資源簡介

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第三章 光和眼睛
3.5 奇妙的透鏡
逐點
導講練
課堂小結
作業提升
課時講解
1
課時流程
2
認識透鏡
透鏡對光的作用
透鏡的基本要素
透鏡的三條特殊光線
從身邊的問題出發：
相機，把美麗的瞬間定格成永恒；葉脈, 在晶瑩的露珠下更加清晰；放大鏡下，我們驚異于昆蟲的世界竟然是如此的有趣！你想過嗎，是什么創造了這美麗的神奇？
物理方法
分類法：按照事物的性質、特點、用途等作為區分的標準，將符合同一標準的事物歸類，不同的則分開的一種認識事物的方法。按形狀把透鏡分為凸透鏡和凹透鏡。
建構模型
透鏡模型：通過圖示法，作出兩種透鏡的模型。加深對凸透鏡和凹透鏡的表面是球面的認識。
知識點
認識透鏡
1
1. 透鏡 通常是用透明物質(比如玻璃)制成的兩側或一側表面常被磨成球面的光學元件。
2. 透鏡的原理 透鏡是利用光的折射來改變光路的。
3. 透鏡分兩類
(1)凸透鏡：中間比邊緣厚的
叫做凸透鏡，圖2 甲中的幾種。
(2)凹透鏡：中間比邊緣薄的
叫做凹透鏡，圖乙中的幾種。
開篇說的照相機鏡頭、晶瑩的露珠、放大鏡，它們都是凸透鏡。
例 1
下面是有關透鏡以及光線通過透鏡傳播方向的一組信息，請根據要求來作答。
(1)如圖11 甲所示是一些透鏡的截面圖，在這些透鏡中，屬于凸透鏡的是__________，從外部特征看，它們的共同特點是_____________；屬于凹透鏡的是_______，從外部特征看，它們的共同特點是____________。
(2)光線經過透鏡是光的_________（填“折射”或“反射”）現象。凸透鏡對光線有_______作用，凹透鏡對光線有___________作用。
A、B、D
中間厚邊緣薄
C、E
中間薄邊緣厚
折射
會聚
發散
(3)如圖乙的透鏡對光起________作用，虛線框內應該填_________(填“凸”“凹”)透鏡；如圖丙的透鏡對光起_________作用，虛線框內應該填________(填“凸”或“凹”)透鏡。
發散
凹
會聚
凸
(4)畫出圖乙和圖丙中透鏡的示意圖。
解：如圖12 所示。
思路導引：
1.區分凸透鏡和凹透鏡：
透鏡的材料可以是透明的固體或液體。
觸摸：
中間厚邊緣薄——凸透鏡。中間薄邊緣厚——凹透鏡。
正對太陽光：
將透鏡正對太陽光，移動透鏡，在地面上能出現最小、最亮光斑的是凸透鏡，在地面上出現暗圈的是凹透鏡。
2.判斷透鏡對光的作用的方法
在判斷透鏡對光所起的是會聚還是發散作用時，先假設光沿直線傳播，用虛線畫出，然后跟折射光線的傳播方向進行比較，若靠近了主光軸，就是會聚作用，該透鏡為凸透鏡；若遠離了主光軸，就是發散作用，該透鏡為凹透鏡。
1. 如圖13 所示，有一塊石英正方體，內有一空氣層。讓一束平行光沿水平方向垂直通過石英正方體。請回答以下問題：
(1) 石英正方體被空氣夾層分成了幾個透鏡？它們是哪種透鏡？該種透鏡對光有什么作用？
解：石英正方體被空氣夾層分成了兩個透鏡；都是凸透鏡；凸透鏡對光有會聚作用。
(2)此時，光在空氣層中發生的現象是 ( )
A. 光束在空氣層中將變得發散
B. 光束在空氣層中將變得會聚
C. 光束在空氣層中傳播方向不會發生變化
D. 光束在空氣層中將發生反射
B
3.用“分割法”解決物體中間存在氣泡的透鏡問題
分割法：在判斷透鏡對光所起的是會聚還是發散作用時，先假設光沿直線傳播，用虛線畫出，然后跟折射光線的傳播方向進行比較，若靠近了主光軸，就是會聚作用，該透鏡為凸透鏡；若遠離了主光軸，就是發散作用，該透鏡為凹透鏡。
易錯提醒
由于空氣層的形狀和凹透鏡的形狀一樣，此題很容易理解成是平行光線經過凹透鏡折射后發散的情景。
知識點
透鏡對光的作用
2
1. 將一束平行光分別照射到凸透鏡和凹透鏡上，實驗現象如圖4 所示。實驗表明：
(1)凸透鏡對光有__________作用。
(2)凹透鏡對光有__________作用。
會聚
發散
2. 理解會聚作用和發散作用 凸透鏡對光有會聚作用，并不一定會聚到一點，而是指光束經過凸透鏡折射后，折射光的傳播方向跟入射光比較，變得向一起聚攏了，使它的光束變窄了，如圖5 所示。
同理，凹透鏡的發散作用是指光束經過凹透鏡折射后，折射光的傳播趨勢跟入射光比較，變得向外發散了，使它的光束變寬了。
思想方法
微元法：把凸透鏡和凹透鏡分解成一些小的三棱鏡和玻璃磚，從理論的角度來分析透鏡對光的作用。如圖6所示：
1.光通過玻璃三棱鏡時的折射情況，如圖甲所示。
2.凸透鏡可看成幾個三棱鏡對接而成，光通過時光路如圖乙所示。
3.凹透鏡也可看成幾個三棱鏡對接而成，光通過時光路如圖丙所示。
知識點
透鏡的基本要素
3
