B.两个分界点
“一倍焦距分虚实”是说物体放在凸透镜的焦点处,不能成像,当物距小于焦距(u<f)时成虚像,当物距大于焦距(u>f)时成实像,即焦点是凸透镜成虚像或实像的分界点。
“二倍焦距分大小”是说物距等于二倍焦距(u=2f)时,成倒立、等大的实像,物距大于一倍焦距而小于二倍焦距(f<u<2f)时,成倒立、放大的实像。
物距大于二倍焦距(u>2f)时,成倒立、缩小的实像,即二倍焦距处是凸透镜成放大像或缩小像的分界处。
C.一个口诀
凸透镜成实像时,遵循“像的大小像距定,像儿跟着物体跑”的动态变化规律,即像距变大像变大,像距变小像变小;物体向哪个方向运动,像就向哪个方向移动。
若物体靠近凸透镜(物距变小),像就要远离凸透镜(像距变大),像也变大;若物体远离凸透镜(物距变大),像就要靠近凸透镜(像距变小),像也变小。
可以简称为“物远像近像小,物近像远像大”。
凸透镜成虚像时,则满足“物远像远像大,物近像近像小”。
D.动静结合深理解
如图所示,将上图中左侧的1区称为物远区,2区称为物近区;右侧的1区称为像近区,2区称为像远区。
这样1区的成像规律可以概括为“物远像近像小”;2区的成像规律可以概括为“物近像远像大”。
这样1、2两区的静态成像规律就与动态成像规律中的“物远像近像小,物近像远像大”吻合起来。
典型例题
知识点一:
光的折射
例1.下列光现象中,由于光的折射而形成的是()
解题思路:
湖面“月影”是月亮经水面反射后形成的虚像;墙上“孔雀”实际上是手影,是由光的直线传播形成的;镜中“风景”是汽车观后镜所成的像,是光的反射形成的。
只有杯中“断笔”是由于光从水斜射入空气的过程中,光线远离法线方向偏折,在外面看起来笔在水中的部分向上弯折,所以选项B是由于光的折射而形成的。
答案:
B
解题后的思考:
四幅图片均为生活中的具体情景,将光的三种传播方式结合起来进行简单的考查,解答的关键是弄清发生光的直线传播、光的反射、光的折射的条件。
例2.如图所示,一束光在空气和玻璃两种介质的界面上同时发生反射和折射(图中入射光线、反射光线和折射光线的方向均未标出),其中折射光线是(用字母表示),反射角等于。
解题思路:
光反射时,反射角等于入射角,结合题图可知∠FOC=∠EOC=30°,所以OF和OE是入射光线或反射光线,则OG一定是折射光线,根据光折射时,折射光线和入射光线分别位于法线两侧,则EO是入射光线,OF是反射光线,反射角是∠FOC=30°。
答案:
OG;30°
解题后的思考:
本题综合考查光的反射定律和光的折射规律,在判断入射光线、反射光线和折射光线这三条光线时,主要从法线与界面垂直和反射角等于入射角两个方面入手。
例3.如图所示,在南美原始森林的河流里有一种射水鱼,它在水中看到水面上方的树枝上停留的昆虫等猎物后,便向猎物射水,使猎物落到水面上后进行捕杀,喷射出的水在空中呈抛物线形状。
关于这个情景,请你在图中作出光路图表示:
猎物P反射的光线是如何进入鱼的眼睛E的。
解题思路:
用刻度尺将EP两点对齐,找出其与水平面的交点,那么入射点O必定在这个交点的左边,只有这样才能使折射角小于入射角,连接PO即为入射光线,连接OE即为折射光线,过入射点O可作出法线,注意标出箭头的方向。
答案:
如图所示。
解题后的思考:
本题以射水鱼捕捉昆虫的过程为载体,考查光的折射作图。
解答关键是大致确定入射点的位置,入射点应在射水鱼的眼睛与猎物连线的左侧。
例4.如图是研究光的折射规律的实验原理图;下表中记录了不同的入射角和对应的折射角的实验测量数据。
入射角i
