搜索
第二章对环境的察觉第八讲光的折射及透镜成像规律第九讲人的视觉及其延伸内容索引第十讲光的反射折射培优讲座(难度高选用)第八讲光的折射及透镜成像规律一、光的折射1．光的折射规律折射定律是几何光学的基本定律之一、是在光的折射过程中，确定折射光线与入射光线之间关系的定律。光从一种介质斜射入另一种介质中时，传播方向一般发生变化，这种现象叫作光的折射。主要规律有：(1)光从空气斜射入水或其他透明介质中时：①折射光线与入射光线、法线在同一个平面上；②折射光线和入射光线分居法线两侧；③折射角小于入射角；④入射角增大时，折射角也随着增大；⑤当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变。(2)光从水或其他透明介质斜射入空气中，折射角大于入射角。【例1】空池底有一只射灯，射灯灯光斜射向侧壁如图所示，光斑的位置在S处；当逐渐向池中注水，水位到A处时，我们看到的光斑的位置为C，水位升高到B处时我们看到的光斑的位置为D。关于光斑C和光斑D的位置说法正确的是()A．看到的光斑C在S位置的上方B．看到的光斑D在S位置的上方C．看到的光斑C在S位置的下方；看到的光斑D在S位置D．光斑C和光斑D都在光斑S的上方答案解题思路2．光折射的可逆性“光路”即光的传播路径，“光路可逆”是指光逆向传播时路径不变。可见“光路可逆”是对光线而言的。当光在界面发生折射时，如果光线逆着原来的折射光线的方向入射时，折射光线就要逆着原来的入射光线的方向折射出去。这就是说“光折射时光路是可逆的”。“光路可逆性”是几何光学中的一个重要原理。它在控制光路、作图、研究成像等问题都有独特作用。“光路可逆性”在初中光学中应用得当可使问题简单化，到高中也有重要作用。利用光路可逆性作图，利用“光路可逆性”原理便于理解球面镜和透镜对光线的作用，在一个图上改变箭头方向可转化为两个图，使问题简单化。如凸透镜对光线的作用，由图1可变为图2。3．光的折射现象及其应用折射现象是指当光由一种介质(比如水)斜射入另一种介质(比如空气)时，在界面上部分光发生偏离原来路线而与原来路线产生夹角的现象。光的折射现象例子：海市蜃楼、池水变“浅”了、放大镜、望远镜、显微镜、照相机、投影仪、近视眼镜、老花镜、斜插在水中的筷子在水中部分看起来向上弯；看见落到地平线下的太阳；叉鱼的时候瞄准鱼的下方。4．作光的折射光路图光的折射作图方法：(1)光的折射；(2)光路可逆性。光的折射作图是考试命题的主要知识点，解题方法点拨：(1)利用光的折射规律：①光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角；②光从其他介质斜射入空气中时，折射光线远离法线偏折，折射角大于入射角；③光垂直界面射入时，传播方向不改变，此时入射角等于折射角且等于0。(2)根据光路的可逆性作图，如下图。若光是由较密的介质射入较疏的介质时，如图①所示，利用光路可逆可画出由密到疏，如图②所示。【例2】早晨，我们看见太阳的视位置与它的实际位置有些差异，本题图中的：(1)a是太阳的视位置；(2)c是太阳的视位置；(3)b是地平线；(4)a是太阳的实际位置；(5)c是太阳的实际位置，根据有关知识，下列选项正确的是()A．(2)(3)(4)B．(2)(4)C．(1)(3)(5)D．(3)(4)答案解题思路【解题思路】当太阳升起时，太阳实际位置在地平线下面，但通过折射我们看见了太阳；看到的是在地平线上面的虚像，对于我们来说就是太阳位置偏高了一些；据此分析：(1)a是太阳的视位置；(3)b是地平线；(5)c是太阳的实际位置。【答案】C二、透镜及透镜成像规律1．透镜及其分类人们利用折射原理发明了透镜，透镜有凸透镜和凹透镜，中央部分比边缘部分厚的叫凸透镜，中央部分比边缘部分薄的叫凹透镜，凸透镜具有会聚光线的作用，所以也叫“会聚透镜”“正透镜”(可用于老花镜)，凹透镜具有发散光线的作用，所以也叫“发散透镜”“负透镜”(可用于近视眼镜)。2．辨别凸透镜和凹透镜的方法(1)凸凹透镜区别：①结构不同：凸透镜是由两面磨成球面的透明镜体组成，两边薄，中间厚；凹透镜是由两面都是磨成凹球面透明镜体组成，两边厚，中间薄。②对光线的作用不同：凸透镜主要对光线起会聚作用，但在物距小于焦距时，也起发散作用；凹透镜主要对光线起发散作用。