1. 光心 如圖7 甲、乙所示，透鏡的中心O 叫做光心，凡是經過光心O 的光都不改變傳播方向。
2. 主光軸 通過___________________的直線，叫做透鏡的主光軸。
光心O 和球面球心C
巧記規律
光線經過透鏡折射后，總是向厚度大的一側偏折。
3.透鏡的焦點和焦距
(1)透鏡的焦點和焦距
焦點 光路圖 焦距
凸透鏡 平行于主光軸的光經凸透鏡折射后，會聚于主光軸上的一點（此點光斑最小、最亮），叫做凸透鏡的焦點，用“F”表示。凸透鏡兩側各有一個焦點，且對稱，凸透鏡的焦點是實焦點 從焦點（F）到光心（O）的距離，叫做焦距，凹用f表示
焦點 光路圖 焦距
凹透鏡 平行于主光軸的光經凹透鏡折射
后，變成發散光，這些發散光的反向延長線相交于主光軸上的一點，叫做凹透鏡的焦點，用“F”表示。凹透鏡兩側各有一個焦點，且對稱，凹透鏡的焦點是虛焦點 從焦點（F）到光心（O）的距離，叫做焦距，凹用f表示
解題方法
減小誤差的方法：
減小誤差可以選用準確度較高的測量儀器，改進實驗方法，熟練實驗技能等。在一般實驗中，減小誤差的有效途徑是對同一物理量進行多次測量，獲得多個數據，求出這些數據的平均值作為被測物理量的結果，從而提高測量準確度。測量凸透鏡的焦距時，多次測量就是為了這個目的。
(2)測量凸透鏡的焦距
取兩只凸起程度不同的凸透鏡，先后放在光具座上，用手電筒的光水平照射凸透鏡，移動光屏，直到屏上的光斑最小、最亮，測出光屏和凸透鏡間的距離，就是焦距f，把數值填入表格。多測幾次，取平均值來提高測量的準確度。
焦距
f1/mm 焦距
f2/mm 焦距
f3/mm 焦距
f4/mm 焦距
f5/mm 焦距的平均值
f /mm
凸透鏡1 10.0 10.1 10.0 9.9 10.1 10.0
凸透鏡2 5.0 4.9 5.0 5.1 4.9 5.0
誤差分析
用手電筒的光水平照射凸透鏡測其焦距，影響測量準確度的因素有哪些？
答：手電筒的光束不一定平行于主光軸；光屏上的會聚點不一定是最小、最亮的；焦距測量不準；光具座上的刻度尺的精確度等。
知識點
透鏡的三條特殊光線
4
1. 凸透鏡的三條特殊光線(如圖8)
(1)過光心的光線，經過凸透鏡后傳播方向不變。
(2)平行于主光軸的光線，經過凸透鏡折射后，折射光線過另一側的焦點F。
(3)過凸透鏡焦點的光線，經過凸透鏡折射后，平行于主光軸射出。
思想方法
逆向思維法：逆向思維法是指為實現某一創新或解決某一因常規思路難以解決的問題，而采取反向思維尋求解決問題的方法。
如圖10所示，平行于主光軸的光經過凸透鏡折射后，會聚于焦點。運用逆向思維可以提出問題：
如果把小燈泡放在凸透鏡的焦點上，經過凸透鏡折射后，光將怎樣傳播？
實驗表明：折射光將平行于主光軸射出。
運用逆向思維，結合光路可逆能夠促進對通過透鏡的三條特殊光線的理解。
2. 凹透鏡的三條特殊光線（如圖9）
(1) 過光心的光線，經過凹透鏡后傳播方向________。
(2)平行于主光軸的光線，經過凹透鏡折射后，折射光線的反向延長線過入射光同側虛焦點F。
(3) 延長線過凹透鏡異側虛焦點入射的光線，經過凹透鏡折射后_____________射出。
不變
平行于主光軸
例2
請把圖14 中各光路圖補充完整。
解：如圖15 所示。
思路導引：首先確定所給光線是入射光線還是折射光線，它的特點如何；然后明確是哪種透鏡；最后根據該種透鏡的三種特殊光線的特征，把光路補充完整。
4.透鏡光路的作圖方法
1.過光心的光線，經過透鏡后，其傳播方向不變。
2.平行于主光軸的光線，經過凸透鏡后，折射光線會聚在焦點上。(經過凹透鏡后，折射光線的反向延長線會聚在焦點上)
3.過焦點的光線，經過凸透鏡后折射光線平行于主光軸。
(延長線過焦點的光線，經過凹透鏡后折射光線平行于主光軸)
歸納：對于凸透鏡來說無論是折射光會聚焦點還是入射光經過焦點，光線都是真實的；對于凹透鏡來說則是光線延長線( 或反向延長線) 部分經過焦點。
奇妙的透鏡
一、透鏡：凸透鏡和凹透鏡
二、概念：
1.主光軸 2.光心(O) 3.焦點(F) 4.焦距( f )
三、透鏡對光線的作用
1.凸透鏡對光線起會聚作用
2.凹透鏡對光線起發散作用
四、三條特殊光線：
奇妙的透鏡
1. 凸透鏡：(1)外形特征：中間厚、邊緣薄。
(2)對光的作用：會聚。
2. 凹透鏡：(1)外形特征：中間薄、邊緣厚。
(2)對光的作用：發散。
奇妙的透鏡
3. 焦點：平行于凸透鏡主光軸的光線經凸透鏡折射后，
會聚于一點，這一點叫凸透鏡的焦點(F)。平行于凹
透鏡主光軸的光線經凹透鏡折射后，發散光線的反
向延長線交于一點，這一點叫凹透鏡的焦點(F)。
4. 焦距：透鏡焦點到光心的距離叫焦距( f )。

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