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1、第四章 透镜及其应用【教学内容】第一节 透镜第二节 探究凸透镜成像的规律【教学目的和要求】1认识凹透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用，知道凸透镜能成放的实像和虚像，也能成缩小的实像。2经历用多种方种方法辨别凸透镜和凹透镜的过程，并尝试对各种方法的优劣做初步评估。3学会用简单方法估测远视眼镜的焦距，了解眼镜度数的含义。4通过实验，探究凸透镜成像的基本规律。5会使用相关仪器，能通过观察和实验收集凸透镜成像规律的有关数据和资料。6经历从所观察到凸透镜成像的有关现象和所收集到的实验数据中，归纳出透镜成像规律的过程。【学习重点和难点】1学习重点是能根据凸透镜成像规律知道，当u2f或2fuf，可以分别得到缩
2、小或放大的实像；当uf时，则在同侧得到放大的虚像，要注意搞清楚实像与虚像的区别。2学习难点为凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。【方法指导和教材延伸】1辨别凸透镜和凹透镜的方法。（1）从透镜的结构特征着眼，通过比较透镜中央和边缘的厚薄加以辨别（“摸”的方法）；（2）从透镜的成像特点着眼，通过观察透镜的成像情况，加以辨别（“看”的方法）（3）从透镜对平行光线的作用情况（会聚散还是发散）入手加以辨别（“照”的方法）；此外，辨别凸透镜和凹透镜的简易方法还有“晃”的方法：通过透镜观察书上的文字，晃动透镜，若发现像的晃动方向与透镜相同，则该透镜是凹透镜；若发现像的晃动方向与透镜相反（即相位相反）
3、，则该透镜是凸透镜，这种方法适宜于辨别焦距较大的透镜。凸透镜与凹透镜的作用与表示凸透镜对光有会聚作用。可用符号表示。凹透镜对光有发散作用。可用符号表示。怎样记住凸透镜成像规律：凸透镜成规律是学习的重点。记住这一规律可以用以下两种方法。1列成表格，并结合它的应用记忆物体到凸透镜的距离像的情况应用倒立或正立放大或缩小实像或虚像大于二倍焦距倒立缩小实像照相机介于焦距和二倍焦距之间倒立放大实像幻灯机小于一倍焦距正立放大虚像放大镜2口决记忆法（1）一倍焦距内外分虚实：物质到凸透镜的距离在一倍焦距以内成虚像，在一倍焦距以外成实象。（2）二倍焦距内外分大小：物体在成实象时，它到凸透镜的距离大于二倍焦距是缩小
4、的像，小于二倍焦距是放大的像。（3）实像一定是倒立的，像物在透镜的异侧。虚像一定是正立的，像物在透镜的同侧。（4）在成实像时，物距减小，像距增大。可以记忆为物近、像远、像变大。注意：凸透镜成像规律要做到三联系：一要联系研究凸透镜成像的实验和回忆凸透镜成像的物理现象，纠正头脑中的错误的形象。二要联系凸透镜成像规律应用的实例，加深对规律的理解。三要联系典型问题，运用凸透镜成像的物理形象对问题的性质进行分析。【能力的培养】1 要培养自己把文字说明与光路图的描绘过程结合起来解答问题的能力。2 由光的可逆性，由像推断物的情况，培养自己逆向思维能力。3 画光线必须带箭头，以示传播方向，实际光线用实线，实际
5、光线的反向延长线用虚线；实像用实线，虚像用虚线。【知识拓宽】冰透镜的制做在实验室，我们看到透镜都是玻璃的，其实我们也可以用冰来制透镜。做法如下：1 取样：尽量采集透明效果好，内部无气泡杂质、裂纹的冰块为宜2 整形：用刀具轻轻将冰块砍、削成凸透镜轮廓，不要用力过猛，使冰块出现裂纹或破碎，然后再换用刀具轻、稳反复刮其两表面，使其表面圆滑、匀称。3 修面：打磨后的透镜，表面有一白色“不透明层”，且有刀痕严重影响透明度，此时用双手捂片刻，并来回磨擦，以熔化其表面，使之更平滑、透明（此过程必不可少）。4 取火：找焦点，测出焦距，将透镜固定在木架上，然后在其焦点处放一些干燥、柔软、易燃的草屑，并开始计时，
