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第三章 光和眼睛
3.5 奇妙的透镜
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
课时讲解
1
课时流程
2
认识透镜
透镜对光的作用
透镜的基本要素
透镜的三条特殊光线
从身边的问题出发：
相机，把美丽的瞬间定格成永恒；叶脉, 在晶莹的露珠下更加清晰；放大镜下，我们惊异于昆虫的世界竟然是如此的有趣！你想过吗，是什么创造了这美丽的神奇？
物理方法
分类法：按照事物的性质、特点、用途等作为区分的标准，将符合同一标准的事物归类，不同的则分开的一种认识事物的方法。按形状把透镜分为凸透镜和凹透镜。
建构模型
透镜模型：通过图示法，作出两种透镜的模型。加深对凸透镜和凹透镜的表面是球面的认识。
知识点
认识透镜
1
1. 透镜 通常是用透明物质(比如玻璃)制成的两侧或一侧表面常被磨成球面的光学元件。
2. 透镜的原理 透镜是利用光的折射来改变光路的。
3. 透镜分两类
(1)凸透镜：中间比边缘厚的
叫做凸透镜，图2 甲中的几种。
(2)凹透镜：中间比边缘薄的
叫做凹透镜，图乙中的几种。
开篇说的照相机镜头、晶莹的露珠、放大镜，它们都是凸透镜。
例 1
下面是有关透镜以及光线通过透镜传播方向的一组信息，请根据要求来作答。
(1)如图11 甲所示是一些透镜的截面图，在这些透镜中，属于凸透镜的是__________，从外部特征看，它们的共同特点是_____________；属于凹透镜的是_______，从外部特征看，它们的共同特点是____________。
(2)光线经过透镜是光的_________（填“折射”或“反射”）现象。凸透镜对光线有_______作用，凹透镜对光线有___________作用。
A、B、D
中间厚边缘薄
C、E
中间薄边缘厚
折射
会聚
发散
(3)如图乙的透镜对光起________作用，虚线框内应该填_________(填“凸”“凹”)透镜；如图丙的透镜对光起_________作用，虚线框内应该填________(填“凸”或“凹”)透镜。
发散
凹
会聚
凸
(4)画出图乙和图丙中透镜的示意图。
解：如图12 所示。
思路导引：
1.区分凸透镜和凹透镜：
透镜的材料可以是透明的固体或液体。
触摸：
中间厚边缘薄——凸透镜。中间薄边缘厚——凹透镜。
正对太阳光：
将透镜正对太阳光，移动透镜，在地面上能出现最小、最亮光斑的是凸透镜，在地面上出现暗圈的是凹透镜。
2.判断透镜对光的作用的方法
在判断透镜对光所起的是会聚还是发散作用时，先假设光沿直线传播，用虚线画出，然后跟折射光线的传播方向进行比较，若靠近了主光轴，就是会聚作用，该透镜为凸透镜；若远离了主光轴，就是发散作用，该透镜为凹透镜。
1. 如图13 所示，有一块石英正方体，内有一空气层。让一束平行光沿水平方向垂直通过石英正方体。请回答以下问题：
(1) 石英正方体被空气夹层分成了几个透镜？它们是哪种透镜？该种透镜对光有什么作用？
解：石英正方体被空气夹层分成了两个透镜；都是凸透镜；凸透镜对光有会聚作用。
(2)此时，光在空气层中发生的现象是 ( )
A. 光束在空气层中将变得发散
B. 光束在空气层中将变得会聚
C. 光束在空气层中传播方向不会发生变化
D. 光束在空气层中将发生反射
B
3.用“分割法”解决物体中间存在气泡的透镜问题
分割法：在判断透镜对光所起的是会聚还是发散作用时，先假设光沿直线传播，用虚线画出，然后跟折射光线的传播方向进行比较，若靠近了主光轴，就是会聚作用，该透镜为凸透镜；若远离了主光轴，就是发散作用，该透镜为凹透镜。
易错提醒
由于空气层的形状和凹透镜的形状一样，此题很容易理解成是平行光线经过凹透镜折射后发散的情景。
知识点
透镜对光的作用
2
1. 将一束平行光分别照射到凸透镜和凹透镜上，实验现象如图4 所示。实验表明：
(1)凸透镜对光有__________作用。
(2)凹透镜对光有__________作用。
会聚
发散
2. 理解会聚作用和发散作用 凸透镜对光有会聚作用，并不一定会聚到一点，而是指光束经过凸透镜折射后，折射光的传播方向跟入射光比较，变得向一起聚拢了，使它的光束变窄了，如图5 所示。
同理，凹透镜的发散作用是指光束经过凹透镜折射后，折射光的传播趋势跟入射光比较，变得向外发散了，使它的光束变宽了。
思想方法
微元法：把凸透镜和凹透镜分解成一些小的三棱镜和玻璃砖，从理论的角度来分析透镜对光的作用。如图6所示：
1.光通过玻璃三棱镜时的折射情况，如图甲所示。
2.凸透镜可看成几个三棱镜对接而成，光通过时光路如图乙所示。
3.凹透镜也可看成几个三棱镜对接而成，光通过时光路如图丙所示。
知识点
透镜的基本要素
3
1. 光心 如图7 甲、乙所示，透镜的中心O 叫做光心，凡是经过光心O 的光都不改变传播方向。
