初中物理《凸透镜成像》习题.docx
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初中物理《凸透镜成像》习题
凸透镜在日常生活中的应用
一、作为放大镜的应用
例1老奶奶用放大镜看报时,为了看到更大的清晰的像,她常常这样做( )
A.报与放大镜不动,眼睛离报远些B.报与眼睛不动,放大镜离报远一些
C.报与放大镜不动,眼睛离报近一些D.报与眼睛不动,放大镜离报近一些
解析:
放大镜是凸透镜,由凸透镜成像实验可以看出,当物体在一倍焦距以内的时候,物距越大,像距越大,像也越大。
也可从成像原理得出结论,平行于主轴的光线不变,而随着物体的远离透镜,过光心的光线越来越平缓,所以两条光线的反向延长线交点就离透镜越远,像就越大。
也就是在一倍焦距以内的时候,物体离焦点越近,像越大。
所以答案为B。
例2小明拿着一个直径比较大的实验用的放大镜,伸直手臂观看远处的物体,他可以看到物体的像,下面说法中正确的是( )
A.射入眼中的光一定是由像发出的B.像一定是虚像
C.像一定是倒立的D.像一定是放大的
解析:
放大镜是凸透镜,在手拿凸透镜,并伸直了手臂看远处的物体时,物距远大于两倍焦距,所以会成像在手内侧稍大于一倍焦距处。
而人的眼睛在一个手臂以外,所以进入人眼的光线肯定是折射光线汇聚成像后再分开的光线,我们看到就好像是从像发出的。
这个像肯定是倒立缩小的实像。
所以答案是C。
而选项A中并非所有进入人眼的光线都是从像发出来的。
二、作为放映机镜头的应用
例3在农村放映电影,试镜头时,发现屏上的影像小了一点,应当怎样调整放映机( )
A.放映机离屏远一些,胶片离镜头远一些B.放映机离屏远一些,胶片离镜头近一些
C.放映机离屏近一些,胶片离镜头远一些D.放映机离屏近一些,胶片离镜头近一些
解析:
这是一道凸透镜的应用题,电影放映机镜头(凸透镜)的焦距是不变的,根据凸透镜成像规律,胶片距透镜焦点的距离越近,屏上成的像越大,同时,屏离透镜越远。
凸透镜成像,物体越靠近焦点,成的像越大,此时像离凸透镜越远(实像、虚像都有这个规律)。
反过来,物体离凸透镜越远,成的实像越小,像越靠近焦点。
凹透镜成像,物体体离凹透镜越远,所成的像越小,像越靠近虚焦点。
从上述分析可知,本题的正确选项为B。
三、作为照相机镜头的应用
例4某同学拍毕业合影后,想拍一张单身像。
摄影师应采取的方法是( )
A.使照相机靠近同学,同时镜头往后缩,离胶片近些
B.使照相机靠近同学,同时镜头往前伸,离胶片远些
C.使照相机远离同学,同时镜头往后缩,离胶片近些
D.使照相机远离同学,同时镜头往前伸,离胶片远些
解析:
照相机镜头相当于一个凸透镜。
镜头后是暗箱,胶片装在暗箱底部,胶片相当于光屏;当拍完合影后,再拍单身像,像要变大。
成像时要使像变大,物距应减小,同时增大像距,即拉长暗箱或使镜头前伸。
从上述分析可知,本题的正确选项为B。
例5用照相机拍摄水池底部的物体时,若保持照相机的位置不变,比较池中有水和无水两种情况(假设两种情况下,人眼看到的物体等大),则有水时()
A.暗箱应略短一些,得到的像会略大些B.暗箱应略短一些,得到的像会略小些
C.暗箱应略长一些,得到的像会略大些D.暗箱应略长一些,得到的像会略小些
解析:
根据照相机成像原理,当物距减小时,像距变大,要在胶片上得到物体清晰的像,应将暗箱适当拉长一些,同时,胶片上的像将比原来的像略大一些。
本例中,池底的物体在有水与无水两种情况下,相对于照相机镜头的距离是不同的;由于光的折射作用,池中有水时相当于物距减小了。
根据成像原理可知,正确选项为C。
例6测绘人员绘制地图时,需要在空中的飞机上向地面照相,称为航空摄影,若使用航空摄影照相机的镜头焦距为50mm,则底片到镜头的距离为()