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
折射角
6.7°
13.3°
19.6°
25.2°
30.7°
35.1°
38.6°
40.6°
(l)请你结合图,以光从空气进入到玻璃中的情况为例,分析实验数据(光从空气进入其他透明介质中也可得到具有相同规律的实验数据),对光从空气进入其他透明介质中的折射规律加以总结(补充完整)
a.折射光线跟入射光线和法线在同一平面内,并且分别位于法线两侧;
b._____________________。
(2)请定量比较实验数据。
把你新的发现写在下面:
_____________________。
解题思路:
从表中的实验数据不难发现,折射角随入射角的增大而增大,但总小于入射角;并且当入射角不大于30°时,折射角与入射角近似成正比关系,当入射角大于30°时,正比关系不再成立。
答案:
(1)入射角增大,折射角也增大;但折射角总是小于入射角
(2)当入射角较小时,入射角与折射角近似成正比关系;当入射角较大时,正比关系不再成立。
解题后的思考:
本题从定性、定量两个角度探究光的折射规律,前者巩固了教材中的折射规律,后者则作了进一步的拓展延伸。
解答此类图表信息题的关键是提取所需要的有用信息和数据,并进行分析推理。
知识点二:
透镜
例1.完成下列光路图
(1)根据图甲中经凸透镜折射后的光线画出入射光线。
(2)图乙是一束平行于主光轴并射向凹透镜的入射光线,请画出穿过透镜的折射光线。
解题思路:
本题考查凸透镜和凹透镜对光线的作用,请同学们记住两种透镜的“三条特殊光线”,则此类作图题很容易解决。
(这也是中考的高频考题!
)
答案:
如图所示。
例2.根据图中的入射光线和折射光线,在图中的虚线框内画出类型适当的光学仪器。
解题思路:
从图中可以看出,两条光线均可经过该光学仪器,那它肯定不是面镜类,应为透镜类。
显然,光线经过该透镜后,折射光线相对于原入射光线向里发生了偏折,也就是说该透镜对光线有会聚作用,由此可知它应是凸透镜。
答案:
如图所示。
解题后的思考:
此类题主要考查同学们对凸透镜、凹透镜的会聚和发散作用的理解,解题的关键是判断折射光线是靠近主光轴还是远离主光轴,若靠近,则是凸透镜;若远离,则是凹透镜。
例3.将一个大烧杯倒扣在桌面上,里边充以烟雾,用手电筒通过杯底自上而下照射,调节手电筒的聚光圈,使通过烟雾的光成粗细均匀的柱形光束(如图甲):
(1)烧杯内充以烟雾,是利用了烟尘微粒对光的来显示光通过的路径。
(2)烧杯底上放一个凸透镜,观察到的现象如图乙所示,说明凸透镜对光有作用。
(3)烧杯底上放一个凹透镜,观察到的现象如图丙所示,说明凹透镜对光有作用。
解题思路:
从图甲中可以看出手电筒聚光灯发出的是一束平行光,光在空气中传播,不易看到它的传播路径,可以利用“烟雾”“小雾”“灰尘”等物质,使光在这些小微粒上发生“漫反射”,从而看到光的传播路径;乙图中的烧杯底上放了凸透镜,使光线会聚到一点,说明凸透镜对光有会聚作用;通过丙图观察光的路径发现光是发散的,说明凹透镜对光有发散作用。
答案:
漫反射会聚发散
知识点三:
探究凸透镜成像规律
例1.把下图甲所示的一支点燃的蜡烛放在距离凸透镜2倍焦距以外的地方,在透镜的另一侧调节光屏位置可找到一个清晰的像。
这个像是下图乙中的()
解题思路:
根据凸透镜成像规律,点燃的蜡烛放在距离凸透镜2倍焦距以外的地方,即物距大于2倍焦距时,物体成倒立、缩小的实像,所以在光屏上的像就是题图乙中的B。
答案:
B
