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第五章透鏡及其應用 知識網絡構建 高頻考點透析 序號 考點 考頻 1 透鏡對光的作用 ★★ 2 凸透鏡的成像特點 ★★★ 3 生活中透鏡的工作原理 ★★★ 4 近視眼和遠視眼的成因及矯正 ★★ 5 顯微鏡及望遠鏡的工作原理 ★ 第一講透鏡凸透鏡成像規(guī)律 知識能力解讀 知能解讀：(一)透鏡及與透鏡相關的概念 1．透鏡：透鏡是利用光的折射來工作的光學元件它是由透明物質(如玻璃、塑料、水晶等)制成的，表面是球面的一部分。按其厚薄的形狀可分為兩類：中間厚、邊緣薄的透鏡叫凸透鏡，如圖甲所示；中間薄、邊緣厚的透鏡叫凹透鏡，如圖乙所示。 2．主光軸：通過兩個球面球心的直線叫主光軸，每個透鏡都有一條主光軸，如圖所示。 3．光心：主光軸上有個特殊的點，通過它的光線傳播方向不改變，這個點叫做透鏡的光心，如圖所示，用字母“O”表示，可以認為薄透鏡的光心就在透鏡的中心。 4．焦點：凸透鏡能使跟主光軸平行的光線會聚在主光軸上的一點，這一點叫凸透鏡的焦點，如圖甲所示。凹透鏡能使跟主光軸平行的光線通過 凹透鏡后變得發(fā)散，且這些發(fā)散光線的反向延長線相交在主光軸上一點，這一點不是實際光線的會聚點，所以叫凹透鏡的虛焦點，如圖乙所示。透鏡兩側各有一個焦點，且對稱，用字母“F”表示。 5．焦距：焦點到透鏡光心的距離叫焦距，如圖甲所示，透鏡兩側焦距相等，用字母“f’’表示。 知能解讀：(二)透鏡對光的作用 1．凸透鏡的會聚作用：一束平行于凸透鏡主光軸的光線，經凸透鏡后會聚于焦點，如圖所示?？梢娡雇哥R對光有會聚作用，因此凸透鏡又叫會聚透鏡。由于光路可逆，若把光源放在焦點上，光源射向凸透鏡的光，經凸透鏡折射后將變?yōu)槠叫杏谥鞴廨S的光，因此利用凸透鏡可產生平行光，如圖所示。 2．凹透鏡的發(fā)散作用：一束平行于凹透鏡主光軸的光，經凹透鏡折射后發(fā)散射出，這些發(fā)散光線的反向延長線交于凹透鏡另一側的焦點，如圖所示?？梢姲纪哥R對光有發(fā)散作用，所以凹透鏡又叫發(fā)散透鏡。由于光路可逆，從凹透鏡一側射向另一側焦點的光經凹透鏡折射后平行于主光軸射出，如圖所示。 注意：會聚作用是指經透鏡折射后的光線相對于入射光線更“靠攏”主光軸，發(fā)散作用是指經透鏡折射后的光線相對于入射光線更“遠離”主光軸，不能將會聚理解成會聚于一點。 方法：透鏡中的三條特殊光線可簡記為：平行過焦點，過焦點平行，過光心不變。 知能解讀：(三)凸透鏡成像的規(guī)律 物距u和焦距f 的關系 像的性質 像距v和焦距f的關系 像與物同側或異側 正立 或倒立 縮小 或放大 實像 或虛像 倒立 縮小 實像 異側 倒立 等大 實像 異側 倒立 放大 實像 異側 不成像 正立 放大 虛像 — 同側 點撥： (1)實驗前首先調整燭焰、凸透鏡和光屏的中心大致在同一高度上，目的是使燭焰通過凸透鏡所成的像呈現(xiàn)在光屏中央，便于觀察和比較像和物的關系。(2)凸透鏡所成的實像必倒立，且物與像分居透鏡的兩側，可以是放大的、等大的或縮小的；成虛像必正立，且物與像位于透鏡的同側，一定是放大的。(3)透鏡一部分被遮檔，這部分不透光，其余仍透光，仍能成完整的像，只不過像變暗些。透鏡破裂后去掉一部分，就相當于遮檔了一部分，像大小、位置不變，只是變暗些。 知能解讀：(四)實像和虛像 1．實像：物體上某點發(fā)出的光，經過面鏡反射、透鏡折射后的實際光線如果是會聚的，其會聚點就是該點的實像點。鏡前的物體可以看成是由許多點組成的，對應于物體上每一個物點都有一個像點，這些像點就組成物體的實像。實像可以在光屏上呈現(xiàn)出來，如照相機底片上所成的像就是實像。 2．虛像：物體上某點發(fā)出的光，經面鏡反射或透鏡折射后的實際光線如果是發(fā)散的，則它們不可能會聚，它們的反向延長線的交點就是虛像點。對應于物體上每一個物點都有一個虛像點，這些虛像點就組成物體的虛像。虛像不能呈現(xiàn)在光屏上，但可以用眼睛直接觀察到，如平面鏡成的像就是虛像。 解題方法技巧 方法技巧(一)判斷透鏡類型的方法 首先要知道凸透鏡對光有會聚作用，凹透鏡對光有發(fā)散作用，然后對“會聚”與“發(fā)散”要有進一步的理解，最后結合具體問題解答。 1．