A.10mm之外B.略小于50mmC.略大于50mmD.等于50mm
解析:
航空摄影是指在飞机上向地面拍照,由于物体距离凸透镜非常远,可以看成从无限远处入射的光线,它所成的像应当略大于焦距。
故本题的正确选项为C。
【评注】解决有关照相机、幻灯机和放大镜应用的问题都离不开凸透镜成像规律。
而掌握这些规律的最好方法就是画图,因此,同学们在课下应反复画物体在凸透镜不同位置的成像光路图,在这个基础上熟练掌握知识点分析中所列的表格,再做这种问题就得心应手了。
四、作为眼镜的应用
例8老花镜的“度数”等于它的焦距的倒数乘100。
请设计一个粗测老花镜度数的最简单方法。
要求写出所用器材、操作步骤和计算公式。
解析:
在解答本题时,可先不用管“度数”的概念是什么,应首先测出镜片的焦距。
(1)晴天把镜片放在阳光下,使光线与镜片垂直;
(2)调整镜片与地面的距离,使地面上的光点(或光斑)最小、最清楚;
(3)以米为单位用刻度尺测量镜面到地面上光点的距离,用f表示。
计算公式,镜片度数。
光学作图及典型题
一、成像知识回顾
1.成像的主要原因
a.光的直线传播,如小孔成像;b.光的反射,如平面镜成像;
c.光的折射,如水中的折射成像、透镜成像等。
2.成像的性质
像的性质主要有:
虚与实、倒与正、放大与缩小或等大。
实像是由物体发出的光经过光学器件会聚形成的,不仅能用眼睛看见,还能用光屏接收并保存下来;虚像是物体发出的光经反射或折射后反向延长相交而成的,不能用光屏接收。
“倒与正”、“放大、缩小或等大”都是物体所成的像相对物体而言的。
3.像的动态变化
当物体相对光学器件运动时,所成的像的大小、像离光学器件的距离都有相应的改变,初中阶级主要考查平面镜与凸透镜成像的动态变化,其中凸透镜成像的规律可以整理成口诀:
一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小;物像同侧虚像正,物像异侧实像倒;物近像远像变大,物远则像近像小,像距物距唱反调。
即:
物体离凸透镜的距离大于一倍焦距时成实像,小于一倍焦距时成虚像;虚像相对于物体是正立的,且和物体在透镜的同侧;实像相对于物体是倒立的,且和物体在透镜的异侧;物体向焦点运动,所成的像变大,物距变大像距变小,物距变小像距变大。
二、作图要点
1.光的反射作图要点:
a.物、像关于平面镜对称;
b.平面镜是物点和像点连线的垂直平分线;
c.反射角等于入射角,法线是反射光线和入射光线夹角的角平分线,且法线与镜面垂直,平面镜成像时,所有反射光线的反向延长线一定经过镜后的像。
2.光的折射作图要点:
a.凸透镜对光起会聚作用,有三条特殊光线。
凹透镜对光起发散作用,有三条特殊光线。
b.当光从空气斜射入玻璃或水等其它介质时,折射角小于入射角;反之则折射角大于入射角。
3.作图注意事项:
(1)要借助工具作图,作图一定要规范。
(2)是实际光线画实线,不是实际光线画虚线。
(3)光线要带箭头,光线与光线之间要连接好,不要断开。
(4)作光的反射或折射光路图时,应先在入射点作出法线(虚线),然后根据反射角与入射角或折射角与入射角的关系作出光线。
三、热点问题分类精析
1.平面镜成像问题
例1如图1所示,S’为点光源S在平面镜MN中的像,SA为光源S发出的一条光线,请画出平面镜MN,并完成光线SA的光路。
图1
精析:
本题关键是根据平面镜成像的对称性,即像与物体的连线与平面镜垂直,像与物体到镜面的距离相等,连接SS’并作其中垂线就是平面镜的位置(如图2所示),其它问题迎刃而解。
答案如图2所示。
图2
2.凸透镜成像问题
例2放映幻灯片时,在屏幕上得到的是幻灯片上景物的( )