解题后的思考:
本题考查凸透镜成像的规律,由于凸透镜成像规律有几种不同的情况,在不同情况下像的性质是不同的,所以在利用该规律解题时一定要明确此现象应属于哪一种情况。
例2.在探究凸透镜成像规律的过程中,将光屏移到图中位置时,光屏上出现了清晰的像。
这个像的性质是。
如果要想使像变小,蜡烛应向侧移动。
解题思路:
从图中显然可以看出,物距大于像距,故在光屏上成的是倒立、缩小的实像。
为使像变小,应增大物距,需要将蜡烛向左侧移动。
答案:
倒立、缩小的实像左
解题后的思考:
该题主要考查凸透镜成像的规律及其应用,另外还对实验过程中像的动态变化进行了考查。
例3.探究凸透镜成像规律的实验中,
(1)让一束平行光正对凸透镜照射,在凸透镜后的光屏上接收到一个最小、最亮的光斑,由此可以测出凸透镜的。
(2)当蜡烛、凸透镜和光屏按如图所示的位置放置时,光屏上得到清晰的像,此时物距为cm,像的大小比物。
(3)当物距小于焦距时,左右移动光屏均接收不到像,则应该()
A.上下移动光屏去接收
B.将光屏放到凸透镜左侧去接收
C.取走光屏,直接通过凸透镜观察
解题思路:
(1)利用平行光聚焦法,找出焦点的位置,即可测出凸透镜的焦距;
(2)图中蜡烛到凸透镜的距离即物距为15cm,像距为30cm,显然物距小于像距,故此时在光屏上承接到的应是倒立、放大的实像,所以像的大小比物大;(3)当物距小于焦距时,所成的是正立、放大的虚像,可从光屏的一侧朝向凸透镜直接观察。
答案:
(1)焦距
(2)15大(3)C
解题后的思考:
本题为教材中的探究活动,回归教材的意识再次凸显,引导同学们思考实验过程中一些具体的细节问题,这就要求大家必须亲历实验过程才能顺利解答。
提分技巧
1.光的折射:
光经过了两种(或两种以上的)介质时,一般会发生折射;
2.空气中的角总是大角;
3.凸透镜对光有会聚作用,凹透镜对光有发散作用;
4.凸透镜的成像实验:
一调(调节三心在同一高度),二移(物体移向凸透镜,光屏远离凸透镜,像越大);
5.透镜成像规律:
一倍焦距分虚实;二倍焦距分大小;成实像时“物近像远像变大”,成虚像时“物近像近像变小”。
预习导学
1.处处真情,感觉常在,让时间停止,瞬间变永恒——照相机是如何工作的?
2.为了提高教学质量,很多学校都在教室里安装了多媒体投影机,它可帮助我们将投影片上的“画面”成像在屏幕上。
投影仪的原理是什么?
3.得了近视眼很痛苦,近视眼是如何形成的?
如何矫正视力?
4.天空为什么出现彩虹?
5.物体为什么会有各种颜色?
同步练习
(答题时间:
60分钟)
1.如图所示的四种现象中,由于光的折射形成的是()
2.光从空气斜射到水面发生光的反射和折射时,已知入射光线与水面的夹角为30°,则下列说法正确的是()
A.入射角等于30°B.折射角小于30°C.折射角小于60°D.折射角大于60°
3.小明在仔细观察了如图所示的光路图后,总结出以下几条结论,其中不正确的是()
A.光在同一种均匀介质中沿直线传播
B.光发生反射时,反射角等于入射角
C.光从空气射入玻璃中时,入射角大于折射角
D.光从玻璃射入空气中时,折射角小于入射角
4.下列关于透镜的说法,错误的是()
A.凸透镜是中间厚、边缘薄的透镜
B.凹透镜可以将平行光发散
C.凸透镜可以将平行光会聚于一点
D.凸透镜摔成两块,其中任何一块都会失去会聚作用
5.下列说法正确的是()
A.光通过凸透镜后,折射光会聚于一点,这一点就是凸透镜的焦点
B.焦点到透镜光心的距离叫做焦距,用f表示
C.凸透镜只对平行光有会聚作用