6、约5分钟10分钟，便有青烟冒出，之后，火冉冉生起。注意：（1）冰透镜大小自行选定（一般直径在10cm20cm）（2）冰透镜尽可能做厚些，表面光滑，这样折射效果好。（焦距5cm15cm）（3）取火时，易选一采光好，且无风处为宜。【例题选讲】例1关于凸透镜下列说法正确的是（ ）A凸透镜只对平行光线才具有会聚作用B平行光线经凸透镜会聚的一点叫焦点C经过焦点的入射光线经凸透镜折射后，平行主光轴射出。D任何光线经过凸透镜后都会改变传播方向解析：凸透镜对平行的光线有会聚作用，它对不平行的光线也具有会聚作用，即凸透镜对任何光线都具有会聚作用，哪怕射出的光线发散的，也是经过凸透镜的会聚后仍然发散。凸透镜的焦点
7、在主光轴上，只有平行于主光轴的光线经凸透镜会聚的一点才是焦点，一般的平行光线经凸透镜也会会聚一点。但那不是焦点，并不是任何光线经凸透镜折射后都改变传播方向，经过光心的光线传播方向不变。根据折射现象中，光路的可逆性，从焦点发出的光线经凸透折射后平行于主光轴射出。正确答案为C例2物体在离凸透镜20cm处成等大的，倒立的实像，试判断物体在距凸透镜30cm,15cm,5cm处的成像情况，并说明理由。解析：物体成什么像，关键是物距与焦距的关系，先由已知条件判断焦距：物体成等大、倒立的实像的条件是：u=2f即：f=1/2u=20/2cm=10cm然后可判断同它在不同位置的成像情况：当u1=30cm=3f
8、成缩小、倒立的实像当u2=15cm ,f u22f ， 成放大、倒立实像当u3=5cm , u 32f、fu2f、u2f，根据凸透镜成像的规律，成的像应是倒立、缩小的实像，应选C。例6一条光线被某种光学元件作用发生了弯折，如图所示，那么此种光学元件是什么？它是如何使光线弯折的？解析：平面镜可以改变光的反射方向，透镜可以通过会聚或发散作用也能改变光线传播方向，这就是思路，那么就是这偏折了的光线能不能说它就是被会聚或发散了呢？这就要看此光线所处位置而定。有三种方法，即利用平面镜、凸透镜和凹透镜均可以，分别如图a,b,c 例7如图所示光线II是入射光线I经凹透镜后的折射光线，光线III是另一条入射光
9、线的折射光线，请画出光线III的入射光线。解析：因为光线I平行于光轴，所以折射光线II的反向延长线交于主轴为虚焦点，而凹透镜两侧有对称的两个焦点，所以可以找出另一个焦点F，根据光的可逆性，可以找出经凹透镜折射后变为平行光的入射光来，见图中光线IV。 例8用凸透镜在屏上已得到了烛焰所成的像，现用一块圆形黑纸糊上凸透镜中间部分如图所示，那么在屏上所成的像（ ） A 像没有了B 像的中间看不见了C 像比原来变暗，大小不变D 成的像与原来没有变化解析：凸透镜的中间部分被黑纸庶住就无法透光了，对成像如何影响呢？若凸透镜破损了一部分，甚至只剩下一半呢？这对成像有影响？从图中可看出发光点S发出的部分光线经凸
10、透镜后均聚于像点S，可以说S是无数条出射光线会聚而成。而凸透镜被庶盖或残缺后使得入射光线和出射光线均减少，（如图中虚线所画）但有部分剩余光线经过不透光部分成像，所不同的是，由于光线减少，所以像的亮度将减小，再者对像的观察范围也将减小。例8图【同步练习】一、 填空题1中间_，边缘_的透镜叫凸透镜，它对光线具有_作用。2中间_，边缘_的透镜叫凹透镜，它对光线具有_作用。2 凸透镜的焦距是表示凸透镜使光线会聚能力的一个物理量，两个直径相同的凸透镜，它们的焦距分别为1cm和6cm，那么焦距为_cm的凸透镜对光的会聚能力强此。4在观察凸透镜成像实验中，若所用凸透镜焦距为10cm 。（1）物体放在距凸透镜