A.正立、放大的虚像;
B.正立、放大的实像;
C.倒立、放大的虚像;
D.倒立、放大的实像。
精析:
“正立”与“倒立”是相对的,是相对一定参照物而言的。
放映幻灯片时,大家在屏幕看到的确实是“正立”的像,这里说的“正立”是以日常生活中处于常态的景物为参照物而言的,而光学中说的“倒立”与“正立”是以物为参照物而言的。
像与物同向为“正立”;像与物反向为“倒立”。
放映幻灯片时,幻灯片是倒(以常规景物为参照物)插在幻灯机的光源与镜头之间的,屏幕上的像相对于幻灯片上的图而言是“倒立”的。
实像是由实际光线组成,否则为虚像。
幻灯机屏幕确有光线会聚,故是实像。
正确答案为应为D。
3.动态的成像问题
例3一平面镜与水平桌面成45°角,一小球以1m/s的速度沿桌面向平面镜匀速滚去(如图3所示),则小球在平面镜里的像( )
图3图4
A.以1m/s的速度做竖直向上运动;B.以1m/s的速度做竖直向下运动;
C.以2m/s的速度做竖直向上运动;D.以2m/s的速度做竖直向下运动。
精析:
解题关键是判断小球在平面镜中的像是怎样运动的。
如图4所示,设小球从桌面A滚动到B,根据平面镜成像特点,分别作出小球在平面镜中的像A’和B’,可以知道A’和B’位于竖直方向,且有A’B’=AB。
所以小球在镜中的像以1m/s的速度做竖直向下的运动,选B。
四、典型题练习
1.作出下列各图的入射光线(或反射光线、镜面、折射光线)并标出入射角、反射角或折射角。
2.根据平面镜成像特点画出镜中的像(或镜前的物体)。
3.利用光的反射定律作出点。
4.有一束光通过A点射到镜面,反射后过光源S的成像光路图B点,请画出入射光线和反射光线。
5.完成下列各透镜的光路。
6.在下图方框中填入适当的透镜,并完成光路。
7.下面两图都是时钟在平面镜中成的像,它们的实际时间是甲:
________;乙:
________。
甲 乙
8.如图是束光在空气与某种透明物质界面上发生反射和折射现象,图中________为分界面;界面的________边是空气;∠________为入射角;∠________为反射角;∠________为折射角。
9.一物体沿凸透镜的主光轴移动,当物距为30厘米时,在凸透镜另一侧的光屏上得到一个放大的实像,当物体移至物距为15厘米时,它的像一定是( )
A.放大实像B.缩小的实像C.放大的虚像D.缩小的虚像
10.某同学做“研究凸透镜成像规律”实验时,所给的有下面不同焦距的四块凸透镜,实验中,光屏移到离凸透镜16厘米处,得到烛焰倒立、放大的像,这块凸透镜的焦距可能是( )
A.f=4厘米B.f=8厘米C.f=12厘米D.f=16厘米
弄懂眼睛之理应对眼镜考题
从近几年全国中考试题来看,由于眼睛和眼镜这部分内容和我们的生活息息相关,且中学生视力情况备受社会关注,所以成为中考的热点、重点。
这部分知识主要考查眼睛结构及其成像原理和近视眼、远视眼成因及矫正。
例(09年成都)图1所示的四幅图,有的能够说明近视眼或远视眼的成像原理,有的给出了近视眼或远视眼的矫正方法。
下列判断正确的是( )
A.图①能够说明远视眼的成像原理,图③给出了远视眼的矫正方法
B.图②能够说明远视眼的成像原理,图④给出了远视眼的矫正方法
C.图①能够说明近视眼的成像原理,图③给出了近视眼的矫正方法
D.图②能够说明近视眼的成像原理,图④给出了近视眼的矫正方法
精析:
此题多次出现在各地中考试卷中形式各异,但要正确解答此题,必须掌握以下知识:
1.正常眼成像原理
人眼看清远近物体的原理主要是靠晶状体的调节作用。
当睫状体放松时,晶状体变薄,远处来的光线恰好会聚在视网膜上,眼球可以看清远处的物体。
当睫状体收缩时,晶状体变厚,近处来的光线恰好会聚在视网膜上,眼球可以看清近处的物体,如图2。
