1、学优中考网 第三章：透镜及其应用第一节：透镜第二节：生活中的透镜二. 重点、难点透镜对光线的作用三. 知识点分析找出生活中的镜子，观察并将这些镜子进行分类。生活中能够找到的镜子有：穿衣用的平面镜，马路拐角处的交通镜（凸面镜），手电筒的反光镜（凹面镜），汽车的后视镜（凸面镜），近视镜，远视镜，老花镜，放大镜，平光镜，三棱镜等等。对于这些镜子我们可用的分类方式有很多，例如制作材料，外形等等。而从对光线的作用来看，上述镜子又可以分为能反射光和能透过光两类。物理学中把能透过光的镜子就称之为透镜，我们今天就来研究有关透镜的一些知识。本节课需要准备的器材有：放大镜（老花镜，远视镜），近视镜，激光笔，刻度尺
2、两个直径差别很小的纸筒（一个能套入另一个），半透明纸。第一节：透镜观察我们手中能够找到的透镜，你又可以将它们分成几类？从外形上，我们可以将透镜分成平透镜，凸透镜和凹透镜三类，平透镜就是厚度均匀，表面平整的透镜，如平光镜。凸透镜就是中间厚，边缘薄的透镜，如放大镜。凹透镜就是中间薄边缘厚的透镜，如近视镜。这里我们对凸透镜和凹透镜对光线的作用进行研究。（一）知识储备凸透镜和凹透镜的表面可以看成是球面的一部分。如图所示。通过透镜的两个球面的球心的直线叫做主光轴。主光轴上有一个特殊的点，通过它的光线传播方向不改变，这个点就叫做透镜的光心，用字母 O 表示。我们可以认为厚度很薄的薄透镜的光心就在透镜的中心
3、，我们所研究的透镜都是薄透镜。（二）凸透镜对光线的作用我们首先来观察凸透镜（图 1），我可以把凸透镜进行切割（图 2），你有什么发现？图 1 图 2凸透镜相当于是一些梯形体和三棱体的组合，下面就请同学们完成下面图 3 的光路图： 玻 璃 玻 璃 图 3如果你的做图准确，答案应当是如图 4 所示： 玻 璃 玻 璃 图 4观察图 4，你又有什么发现？我们会看到当一束平行于下底边的光束入射到玻璃三棱体和梯形体时，折射光线总是向下底边偏折，由此你来猜想一下，如图 5 所示的平行光入射到凸透镜时，会有什么现象发生呢？图 5只要你正确理解图 4 现象，你就会说折射光线一定会向中心靠拢，那么我们的猜想准确吗
4、？请你拿起手中的激光笔进行验证吧。从实验中我们会发现，这束平行光的确是向中心会聚，由此我们可以获得结论：凸透镜对光线具有会聚作用。因此，凸透镜又称会聚透镜。科学家们经过实验还发现：如果让一束平行于主光轴的光线入射到凸透镜上，这束平行光就会会聚于主光轴上的一点，如图所示：学优中考网 这个点我们就称之为焦点（F），从焦点到光心的距离就是焦距（f）。凸透镜两侧各有一个焦点且对称分布，由于凸透镜的焦点是实际光线会聚而成的。因此，这两个焦点都是实焦点。由折射光线可逆，我们可以知道：在凸透镜的焦点处放置一个点光源，在透镜的另一侧就可以获得一束平行于透镜主光轴的平行光，如图所示：（三）凹透镜对光线的作用对照
5、研究凸透镜对光线的作用，我们也可以对凹透镜进行相关的研究。请你自己根据提示设计研究过程，进行自己的研究。提示：研究课题：凹透镜对光线的作用提示问题：一束平行光入射到凹透镜后，折射光线会如何变化？观察思考：凹透镜可以看成是_的组合，如图所示 建立假说：一束平行光入射到凹透镜上折射，光线会_设计并进行实验验证：得出结论：凹透镜对光线有_作用从上述研究中，我们可以得出结论：凹透镜对光线有发散作用，因此凹透镜又被称为发散透镜。科学家研究发现，一束平行于主光轴的光线入射到凹透镜上，折射光线变得发散，而且这些发散光线的反向延长线相交于主光轴上一点，这一点就称为凹透镜的焦点，焦点到光心的距离就是焦距。同凸透
6、镜一样，凹透镜同样有两个焦点，对称分布在透镜的两侧（如图所示）由于凹透镜的焦点不是实际光线会聚的点，因此凹透镜的焦点是虚焦点。由光路可逆可知，一束向凹透镜焦点会聚的光线经凹透镜后，会变成一束平行于主光轴的平行光。第二节：生活中的透镜我们在前面学习了透镜对光线的作用，那么透镜在日常生活中有什么用呢？我们同学们戴近视镜矫正视力、老人戴老花镜、用放大镜观察昆虫，你曾想到我们的照相机、投影仪也应用到了透镜？我们继续进行学习。（一）照相机随着生活水平的提高，照相机已经进入了我们的生活中，成为生活中记录点点滴滴的不可少的工具之一。随着科技的发展，照相机也由大型的逐渐向小型转化，会照相的手机，数码相机层出不
