光的折射,凸透镜成像.doc

知识梳理一、光的折射1. 光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质中时，传播方向发生偏折的现象叫做光的折射。说明：光线必须是斜射时，传播方向才会发生改变。2. 光的折射规律：（1）折射光线，入射光线和法线在同一平面内；（2）折射光线和入射光线分居于法线两侧；（3）光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角；光从水或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角；光从空气垂直射入水或其他介质中时，折射角入射角0度。注意点：光发生折射时，在空气中的角大于在水中的角，在水中的角大于在玻璃中的角；光发生折射时，光路是可逆的；折射角随着入射角的增大而增大，随着入射角的减小而减小。但它们增加的角度不一定相等。3. 应用：解释自然现象（1）透过透明的介质看物体时，我们看到的是由于光的折射所成的物体的虚像。（2）在岸上看水中的鱼所处的位置变浅、在水中看岸上的树木变高、看到水中的筷子变弯曲都是光的折射现象造成的。（3）海市蜃楼、星星眨眼等现象都是由于折射使光的传播路径发生了弯曲。说明：人眼看物体是物体发出或反射的光射入人的眼里，而不是人眼发光射到物体上。二、透镜1. 定义：中间厚、边缘薄的透镜为凸透镜；中间薄，边缘厚的透镜为凹透镜。2. 作用：凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。3. 相关术语：主光轴：可以认为标准的凸透镜表面是由两个球面构成的，则连接凸透镜两个球面的球心的直线，就是主光轴；光心：凸透镜的中心O；焦点：凸透镜能使平行于主光轴的光线经透镜折射后在主光轴上会聚于一点，这个点叫做焦点，用“F”表示。焦距：从焦点到光心的距离叫做焦距，用字母f表示。说明：凹透镜没有实焦点，只有虚焦点。4. 透镜的三条特殊光线（1）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，经过焦点F；（2）经过焦点F的光线经凸透镜折射后，平行于主光轴；（3）经过光心的光线，其传播方向不变（1）平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其反向延长线经过焦点F；（2）射向另一侧焦点F的光线经凹透镜折射后，平行于主光轴；（3）经过光心的光线，其传播方向不变三、探究凸透镜成像规律1. 实验结论物距（u）像的倒、正像的大小像的虚实像的位置像距（v）u2f倒立缩小实与物异侧fv2fu2f倒立等大实与物异侧v2ffu2fu2f时，凸透镜成倒立、缩小的实像，此时fv2f 。（2）2区：当fu2f。（3）3区：当uf时，凸透镜成正立、放大的虚像，像与物在凸透镜的同侧。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（uf）时成虚像，当物距大于焦距（uf）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（u2f）时，成倒立、等大的实像，物距大于一倍焦距而小于二倍焦距（fu2f）时，成倒立、放大的实像。物距大于二倍焦距（u2f）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i1020304050607080折射角g6.713.319.625.230.735.138.640.6（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603. 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“f15cm”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：将半圆形玻璃用胶水粘在硬纸板上；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；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10 cm。（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=10 cm）物体到凸透镜的距离ucm6030201512像的高度hcm0.4l2410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f20cm2f，解此不等式可得10cmf20cm，则40cm一定大于2倍焦距，所以成的一定是缩小的实像。）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