凸透鏡的成像規(guī)律課件

凸透鏡的成像規(guī)律凸透鏡是生活中常見(jiàn)的透鏡，例如放大鏡、望遠(yuǎn)鏡等。凸透鏡具有會(huì)聚光線的作用，可以將光線匯聚到一點(diǎn)，形成實(shí)像或虛像。凸透鏡成像的基本概念11.光線光線是指光在傳播過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的路徑，在幾何光學(xué)中，用一條直線表示光線。22.光心凸透鏡中心，光線通過(guò)光心時(shí)，方向不變。33.主軸通過(guò)光心且垂直于透鏡面的直線。44.焦點(diǎn)平行于主軸的光線通過(guò)凸透鏡后會(huì)匯聚于一點(diǎn)，該點(diǎn)稱(chēng)為焦點(diǎn)。凸透鏡的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)凸透鏡的結(jié)構(gòu)凸透鏡由兩面都是凸起的透鏡組成。透鏡的中心部分比邊緣部分厚。凸透鏡的性質(zhì)凸透鏡對(duì)光線具有會(huì)聚作用，會(huì)聚光線會(huì)通過(guò)焦點(diǎn)。焦點(diǎn)是透鏡對(duì)光線會(huì)聚作用最強(qiáng)的點(diǎn)。凸透鏡的聚焦作用1平行光線平行光線經(jīng)過(guò)凸透鏡后會(huì)匯聚于一點(diǎn)，稱(chēng)為焦點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)位于透鏡主軸上。2會(huì)聚作用凸透鏡對(duì)光線具有會(huì)聚作用，可以將平行光線匯聚到一點(diǎn)。3焦距焦點(diǎn)到透鏡中心的距離稱(chēng)為焦距，用字母“f”表示。物點(diǎn)與像點(diǎn)的關(guān)系物點(diǎn)光源或發(fā)光物體上的點(diǎn)，它發(fā)出或反射光。像點(diǎn)經(jīng)過(guò)凸透鏡折射后，物點(diǎn)發(fā)出的光線會(huì)聚或發(fā)散形成的點(diǎn)。成像物點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)凸透鏡折射后，在像平面上形成像點(diǎn)的過(guò)程。凸透鏡成像的四種情況物點(diǎn)在焦點(diǎn)之外當(dāng)物體位于凸透鏡的焦點(diǎn)之外時(shí)，透鏡會(huì)形成倒立的實(shí)像。物點(diǎn)在焦點(diǎn)上當(dāng)物體位于凸透鏡的焦點(diǎn)上時(shí)，透鏡會(huì)形成平行光線，不會(huì)形成像。物點(diǎn)在焦點(diǎn)和2倍焦距之間當(dāng)物體位于凸透鏡的焦點(diǎn)和2倍焦距之間時(shí)，透鏡會(huì)形成倒立的放大的實(shí)像。物點(diǎn)在2倍焦距和透鏡之間當(dāng)物體位于凸透鏡的2倍焦距和透鏡之間時(shí)，透鏡會(huì)形成正立的放大的虛像。1.物點(diǎn)在焦點(diǎn)之外11.1物點(diǎn)在焦點(diǎn)與光心之間成倒立、縮小的實(shí)像21.2物點(diǎn)在光心與無(wú)窮遠(yuǎn)處成倒立、縮小的實(shí)像1.1物點(diǎn)在焦點(diǎn)與光心之間成像特點(diǎn)當(dāng)物點(diǎn)位于焦點(diǎn)與光心之間時(shí)，凸透鏡所成的像是放大的、正立的虛像。成像位置像位于物體的同側(cè)，且位于物體距離透鏡更遠(yuǎn)的位置。像的大小像的大小大于物體的大小，且像距大于物距。1.2物點(diǎn)在光心與無(wú)窮遠(yuǎn)處1成像規(guī)律像點(diǎn)在焦點(diǎn)上2像的性質(zhì)倒立、縮小的實(shí)像3應(yīng)用照相機(jī)當(dāng)物體在光心和無(wú)窮遠(yuǎn)之間時(shí)，像點(diǎn)會(huì)落在凸透鏡的焦點(diǎn)上，形成倒立、縮小的實(shí)像。這一成像規(guī)律是照相機(jī)的基本原理，它利用凸透鏡將遠(yuǎn)處的景物縮小成清晰的像，記錄在感光元件上。2.物點(diǎn)在焦點(diǎn)上1平行光線經(jīng)過(guò)凸透鏡后會(huì)匯聚在焦點(diǎn)上2物點(diǎn)位于凸透鏡的焦點(diǎn)上3像形成在無(wú)窮遠(yuǎn)處3.物點(diǎn)在焦點(diǎn)和2焦點(diǎn)之間成像位置像位于2焦點(diǎn)以外，在物點(diǎn)同側(cè)。成像性質(zhì)倒立、縮小的實(shí)像。應(yīng)用投影儀、照相機(jī)鏡頭等。4.