新人教版八年级上册物理第5章内能知识点全面总结.docx

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5 透镜及其应用

5.1 透镜

知识点一、凸透镜和凹透镜

1、透镜的概念：

透镜使用透明物质制成的、表面为球面一部分的光学元件。

透镜能让光线透过去，在进入和离开透镜时，光经两次折射而改变光路，所以透镜是一种折射镜。

根据透镜的形状，可把透镜分为两大类：

如图甲所示，中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜；如图乙所示，中间薄、边缘厚的透镜叫凹透镜。

一般透镜的两个表面中至少一个表面是球面的一部分。

如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫做薄透镜。

透镜

种类

定义

凸透镜

中间厚边缘薄的透镜叫凸透镜

凹透镜

中间薄边缘厚的透镜叫凹透镜

2、凸透镜和凹透镜的辨析

例如放大镜、老花镜的镜片都是凸透镜，近视眼镜的镜片是凹透镜。

有时一滴水也能形成一个凸透镜。

3、主光轴和光心

物理名称

概念

图示

主光轴

通过两个球面球心的直线叫做主光轴（镜片的两个表面或至少一个表面是球面的一部分），简称主轴。

画主光轴应用“点画线”

光心

主轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫做透镜的光心，用字母“0”表示。

可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心

注意：

理解主光轴和光心应注意两点：

①每个透镜都有且只有一条主光轴；②透镜光心在主光轴上。

知识点二、透镜对光的作用

1、实验探究：

凸透镜和凹透镜对光的作用

让光通过一块薄薄的平行玻璃板，光几乎是沿直线传播的，所以带着由平行玻璃板制成的眼镜，对我们的视力毫无影响。

那么像近视眼镜（凹透镜）和老花眼镜（凸透镜）这样的透镜对光的传播有什么影响呢。

探究①：

如图所示取一个凸透镜正对着太阳光，再把纸放在它的另一侧，来回移动纸面，可以得到一个最小、最亮的光斑。

太阳离我们非常远，射到地面的阳光可以看成平行光，平行光经过凸透镜后，汇聚成一个细小的点，说明凸透镜对光具有会聚作用。

探究②：

在凹透镜的四周加一屏障（屏障用硬纸板中间开一个圆孔制成）遮住从平行光源射向凹透镜周围的光，如图所示，可以在光屏上得到一个圆形光斑，光斑直径大于圆孔直径，将光屏向远离凹透镜方向移动，光斑变大。

这个实验说明凹透镜对光有发散作用。

2、结论：

凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。

因此凸透镜又叫会聚作用，凹透镜又叫发散透镜。

3、透镜原理

①凸透镜对光的会聚作用的原理

如图所示，当光射到三棱镜的表面时，从空气进入三棱镜，光会发生折射，有光的折射规律可知，折射后的光会偏向底角，当光由三棱镜射出时，在与空气交界处又会发生第二次折射，继续偏向底角。

同理，经下面的的三棱镜折射的光也会偏向底角，这两个三棱镜就会组合成一个中间厚、边缘薄的凸透镜，起到了对光的会聚作用。

②凹透镜对光的发散作用的原理

如图所示，把两个三棱镜尖对尖放置，就构成了一个凹透镜的模型，原理可参考对上图的反洗，此时我们就明白凹透镜对光有发散作用了。

知识点三、焦点和焦距

1、凸透镜的焦点与焦距

凸透镜能使跟主光轴平行的光会聚在主光轴上的一点，这个点叫做凸透镜的焦点，通常用字母F表示，焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距，通常用字母f表示。

凸透镜两侧各有一个焦点，两侧的两个焦距相等。

如图所示

由于光路可逆，若把光源放在凸透镜的焦点上，光源射向凸透镜的光，经凸透镜折射后将变为平行光，因此利用凸透镜可产生平行光。

如图所示。

2、凹透镜的虚焦点

凹透镜能使跟主光轴平行的光线通过凹透镜后变的发散，且这些发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的汇聚点，所以叫凹透镜的虚焦点，如图所示。