7、穷，那么照相机是依靠什么来照相的呢？我们马上开始研究：首先我们一起来制作一个照相机。照相机的制作方式可以参照课本 P58想想做做进行。观察自制照相机所成的像，这个像有什么特点？这个像是一个缩小的像，而且像与物相比不仅上下颠倒，左右也相反，我们把这样的像称为倒立的像，也就是说照相机模型所形成的像是一个倒立缩小的像。利用自制的照相机给窗外的景物照相。给较远处景物“照相”时，应将透镜离半透明纸片近些，才能成清晰的像。而给较近处景物“照相”时，需将透镜离半透明纸片远些才能成清晰的像。将我们自制的照相机与家庭用的照相机进行对比，我们就会发现家用照相机的镜头就相当于模型中的凸透镜，而底片就相当于半透明纸片
8、，由于相机中底片的位置是固定的，因此照远处景物时，应将镜头压缩，照近处景物时，应将镜头向前伸出。对于照相中环境的光照强弱我们还可以通过调节光圈大小达到目的。有关于光圈的调节方法，同学们可以学优中考网 在课下展开调查研究。无论是远处还是近处的景物在相机底片上所形成的总是一个倒立缩小的像。（二）投影仪观察教室中的投影仪，它都用到了哪些光学仪器？这些光学仪器有什么用处？投影仪中，在光源的下方有一个凹面镜，它的作用是反射光线；光源的上方有一个凸透镜，它的作用是使点光源发出的光线变成平行光束；在投影仪的载物台上方还有一个镜头（凸透镜）和一个平面镜，它们的作用又是什么呢？首先将最上方的平面镜取下来，把投影
9、片放在载物台上，调节上方镜头的位置，直至天花板上能够成一个清晰的像，观察这个像有什么特点？这是一个倒立的、放大的像。将上方的平面镜安装好，再次观察屏幕上的像，像有什么变化？这个像由原来的倒像变为正像。通过观察，请你回答，投影仪上方的这个镜头（凸透镜）和平面镜的作用又是什么呢？投影仪上方的凸透镜的作用是让物体成一个倒立、放大的像。平面镜的作用是改变光的传播方向，使射向天花板的光能在屏幕上成像。如果想要让屏幕上的像变大，我们应当怎样操作呢？想要让屏幕上的像变大，应当使投影仪的镜头靠近投影片，并将投影仪远离屏幕。（三）放大镜我们在前面的学习中知道了放大镜也是一个凸透镜，它是日常生活中最常见的光学仪器
10、之一。利用放大镜观察物体，我们可以看到一个正立的、放大的像。有关于照相机、投影仪、放大镜的成像原理我们下节课再进行具体研究。【典型例题】例 1. 请你画出光线通过透镜的光路图解题思路：此题实际上考察凸透镜和凹透镜对光线的性质。凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。解答本题的关键应当把握这样几条特殊的光线：（1）过光心的光线传播方向不改变；（2）平行于主光轴的光线通过凸透镜必然形成一条过焦点的折射光线；（3）平行于主光轴的光线通过凹透镜必然形成一条反向延长线过焦点的折射光线；（4）过焦点的光线通过凸透镜后必然形成平行于主光轴的折射光线；（5）延长线过焦点的光线通过凹透镜后必然形成平行于
11、主光轴的折射光线，因此我们就可以获知答案。答案：如图所示：例 2. 一束光经过透镜后形成如图所示的光线，请你判定透镜是凸透镜还是凹透镜？甲 乙解题思路：此题实际上是考察凸透镜和凹透镜对光线的作用，凸透镜对光线有会聚作用。凹透镜对光线有发散作用，这里的会聚是指光线传播范围变小，发散是指传播范围变大，并不是专指过焦点的光线。因此，本题可以通过对光线传播范围的变化分析，即可获知答案。如果没有经过透镜，光的传播范围如图红色区域所示。明显大于经过透镜后的传播范围，说明传播范围减小，则此透镜为凸透镜，反之则为凹透镜。 甲 乙答案：甲图中的透镜是凸透镜，乙图是凹透镜，如图所示。例 3. 现在有两个薄透镜，一