物點(diǎn)在2焦點(diǎn)與光心之間1倒立縮小像比物體小2實(shí)像可以投影在屏幕上3像在2焦點(diǎn)與光心之間像距大于焦距當(dāng)物體位于2焦點(diǎn)與光心之間時(shí)，凸透鏡會(huì)形成一個(gè)倒立縮小的實(shí)像，像的位置位于2焦點(diǎn)與光心之間。這個(gè)實(shí)像可以用屏幕捕捉到，因?yàn)樗梢员煌队?。成像特點(diǎn)的總結(jié)實(shí)像實(shí)像可以通過(guò)屏幕接收到，可以用眼睛直接觀察。實(shí)像可以是正立的，也可以是倒立的。虛像虛像不能通過(guò)屏幕接收到，只能用眼睛直接觀察。虛像只能是正立的，無(wú)法倒立。放大像比物體大?？s小像比物體小。成像特點(diǎn)與放大倍數(shù)的關(guān)系成像大小放大倍數(shù)越大，像越大。放大倍數(shù)越小，像越小。正負(fù)正放大倍數(shù)表示像與物同側(cè)，即正立像。負(fù)放大倍數(shù)表示像與物異側(cè)，即倒立像。像的性質(zhì)放大倍數(shù)與像的大小、正負(fù)、正倒相關(guān)，直接反映成像特點(diǎn)。凸透鏡的三個(gè)基本公式放大倍數(shù)公式放大倍數(shù)表示像高與物高的比值，反映像的大小與物的大小關(guān)系。像距公式像距公式是描述物距、像距和焦距之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。透鏡公式透鏡公式是物距、像距和焦距之間關(guān)系的通用表達(dá)式。放大倍數(shù)公式的應(yīng)用1確定像的大小放大倍數(shù)公式可計(jì)算物體經(jīng)凸透鏡成像后的像的大小，便于進(jìn)行放大倍數(shù)的比較。例如，在顯微鏡中，放大倍數(shù)越大，看到的細(xì)節(jié)越清晰。2計(jì)算像距已知物體高度和像高，以及物距，可以用放大倍數(shù)公式計(jì)算像距，從而確定成像位置。3設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)利用放大倍數(shù)公式可以設(shè)計(jì)出不同放大倍數(shù)的成像系統(tǒng)，例如望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)等。凸透鏡的像距公式像距公式像距公式用來(lái)計(jì)算物距、焦距與像距之間的關(guān)系。利用該公式，可以確定凸透鏡成像的位置。應(yīng)用場(chǎng)景像距公式在光學(xué)儀器設(shè)計(jì)、圖像處理、人眼成像等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。該公式可以幫助我們理解凸透鏡成像的規(guī)律。放大倍數(shù)公式的應(yīng)用1計(jì)算像高利用放大倍數(shù)公式可以計(jì)算出像的高度，從而判斷物體是否被放大或縮小。2判斷成像性質(zhì)根據(jù)放大倍數(shù)的正負(fù)號(hào)可以判斷像是正立的還是倒立的。3分析成像規(guī)律利用放大倍數(shù)公式可以分析凸透鏡成像的規(guī)律，如物距和像距的關(guān)系，以及像的大小與物距的關(guān)系。凸透鏡的透鏡公式11.物距、像距、焦距物距是指物體到凸透鏡光心的距離，像距是指像到凸透鏡光心的距離，焦距是指凸透鏡的焦點(diǎn)到光心的距離。22.公式推導(dǎo)通過(guò)幾何作圖和相似三角形原理，可以推導(dǎo)出凸透鏡的透鏡公式：1/f=1/u+1/v。33.應(yīng)用范圍透鏡公式適用于各種凸透鏡成像情況，可以用來(lái)計(jì)算物距、像距、焦距之間的關(guān)系。44.應(yīng)用示例例如，已知焦距和物距，可以用透鏡公式計(jì)算出像距，進(jìn)而確定像的大小、位置和性質(zhì)。光路圖的繪制光路圖是用來(lái)表示光線傳播路徑的圖形，是學(xué)習(xí)幾何光學(xué)的重要工具之一。1確定光源根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件確定光源的位置和性質(zhì)。2繪制光線利用直尺和三角板繪制光線，并用箭頭表示光線的方向。3標(biāo)注光學(xué)元件根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件標(biāo)注透鏡、平面鏡等光學(xué)元件的位置和類(lèi)型。4標(biāo)注焦點(diǎn)和光心標(biāo)注透鏡的焦點(diǎn)和光心，并用虛線表示。5標(biāo)注物點(diǎn)和像點(diǎn)標(biāo)注物點(diǎn)和像點(diǎn)的位置，并用虛線表示。