虚焦点到凹透镜光心的距离叫焦距，通常用字母f表示。

凹透镜两侧各有一个虚焦点，两侧的两个焦距相等。

注意：

①凸透镜对光的会聚作用是由于光通过它的两侧表面时发生折射造成的。

②焦距的长短反映了凸透镜对光的会聚作用的强弱，焦距短的会聚作用强（光线通过凸透镜后偏折程度大）。

③凸透镜的凸起程度决定了它的焦距长短：

表面越凸，焦距越短，会聚能力越强。

每个凸透镜的焦距是一定的。

④同种材料制成的凹透镜，表面越凹，焦距越短，发散能力越强，同一凹透镜的焦距是一定的。

知识点四、透镜中的三条特殊光线

1、凸透镜和凹透镜的三条特殊光线图示及说明

凸透镜

凹透镜

通过光心的光线经凸透镜折射后，折射光线的传播方向不变

通过光心的光线经凹透镜折射后，折射光线的传播方向不变

通过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后，折射光线平行于主光轴射出

射向凹透镜的光线，如果其延长线通过虚焦点，则该光线经凹透镜折射后，折射光线平行于主光轴射出，注意作图时过焦点的虚线一定要画出

跟主光轴平行的光线经凸透镜折射后，折射光线通过焦点

跟主光轴平行的光线经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过虚焦点，注意作图时过焦点的虚线一定要画出

2、凸透镜与凹透镜的比较

种类

凸透镜

凹透镜

相同点

都是用玻璃等透明材料制成的，有一定的厚度，至少有一个表面是球面的一部分

不

同

点

概念

凡是中间厚、边缘薄的透镜，叫做凸透镜

凡是中间薄、边缘厚的透镜，叫做凹透镜

实物图

焦点

有两个实焦点

有两个虚焦点

光学

性质

5.2 生活中的透镜

知识点一、照相机

1、问题探究：

照相机的成像原理

探究过程：

如图所示，制作一个模型照相机，纸筒A的一端嵌上一凸透镜，纸筒B的一端蒙上了一层半透明纸，相当于照相胶片。

将A端朝向明亮的室外，眼睛观察半透明纸，适当调节B筒在A筒中的深度，将在半透明纸上得到室外景物的清晰、倒立的像。

探究归纳：

照相机的镜头相当于一个凸透镜，胶片相当于光屏，来自物体的光经过透镜后会聚在照相机暗箱内的胶片上，形成一个倒立、缩小的像。

如图所示。

2、照相机的构造

镜头：

一般由几个透镜组成，相当于一个凸透镜。

胶片：

相当于光屏，机壳相当于暗室，胶片以透明塑料为基片，上面涂有感光材料。

调焦环：

可以调节镜头的胶片的距离，在胶片上形成清晰地像。

光圈环：

控制从镜头射入光线的多少，光圈上标的数字越小光圈越大，进入镜头的光线就越多。

快门：

可以控制曝光时间，数字表示时间秒的倒数。

数码相机用一种电荷耦合器件代提胶片，这种电荷耦合器件能把光信号转换成电信号，从而更方便地记录物体的像。

3、照相机的使用

为了使远近不同的景物在胶片上都能形成清晰地像，需要旋转镜头上的调焦环，调节镜头到胶片的距离。

拍摄近处景物时，镜头往前伸，离胶片远一些；拍摄远处景物时，镜头往后缩，离胶片近一些。

调焦环上刻着数字，表示拍摄的景物到镜头的距离。

4、照相机成像的特点

在使用照相机摄影（照相）时，具有以下特点：

①物体离照相机镜头的距离（物距）大于胶片离镜头的距离（像距）；②物体离镜头越远，物体在胶片上所成的像越小，像（底片或胶片）的位置到镜头的距离越近，暗箱越短。

③照相机所成的像比物体小。

④像和物体在镜头（凸透镜）两侧。

⑤物体在胶片上成的是倒立、缩小的实像。

注意：

“缩小的像”与“像变小”两种情况含义不同，“缩小的像”是指物体所成的像的大小与物体大小相比较，像比物体小。

而“像变小”是指物体后一次成的像比前一次成的像小，是通过比较前后两次像的大小而得出的。

知识点二、投影仪

1、问题探究：

投影仪的成像原理

投影仪能将较小的物体放大，让我们在屏幕上看到更清晰的像。

现在会议室、教师用的投影仪，通常与电脑相连，电脑上的字或图被放大的原理与老师投影仪类似。

投影仪是通过什么光学器具成像的，又是如何成像的。

探究过程：

如图所示，将投影片倒立放置在投影仪的载物台上，调节镜头，在屏幕上得到投影片上图案清晰地像；若将平面镜取下，则在天花板上得到投影片上图案清晰地像。

对投影仪进行光路分析可知，来自投影片上图案的光先经镜头（凸透镜）折射，再经平面镜反射就能在竖直屏幕上形成清晰的像，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竖直屏幕上成像。