③成像性质不同：凸透镜是折射成像，凹透镜是光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成倒立实像。(2)凸凹透镜的辨别方法①触摸法：用手摸。凸透镜：中间厚两边薄；凹透镜：中间薄两边厚。②成像法；放在书上的字上，放大的是凸透镜，缩小的是凹透镜。③太阳聚焦法：把透镜放在阳光下，再放一张白纸在透镜下，若能在纸上找到一个很亮的点(焦点)即为凸透镜，否则为凹透镜。【例3】凸透镜和凹透镜的光学性质不同，为判别直径相同的两个透镜的种类，现分别将它们正对太阳光，再把一张纸放在它的下方，在纸上分别得到大小不同的甲、乙两个光斑，透镜与光斑的大小如图所示(d1＜d＜d2)。则根据这两个光斑()A．甲、乙均能准确判断透镜的种类B．甲能准确判断透镜的种类而乙不能C．乙能准确判断透镜的种类而甲不能D．甲、乙均不能准确判断透镜的种类答案解题思路【解题思路】因为凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线起发散作用，根据图示可知，甲一定是对光线起了会聚作用；而乙可能是对光线起了发散作用，也可能是形成放大的实像，因此形成甲光斑的一定是凸透镜，形成乙光斑的可能是凹透镜、也可能是凸透镜。【答案】B【例4】有一块透镜，不知是不是凸透镜，请你设计三种方法，并简要说明理由。【解题思路】分辨凸透镜和凹透镜有四种方法：(1)凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。(2)中间比边缘厚的是凸透镜；中间比边缘薄的是凹透镜。(3)凸透镜能使物体成放大的像，凹透镜只能使物体成缩小的像。(4)凸透镜能成实像，凹透镜只能成虚像。【答案】根据凸透镜和凹透镜的特点设计方法如下：方法一：放大镜法：将透镜放到书上，透过透镜看到书上的字变小的是凹透镜，字变大的是凸透镜。方法二：成实像方法：将透镜放在眼前正对前面的景物，如果看到倒立缩小的物像是凸透镜，正立的是凹透镜。方法三：阳光聚焦的方法：把透镜正对着太阳光，上下移动能在地面上出现最小最亮的光斑是凸透镜；同样的操作在地面上出现暗圈的是凹透镜。答案解题思路3．主光轴、光心、焦点和焦距(1)透镜一般多是由两个以上的凸凹圆形透明体组成，每个透明体均有两个曲率半径和两个球心，连接两个球面的中心就是主光轴。通俗的说法是：通过透镜两侧球心的直线，叫作主光轴，简称主轴。所谓曲率半径就是球面的半径，也就是从圆的中心至边缘的长度。(2)光心：每个透镜主轴上都有一个特殊点，凡是通过该点的光，其传播方向不变，这个点叫光心。(3)焦距：焦点到光心的距离。(4)焦点：实验表明，凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫焦距。4．凸透镜的会聚作用凸透镜分为双凸、平凸和凹凸(或正弯月形)等形式，凸透镜有会聚作用故又称聚光透镜，较厚的凸透镜则有望远、会聚等作用，这与透镜的厚度有关。【例5】有媒体报道：在烈日下洗车，水滴所形成的效果会使车身局部产生高温现象，时间长了车漆便会失去光泽。对这一现象的合理解释是()A．水滴相当于平面镜，能使车漆发生反射而失去光泽B．水滴相当于凸透镜，能使光聚在车身的局部产生高温C．水滴相当于凹透镜，能使光聚在车身的局部产生高温D．水滴相当于凸透镜，能发散光使车身的局部产生高温【解题思路】由水滴的形状是中间厚边缘薄的，所以可以看作凸透镜，而凸透镜对光线有会聚的作用。在阳光下的水滴好比一个小的凸透镜，把太阳光进行了会聚，同时也会聚了太阳光的能量，使得局部高温，从而伤害汽车的外表。【答案】B答案解题思路5．凹透镜的发散作用凹透镜对光有发散作用。平行光线通过凹球面透镜发生偏折后，光线发散，成为发散光线，不可能形成实性焦点，沿着散开光线的反向延长线，在入射光线的同一侧交于F点，形成的是一虚焦点(凹透镜有两个虚焦点)。【例6】如图所示，有一塑石英正方体，内有一空气层，当一束平行光垂直通过石英正方体时，光在空气层中发生的现象是()A．光束在空气层中将变得发散B．光束在空气层中将变得会聚C．光束在空气层中传播方向不会发生变化D．