光路圖的繪制需要遵循光的反射定律和折射定律，并用直尺和三角板進(jìn)行精確測(cè)量。光路圖的應(yīng)用理解成像過(guò)程光路圖可以直觀地展示光線通過(guò)凸透鏡后的傳播路徑，幫助理解凸透鏡成像的原理。預(yù)測(cè)成像位置根據(jù)光路圖，可以預(yù)測(cè)物體經(jīng)凸透鏡成像后的位置和大小，以及成像的正倒、虛實(shí)。設(shè)計(jì)光學(xué)儀器光路圖在設(shè)計(jì)光學(xué)儀器，如照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等方面發(fā)揮著重要作用，幫助確定透鏡位置和參數(shù)。解決實(shí)際問(wèn)題光路圖可以用于解決一些實(shí)際問(wèn)題，例如如何使用凸透鏡放大或縮小物體，或如何利用凸透鏡匯聚光線。凸透鏡的主焦距測(cè)量1方法一：平行光法讓一束平行光照射到凸透鏡上，用光屏接收凸透鏡所成的像，調(diào)節(jié)光屏的位置，使像最清晰，此時(shí)光屏到凸透鏡的距離就是凸透鏡的主焦距。2方法二：共軛法將物體放在凸透鏡的兩倍焦距之外，用光屏接收凸透鏡所成的像，調(diào)節(jié)物距和像距，使像的大小與物體的大小相等，此時(shí)物距和像距都等于凸透鏡的兩倍焦距，所以主焦距等于物距的一半。3方法三：焦距公式法利用凸透鏡的焦距公式f=1/u+1/v，測(cè)量物距u和像距v，然后代入公式計(jì)算出主焦距f。實(shí)驗(yàn)測(cè)量主焦距的方法方法一：光屏成像法將凸透鏡固定在光具座上，并調(diào)整光屏的位置，使物體和光屏分別位于凸透鏡的兩側(cè)。移動(dòng)物體或光屏，直到在光屏上得到清晰的像，此時(shí)物體到凸透鏡的距離即為物距，光屏到凸透鏡的距離即為像距。方法二：平行光法將凸透鏡固定在光具座上，并調(diào)整光源和透鏡的位置，使光源發(fā)出的光線平行于透鏡的主軸。用一個(gè)光屏接收平行光，調(diào)節(jié)光屏的位置，直到在光屏上得到一個(gè)最小、最亮的光斑，此時(shí)光屏到透鏡的距離即為凸透鏡的焦距。方法三：針孔成像法在一片薄紙上扎一個(gè)小孔，用它作為針孔，將凸透鏡放在陽(yáng)光下，讓陽(yáng)光通過(guò)針孔照射到凸透鏡上。調(diào)整凸透鏡的位置，直到在凸透鏡后面的白紙上得到一個(gè)清晰的圓形光斑，此時(shí)凸透鏡到光斑的距離即為凸透鏡的焦距。凸透鏡的成像特性實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材，如凸透鏡、光屏、蠟燭、刻度尺等，確保器材完好無(wú)損，并了解其使用方法。2實(shí)驗(yàn)步驟將凸透鏡固定在光具座上，并調(diào)節(jié)其高度，使其中心與光具座的中心線在同一水平面上。將點(diǎn)燃的蠟燭放置在光具座上，并調(diào)節(jié)蠟燭的位置，使其距離凸透鏡的距離大于凸透鏡的焦距。移動(dòng)光屏，直到在光屏上得到清晰的像，觀察像的大小、正倒、虛實(shí)等性質(zhì)。改變蠟燭的位置，重復(fù)上述步驟，觀察像的變化情況，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析，得出凸透鏡成像的規(guī)律，并與理論知識(shí)進(jìn)行對(duì)比，加深對(duì)凸透鏡成像特性的理解。分組討論與交流實(shí)驗(yàn)成果分享小組成員互相分享實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，并進(jìn)行討論分析?；ハ鄮椭餐鉀Q實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，提高團(tuán)隊(duì)合作能力。知識(shí)點(diǎn)總結(jié)小組成員共同總結(jié)凸透鏡成像的規(guī)律和特點(diǎn)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。并討論與其他知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，拓展思維。實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)與展示數(shù)據(jù)分析根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析凸透鏡成像規(guī)律的驗(yàn)證結(jié)果，并與理論值比較，計(jì)算誤差，分析誤差產(chǎn)