第五章透镜及其应用
第一节透镜
一、凸透镜和凹透镜
1、远视镜片中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜；近视镜片中间薄、边缘厚的透镜叫凹透镜。
种类定义光学符号图示应用性质
凸透镜（会聚透镜）中间厚、边缘薄
的透镜叫凸透
镜
放大
镜、远
视眼
镜的
镜片
对光线有
会聚作用
凹透镜（发散透镜）中间薄、边缘厚
的透镜叫凹透
镜
近视
眼镜
的镜
片
对光线有
发散作用
注意1：凸面镜和凸透镜区别
凸透镜和凸面镜是不同的光学元件，凸透镜是中间厚边缘薄的透镜，凸面镜是利用球的外表面做反射面的面镜。凸透镜是利用光的折射规律，凸面镜是利用光的反射规律。
注意2：凹面镜与凹透镜的区别
凹面镜是不透明的,面镜（包括凸面镜）不是使光线透过,而是反射回去成像的仪器,光线遵守反射定律。凹面镜的应用：（1）利用凹面镜对光线的会聚作用:太阳灶.
（2）利用过焦点的光线经反射后成为平行于主轴的平行光:探照
灯、手电筒以及各种机动车的前灯.
凹透镜是两侧面均为球面或一侧是球面另一侧是平面的透明体,中间部分较薄,称为凹透镜.在光疏介质中使用时,能对入射光束起发散作用,故又称发散透镜.又因其焦距为负,又称负透镜.凹透镜所成的像总是小于物体的、直立的虚像,凹透镜主要用于矫正近视眼。2、主光轴和光心
通过透镜两个球面球心的直线叫做主光轴，简称主轴，画主轴应用“点画线”；每个透镜主光轴上有个特殊的点，凡是通过这个点的光，其传播方向不变，这个点叫做光心，光心用字母“O”表示，可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。（薄透镜：透镜的厚度远小于球面半径）
二、透镜对光的作用
1、凸透镜对光有会聚作用，即光折射后偏向主轴；因此，凸透镜也叫会聚透镜。
3、凹透镜对光有发散作用，即光折射后偏离主轴；因此，凹透镜也叫发散透镜。
例题1：不平行的光束经凹透镜折射后，其折射光线（）
A. 不能交于一点
B. 一定是平行的
C. 可能交于一点
D. 一定交于一点
解析：凹透镜对光线有发散作用，不平行的光束经过凹透镜折射后，一定变得比折射前发散，会出现：
（1）可能是会聚光束，交于一点，可能变成发散光束，不会交于一点，故AD错误，C正确；
（2）可能变成平行光线，这是折射前射向凹透镜焦点的光线，是一种特殊情况，B选项太绝对，故B错误；故选C
三、焦点和焦距
1、平行于主光轴光线通过凸透镜折射后会聚于主轴上的某一点，这
个点叫做焦点，用字母“F”表示；反向也成立，所以凸透镜有两个焦点。
2、焦点到光心的距离叫做焦距，用字母“f”表示；焦距越短，会聚作用越强。
3、凸透镜的两侧各有一个焦点，它们到光心的距离相等。
4、平行于主轴的光线通过凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线交于主轴上的点，没有实际光线交于这点，故为虚焦点（F）。有两个
补充理解：
通过三棱镜的光线经三棱镜两次折射后向三棱镜较厚的一端偏折。
四、凸透镜焦距的测量-----平行光聚焦法
1、把凸透镜正对阳光，再把一张纸放在它的另一侧，改变透镜与纸的距离，直至纸上出现的光斑变得最小、最亮，此光斑所在处即为凸透镜的焦点。
2、用刻度尺测量出这个最小、最亮的光斑到凸透镜光心的距离，即为焦距f（利用的物理知识是：“平行于主光轴的光线通过凸透镜后会折射成为过焦点的光线”。太阳光为平行光，通过凸透镜后会聚于焦点处。该方法误差较大，只能作为粗测焦距的方法）
另：3、二倍焦距法：在光具座上一次放置蜡烛、凸透镜和光屏，然后点燃蜡烛并使蜡烛火焰的中心、凸透镜的光心、光屏的中心在同一高度，接着调节蜡烛火焰到凸透镜的距离和光屏到凸透镜的距离，直到光屏上的像与蜡烛火焰等大为止，此时用刻度尺测出物距。物距的一半就等于焦距。（利用的物理知识是：当物体在二倍焦距处时，其所成的像在二倍焦距处、且成的是倒立、等大、实像。）
