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第四章透镜及其应用【教学内容】第一节透镜第二节探究凸透镜成像的规律【教学目的和要求】1．认识凹透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用，知道凸透镜能成放的实像和虚像，也能成缩小的实像。2．经历用多种方种方法辨别凸透镜和凹透镜的过程，并尝试对各种方法的优劣做初步评估。3．学会用简单方法估测远视眼镜的焦距，了解眼镜度数的含义。4．通过实验，探究凸透镜成像的基本规律。5．会使用相关仪器，能通过观察和实验收集凸透镜成像规律的有关数据和资料。6．经历从所观察到凸透镜成像的有关现象和所收集到的实验数据中，归纳出透镜成像规律的过程。【学习重点和难点】1．学习重点是能根据凸透镜成像规律知道，当u＞2f或2f＞u＞f，可以分别得到缩小或放大的实像；当u＜f时，则在同侧得到放大的虚像，要注意搞清楚实像与虚像的区别。2．学习难点为凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。【方法指导和教材延伸】1．辨别凸透镜和凹透镜的方法。（1）从透镜的结构特征着眼，通过比较透镜中央和边缘的厚薄加以辨别（“摸”的方法）；（2）从透镜的成像特点着眼，通过观察透镜的成像情况，加以辨别（“看”的方法）（3）从透镜对平行光线的作用情况（会聚散还是发散）入手加以辨别（“照”的方法）；此外，辨别凸透镜和凹透镜的简易方法还有“晃”的方法：通过透镜观察书上的文字，晃动透镜，若发现像的晃动方向与透镜相同，则该透镜是凹透镜；若发现像的晃动方向与透镜相反（即相位相反），则该透镜是凸透镜，这种方法适宜于辨别焦距较大的透镜。凸透镜与凹透镜的作用与表示凸透镜对光有会聚作用。可用符号表示。凹透镜对光有发散作用。可用符号表示。怎样记住凸透镜成像规律：凸透镜成规律是学习的重点。记住这一规律可以用以下两种方法。1．列成表格，并结合它的应用记忆物体到凸透镜的距离像的情况应用倒立或正立放大或缩小实像或虚像大于二倍焦距倒立缩小实像照相机介于焦距和二倍焦距之间倒立放大实像幻灯机小于一倍焦距正立放大虚像放大镜2．口决记忆法（1）一倍焦距内外分虚实：物质到凸透镜的距离在一倍焦距以内成虚像，在一倍焦距以外成实象。（2）二倍焦距内外分大小：物体在成实象时，它到凸透镜的距离大于二倍焦距是缩小的像，小于二倍焦距是放大的像。（3）实像一定是倒立的，像物在透镜的异侧。虚像一定是正立的，像物在透镜的同侧。（4）在成实像时，物距减小，像距增大。可以记忆为物近、像远、像变大。注意：凸透镜成像规律要做到三联系：一要联系研究凸透镜成像的实验和回忆凸透镜成像的物理现象，纠正头脑中的错误的形象。二要联系凸透镜成像规律应用的实例，加深对规律的理解。三要联系典型问题，运用凸透镜成像的物理形象对问题的性质进行分析。【能力的培养】1．要培养自己把文字说明与光路图的描绘过程结合起来解答问题的能力。2．由光的可逆性，由像推断物的情况，培养自己逆向思维能力。3．画光线必须带箭头，以示传播方向，实际光线用实线，实际光线的反向延长线用虚线；实像用实线，虚像用虚线。【知识拓宽】冰透镜的制做在实验室，我们看到透镜都是玻璃的，其实我们也可以用冰来制透镜。做法如下：1．取样：尽量采集透明效果好，内部无气泡杂质、裂纹的冰块为宜2．整形：用刀具轻轻将冰块砍、削成凸透镜轮廓，不要用力过猛，使冰块出现裂纹或破碎，然后再换用刀具轻、稳反复刮其两表面，使其表面圆滑、匀称。3．修面：打磨后的透镜，表面有一白色“不透明层”，且有刀痕严重影响透明度，此时用双手捂片刻，并来回磨擦，以熔化其表面，使之更平滑、透明（此过程必不可少）。4．取火：找焦点，测出焦距，将透镜固定在木架上，然后在其焦点处放一些干燥、柔软、易燃的草屑，并开始计时，约5分钟～10分钟，便有青烟冒出，之后，火冉冉生起。注意：（1）冰透镜大小自行选定（一般直径在10cm～20cm）（2）冰透镜尽可能做厚些，表面光滑，这样折射效果好。