2. 主光轴 通过___________________的直线，叫做透镜的主光轴。
光心O 和球面球心C
巧记规律
光线经过透镜折射后，总是向厚度大的一侧偏折。
3.透镜的焦点和焦距
(1)透镜的焦点和焦距
焦点 光路图 焦距
凸透镜 平行于主光轴的光经凸透镜折射后，会聚于主光轴上的一点（此点光斑最小、最亮），叫做凸透镜的焦点，用“F”表示。凸透镜两侧各有一个焦点，且对称，凸透镜的焦点是实焦点 从焦点（F）到光心（O）的距离，叫做焦距，凹用f表示
焦点 光路图 焦距
凹透镜 平行于主光轴的光经凹透镜折射
后，变成发散光，这些发散光的反向延长线相交于主光轴上的一点，叫做凹透镜的焦点，用“F”表示。凹透镜两侧各有一个焦点，且对称，凹透镜的焦点是虚焦点 从焦点（F）到光心（O）的距离，叫做焦距，凹用f表示
解题方法
减小误差的方法：
减小误差可以选用准确度较高的测量仪器，改进实验方法，熟练实验技能等。在一般实验中，减小误差的有效途径是对同一物理量进行多次测量，获得多个数据，求出这些数据的平均值作为被测物理量的结果，从而提高测量准确度。测量凸透镜的焦距时，多次测量就是为了这个目的。
(2)测量凸透镜的焦距
取两只凸起程度不同的凸透镜，先后放在光具座上，用手电筒的光水平照射凸透镜，移动光屏，直到屏上的光斑最小、最亮，测出光屏和凸透镜间的距离，就是焦距f，把数值填入表格。多测几次，取平均值来提高测量的准确度。
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
凸透镜1 10.0 10.1 10.0 9.9 10.1 10.0
凸透镜2 5.0 4.9 5.0 5.1 4.9 5.0
误差分析
用手电筒的光水平照射凸透镜测其焦距，影响测量准确度的因素有哪些？
答：手电筒的光束不一定平行于主光轴；光屏上的会聚点不一定是最小、最亮的；焦距测量不准；光具座上的刻度尺的精确度等。
知识点
透镜的三条特殊光线
4
1. 凸透镜的三条特殊光线(如图8)
(1)过光心的光线，经过凸透镜后传播方向不变。
(2)平行于主光轴的光线，经过凸透镜折射后，折射光线过另一侧的焦点F。
(3)过凸透镜焦点的光线，经过凸透镜折射后，平行于主光轴射出。
思想方法
逆向思维法：逆向思维法是指为实现某一创新或解决某一因常规思路难以解决的问题，而采取反向思维寻求解决问题的方法。
如图10所示，平行于主光轴的光经过凸透镜折射后，会聚于焦点。运用逆向思维可以提出问题：
如果把小灯泡放在凸透镜的焦点上，经过凸透镜折射后，光将怎样传播？
实验表明：折射光将平行于主光轴射出。
运用逆向思维，结合光路可逆能够促进对通过透镜的三条特殊光线的理解。
2. 凹透镜的三条特殊光线（如图9）
(1) 过光心的光线，经过凹透镜后传播方向________。
(2)平行于主光轴的光线，经过凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过入射光同侧虚焦点F。
(3) 延长线过凹透镜异侧虚焦点入射的光线，经过凹透镜折射后_____________射出。
不变
平行于主光轴
例2
请把图14 中各光路图补充完整。
解：如图15 所示。
思路导引：首先确定所给光线是入射光线还是折射光线，它的特点如何；然后明确是哪种透镜；最后根据该种透镜的三种特殊光线的特征，把光路补充完整。
4.透镜光路的作图方法
1.过光心的光线，经过透镜后，其传播方向不变。
2.平行于主光轴的光线，经过凸透镜后，折射光线会聚在焦点上。(经过凹透镜后，折射光线的反向延长线会聚在焦点上)
3.过焦点的光线，经过凸透镜后折射光线平行于主光轴。
(延长线过焦点的光线，经过凹透镜后折射光线平行于主光轴)
归纳：对于凸透镜来说无论是折射光会聚焦点还是入射光经过焦点，光线都是真实的；对于凹透镜来说则是光线延长线( 或反向延长线) 部分经过焦点。
奇妙的透镜
一、透镜：凸透镜和凹透镜
二、概念：
1.主光轴 2.光心(O) 3.焦点(F) 4.焦距( f )
三、透镜对光线的作用
1.凸透镜对光线起会聚作用
2.凹透镜对光线起发散作用
四、三条特殊光线：
奇妙的透镜
1. 凸透镜：(1)外形特征：中间厚、边缘薄。
(2)对光的作用：会聚。
2. 凹透镜：(1)外形特征：中间薄、边缘厚。
(2)对光的作用：发散。
奇妙的透镜
3. 焦点：平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后，
会聚于一点，这一点叫凸透镜的焦点(F)。平行于凹
透镜主光轴的光线经凹透镜折射后，发散光线的反
向延长线交于一点，这一点叫凹透镜的焦点(F)。
4. 焦距：透镜焦点到光心的距离叫焦距( f )。

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