五、三种特殊光线
1、过光心的光线，经透镜折射后，其传播方向不改变；
2、平行于主轴的光线，经凸透镜折射后将会聚于异侧焦点，（利用这一点可测凸透镜的焦距）经凹透镜折射后将变得发散，其折射光线的反向延长线过同侧焦点；
3、对凸透镜来说，从焦点发出的光经凸透镜折射后将平行主轴射出；对凹透镜来说，延长线过焦点的光经凹透镜折射后将平行主轴射出。
例题2：完成下列光路图
答案：
例题3：完成下列光路图．
分析：（1）凸透镜三条特殊光线的作图：
①通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴；
②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点；
③过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变．
（2）凹透镜三条特殊光线的作图：
①延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴；
②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过
焦点；
③过光心的光线经凹透镜折射后传播方向不改变．
解答：解：①凸透镜中，折射光线与主光轴平行，则入射光线过焦点．
②凸透镜中，折射光线过焦点，则入射光线与主光轴平行．
③过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变．
④凹透镜中，平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过焦点．
⑤过光心的光线经凹透镜折射后传播方向不改变．如图所示：
第二节生活中的透镜
一、照相机(传统)
1、镜头的作用就相当于一个凸透镜。来自物体（人或景物）的光经镜头折射后会聚在胶片上，形成被照物体的像。
2、照相机工作原理：来自物体的光经过照相机镜头后会聚在胶卷上形成被照物体的像。胶卷上涂着一层对光敏感的物质，它在曝光后发生化学变化，物体的像就被记录在胶卷上，经过显影、定影后成为底片，再用底片洗印就可以得到相片。当物距（物体到光心的距离，用
“U”表示）大于2倍焦距时，成倒立、缩小的实像（实际光线会聚而成的像）。
3、成像特点
（1）照相机成缩小、倒立的实像（光屏上能接收）
（2）像距小于物距
（3）像与物体位于凸透镜的两侧
例题1：用一架焦距不变的照相机，给一个人照了一张全身像，若要再给这个人照一张半身像，应该( )
A．使照相机的镜头离人远些，并减小镜头到底片的距离
B．使照相机的镜头离人远些，并增大镜头到底片的距离
C．使照相机的镜头离人近些，并增大镜头到底片的距离
D．使照相机的镜头离人近些，并减小镜头到底片的距离_
解析：底片大小不变，从全身像到半身像，实际上是人的像变大了，根据照相机的调节方法，要想使底片上的像变大，人离镜头要近一些，像离镜头要远一些。因此照相机镜头应离人近一些，同时镜头往前伸，使暗箱长一些．
答案：C
例题2：小明用照相机给小丽照了一张全身的2寸像后，小丽又要照一张2寸的半身像，此时小明应将（）
A．相机与人的距离加大，相机的暗箱长度缩短
B．相机与人的距离加大，相机的暗箱长度增长
C．相机与人的距离缩小，相机的暗箱长度缩短
D．相机与人的距离缩小，相机的暗箱长度增长
解析：减小物距，增大像距可以做到，选D
例题3：小丽用照相机对远处的同学进行拍照，拍出的底片如图乙所示，若相机的焦距不变，要使底片的像如图甲所示，则（）
A．小丽离被拍同学的距离远些，镜头要往前伸