D.凸透镜对光有会聚作用,所以通过凸透镜的光线一定相交于一点
6.在探究“凸透镜成像规律”时,提出的探究问题应该是()
A.凸透镜对光是否有会聚作用B.凸透镜对光是否有发散作用
C.像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系D.凸透镜是否能成像
7.在“探究凸透镜成像规律”的实验中,物体在光屏上所成的像一定是()
A.正立的像B.缩小的像
C.放大的像D.倒立的像
8.在做“凸透镜成像”的实验中,烛焰到透镜的距离为20cm时,在透镜另一侧光屏上观察到放大的烛焰的像。
如果烛焰离透镜40cm,那么烛焰经过透镜()
A.一定成缩小的实像
B.一定成等大的实像
C.一定成放大的实像
D.可能成虚像
9.有经验的渔民在叉鱼时,要向看到的鱼的_________方叉,才能叉到鱼。
这主要是由于光的_______现象,渔民看到水中的鱼的位置比其实际位置要_______一些(选填“深”或“浅”)。
10.一束光从空气中斜射到某种透明物质的表面,光线与界面的夹角为30°。
如果反射光线与折射光线恰好垂直,则入射角和折射角分别为和;若这时入射光线靠拢法线,则折射光线(选填“靠拢”或“远离”)法线。
11.如图所示,一束光经过一个透镜后会聚于主光轴上的点A,取掉透镜后,光会聚于B点,则该透镜起到________作用(选填“会聚”或“发散”),是________透镜,由此说明,能会聚于一点的透镜________(选填“一定”或“不一定”)是凸透镜。
12.拿一个凸透镜正对着太阳光,再把一张纸放在它的另一侧,来回移动,会在纸上形成光斑最小、最亮的点,这就是凸透镜的________,焦点到光心的距离叫做________。
一个凸透镜有______个焦点,它们位于凸透镜的________侧。
13.我们通过实验可以知道:
凸透镜成实像时,放大和缩小的分界点是处,实像和虚像的分界点是处。
14.在“探究凸透镜成像规律”的实验中,所用的凸透镜标有“f=15cm”的字样,则:
将物体放在距离凸透镜20cm处时,会成像;将物体放在距离凸透镜35cm处时,会成像;将物体放在距离凸透镜10cm处时,会成像。
(需指出像的放大或缩小、倒立或正立、虚或实)
15.如图所示的是光从玻璃砖斜射入空气中时入射光的光路情况。
请在图中画出该入射光的折射光线的大概位置,并标出折射角。
16.如图是一束平行于主光轴并射向凹透镜的入射光线,请画出穿过透镜的折射光线。
17.取一支激光笔,一个硬纸板、一块半圆形玻璃、量角器、胶水。
实验:
①将半圆形玻璃用胶水粘在硬纸板上;②让激光笔发出的激光沿硬纸板向下照射,在硬纸板上显示出光的传播路径;③按顺序依次完成图中的四个实验,可观察到的现象如图所示。
实验结论:
(1)观察a能得出的结论是:
;
(2)比较a、b两个实验可得出的结论是:
;
(3)比较a、c两个实验可得出的结论是:
;
(4)通过d实验可以看出:
。
18.每个凸透镜都有焦距,且它的焦距是一定的,那么凸透镜的焦距大小由什么决定呢?
甲猜想:
凸透镜焦距的大小可能与凸透镜直径的大小有关;
乙猜想:
凸透镜焦距的大小可能与凸透镜中间凸起的程度有关;
丙猜想:
凸透镜焦距的大小可能与凸透镜焦点的远近有关;
你的猜想是。
请你将上述任一猜想设计实验进行探究。
并完成如下工作:
(1)你这次探究的主要器材有哪些?
(2)请你写出探究的主要步骤。
(3)请你设计出实验现象与实验数据的记录表格。
(4)在这次探究过程中,你运用的主要科学研究方法是什么?
