1、第四节 望远镜与显微镜备第五节 光的折射 透镜的奥秘第四节 望远镜与显微镜备（自学性教材）【教学目的要求】1了解显微镜、望远镜的基本结构2 尝试应用已知的科学规律解释具体问题，获得初步的分析概括能力3初步认识科学技术对于社会发展和人类生活的影响【重点难点】一、望远镜l望远镜的构造 望远镜的种类很多教材中以开普勒望远镜作为例子进行讲解如图 4-43 所示(1)物镜：使远处的物体在焦点附近成实像(2)目镜：靠近眼睛，作用相当于一个放大镜 2望远镜的原理望远镜的构造跟显微镜类似，也是由物镜和目镜两组凸透镜组成的，不同的只是物镜的焦距长而目镜的焦距短见图 4-44 所示它的成像原理物镜 的作用是得到2
2、I0L天体的实像由于从天体上各点射到物镜上的光是平行光，经物镜后，在焦点 外距0F很近的地方，得到天体的倒立缩小的实0F像 ，目镜 的前焦点和物镜 的后焦点1IeL0L重合在一起，所以实像 位于目镜 和它1Ie的焦点 之间距焦点很近的地方。实像 对目镜 来说是物体，它经 所成的像 是放eF1IeLeL2I大的虚像。当用眼对着目镜观察时射人眼睛的光线就好像是从 直接射来的。 对眼所2I2I张的视角明显大于直接用眼观察天体时的视角，可见使用望远镜增大了视角。二、显微镜1显微镜的构造一般的放大镜，放大倍数较小像植物的细胞、金属的结构、细菌微生物等，在放大镜下是没法观察的要想看清就需用放大倍数更高的显
3、微镜，如图4-45 所示显微镜的构造自上而下分别为： (1)目镜：靠近眼睛的一组透镜，作用像一个普通的放大镜。(2)物镜；靠近被观察物体，作用相当于投影仪的镜头。(3)载物台：承载被观察物体。(4)反光镜：增加光的强度便于观察物体。2显微镜的原理显微镜由两组透镜组成，每组都相当于一个凸透镜，把它们一起装在金属制的镜筒里对着物体的一组叫物镜，对着眼睛的一组叫目镜物镜的焦距很短，目镜的焦距较长物镜的作用相当于投影仪的镜头成像一样：得到物体的放大实像所以微小物体 必须放在物镜0I0L的焦点 前附近(图 4-46)。目镜的作用相当于普通的放大镜，把物镜所成的像当作物3100F体，得到它的放大的虚像把这
4、个物体经过物镜和目镜两次放大之后，我们就可以看到肉眼看不见的小物体了。所以经物镜所成的像，应当在目镜 的焦点 之内由目镜得到1IeLe的像 ，其视角比用跟直接观察 时的视角2 0I要大得多。人眼只能看清 O.10.2 mm 大小的细节。显微镜大大提高了人眼的观察能力，好的显微镜能把微小物体放大 2 倍，看310清 0.2 m 的结构观察到细胞的构造要想观察更小的结构，光学显微镜就无能为力了电子显微镜出现后能观察到单个分子，放大倍数通常都在 80 万倍隧道扫描显微镜则更进一步能看到单个原子。第五节 光的折射 透镜的奥秘【教学目的要求】1通过实验认识光的折射规律，能从众多与光有关的现象中辨别出属于
5、折射的现象，能用光的折射规律解释生活和自然界中的一些现象。2通过探究，了解透镜对光具有会聚（或发散）作用的原因。【重点和难点】光的折射对一些光学现象的解释是本周学习的难点【方法指导与教材延伸】一、正确区分光的反射和折射现象光射到两种介质的界面上，一部分光返回原来的物质中，这种现象叫光的反射，另一部分光进入到另一种介质中的现象叫光的折射。例如：在岸上看到平静的水中鱼在白云间游动。我们看到水中白云是云射出的光线在水面发生反射进入人眼，是平面镜成像的现象，我们看到的水中的鱼是鱼射出（反射）的光线在水面折射，进入空气中达到了人眼。二、能综合运用反射和折射规律分析一些具体问题在一些题目中既有反射，又有折
6、射的情况，我们要会用反射定律和折射的初步规律来解题。例如，在图 1 中，是光线射到空气和玻璃的界面上同时发生反射和折射的现象，判定哪条光线是入射、反射和折射光线。从图上可知 CO、OB 是在界面同侧的光线，它们是入射或反射光线，进入另一种介质中的 OA 一定是折射光线。再作出法线 NN，见图 2 所示，从图中可见 CO 和 OA 在法线的两侧，所以 CO 是入射光线，OB 是反射光线。利用图 2 还可以判定界面两侧各是什么介质，从图中可知CON是入射角，NOA 是折射角。折射角大于入射角，这是光从某介质射入空气的情况，所以界面 MM的右侧是介质设为玻璃，左侧的介质是空气。三、实像和虚像有哪些不