注意：

像的倒立与正立的辨析

正立与倒立是指像与物体的关系，以物体的状态为标准，若像的状态与物体的状态一致，则说像是正立的；若颠倒则说像是倒立的。

像的“倒立”指像的上下位置与物体的上下位置颠倒，还要注意凸透镜成倒立的像时，像与物体的左右也是颠倒的。

2、投影仪的构造，如前图所示。

镜头：

凸透镜（1个），用来成像

螺纹透镜（聚光镜）：

为一组（2块）较大的塑料螺纹透镜，相当于凸透镜，其作用是会聚光，用来增加投影片的亮度。

光源：

碘钨灯（一种比白炽灯亮很多的灯泡），其作用是用来照亮投影片。

平面镜：

反光镜，其作用是改变光的传播方向。

屏幕：

相当于光屏，用来显示投影仪所成的像。

3、投影仪成像的特点

①投影片到镜头的距离（物距）小于镜头到屏幕的距离（像距）；②投影片离镜头越近时，屏幕上所成的像越大，像到镜头的距离越大；③投影仪在屏幕上所成的像比投影片上图案大；④投影片和它的像在镜头的两侧；⑤投影片在屏幕上所成的是倒立、放大的实像。

知识点三、放大镜

1、放大镜成像

放大镜是凸透镜，是最常用的光学仪器之一。

放大镜能将细小物体放大。

将放大镜镜片放在物体上方适当的位置，透过放大镜我们可以看到一个正立、放大的虚像。

2、放大镜成像特点

①所观察的物体被放大了；②物体和虚像在放大镜的同侧；③放大镜离物体越近（即物距越小），所成的虚像越小，放大镜离物体越远，所成的虚像越大；④如果放大镜与物体的距离大到一定程度，所成的虚像便消失了；⑤物体通过放大镜所成的像是正立、放大的虚像。

知识点四、实像和虚像

1、凸透镜既可以成实像，也可以成虚像，其区别和相同点如下表所示

像的性质

实像

虚像

成像的

示意图

区别

实像由实际光线会聚而成，能用屏幕承接，能使胶片感光，能用眼睛观察到，物、像分别在凸透镜两侧。

实像都是倒立的

虚像不是实际光线会聚而成的，而是由折射光线的反向延长线相交而成的，不能用屏幕承接，只能用眼睛观察到，物、像位于凸透镜同侧。

虚像都是正立的

相同点

都能用眼睛观察到，都能用照相机拍成照片

2、举例

①实像：

如图所示

②虚像：

如图所示

注意：

正确区分面镜成像和透镜成像，要注意把握二者的实质：

面镜由反射成像，透镜由折射成像。

5.3 凸透镜成像的规律

知识点：

探究凸透镜成像的规律

提出问题：

凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系

注意：

在凸透镜成像中，物体到凸透镜的距离叫物距（u），光屏到凸透镜的距离叫像距（v）。

猜想与假设：

照相时物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大，而使用投影仪时，物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小，看来像是放大的还是缩小的，可能跟物体和像相对凸透镜的距离远近有关。

无论是照相机还是投影仪，物体和所成的像位于凸透镜两侧，而通过放大镜观察物体，物体和像位于凸透镜的同侧，看来像的倒正很可能跟像与物体是否在凸透镜的同侧有关。

进行实验与收集证据：

（1）利用太阳光聚焦法测定凸透镜的焦距，所选透镜的焦距为10cm。

（2）如图所示，在光具座上将凸透镜放在蜡烛和光屏之间，点燃蜡烛，为使烛焰的像成在光屏中央，应调整烛焰中心、凸透镜中心、光屏的中心三者大致在同一高度。

（3）把蜡烛放在物距大于二倍焦距的位置，即u＞2f，沿直线移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像。

观察这个像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小的。

改变物距u，重做实验。

（4）把蜡烛移向凸透镜，使蜡烛与凸透镜间的距离等于二倍焦距，即u=2f，移动光屏，使烛焰在光屏上成清晰的像。

观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小。

（5）把蜡烛在移近凸透镜，让物距在一倍焦距与二倍焦距之间，即f＜u＜2f，移动光屏，使烛焰在光屏上成清晰的像，观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小。

改变物距u，重做实验。

（6）把蜡烛继续移近凸透镜，让蜡烛在凸透镜的焦点上，即u=f，移动并观察光屏，看是否能够成像。

（7）把蜡烛移到凸透镜的一倍焦距以内，即u＜f，移动光屏，在光屏上还能看