B．小丽离被拍同学的距离近些，镜头要往后缩
C．小丽离被拍同学的距离远些，镜头要往后缩
D．小丽离被拍同学的距离近些，镜头要往前伸
解析：根据照相机成像原理，要使成像变小要拉大物距，减小像距，选C。
例题4：小丽和小刚用相同的相机对远处的同一景物进行拍照，洗出的底片分别为图甲和乙所示，则（）
A．小丽离被拍景物距离远
B．小刚和小丽离被拍景物距离一样远
C．小刚要使底片上的像与小丽的一样大，小刚移动位置后，镜头要往前伸
D．小刚要使底片上的像与小丽的一样大，小刚移动位置后，镜头要往后缩
解析：凸透镜成像的规律．知道成实像时的动态变化规律是：物近像远像变大，物远像近像变小．由图可知，甲图的像大于乙图的像，根据物远像近像变大，即物体离凸透镜远，则像距小，像也小，所以乙图的物体离照相机远，即小丽拍摄的物体离相机近；小刚要使底片上的像与小丽的一样大，小刚应靠近拍摄物，同时镜头往后缩，选D。
二、投影仪（幻灯机）
1、镜头的作用就也相当于一个凸透镜。来自投影片（物体）的光，经凸透镜折射后会聚于天花板上，形成图案的像。
2、投影仪的工作原理：当物距小于2倍焦距大于焦距时，成倒立、放大的实像。
3、成像特点
（1）投影仪（或幻灯机）成放大、倒立的实像
（2）投影仪中平面镜的作用是用来改变光路
（3）像距大于物距
（4）像与物体位于凸透镜的两侧
例题5：下列光学仪器中，成放大实像的是（）
A．放大镜B．照相机C．幻灯机D．平面镜
解析：A、放大镜成的是一个正立、放大的虚像，故错误；
B、照相机成的是一个倒立、缩小的实像，故错误；
C、幻灯机成的是倒立、放大的实像，故正确；
D、平面镜所成的像是等大的正立的虚像，故错误；
故选C．
4、使用办法
投影片移近镜头，并使屏幕远离投影仪，像变大。
投影片远离镜头，并使屏幕移近投影仪，像变小。
三、放大镜
1、实质：放大镜实质上是一个焦距较短的凸透镜。
2、使用方法：把放大镜放在物体跟眼睛之间，适当调整距离，就可以看清物体的细微之处，起到放大图像的作用。
3、放大镜的工作原理：当物距小于焦距时，成正立、放大的虚像（实际光线的反向延长线相交而成的像）。
4、成像特点
（1）成正立放大的虚像（光屏接收不到）
（2）像与物体位于凸透镜的同侧
四、实像与虚像
照相机和投影仪所成的像，是光通过凸透镜射出后会聚在胶片和屏幕上所成的像，这种像叫做实像。实像都是倒立的
放大镜所成的像实际是出射光线的反向延长线所形成的虚像（物象同侧，不能用光屏接收）。虚像都是正立的
上面三个是实像，下面三个是虚像。
例题6:现有五种光学元件：
A．平面镜B．凹面镜C．凸面镜D．凹透镜E．凸透镜．
请你判断下面的器材应选用的光学元件，把序号填在相应的空格内：
(1)潜望镜________
(2)放大镜________
(3)照相机镜头________
(4)汽车观后镜________
(5)太阳灶________
(6)交通镜________
(7)幻灯机镜头_______
(8)手电筒——-
解析：(1)A (2)E (3)E (4)C (5)B (6)C (7)E|（8）凹面镜
第三节凸透镜成像的规律
一、“探究凸透镜成像的规律”实验
我们需要研究的问题：像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系？做实验时我们改变什么？观察什么？记录什么？
实验器材：蜡烛、凸透镜、光屏（只能接收实像）、刻度尺、火柴
a、物距u：是蜡烛到透镜光心的距离；
b、像距V：是指像到光心的距离；
c、焦距f：凸透镜将平行于主光轴的光会聚于一点，这个点叫焦点（F）。焦点与光心之间的距离叫焦距f
实验时注意事项：
（1）实验前先确定凸透镜焦距f= ** cm
（2）保持蜡烛、凸透镜、光屏在同一高度上
（3）保持蜡烛、凸透镜、光屏在同一条直线上（以上两点保证光屏接收物体成的像）