7、同物点射出的光经镜子反射或折射后，实际光线会聚到一点，所成的是实像，实像既能用光屏承接，也能用眼睛直接看到。物点射出的光线经过镜子反射或折射后发散，光线反向延长相交到一点，人眼根据光沿直线传播的经验， 以为光是从这点射出的，而实际上并不存在，这点叫物体的虚像，虚像能用眼睛观看，不能用光屏收到。应注意凸透镜既可成实像，也可以成虚像。虚像既可以因反射而形成，也可以因折射而形成。如前面提到的在岸上看到的水中的白云就是因光的反射而形成的虚象，而鱼是因折射而形成的虚像。【例题选讲】例 1如图所示，AO 是由空气向水面斜射的一条光线，光线与水面夹角为 30，请画了反射光线及折射光线的大致方向。解析：光在两
8、种不同的透明介质界面上要发生反射和折射。反射光线的方向根据反射定律可以确定，折射光线的方向根据折射的规律可以定性的判断。对于一条入射光线，反射光线和折射光线与它在同一平面内，反射光线返回原介质中，折射光线则进入另一种介质，它们都与入射光线分居法线的两侧。因此关键问题是找到入射角、反射角及折射角，因此必须先确定法线。具体步骤（1）首先确定法线：入射光线的入射点是 O，过 O 点垂直于界面作法线 NN。法线是用来确定角的辅助线，因此用“虚线”表示。（2）确定反射角：题目所给条件是入射光线 AO 与水面的夹角 30，这不是入射角。入射角是入射光线与法线的夹角 i，通过计算可知 i 为 60。根据光的
9、反射定律，反射角等于入射角，反射角 应为 60。（3）作反射光线 OB：用量角器画一条与法线夹角为 60的直线，再加上箭头，这便是反射光线 OB。（4）确定折射角的大致方向：根据光的折射规律，当入射光由空气进入水时，折射角小于入射角，因此可确定折射角 小于 60。用直尺画一条与法线夹角小于 60的直线，再加上箭头，这便是折射光线。说明：对应于一条入射光线，只有一条反射光 线和一条折射光 线，反射光 线和折射光线的方向随入射光线方向的改变而改变。如果 让一条光线 逆着反射光线的方向射到界面上，那么这条光线就会逆着原来入射光线 OA 反射出去，说明光在反射时，光路是可逆的。同样，若将一条光线逆着折
10、射光线的方向射到界面上，那么 这条光 线也会逆着原来的入射光线 OA传播，这说明光在折射时，光路也是可逆的。若光线沿垂直界面方向入射，入射角为零，那么根据反射定律可知反射角为零。按照光的折射规律可知折射角也为零，此 时入射光线、反射光 线、折射光线都与法线方向重合，那么我们需要用三个箭头，在一条直 线上分别将三条光线表示出来如图 C 所示。例 2、在星光灿烂的夜晚仰望天空，会看到繁星在夜空中闪烁，像是顽皮的孩子在不时地眨着眼睛，造成这种现象的原因是（ ）A A 星星的发光是断断续续的B B 被其它星体瞬间遮挡的结果C C 星光被地球大气层反射的结果D D星光被地球大气层折射的结果解析：星光灿烂
11、的夜晚，星光 闪烁是自然界中常见的一种光 现象。光能 够在真空中传播，也能够在空气、水、玻璃等介质中传播。在同一种均匀介质里，光是直线传播的。如果介质不均匀，光在传播时方向会偏折，从密度小的部分 传入密度大的部分 时，相当于以空气进入水或别的透明的介质那样，要稍微向法 线方向偏折。因此，光在空气中也会 发生折射现象，这是分析解答本题 的关键和根据。因此，正确答案为 D。说明：星光闪烁并不是星体本身发光在闪动，而是由于在大气层的密度不均匀又经常发生变化，从远处恒星发来光进 入地球大气层后，折射光 线的方向 发生变化，使折射光线“摇摆不定”。因此，看到“星光”在不停闪烁。当大气中的水气含量较多时，
