chint&Gfii com【例8】曉晨同學在校門前給全班同學照集體像，發(fā)現(xiàn)兩邊的兩個同學照不上，請幫助他 解決這個問題?！痉治觥咳羰箖蓚€同學的像再進入底片內(nèi)，全班同學的像就要縮小了。根據(jù)凸透鏡成像時， 物距增大，像距減小，像也減小的規(guī)律進行調(diào)節(jié)。只要曉晨向后退一些增大物距，同時縮短鏡頭與膠片的距離來減小像距，就可以把全班同學都照進去了?！窘獯稹空垥猿客笸艘恍?，同時縮短鏡頭與膠片的距離，就能把全班同學都照上了。

20、【說明】由例題中可以看出，只有物距（物到透鏡的距離）和像距（像到透鏡的距離） 同時改變，才能利用凸透鏡再次得到清晰的像。【模擬試題】（答題時間：40分鐘）一.填空題1. 能使太陽光折射后會聚的鏡子是 鏡，老花眼鏡的鏡片是鏡。2將一個凸透鏡對準太陽光， 可在距透鏡10cm的地方得到一個最小亮點。若有一個物體放在這個透鏡前40cm處，則可在透鏡的另一側(cè)得到 的的像。3. 近視眼的晶狀體的焦距過 ，所以其較容易看 處的物體，因此要想矯正近視眼，應該用透鏡。4. 照相機的鏡頭相當于 鏡，它成的是、像，照相時，若想使照片上的人大一些， 照相機應該離被照的人 些，同時調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)，將鏡頭與底片間的距離調(diào)些。

21、5. 放大鏡是利用 鏡可以成正立、放大虛像的原理，使用放大鏡時，必須要把被觀察的物體放在。6. 近視眼所成的清晰像成在 ，遠視眼所成的清晰像成在 。7. 在凸透鏡成像中， 像是倒立的， 像總是正立的，縮小的像肯定是 像。8. 在做“凸透鏡成像”實驗中，首先要在一條直線上依次放上蠟燭、，然后調(diào)節(jié)它們的 ，使它們的位置大致在同一 。若凸透鏡的焦距為 10cm，當物體距透鏡15cm時，可以成一個 、的像，當物體距透鏡 5cm時，可以成一個、的像。.選擇題1. 如果一凸透鏡的焦距為f，所生成的像由放大的實像變?yōu)榭s小的實像時，物距的分界點，定在A. 2f 處B. f 處C.在f與2f的中點 D.在大于2

22、f的某處2. 當物體從凸透鏡的焦點向鏡面接近時，它形成的虛像將A.逐漸增大B.逐漸減小C.先逐漸增大，后逐漸減小D.先逐漸減小，后逐漸增大3. 下列關(guān)于實像和虛像的說法，正確的是A. 實像能成在屏上，虛像則不能B. 虛像是人的幻覺，并沒有光線射入人的眼睛C. 實像都是由光的折射形成，虛像都是由光的反射形成D. 實像有放大的，也有縮小的，但沒有等大的4. 凸透鏡所成實像- 1定是A.像比物大B.像比物小C.像與物位于凸透鏡兩側(cè)D.像總是正立的5. 凸透鏡前25cm處的物體沿主軸靠近透鏡時，其所成的倒立、放大的實像將A.由實變虛 B.由虛變實 C.由大變小 D.不發(fā)生變化6. 在研究凸透鏡成像的實驗中，點燃蠟燭后，無論怎樣移動光屏，在光屏上都不能形成 燭焰的像，其原因可能是A.蠟燭放在了凸透鏡的 2倍焦距以外 B.蠟燭放在了凸透鏡的2倍焦距處C.蠟燭放在了凸透鏡的焦距以外D.蠟燭放在了凸透鏡的焦距以內(nèi)7. 有四種不同焦距的凸透鏡，如果要使在距凸透鏡15cm的物體在光屏上得到放大的像，那么凸透鏡的焦距應為A. 5cmB. 10cm C. 15cm D. 30cm8. 若一物體從距凸透鏡3倍焦距的地方，沿主光軸移到1.5cm焦距的地方，則A.像距變小，像變小B.像距不變，像不變C.像距變大，像變大D.像距變大，像不變9. 一滴水在水平放著的塑