（4）固定凸透镜（研究物距）
（5）移动蜡烛改变物距u，然后移动光屏找到成最清晰像的位置（其他位置是光斑）
（6）测出像距V，观察像的虚实、大小、正倒
b、在光具座上，凸透镜应置于蜡烛和光屏之间；应使烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度，以使像呈现在光屏的中央。
二、凸透镜成像规律
照相：倒立缩小实像；看电影：放大实像；放大镜：放大虚像。为什么都是凸透镜成的像不同呢？
数据表格：f=？Cm
实验步骤：
1、在光具座上依次将蜡烛、凸透镜、光屏放好，使三者在同一高度、同一直线上。
2、点燃蜡烛，在光具座上固定凸透镜，调节蜡烛和光屏的位置，使光屏座上出现蜡烛清晰的像；观察所成像的特点，用刻度尺测出物距u1、像距V1，一起记录在数据表格上。
3、移动蜡烛距透镜的距离，调整光屏的位置，使光屏上出现清晰的像；观察所成像的特点，用刻度尺测出物距u2、像距V2，一起记录在数据表格上。
4、仿照步骤3，再实验4次，分别记录u3---u6和像距V3---V6，观察每次成像的特点，并记录在表格中。
另一个实验步骤样式（加深理解）：
1、实验器材组装：
将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，点燃蜡烛，调整光屏和凸透镜的高度，使蜡烛、凸透镜、光屏三者在同一高度。
2、由大到小的改变物距，移动光屏，直到光屏上出现最清晰的像为止。
3、此时物距为30cm，凸透镜成倒立缩小的实相，像距为14.6cm。
4、减小物距，移动光屏，直到光屏上出现清晰的像为止。
此时物距为20cm，凸透镜成倒立等大的实像，像距为20cm。
5、减小物距，移动光屏，直到光屏上出现清晰的像为止。
此时物距为13cm，光屏上成倒立、放大的实相，像距为40cm。
6、继续减小物距，使物距为10cm，移动光屏，观察凸透镜所成的像。
在光屏上观察不到烛焰所成的清晰的像，此时凸透镜不成像。
7、继续减小物距，移动光屏，观察凸透镜所称的像
此时物距为6cm，无论怎样移动光屏，都观察不到烛焰的像。
站在凸透镜的另一侧观察蜡烛，观察到烛焰成正立放大的虚像。
8、记录结果完成实验。
利用三条特殊光线画凸透镜成像规律图
物距像距像的性质应用
U>2f 2f>V>f 倒立缩小实像照相机、眼睛
U=2f V=2f 倒立等大实像
V>2f 倒立放大实像幻灯机、投影仪
2f>U>
f
U=f 不成像，得到平行光平行光源
U （1）焦点是实像与虚像的分界点；（2）二倍焦距点是放大与缩小的 分界点； （3）凸透镜所成的实像一定是倒立的,所成的虚像一定是正立的；（4）凸透镜成实像时，像和物一定在透镜的异侧;成虚像时, 像和物一定在透镜的同侧,且像是被放大的。 例题1：下列光学仪器的应用，哪个得到的实像比物体大？（）A．照相机 B．投影仪 C．放大镜 D．潜望镜 解析：（1）平面镜的成像特点：物像大小相等，物像到镜面的距离相等，物像连线与镜面垂直，成虚像． （2）凸透镜成像的三种情况： ①U＞2f，成倒立、缩小的实像，应用于照相机和摄像头． ②2f＞U＞f，成倒立、放大的实像，应用于投影仪和幻灯机． ③U＜f，成正立、放大的虚像，应用于放大镜． A、照相机是利用凸透镜成倒立、缩小的实像的性质工作的．不符合题意． B、投影仪是利用凸透镜成倒立、放大的实像的性质工作的．符合题意． C、放大镜是利用凸透镜成正立、放大的虚像的性质工作的．不符合题意． D、平面镜成正立、等大的虚像．不符合题意．故选B． 例题2：下列说法中正确的是（） A．眼睛不能直接看到虚像 B．眼睛不能直接看到实像
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