12、这种闪烁一般更明显，所以夏天或秋天夜晚的星光闪烁得特别强烈。例 3在碗底放一枚硬币，把碗移动到眼睛刚好看不到硬币的地方。保持眼睛与碗的位置不变，请另一位同学向碗里倒水，你观察到什么现象？产生这种现象的原因是什么？答：当水到一定深度时，眼睛便可看到硬币。这是因为从硬币射到空气中的光线在水面处发生折射，经折射后，人眼看到的是折射后所成的像，此像是虚象，此实际位置偏高，所以，使硬币的位置看起来升高了。例 4如图 a 所示，在凸透镜的焦点以外有一个发光点 S，自发光点 S 向凸透镜任意引两条光线 SA 和 SB，画出经凸透镜折射以后这两条光线的行进方向。图 b解析：自 S 点射向凸透镜的无数条光线，经
13、凸透镜折射后都将会聚一点，这一点就是发光点 S 的像 S。入射光线 SA、SB 的射出光线，也必会聚在 S。只要掌握无数条光线中两条的行进方向。就可以确定 S的位置，从而也就找出了SA、SB 两条光线经过折射后的行进方向。作图：先作一条通过透镜中心 O 的光线，方向不发生改变，再作一条平行于主轴的光线，折射后通过透镜另一侧的焦点。二条光线的交点 S即发光点 S 的像。连结 AS和BS，即为入射光线 SA、SB 折射后的行进方向，见图 b.例 5如图，一束光 AO 射在空气与水的界面处，则杯底可能被照亮的点为（ ）AE 点 BF 点 CG 点 DH 点解析：根据光的折射规律可知光从空气射入水中折
14、射光线与入射光线在法线两侧，折射角小于入射角，作出光路图，如图乙，应选 B。例 6水中有一长方形的密封透明容器，内部是空气。画出光从水射入容器又射回水中的光路图。解析：先作出法线，再明确光 线 AO 是从水进入空气，则折射光线远离法线，再射到下表面时，是从空气进入水，折射光线靠近法线。由于上下两个界面平行，那么最后出射光线OA与入射光 线 AO 应是平行的.如图 b。图 b例 7如图 11 所示，ABCD 中的 AB是 AB 物体经过凸透镜后在光屏上所成的像，其中哪种情况是可能的？解析：根据凸透镜的成像规律，当物体放在 2f 以外，通过凸透镜可以得到一个倒立缩小的实像，所以（A）所示情况不可能
15、， （B）所表示的情况可能。因当物体放在 f 与 2f 间，通过透镜可以得到一个倒立放大的像，因此（C ）也可能。（B）所示情况，是在屏上获得一个比物小的像，利用这个特点人们制成照相机。（C）所示情况，是在屏上获得一个比物大的象，利用这个特点人们制成了幻灯机。需要注意的是， （D）所示情况不可能发生，当物体 AB 在 f 以内通过凸透镜的光不再会聚，因此在透镜的异侧不能用光屏接到实像，此 时逆光望去，与物同侧有一个比物大的正立虚像，因此（D）情况不可能。【同步练习】一、填空题1 1 一束光线垂直射到水面上，入射角是_度，反射角是_度，折射角是_度。2 2 渔民叉鱼时，看到的鱼比鱼的实际位置_一
16、些。这是因为鱼从水中射出的光线在水面发生了_射的缘故。3 3 如图是光从玻璃射到空气的情况，其中 MM为界面，则OA 是_光线，入射角是_度。界面_方是空气。4 4 想利用凸透镜使小灯泡发出光线变成平行光，应该把小灯泡放在凸透镜的_上。5 5 光线从与界面成 30角的方向向由空气射入某种液体中，反射光线和折射光线刚好垂直，则反射角为_度，折射角为_度。6 6 某位同学的眼睛是400 度，这位同学是_（填“近视眼”或“远视眼” ） ，镜片的焦距为_m 是_（填“凸透镜”或“凹透镜” ）7 7 正常眼睛的远点在_cm 处，近点在大约_cm 处。正常眼睛观察近处物体最清晰又不疲劳的距离大约是_cm，
17、叫做明视距离。8 8 有下列光学器具：照相机、潜望镜、幻灯机、穿衣镜、放大镜、牙医内窥镜，可以把它们分成两类：第一类包括_，其特征为_；第二类包括_，其特征为_;9 9 一凸透镜正对太阳光，在离透镜中心 10cm 处的屏幕上形成一个最小亮点。用它作照相机的镜头，拍摄一个缩小的像，景物与镜头应大于_距离。10.如图，有一个写着 F 字样的胶片放在教学用投影仪上，此时屏幕上刚好形成一个清晰的像。请在屏幕上画出 F 的像，如果得到更大的像，应使投影仪_（填“远离” 、 “靠近” ）屏幕，并把透镜向_（填“上”或“下” ）移动。11.在玻璃板上滴一滴水，把玻璃板盖在字面上，会发现字_，这滴水相当于一个