11、15cm处，移动光屏，可得到_倒立的实像；（2）物体放在距凸透镜20cm处，移动光屏，可得到_倒立的实像；（3）物体放在距凸透镜25cm处，移动光屏，可得到_倒立的实像；（4）物体当从凸透镜前15cm处，移到凸透镜前20cm，25cm处时，要在光屏上获得清晰的像，光屏应向_凸透镜方向移动。5在凸透镜所成的像中，虚像与实像的分界点是_，放大像与缩小像的分界点是_，成实像的条件是_。6通过透镜两个球面的球心C1、C2的直线，叫做透镜的_。7物体从2倍焦距以外逐渐向凸透镜的焦点移近的过程中，移动光屏，使光屏上成物体的清晰的像逐渐_，光屏与凸透镜间的距离逐渐_。（选填“变大”、“变小”或“不变”）8在
12、研究凸透镜成像的实验中，当把烛焰放在离凸透镜30cm处时，得到一个放大倒立的实像。而当烛焰放离凸透镜40cm时，又得到一个缩小倒立的实像，由些可知，该凸透镜的焦距f 应大于_cm,而小于_cm.二、 选择题1下列说法正确的是（ ）A太阳光透过凸透镜后能会聚到一点B将小灯泡放在凸透镜的焦点上，通过凹透镜后无法得到平行光C将小灯泡放在凹透镜的焦点上，通过凹透镜后可以得到平行光D将凹透镜正对太阳光，拿一张白纸放在透镜后，只要纸片的移动方向正确，总可以使太阳光会聚于一点2下列是凸透镜对光的作用的说法，其中正确的是（ ）A光通过凸透镜会变成平行光B对平行于主光轴的光才有会聚作用C对任何一束光都有会聚作用
13、D对成像的光束才有会聚作用3下列光路中正确的是（ ）4下列关于光学元件的说法中，正确的有（ ）A平面镜成虚像，一束平行光经平面镜反射后，仍是一束平行光B凸透镜是会聚透镜，任何一束光经凸透镜后必定都是会聚的C凹透镜是发散透镜，任何一束光经凹透镜后必定都是发散的D三棱镜对红光不偏折5一塑料薄膜组成的棚顶下堆放着一堆干草，夏天雨后，阳光穿过薄膜上的积水，照射到干草上，下列说法正确的是（ ）A薄膜上的积水形成一个大的凸透镜，如果其焦点恰好能在干草处，干草有可能燃烧B透镜都是固体物质组成的，液体不能起凸透镜作用C起凸透镜作用的应是塑料薄膜D积水和薄膜不能会聚光线6下列说法正确的是（ ）A人走向穿衣镜时，
14、人在镜中所成的像逐渐变化B黑板“反光”是因为光在“反光”处发生了漫反射C激光准直，利用光沿直线传播的道理D放映电影时银幕上的像是虚像7物体放在凸透镜前某一位置时，在透镜另一侧离透镜10cm 的光屏上成一个倒立缩小的像，当物体移至凸透镜10cm处，所成的是（ ）A倒立缩小的像B倒立放大的像C正立缩小的像D正立等大的像8用一个凸透镜成像时，下面说法中正确的是（ ）A实像总是倒立的，虚像总是正立的B实像和虚像都可能是放大或缩小的C成实像时，物体离凸透镜越近，像越小D成虚像时，物体离凸透镜越近，像越大9某凸透镜的焦距在10cm与15cm之间，当时物体距凸透镜12cm时，所成的像一定是（ ）A 放大的花
15、板 B缩小的 C正立的 D倒立的10在做“研究凸透镜成像”的实验中发现，物距等于6cm时成正立的像，物距等于9cm时成倒立的像，那么，下列判断一定正确的是（ ）A物距为8cm时成放大的实像B物距为12cm时成放大的实像C物距为16cm时成缩小的实像D物距为18cm时成等大的实像11物体从距离凸透镜5倍焦距的地方，沿主光轴匀速地向2倍焦距处靠近的过程中（ ）A像变小，像速度减小B像变大，像速度增大C像变小，像速度不变D像变大，像速度不变12小明拿着一个直径比较大的放大镜，伸直手臂观看远处的物体，可以看到物体的像，下列说法正确的是（ ）A观察到的像一定是正立的像B观察到的像一定是虚像C观察到的像一