2.近视眼成因及其矫正
现象:
看不清远处的景物,是因为经过调节晶状体的厚薄后,远处物体的像仍落在视网膜的前方,如图3。
成因:
矫正:
配戴用凹透镜做成的近视眼镜,适当的将光发散,如图4。
(3)远视眼成因及其矫正
现象:
看不清近处的物体,是因为经过调节晶状体的厚薄后,近处物体的像仍落在视网膜的后面,如图5。
成因:
矫正:
配戴用凸透镜做成的远视眼镜(老花眼镜),如图6。
经过以上分析,我们来看每幅图对应的物理意义。
图①说的是远视眼的成像原理,图②说的是近视眼的成像原理,图③给的是远视眼的矫正方法,图④说的是近视眼的矫正方法。
答案:
A、D
点拨:
给“眼睛”配“眼镜”类考题,弄懂成因是解题法宝,搞清凸透镜、凹透镜对光线的作用是关键。
,
变式一:
明理类
(09年河南七地市联考)如果长期不注意用眼卫生,会导致近视。
有一种治疗近视眼的手术,采用激光对角膜进行处理,使晶状体和角膜构成的透镜对光的偏折能力变得__________些(选填“强”或“弱”)。
解析:
人们发现佩戴眼镜在舒适性、方便性等方面的缺点,于是,近视的人们期待的“一劳永逸”解决近视的方法应声而出──激光手术。
我们知道近视眼是指光线进到眼睛后不能恰好落在视网膜上,而是落在视网膜前面,因此看到的物像模糊不清。
所以通过激光来“消融”凸起的角膜,也就是说让“晶状体和角膜构成的”透镜系统变薄些,使它们对光的偏折能力减弱。
答案:
弱
变式二:
探究类
(09年衢州)同学们用盛水的矿泉水瓶模拟眼球中的晶状体,来比较正常眼睛、近视眼睛和远视眼睛的焦距大小。
如图甲所示,他们将盛水的矿泉水瓶正对太阳,上下移动白纸,直到白纸上出现最细的亮线,估测亮线到瓶子侧壁的距离
。
正常水瓶做实验时,
约为8厘米;把水瓶挤压成如图乙所示后测得
为13厘米;把水瓶挤压成如图丙所示后测得
为5厘米。
则以下判断正确的是( )
A.乙模拟的是远视眼,实验可得远视眼的焦距比正常时大
B.乙模拟的是近视眼,实验可得近视眼的焦距比正常时大
C.丙模拟的是远视眼,实验可得远视眼的焦距比正常时小
D.丙模拟的是近视眼,实验可得近视眼的焦距比正常时大
解析:
亮线到瓶子侧壁的距离可以看作是焦距,从前面的分析可知近视眼的焦距较短,远视眼的焦距较长。
答案:
A
巩固练习:
1.(09年雅安)小莉看不清黑板上的字,她向黑板靠近几步就看清了,说明她是 眼(选填“近视”或“远视”)。
如果小莉仍坐在原位,为了使物体的像刚好落在小莉的视网膜上,她应该配戴适当度数的 透镜制作的眼镜来矫正视力。
2.如图8所示,当物体在凸透镜的二倍焦距外时,在光屏上会得到一个倒立、缩小的实像。
小明为了探究近视眼视力的矫正方法,在凸透镜与物体之间放上一个近视眼镜,若此时要在光屏上呈现清晰的像,则光屏应该向____ 移动(选填“左”或“右”)。
3.隐形眼镜是一种直接贴在角膜表面的超薄镜片,可随着眼球的运动而运动,目前使用的软质隐形眼镜是由加醛丙烯酸(HEMA)制成的,中心厚度只有0.05mm。
近视眼患者戴的HEMA超薄镜片的边缘厚___________0.05mm(选填“小于”、“等于”或“大于”),此镜片对光有 作用(填“会聚”或“发散”)
习题答案:
1.近视眼 凹;2.右;3.大于 发散。
从“规律”中寻找“规律”──凸透镜考点全解析
初中阶段的光学知识总体来说是三类:
光的直线传播,如影子的形成;光的反射,如平面镜成像;光的折射,如凸透镜成像。
这三类光学知识尤以光的折射知识在考试中出现的最为频繁,而凸透镜成像就是其中的重中之重了,另外还有很多同学觉得凸透镜成像也是一个难点。