19.小华用实验研究“凸透镜成缩小实像”的条件,图中所示凸透镜的焦距是10cm。
(1)请你帮小华把点燃的蜡烛和光屏画在图中大致的位置上;
(2)实验中,在光屏上看到蜡烛成_________(选填“倒立”或“正立”)的实像;
(3)照相机、投影仪、放大镜这三种光学仪器中,与上述成像情况一致的是_______。
(4)小华进行实验探究时,把蜡烛从离透镜较远的地方逐渐向透镜移动,调整光屏的位置,在光屏上测出了不同位置时像的高度,并将数据填在下表中。
(凸透镜焦距f=10cm)
物体到凸透镜的距离u/cm
60
30
20
15
12
像的高度h/cm
0.4
l
2
4
10
小华同学通过实验数据得出的结论是:
物体到凸透镜的距离越近,像就越大。
请你对她的实验过程及实验结论作出点评。
试题答案
1.B(提示:
水面“折”枝属于光的折射现象;竹的倒影、镜中花属于光的反射现象;手影属于光沿直线传播现象)
2.C(提示:
根据题设条件可知,入射角为60°,又光从空气斜射入水中时,折射光线靠近法线,即折射角小于入射角,故C项正确)
3.D(提示:
光在同种均匀介质中是沿直线传播的。
在两种物质的分界面上发生反射和折射,反射时,反射角等于入射角。
当光从空气斜射入玻璃中时,入射角大于折射角;当光从玻璃斜射入空气中时,折射角大于入射角)
4.D(提示:
凸透镜摔成两块,其中任何一块仍然是中间厚,边缘薄,所以仍保持会聚作用)
5.B(提示:
凸透镜对任何光线都有会聚作用,这里的会聚作用是指折射光线比入射光线更靠近主光轴,但并不一定能会聚在主光轴上)
6.C(提示:
该实验的目的是研究凸透镜成像的特点,即像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系)
7.D(提示:
光屏只能承接实像,且实像都是倒立的)
8.A(提示:
烛焰到透镜的距离为20cm时成放大的像,说明20cm在1、2倍焦距之间,即f<20cm<2f,解此不等式可得10cm)
9.下折射浅(提示:
水中的鱼射向空气的光线在界面处发生折射,折射光线远离法线,此时渔民所看到的鱼实际上是鱼的虚像,其在实际的鱼的上方,因此渔民要叉向看到的鱼的虚像的下方)
10.60°30°靠拢(提示:
根据入射角、反射角和折射角的概念,以及光的反射定律和折射规律容易知道,反射角为60°,折射角为30°;入射角减小,折射角也减小)
11.发散凹不一定(提示:
凹透镜对光线有发散作用,是指折射光线相对于入射光线要远离主光轴,但是折射光线仍有可能相交于一点)
12.焦点焦距两两(提示:
凸透镜左、右两侧有两个实焦点,它们到凸透镜光心的距离是相等的,均为焦距,这意味着凸透镜只有一个焦距)
13.2倍焦距1倍焦距(提示:
1倍焦距分虚实,2倍焦距分大小)
14.倒立、放大的实倒立、缩小的实正立、放大的虚(提示:
20cm在1、2倍焦距之间,成倒立、放大的实像;35cm在2倍焦距外,成倒立、缩小的实像;10cm在1倍焦距内,成正立、放大的虚像)
15.如图所示。
(提示:
当光线从玻璃斜射入空气中时,折射光线、入射光线、法线在同一平面内,折射光线和入射光线分别位于法线两侧,折射角大于入射角)
16.如图所示。
(提示:
平行于主光轴的光线经凹透镜折射后会发散射出,折射光线的反向延长线过焦点)
17.
(1)光从空气斜射入玻璃中时,折射光线偏向法线,折射角小于入射角
(2)在光的折射现象中,光路是可逆的
(3)当入射角增大时,折射角随之增大
(4)光线垂直射到空气和玻璃的界面上时,传播方向不变
18.凸透镜焦距的大小可能与制成凸透镜的材料有关。
(1)器材:
三只大小、形状完全相同的凸透镜(分别由玻璃、水晶、塑料三种材料制成)、刻度尺、太阳光。
(2)步骤:
利用凸透镜可会聚太阳光,用刻度尺测凸透镜的焦距。
①用玻璃透镜会聚太阳光,通过调整它到地面的距离使地面上出现最小的光斑,用刻度尺量出透镜到光斑的距离即焦距.②用水晶透镜进行上述实验.③用塑料透镜进行上述实验.④比较三种透镜的焦距,得出结论。
(3)实验数据记录如下表:
透镜材料
玻璃
水晶
塑料
透镜焦距(㎝)
(4)控制变量法。
19.
(1)如图所示
(2)倒立
(3)照相机
(4)①小华同学的结论在收集的证据范围内成立,符合数据和现象所体现出的规律;②小华同学没有收集u≤f范围内的证据,所以结论不完整。