18、_。二、选择题：1下列属于光的折射现象的是（ ）A小孔成像 B平面镜成像 C 影子的形成 D凸透镜成像2如图是发光点 S 射出光线在空气和水的界面发生折射，折射光线射到水中 P 点，其中正确的光路是（ ）ASAP BSBP CSCP D无法判定3如图所示是光线射到厚玻璃上发生折射的情况，其中正确的光路图是（ ）4如图，光线从空气射入某液体中，入射角为 45，折射角为 30，光线射到液体底部水平放置的平面镜上又反射回来，最后光线又回到空气中，这时折射角（ ）A仍为 30 B应为 45 C在 30与 45之间 D无法确定 (第 4 题) 5下列说法正确的是（ ）A A 实像和虚像都能显示在光屏上。
19、B B 实像和虚像都不能显示在光屏上。C C 虚像能用眼睛看到，但不能显示在光屏上。D D实像能用眼睛看到，但不能显示在光屏上。6物体在凸透镜前 30 厘米的地方，在离物体 45 厘米的光屏上可以得到烛焰的清晰的像，则（ ）A A 凸透镜的焦距是 90 厘米，像是放大的B B 凸透镜的焦距是 18 厘米，像与物是等大的。C C 凸透镜的焦距是 10 厘米，像是放大的。D凸透镜的焦距是 10 厘米，像是缩小的。7在凸透镜成像的实验中，将透镜的上半部分盖住，则屏上原来的实像变化是（ ）A像的上半部分消失 B像的下半部分消失C像变暗 D像消失8一束光通过透镜的光路如图所示，哪幅图是正确的（ ）9如图
20、是远近不同的物体发出的光线经过人眼晶状体折射后的光路图，下列说法中正确的是（ ）A A 这种眼睛叫近视眼B B 由于甲图中晶状体对光线的折射能力强，乙图中晶状体对光线的偏折能力较弱，使远近不同处的物体发出的光线都能落在视网膜上，这是正常的眼睛调节。C C 甲图晶状体薄，乙图晶状体厚D D甲图晶状体对光线偏折能力弱。10如图是光线经过眼镜进入人眼的光路图，下列说法正确的是（ ）A A 此是患的是远视眼B B 此人患的是近视眼C C 此人的眼镜是起发散光线的作用D此人的眼镜是近视眼镜三、解答题阅读下面短文两小儿辩日孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。 ”一儿
21、以曰初远，而日中时近也。一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？”一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰为汝多知似乎！”注释：去距离孰为汝多知乎！谁说你多智慧呢！这个故事写得生动而又寓意深刻，请你根据自己的理解，做下列填空。（1）两小儿在争辩中，用到了物理学中_部分知识；（2）他们探索自然现象时采用的方法是_；（3）他们探索自然现象的态度是_；（4）他们在争辩中，各执已见，不接纳对方观点，表现了他们_；（5）他们对孔子的议论说明两小儿_。参考答案一、填空题10,0,0 2.高，折 3. 折射，30，上 4.
22、焦点 5.60， 30 6.近视眼，0.25，凹透镜 7. 无限远处，20,25 8. 照相机、幻灯机、放大镜；使用凸透镜；潜望镜、穿衣镜，牙医的内窥镜；使用平面镜。9.20cm 10.远离，下 11.变大，凸透镜二、选择题1.D 2.A 3.B 4.B 提示：作出光路示意图，光线入射到平面镜上时的反射角2=1=30，光从液体射向空气时的入射角为3=2=30，根据光路的可逆性可知这时的折射角4=45。5C 6.D 提示：根据凸透镜成象的特点；当 u=2f，成倒立、等大的实象，且 v=u当 u2f，成倒立、缩小实象，且 vu由题意 u=30 厘米，v=(4530)厘米=15 厘米，v2f, fv2f7.5 厘米f15 厘米因此正确答案为 D。7.C 8A 9.B 10.A 三、解答题(1)光学和热学 （2）观察 （3）实事求是 （4）认识上有片面性 （5）不相信权威，相信科学