下面我们就想通过对一些经典例题的分析,对凸透镜成像的知识做一个全面的总结和归纳,希望能给同学们在今后的考试遇到这类知识的题有所帮助。
在分析凸透镜成像的考点之前,我们必须熟练凸透镜成像的特点,因为它们才是真正做题的基础。
这些特点我们都是通过实验得出的:
①物体到凸透镜距离(物距)大于2倍焦距时(或说2倍焦距以外),能成倒立的缩小的实像。
②物体到凸透镜距离大于焦距而小于2倍焦距时(2倍焦距和焦距之间),能成倒立的放大的实像。
③物体到凸透镜距离小于焦距时(焦距以内),能成正立的放大的虚像
其实我们在实验中还能得出这些结论:
④成实像时,像和物在凸透镜两侧;成虚像时,像和物在凸透镜同侧
⑤当物距大于2倍焦距时,像到凸透镜的距离(像距)在2倍焦距和焦距之间;当物距在2倍焦距和焦距之间时,像距在2倍焦距以外。
⑥做实验时,如果用纸挡住凸透镜的一部分,光屏上的像仍然是完整的,只不过像变暗了些。
另外,从凸透镜成像特点①②③中还可进一步分析得出这样的结论,焦距以内成虚像,焦距以外成实像;2倍焦距以内成放大的像,2倍焦距以外成缩小的像;简单地说成:
⑦一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小。
根据2倍焦距分大小这样一个结论,我们又可以推出:
成实像时,当物体离凸透镜越近,像就会越大,像距就会越大;当物体离凸透镜越远,像就会越小,像距就会越小。
为了便于记忆,我们可以简单地记成:
⑧实像像大像距大物距小,像小像距小物距大。
找到凸透镜成像的这八个规律之后,不管出现什么样的题型,我们都能轻松应对,不信?
我们举例来说明吧。
例1 凸透镜焦距f等于15cm,当把物体放在主光轴上距光心31cm时,所成的像一定是( )
A.缩小倒立的实像B.放大倒立的虚像
C.缩小正立的实像D.放大正立的虚像
分析:
这是直接套用知识点的题型,物距31cm,大于2倍焦距,成倒立缩小的实像,答案为A
例2 如图所示:
B为AC的中点,蜡烛烛焰通过凸透镜后在右侧光屏上成一个清晰的缩小的像,则凸透镜( )
A.应该放在BC之间某处B.应该放在AB之间某处
C.应该放在B点 D.可能分在蜡烛的左侧某处
分析:
光屏上成清晰的像,那肯定是实像。
根据前面得到的知识点④可知凸透镜应在AC之间。
成缩小的像,说明物距大于2倍焦距,结合知识点⑤,物距大于2倍焦距时,像距应在2倍焦距和焦距之间,也就是说A到凸透镜距离应该比光屏到凸透镜距离远,所以应在BC之间地,答案为A。
例3 做凸透镜成像实验,当蜡烛距透镜15cm时,在光屏上成放大的像,当蜡烛距透镜18cm时,所成的像( )
A.一定成放大的实像 B.一定成缩小的实像
C.可能成缩小的实像 D.可能成放大的虚像
分析:
物距是15cm时在光屏上成放大的像,说明15cm是在2倍焦距和焦距之间,我们把它写成f
例4 在“研究凸透镜成像”实验中,保持凸透镜位置不变,先后把烛焰放在a、b、c、d和e点,如图所示,同时调整光屏的位置,那么:
(1)把烛焰放在________点,屏上出现的像最小
(2)把烛焰放在________点,屏上出现的像最大
(3)把烛焰放在________点,屏上不出现烛焰的像
(4)如果把烛焰从a移动到b点,像到凸透镜的距离________,像的大小______(变大,变小,不变)
分析:
这道题考察的主要是知识点⑧,成实像时,像大像距大物距小,像小像距小物距大。
所以a点像最小,d点像最大,e在焦点以内成虚像,不能用光屏承接。
从a移动到b时,物距变小,像要变大,像距也会变大。
例5 在做“凸透镜成像”时,若将蜡烛放在离凸透镜15cm的地方,在距透镜30cm的光屏上能得到一个清晰的像,此像是________,__________的实像。
分析:
