《2018初中物理竞赛教程（基础训练）：第4讲 光的折射 凸透镜成像(附强化训练题及答案)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018初中物理竞赛教程（基础训练）：第4讲 光的折射 凸透镜成像(附强化训练题及答案)（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4讲 光的折射 透镜4.1 学习提要4.1.1 光的折射1. 光的折射现象光从一种物质进入另一种物质时，它的传播方向通常会改变，这种现象叫做光的折射。2. 光的折射规律如图4-1所示，光线AO从空气斜射人水中，传播方向发生改变，折射光线是OB。光折射时，折射光线、入射光线、法线在同一面内；折射光线和入射光线分别位于法线两侧。当光从空气斜射入水（或其他透明介质）中时，折射光线向法线靠拢，折射角小于入射角。入射角增大时，折射角增大。光垂直射到水（或其他透明介质）的表面时，光的传播方向不变。 图4-1当光从水（或其他透明介质）斜射入空气中时，折射光线将偏离法线，折射角大于入射角。如图4-2（a）和
2、(b)所示，当光以相同的人射角分别从空气斜射人水或玻璃中时，在玻璃 中的折射光线向法线偏折更明显，说明玻璃对光的折射本领比水强。实验表明，不同介质对光的折射本领不同。 图4-24.1.2 透镜1. 三棱键三棱镜是一个截面为三角形的透明棱柱体。如图4-3所示，由空气射人三棱镜内的光线，通过棱镜后出射光线向棱镜的底面偏折。 图4-3 图4-42. 凸透镜（1）中间比边缘厚的透镜叫做凸透镜。通常透镜的两个表面都是球面，或者一面是球面，面是平面。通过透镜球面的球心C1、C2的直线叫做透镜的主光轴，透镜的中心O点叫做透镜的光心。（2）凸透镜对光线有会聚作用，如图4-4所示，凸透镜的焦点为实焦点。（3）经
3、过凸透镜有三条特殊光线，如图4-5所示： （a）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过焦点。 （b）过焦点的光线绘凸透镜折射后折射光线平行于主光轴。 （b）通过凸透镜光心的光线方向不改变。 图4-53. 凹透镜（1）中间比边缘薄的透镜叫做凹透镜。（2）凹透镜对光线有发散作用，如图4-6所示，凹透镜的焦点为虚焦点。（3）经过凹透镜有三条特殊光线，如图4-7所示：（a）平行于主光轴的光线经凹透镜折射后它的反向延长线过焦点。 图4-6（b）延长线过焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴。（c）通过凹透镜光心的光线方向不改变。 图4-74.1.3 凸透镜成像1. 物距、像距和焦距物体到透镜中心的距离
4、叫物距，用表示；像到透镜中心的距离叫像距，用表示；焦距用表示。 2. 研究凸透镜成像规律实验（1）实验目的：研究凸透镜成像规律。（2）实验器材：凸透镜、蜡烛、光屏、光具座、火柴。（3）实验步骤 测出凸透镜的焦距，用符号表示，并记录下凸透镜的焦距。 在光具座上从左向右依次放入蜡烛、凸透镜和光屏。调整凸透镜和光屏的高度，使它们的中心跟烛焰的中心大致在同一高度上。如图4-8所示。图4-8 移动凸透镜，使它与蜡烛的距离（即物距），手移动光屏，眼睛看屏上的像，直到出现清晰的烛焰的像为止，将像的正倒、大小、虚实以及像的位置填入表4-1中。 移动凸透镜，使，重复第步。 再移动凸透镜，使倒立、缩小、实像照相机
5、=倒立、等大、实像正立、放大、实像投影仪=时，在凸透镜另一侧处，成一个倒立缩小的实像。（2）当=时，在凸透镜另一侧=处，成一个倒立等大的实像。（3）当处，成一个倒立放大的实像。（4）当=时，不能成像。（5）当时，在凸透镜另一侧处成一个倒立缩小的实像。人眼、照相机的成像就属于这种情况。 使用照相机时，调节镜头和感光底片之间的距离，也就是调节像距，使一定距离处的物体在底片上成倒立、缩小的实像。眼睛工作时，像距(视网膜与晶状体距离)不变，通过调节晶状体的平、凸程度（即改变焦距）,在视网膜上成倒立、缩小的实像。2. 投影仪当时凸透镜另一侧大于处成一个倒立放大的实像。投影仪、幻灯机、电影放映机的成像都属
6、于这种情况。3.放大镜当时，在物体同侧的后面成一个正立放大的虚像。放大镜的成像属于这种情况。4.1.5 光的色散1. 光的色散太阳光是白色的，经过棱镜可分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，如图4-10所示，所以太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成的。2.物体的颜色 图4-10（1）透明物体的颜色：由它通过的色光的颜色决定的，即：红色玻璃只能通过红光；蓝色玻璃纸只能通过蓝光；绿色玻璃只能通过绿光等。（2）不透明物体的颜色：由它反射的色光的颜色决定的，即：红色纸反射红光；蓝色纸反射蓝光等。（3）光的三原色：红、绿、蓝，即红、绿、蓝三种色光按不同比例混合后，可以获得任何一种其他颜色