（焦距5cm－15cm）（3）取火时，易选一采光好，且无风处为宜。【例题选讲】例1．关于凸透镜下列说法正确的是（）A．凸透镜只对平行光线才具有会聚作用B．平行光线经凸透镜会聚的一点叫焦点C．经过焦点的入射光线经凸透镜折射后，平行主光轴射出。D．任何光线经过凸透镜后都会改变传播方向解析：凸透镜对平行的光线有会聚作用，它对不平行的光线也具有会聚作用，即凸透镜对任何光线都具有会聚作用，哪怕射出的光线发散的，也是经过凸透镜的会聚后仍然发散。凸透镜的焦点在主光轴上，只有平行于主光轴的光线经凸透镜会聚的一点才是焦点，一般的平行光线经凸透镜也会会聚一点。但那不是焦点，并不是任何光线经凸透镜折射后都改变传播方向，经过光心的光线传播方向不变。根据折射现象中，光路的可逆性，从焦点发出的光线经凸透折射后平行于主光轴射出。正确答案为C例2．物体在离凸透镜20cm处成等大的，倒立的实像，试判断物体在距凸透镜30cm,15cm,5cm处的成像情况，并说明理由。解析：物体成什么像，关键是物距与焦距的关系，先由已知条件判断焦距：物体成等大、倒立的实像的条件是：u=2f即：f=1/2u=20/2cm=10cm然后可判断同它在不同位置的成像情况：当u1=30cm=3f成缩小、倒立的实像当u2=15cm,fu22f，成放大、倒立实像当u3=5cm,u3f,成放大、正立虚像说明：判断物体在凸透镜中的成像的情况，首先要确定凸透镜的焦距，其次抓住凸透镜成像规律中的两个转折点：二倍焦距处，焦点处；三个成像区域：u2f、fu2f、uf.例3．射到凸透镜的入射光线如图a所示，F是焦点，试画出通过凸透镜的折射光线。分析：根据焦点的定义，平行于主轴的光线。经凸透镜折射后会聚到一点，这个点叫做凸透镜的焦点。再利用光路可逆性，可知从焦点射出的光线；经凸透镜折射后平行于主轴，作出光路图，见图b。注意：光线要有箭头，光路应连续。ab例4．在图甲中已知方框外的出射和入射光线，在方框内应填什么样的透镜？图甲图乙解析：我们可以将入射光线延长，如图乙所示，拿折射光线与入射光线的方向比较，图乙中的折射光线相互“远离”了，所应填入凹透镜。说明：可见判定透镜对光的作用应当用折射光线与入射光线的方向相比较，若相互更“靠拢”，则对光线起会聚作用，用的是凸透镜：若相互更“远离”，则对光线起发散作用，用的是凹透镜。例5．如图所示，在观察蜡烛通过凸透镜成像的实验中，已知凸透镜的焦距为10cm，点燃的蜡烛放在距凸透镜25cm处，则蜡烛在光屏上所成的清晰的像是（）A．倒立放大的实像B．正立缩小的实像C．倒立缩小的实像D．正立放大的虚象解析：由于物距u=25cm，焦距f=10cm，可见u2f，根据凸透镜成像的规律，成的像应是倒立、缩小的实像，应选C。例6．一条光线被某种光学元件作用发生了弯折，如图所示，那么此种光学元件是什么？它是如何使光线弯折的？解析：平面镜可以改变光的反射方向，透镜可以通过会聚或发散作用也能改变光线传播方向，这就是思路，那么就是这偏折了的光线能不能说它就是被会聚或发散了呢？这就要看此光线所处位置而定。有三种方法，即利用平面镜、凸透镜和凹透镜均可以，分别如图a,b,c例7．如图所示光线II是入射光线I经凹透镜后的折射光线，光线III是另一条入射光线的折射光线，请画出光线III的入射光线。解析：因为光线I平行于光轴，所以折射光线II的反向延长线交于主轴为虚焦点，而凹透镜两侧有对称的两个焦点，所以可以找出另一个焦点F′，根据光的可逆性，可以找出经凹透镜折射后变为平行光的入射光来，见图中光线IV。例8．用凸透镜在屏上已得到了烛焰所成的像，现用一块圆形黑纸糊上凸透镜中间部分如图所示，那么在屏上所成的像（）A．像没有了B．像的中间看不见了C．像比原来变暗，大小不变D．成的像与原来没有变化解析：凸透镜的中间部分被黑纸庶住就无法透光了，对成像如何影响呢？若凸透镜破损了一部分，甚至只剩下一半呢？这对成像有影响？从图中可看出发光点S发出的部分光线经凸透镜后均聚于像点S′，可以说S′是无数条出射光线会聚而成。