在这里我们知道了物距和像距,根据总结出的知识点⑤,物体在2倍焦距以外时,像在2倍焦距和焦距之间;物体在2倍焦距和焦距之间时,像在2倍焦距以外。
15cm小于30cm,15cm应该是2倍焦距和焦距之间,30cm应该在2倍焦距以外,所以成倒立放大的实像。
这种类型的题目在考试中还比较多,但都是可以用我们总结归纳出的知识来解决。
根据凸透镜成像特点,我们发明了很多诸如照相机之类的光学元件。
照相机就是利用凸透镜成倒立缩小的实像的特点,那么被拍照的景物就应该在照相机镜头的2倍焦距以外。
幻灯机、投影仪,利用凸透镜成倒立放大的实像的特点,这时幻灯片,胶片就要放在2倍焦距和焦距之间,又因为此时所成的像是倒立的,所以为了看到正立的像,幻灯片就要倒放在幻灯架上。
放大镜,利用凸透镜成放大的虚像的特点,这时被观测的物体必须放在焦距以内。
结合凸透镜成像的特点,对这些光学元件的考察在中考中也是经常出现的。
例6 用照相机照相时,物体在胶卷上形成( )
A.缩小的倒立的实像B.放大的正立的实像
C.缩小的正立的实像D.缩小的倒立的实像
分析:
这种题相对简单,照相机就是成倒立的缩小的实像,答案选D
例7 把凸透镜正对太阳光,可在距凸透镜10cm处得到一个最小最亮的光斑。
若用此透镜来观察邮票上较小的图案,则邮票到透镜的距离应( )
A.大于10cm B.小于10cmC.大于20cm D.在10cm和20cm之间
分析:
凸透镜正对太阳光,在10cm远处得到一个最小最亮的光斑,说明些透镜的焦距为10cm。
用它来观察较小的物体,就是说把它当成放大镜使用,放大镜的成像特点是,物体在凸透镜焦距以内成正立放大的虚像,所以答案是B。
对于这种直接套用凸透镜成像原理对这些元件考察的,我们不再举例分析,还有一些稍微复杂的,需要我们结合我们所归纳出的知识来推理。
例8 班里组织春游,一位同学拿着相机为另一位同学拍照时,由于疏忽,镜头盖恰好遮挡了相机镜头的一半,那么这张照片洗出来后( )
A.照片上没有景物 B.照片上的景物只有一半
C.照片上的景物半明半暗 D.照片的全部景物都比正常拍摄的暗些
分析:
根据知识点⑥,我们知道,挡住进入镜头的部分光后,会使像变暗一些,因此答案为D。
还有更复杂的一些题型,如:
例9 放映幻灯片的时候,银幕上的像太小,想让像变大些,可以采取的办法是( )
A.将幻灯机移近银幕,同时使幻灯片远离镜头
B.将幻灯机远离银幕,同时使幻灯片远离镜头
C.将幻灯机移近银幕,同时使幻灯片移近镜头
D.将幻灯机远离银幕,同时使幻灯片移近镜头
分析:
做这道题时首先要明确:
银幕到幻灯机镜头的距离是像距,幻灯片到镜头的距离是物距。
当像有些小而想使像变大一些,根据我们推出的知识点⑧:
像大像距大,物距小,可知,要使像变大一点,要减小物距而增大像距。
幻灯片靠近镜头而幻灯机远离银幕,答案选D。
在这里对知识点⑧一定要很熟练,如果知识点都不熟练,就谈不上去分析了。
我们再举一例来对这一知识点加以理解吧。
例10 用镜头焦距不变的照相机给同学拍照,底片上成一清晰的全身像,若要改拍半身像,则应该( )
A.照相机靠近该同学,镜头向前调节
B.照相机远离该同学,镜头向后调节
C.照相机远离该同学,镜头向前调节
D.照相机靠近该同学,镜头向后调节
分析:
先拍的是全身像,又拍了半身像,同样大的底片上,半身像相对于全身像来说,像是变大了,根据知识点⑧:
像变大时像距变大,镜头向前调节,远离底片。
物距变小,照相机靠近该同学。
所以答案应是A
像这类如何调节物距,像距的题型,在考试中可以说是一个难点,很多学生在这个方面都觉得无所适从,通过我们的分析,不知道你是否有些理解了呢?
用两组凸透镜组合能够制成放大倍数更高的显微镜。
显微镜中先用物镜成一个放