16、定是倒立的像D观察到的像一定是放大的像三、实验题1 在研究凸透镜成像的实验中，把凸透镜、蜡烛、光屏放在同一直线上，调整它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏中心大致在_，再把蜡烛放在离凸透镜大于2倍焦距的地方，沿直线移动光屏，便可得到_、明亮、清晰的烛焰像。2 如图，在研究凸透镜成像规律时，在屏幕上出现清晰的像，由此可以判断蜡烛到透镜的距离所在的范围是_；利用凸透镜的这个原理可制成_。3如图所示，在观察凸透镜成像的实验中，若保持凸透镜的位置不变，将点燃的蜡烛分别放在A、B、C、D、E处，并分别调整光屏的位置，则：（1）把蜡烛放在_点，屏上出现的像最小。（2）把蜡烛放在_点，屏上出现的像最大。（3）把
17、蜡烛放在_点，屏上不会出现像。四、应用题1 在爷爷的生日酒宴上，爸爸拿出一个酒杯并斟上酒递给爷爷，爷爷端起酒杯，惊喜地看到杯中有一幅清晰长寿图，爸爸要爷爷干了这杯酒，再看，长寿图不翼而飞了，爷爷问，这是魔术杯吧？你知道这是什么原因吗？2 小宇很喜欢叔叔送他的生日礼物，那是三只大小，形状完全相同的凸透镜，分别由玻璃、水晶塑料制成，现在小宇想要探究“大小、形状相同的凸透镜的焦距与制作的材料是否有关”。请你帮助他设计这次探究的全过程，完成如下工作：（1）这次探究所需器材有哪些？（2）写出探究的主要步骤（3）设计出实验现象或实验数据记录表格。（4）在这次探究过程中，所运用的主要科学研究方法是什么？参考
18、答案一、 填空题1厚，薄，会聚2薄，厚，发散314（1）放大 （2）等大 （3）缩小 （4）靠近5焦点，两倍焦距的点，物距大于一倍焦距。6主光轴7变大，变大815，20提示：当u=30cm时，得到放大倒立实像，可知fu2f 解得15cmf30cmu=40cm 时，得到缩小倒立实像，可知u2f,解得f20cm, 故15cmf20cm二、 选择题1A 2C 3B 4A 5A 6C 7B 8A9A 提示：由于u=12cm，假设f=11cm，则fu2f，像是放大，倒立的实像 假设f=13cm，则uf，像是放大，正立的虚像10B提示：当u=6cm时，成正立的像，可知u6cm，当u=9cm时，成倒立的像，
19、可知uf，得到f9cm故6cmf9cm，当u=8cm时，可能成放大实像或放大虚像当u=12cm时，只能成放大实像，当u=16cm时，可能成放大实像或缩小实像，当u=18cm时，一定成缩小实像。11B 提示：相同时间内像移动距离越来越大。12C三、 实验题1 同一高度，倒立、缩小2 大于一倍焦距小于两倍焦距，投影仪3 （1）A （B）D （3）E四、 应用题1 这并不是魔术，而是利用透镜成像原理设计而成的。在杯底的夹层间嵌一张长寿图的小画片，而夹层的上方制成一个凸透镜的杯底，焦距大约4cm左右，而画片距透镜中心的距离稍大于4cm，空杯时画片几乎位于焦点上，所以看不清画片的像，当向杯中倒入白酒后，透明液体和原有的凸透镜组合成一个焦距拉长的新的凸透镜，使uf，得到一个放大的虚像即放大的长寿图，这就是原因所在。2 （1）三只凸透镜、刻度尺、白纸、太阳光。（2）把三只凸透镜分别正对太阳光；用白纸找到其焦点位置；再用刻度尺测出它们的焦距。（3）数据记录表凸透镜abc焦距f/cm（4）实验探究法