光束在空气层中将发生反射【解题思路】由于空气层的形状中央薄，边缘厚，所以其周围的石英是中央厚，边缘薄，这样空气层两边的石英就构成了两个凸透镜；当平行光无论是从左边进入还是从右边进入石英正方体，都会经过凸透镜会聚，从而在空气层中形成一个会聚光束。【答案】B答案解题思路6．透镜的光路图(1)不管是凸透镜还是凹透镜，通过光心的光线方向不变。(2)凸透镜要点：平行于主光轴的光线在对面会聚于焦点后继续传播，经过焦点的光线在透镜对面平行于主光轴传播。(3)凹透镜要点：平行于主光轴的光线过透镜后的光线的反向延长线经过虚焦点。7．凸透镜成像规律及其探究实验(1)凸透镜成像规律：是指物体放在焦点之外，在凸透镜另一侧成倒立的实像，实像有缩小、等大、放大三种。物距越小，像距越大，实像越大。物体放在焦点之内，在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越小，像距越小，虚像越小。(2)设计并进行实验：①提出问题：凸透镜成像，像的大小、正倒、虚实跟物距有什么关系？②实验器材：带刻度的光具座、蜡烛、光屏、透镜(焦距在10～20cm之间)、刻度尺。见实验装置图。③实验步骤：A．先测出透镜的焦距：让凸透镜在阳光下来回移动，找着最小、最亮的点，用刻度尺量出亮点与凸透镜的距离，这就是这个凸透镜的焦距。B．实验探讨像的大小、正倒、虚实跟物距的关系：a．把透镜放在光具座标尺中央，从透镜的位置开始在左右两边的标尺上用粉笔标出等于焦距和二倍焦距的位置。b．点燃蜡烛，调整它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。c．把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置上，调整光屏到透镜的距离，使烛焰在屏上成一个清晰的像，观察像的大小、正倒，测出蜡烛与凸透镜、凸透镜与光屏间的距离。把数据记录在表格中。d．继续把蜡烛向凸透镜靠近，观察像的变化是放大还是缩小，是正立还是倒立，蜡烛与凸透镜、凸透镜与光屏的距离测出，将数据记录在表格中。e．当蜡烛到一定位置上时，光屏没有像，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像，把蜡烛与凸透镜、像与凸透镜的距离，像是放大还是缩小的，像的正倒，填入表格中。【例7】如图所示为一教学用投影仪，可将胶片上的字放大后投到屏幕上形成一个清晰的像，如果要得到更大的清晰的像，具体的做法是()A．投影仪靠近屏幕，凸透镜向上移动B．投影仪远离屏幕，凸透镜向下移动C．投影仪靠近屏幕，凸透镜向下移动D．投影仪远离屏幕，凸透镜向上移动【解题思路】要使屏幕上的像大一些，就要使物距减小，像距增大，所以透镜向下移动，同时投影仪远离屏幕。【答案】B答案解题思路【绝招课堂】凸透镜成像规律口诀一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，像儿跟着物儿跑；两条线，五幅图；不规则，副光轴；记忆口诀就是好。凸透镜成像规律五幅图(1)当u2f时，f＜v＜2f，成倒立、缩小的实像(2)当u＝2f时，v＝2f，成倒立、等大的实像(3)当fu2f时，v2f，成倒立、放大的实像(4)当u＝f时不能成像(5)当uf(v0)时成正立、放大的虚像副光轴：简称副轴。对薄透镜，当入射光线所在空间的折射率与出射光线所在空间的折射率相同时，通过光心但不经过折射球面曲率中心的任意直线都是副光轴。[对薄透镜而言，过光心(透镜中心)与主光轴不重合的直线都是副光轴]【例8】请你完成由发光点S通过凸透镜的光线。【解题思路】发光点S发出的最上边的那条入射光线，其折射光线都要经过发光点S的像，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点，过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴。【答案】如图所示：拓展思考：能否利用副光轴完成此题。答案解题思路第九讲人的视觉及其延伸一、眼球的结构和视觉的形成1．眼球的基本结构眼的主要部分是眼球，由眼球壁和眼球的内容物构成。眼球的结构如图：2．眼的折光系统外界物体发出的光线，通过眼的角膜、房水、晶状体和玻璃体，发生折光，最后在视网膜上形成一个清晰的物像，这就是眼的