而凸透镜被庶盖或残缺后使得入射光线和出射光线均减少，（如图中虚线所画）但有部分剩余光线经过不透光部分成像，所不同的是，由于光线减少，所以像的亮度将减小，再者对像的观察范围也将减小。例8图【同步练习】一、填空题1．中间________，边缘_____的透镜叫凸透镜，它对光线具有_______________作用。2．中间__________，边缘________的透镜叫凹透镜，它对光线具有___________作用。2．凸透镜的焦距是表示凸透镜使光线会聚能力的一个物理量，两个直径相同的凸透镜，它们的焦距分别为1cm和6cm，那么焦距为____________cm的凸透镜对光的会聚能力强此。4．在观察凸透镜成像实验中，若所用凸透镜焦距为10cm。（1）物体放在距凸透镜15cm处，移动光屏，可得到________倒立的实像；（2）物体放在距凸透镜20cm处，移动光屏，可得到________倒立的实像；（3）物体放在距凸透镜25cm处，移动光屏，可得到_________倒立的实像；（4）物体当从凸透镜前15cm处，移到凸透镜前20cm，25cm处时，要在光屏上获得清晰的像，光屏应向__________凸透镜方向移动。5．在凸透镜所成的像中，虚像与实像的分界点是__________，放大像与缩小像的分界点是___________，成实像的条件是____________。6．通过透镜两个球面的球心C1、C2的直线，叫做透镜的____________________。7．物体从2倍焦距以外逐渐向凸透镜的焦点移近的过程中，移动光屏，使光屏上成物体的清晰的像逐渐_____________，光屏与凸透镜间的距离逐渐___________。（选填“变大”、“变小”或“不变”）8．在研究凸透镜成像的实验中，当把烛焰放在离凸透镜30cm处时，得到一个放大倒立的实像。而当烛焰放离凸透镜40cm时，又得到一个缩小倒立的实像，由些可知，该凸透镜的焦距f应大于_________cm,而小于___________cm.二、选择题1．下列说法正确的是（）A．太阳光透过凸透镜后能会聚到一点B．将小灯泡放在凸透镜的焦点上，通过凹透镜后无法得到平行光C．将小灯泡放在凹透镜的焦点上，通过凹透镜后可以得到平行光D．将凹透镜正对太阳光，拿一张白纸放在透镜后，只要纸片的移动方向正确，总可以使太阳光会聚于一点2．下列是凸透镜对光的作用的说法，其中正确的是（）A．光通过凸透镜会变成平行光B．对平行于主光轴的光才有会聚作用C．对任何一束光都有会聚作用D．对成像的光束才有会聚作用3．下列光路中正确的是（）4．下列关于光学元件的说法中，正确的有（）A．平面镜成虚像，一束平行光经平面镜反射后，仍是一束平行光B．凸透镜是会聚透镜，任何一束光经凸透镜后必定都是会聚的C．凹透镜是发散透镜，任何一束光经凹透镜后必定都是发散的D．三棱镜对红光不偏折5．一塑料薄膜组成的棚顶下堆放着一堆干草，夏天雨后，阳光穿过薄膜上的积水，照射到干草上，下列说法正确的是（）A．薄膜上的积水形成一个大的凸透镜，如果其焦点恰好能在干草处，干草有可能燃烧B．透镜都是固体物质组成的，液体不能起凸透镜作用C．起凸透镜作用的应是塑料薄膜D．积水和薄膜不能会聚光线6．下列说法正确的是（）A．人走向穿衣镜时，人在镜中所成的像逐渐变化B．黑板“反光”是因为光在“反光”处发生了漫反射C．激光准直，利用光沿直线传播的道理D．放映电影时银幕上的像是虚像7．物体放在凸透镜前某一位置时，在透镜另一侧离透镜10cm的光屏上成一个倒立缩小的像，当物体移至凸透镜10cm处，所成的是（）A．倒立缩小的像B．倒立放大的像C．正立缩小的像D．正立等大的像8．用一个凸透镜成像时，下面说法中正确的是（）A．实像总是倒立的，虚像总是正立的B．实像和虚像都可能是放大或缩小的C．成实像时，物体离凸透镜越近，像越小D．成虚像时，物体离凸透镜越近，像越大9．某凸透镜的焦距在10cm与15cm之间，当时物体距凸透镜12cm时，所成的像一定是（）A．放大的花板B．缩小的C．正立的D．倒立的10．在做“研