7、的光。（4）颜料的三原色：红、黄、蓝，即红、黄、蓝三种颜料按不同比例混合后，可以获得任何一种其他颜色的颜料。4.1.6 光的能量光具有能量，光能使周围变得明亮，变得温暖，还能使胶卷感光所以说光具有能量，这种能叫做光能。在可见光中，红光的发热本领最大。4.1.7 望远镜和显微镜1.望远镜和显微镜组成望远镜 物镜：靠近被观察物体的透镜显微镜 目镜：靠近眼睛的透镜2. 通过两个透镜观察物体通过两个透镜观察物体的情况如表4-2所示。表4-2器材看到的现象望远镜或显微镜的诞生作用物镜焦距较大的凸透镜远处的物体变近了伽利略望远镜使远处的物体在近处成像，看上去物体变近了，特别适宜观察行星和月球目镜凹透镜物镜
8、焦距较大的凸透镜远处的物体变近了，视野变广了开普勒望远镜目镜焦距较小的凸透镜物镜焦距较小的凸透镜近处的物体变远了，但变大了显微镜是物体放大较大的倍数，观察肉眼看不见的细小物体目镜焦距较小的凸透镜4.2 难点释疑4.2.1 为什么在水中的物体看起来比实际的位置要浅？用光的折射规律解释光的折射现象：在河岸上看水中的物体位置比实际位置浅。如图4-11所示，从水中物体A射过来的光线AO和AO射向水面，折射后进入人眼，那么人眼判断物体的位置就好像在折射光线OB和OB的反向延长线上的A处，A即为A的虚像，且A的位置应在A的斜上方。 图4-11 4.2.2 比较照相机、眼睛的成像原理照相机和眼睛具有相同的成
9、像原理，下面我们来比较照相机和眼睛的结构、成像及相应的调节作用，如表4-3所示。 表4-3眼睛照相机结构角膜和晶状体(相当于一个凸透镜）镜头(相当于一个凸透镜）瞳孔光圈视网膜(有感光细胞）底片(有感光材料）成像缩小、倒立、实像缩小、倒立、实像调节作用像距不变，当物距减小(或增大)时，增大 (或减小）晶状体的曲率以减小(或增大）焦距，使物体在视网膜上成清晰的像焦距不变，当物距增大（或减小)时，减小 (或增大)镜头到底片间的距离，使物体在底片上成清晰的像 4.2.3 近视眼和远视眼的矫正（1）矫正近视眼所配的镜片是凹透镜，它的作用是将光发散，从而使远处的物体在视网膜上成清晰的像。（2）矫正远视眼所
10、配的镜片是凸透镜，它的作用是将光会聚，从而使近处的物体在视网膜上成清晰的像。 4.3 例题精析4.3.1 光的折射规律例1 如图4-12（a）所示，光从空气斜射入玻璃，完成光路图。图4-12【点拨】 作一条法线，以帮助作图。【解析】 根据光的折射规律，首先通过入射点作一条垂直于界面的虚线即法线。因为光从空气斜射入玻璃中，折射角小于入射角，所以折射光线的方向应偏向法线。【答案】 如图4-12（b）。【反思】 正确理解光的折射规律是解答本题的关键。例2 如图4-13（a）所示，光从玻璃斜射入空气，完成光路图。图4-13【点拨】 作一条法线，以帮助作图。【解析】 根据光的折射规律，首先通过入射点作一
11、条垂直于界面的虚线即法线。因为光从玻璃斜射入空气中，折射角大于入射角，所以折射光线的方向应偏离法线。【答案】 如图4-13（b）。4.3.2 透镜对光的会聚作用例3 在图4-14的（a）和（b）中分别画出凸透镜和凹透镜对平行光线的光路。图4-14【点拨】 凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。【解析】 凸透镜对光有会聚作用，与主光轴平行的光经凸透镜会聚到焦点上。凹透镜对光有发散作用，与主光轴平行的光经凹透镜发散，折射光的反向延长线过焦点。【答案】 如图4-14的（c）和（d）所示。4.3.3 近视眼矫正例4 下列关于近视眼与正常眼的说法正确的是（ ）A、近视眼只能看清近处的物体，看不清远
12、处的物体，是因为远处的物体无法在眼中成像B、近视眼的晶状体较薄，折光能力弱，会将来自远处某点的光会聚在视网膜后C、近视眼需配以凹透镜进行矫正，因为凹透镜能使光线发散D、以上说法均正确【点拨】 近视眼患者的眼球较长或晶状体的焦距偏短。【解析】 近视眼患者的眼球较长或晶状体的焦距偏短，远处物体的像成在视网膜前，视网膜上的像是模糊的。因此，用凹透镜先将远处物体射来的光线稍稍发散一下，就能在视网膜上清晰成像，于是便能看清远处的物体。【答案】 C【反思】 知道眼睛的成像原理是解答本题的关键。4.3.4 照相机成像原理例5 春游时，全班准备照张集体照，站队后，发现两侧均有人在画面外，为了使每个人都能进入画面，下列措施符合要求的是（ ）A、使照相机镜头离人远些，并使镜头到底片的距离减小些B、使照相机镜头离人远些，并使镜头到底片的距离增大些C、使照相机镜头离人近些，并使镜头到底片的距离增大些D、使照相机镜头离人近些，并使镜头到底片的距离减小些【点