12、个是凸透镜，一个是凹透镜，请你用尽可能多的方法将它们分辨出来。解题思路：这道题可以从 3 个角度进行辨别：（1）对光线的作用（凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用）；（2）从外形（凸透镜中间厚，边缘薄；凹透镜中间薄边缘厚）；（3）从成像特点（凸透镜成倒立缩小的像、倒立放大的像、正立放大的像，而凹透镜不行）从以上 3 个角度来考虑，我们可以获得多种辨别方法，随着学习的深入，我们还可以获得更多的辨别方法。答案：方法一：将透镜正对太阳，从透镜的另一侧寻找最小最高的点，能够找到的是凸透镜，否则是凹透镜方法二：用手摸一下透镜表面，中间厚边缘薄的是凸透镜；中间薄边缘厚的是凹透镜方法三：利用透镜观
13、察书上的字，如果能够找到放大的字，这只透镜就是凸透镜，否则是凹透镜。学优中考网 提示：这里出现的只是最常用的 3 种方法，其它方法照样可以辨别。例 4. 明明手中有一个放大镜，他想要知道这只放大镜的焦距，他应怎么做？解题思路：此题考察同学们对于凸透镜的会聚性质和焦点的理解，放大镜是凸透镜的主要应用。利用一束平行于主光轴的光线入射到凸透镜上，在凸透镜的另一侧会聚于主光轴上的一点，这个点是焦点，焦点到光心的距离就是焦距。由此看来，完成此题的关键在于准确的找到放大镜的焦点，由焦点的定义，我们可以借助太阳光来完成任务。答案：让凸透镜正对太阳，拿一张白纸（做光屏）在凸透镜的另一侧来回移动，直到纸上的光斑
14、变得最小、最亮，这个点就是焦点，用刻度尺测量出亮点到凸透镜光心的距离，这就是焦距。提示：（1）太阳虽然是一个点光源发出的光线呈发射状而周围传播，但是由于它距地球比较远，发出的光线到达地球时可以认为是平行光线（2）测量时一定要让凸透镜正对太阳光线，目的是让光线平行于主光轴，这种条件下会聚的亮点才是焦点，否则会聚的亮点不是凸透镜的焦点【模拟试题】一. 填空1. _叫凸透镜，_、_是日常生活中常见的凸透镜；_叫凹透镜，_是日常生活中常见的凹透镜。2. 一束_的光线入射到凸透镜上，可以_于一点，这个点叫做凸透镜的焦点，凸透镜有_个焦点，在透镜的_侧。3. 凸透镜对光线具有_作用，又称为_透镜。凹透镜对
15、光线具有_作用，又称为_透镜。4. _到_的距离就是焦距。5. 照相机的镜头相当于一个_。来自于物体的光经过照相机镜头后会聚于胶卷上，形成一个_立、_的像。6. 投影仪上方有一个凸透镜，它的作用是使物体成一个_立、_的像。投影仪上方的平面镜的作用是_。7. 放大镜是一个_镜。二. 选择题1. 下列各种形状的透镜是凸透镜的是（ ）（1） （2） （3） （4） （5）（6）A. （1）（4）（6） B. （2）（3）（5）C. （2）（3）（5）（6） D. （3）（5）（6）2. 下列对透镜的描述错误的是（ ）A. 中间厚边缘薄的透镜是会聚透镜B. 放大镜可以会聚太阳光，所以放大镜就是一个凸透
16、镜C. 只要是透镜，对光线一定有会聚或发散的作用D. 一束发散的光经过凸透镜后不一定形成会聚的光束3. 下列关于凸透镜的应用说法错误的是（ ）A. 照相机和投影仪都可以成倒立的像B. 照相机和投影仪都可以成放大的像C. 放大镜可以让物体成一个放大的、正立的像D. 古人用冰透镜聚光引火，这里的冰透镜就是凸透镜三. 请填入适当的透镜 四. 将手放在盛有水的玻璃杯后，你有什么发现？为什么会有此现象发生？五. 请你利用一盏正在发光的白炽灯自制一束平行光六. 小明手中有奶奶的一副老花镜，他想要粗略测一下每个镜片的焦距，应当怎样做？【试题答案】一. 填空题1. 中间厚边缘薄的透镜 放大镜 老花镜；中间薄边缘厚的透镜 远视镜2. 平行于主光轴 会聚 2 两3. 会聚 会聚 发散 发散4. 光心 焦点5. 凸透镜 倒 缩小6. 倒 放大 改变光的传播方向7. 凸透镜二. 选择题1. B 2. C 3. B三. 四. 现象：手指被放大了因为加入水的玻璃杯相当于一个凸透镜，将手指放到玻璃杯后，就如同将手指放在放学优中考网 大镜后一样。五. 提示：六. 将老花镜朝向太阳，在镜片后找一个最小最亮的点，测量亮点到镜片的距离就是焦距（由于两个镜片的度数可能不同，因此两个镜片的焦距也有可能不同）学优 中-考.，网