凸透鏡對光的會聚作用可通過以下三點加深理解 (1)凸透鏡對任何光線都有會聚作用。 (2)會聚作用常常是指經透鏡折射后的光線相對于入射光線更“靠攏”主光軸一些，不能將會聚作用理解成經透鏡折射后的光線會聚于焦點，只有跟主光軸平行的光線經凸透鏡后，才能會聚在凸透鏡的焦點上。 (3)在判斷光線是否被透鏡會聚了時，可用延長入射光線的方法來判斷。若入射光線的延長線在折射光線的外面，如圖所示，則透鏡把光線會聚，所用的透鏡就是凸透鏡。 2．在理解凹透鏡對光的發(fā)散作用時，應注意以下三點 (1)凹透鏡對任何光線都有發(fā)散作用。 (2)發(fā)散作用常常是指經透鏡折射后的光線相對于入射光線更“遠離”主光軸一些，不能將發(fā)散作用理解成經透鏡折射后的光線不能會聚于一點。 (3)在判斷光線是否被透鏡發(fā)散了時，可用延長入射光線的方法，若入射光線的延長線在折射光線的里面，如圖所示，則光線被透鏡發(fā)散，該透鏡就是凹透鏡。 方法技巧：(二)根據透鏡的三條特殊光線作圖 三條特殊光線 跟主光軸平行的光線，經凸透鏡折射后過焦點 跟主光軸平行的光線，經凹透鏡折射后，折射光線的反向延長線過凹透鏡的虛焦點 通過焦點的光線，經凸透鏡折射后平行于主光軸 射出 正對著凹透鏡焦點的入射光線經凹透鏡折射后平行于主光軸射出 通過光心的光線，經透鏡后傳播方向不變 方法技巧：(三)口訣法巧記凸透鏡成像規(guī)律 口訣：“一倍焦距分虛實，二倍焦距分大?。怀蓪嵪?，物近像遠像變大；成虛像，物近像近像變小”。我 們可以結合下圖加深理解。 由此我們可以得出以下兩個性質： (1)焦點分界：是成放大實像與縮小實像的分界點，是成實像與虛像的分界點。 (2)動態(tài)特性：物體沿主光軸移動時，物距(物體到凸透鏡的距離)減小(增大)，像距(像到凸透鏡的距離)增大(減小)，且像變大(小)。 跨越思維誤區(qū) 思維誤區(qū)：（一）判斷凸透鏡和凹透鏡時，對會聚作用和發(fā)散作用區(qū)分不清 判斷透鏡“會聚”“發(fā)散”作用的簡單方法是將原光線延長。若通過透鏡后的光線相對于原光線的延長線向主光軸偏折，即會聚；向外偏折，即發(fā)散。 思維誤區(qū)：(二)將兩種放大的像混淆 在探究凸透鏡成像的規(guī)律時，我們發(fā)現(xiàn)凸透鏡成放大的像有兩種：第一種是成放大的實像，第二種是成放大的虛像。對這兩種成像情況要注意區(qū)分，不要混淆，放大的實像是倒立的，且物距要滿足；放大的虛像是正立的，且物距要滿足。 物理思想方法 思想方法：量凸透鏡焦距的4種方法 (1)太陽光(或平行光)聚焦法：把凸透鏡正對太陽光，或將一束平行光沿主光軸射到凸透鏡上，在凸透鏡的另一側放一張白紙，調節(jié)凸透鏡到白紙之間的距離，使白紙上出現(xiàn)最小最亮的光斑。這個光斑就是焦點。用直尺測出凸透鏡中心到焦點的距離，即為焦距。 (2)二倍焦距法：在光具座上依次放置蠟燭、凸透鏡和光屏，點燃蠟燭，并使燭焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度，調節(jié)燭焰到凸透鏡的距離和光屏到凸透鏡的距離，直到光屏上的像與燭焰等大。此時光屏到凸透鏡中心的距離即為二倍焦距。 (3)焦點不成像法：透過凸透鏡觀察物體，當觀察到正立放大的物體時，調節(jié)物體到凸透鏡的距離，當物體從看得見到剛好看不見時，測出物體到凸透鏡的距離即為焦距。 (4)焦點入射法：在凸透鏡的一側放一光屏，另一側用一個發(fā)光的小燈泡，沿主光軸移動小燈泡，直到光屏上得到一個與凸透鏡直徑相等的圓形光斑，測出小燈泡到凸透鏡的距離即為焦距。 中考考點鏈接 考點鏈接：(一)中考考點解讀 本講的重點是透鏡對光的作用、凸透鏡成像規(guī)律及其應用，難點是利用透鏡的三條特殊光線作圖和凸透鏡成像規(guī)律的應用。多以填空題、選擇題、探究題和作圖題等形式呈現(xiàn)。 考點鏈接：(二)中考典題剖析 1．凸透鏡成像規(guī)律的理解 2．實驗探究凸透鏡成像規(guī)律 第二講生活中的透鏡 知識能力解讀 知能解讀：(一)生活中的透鏡比較 照相機 投影儀或幻燈機 放大鏡 原理 成像性質 倒立、縮小的實像 倒立、放大的實像(實際像的正、倒與透明膠片的方位有關) 正立、放大的虛像 調節(jié) 物近像遠像變大(要想膠片上成的像大一些，則鏡頭要離人近一些，即鏡頭往前伸) 物近像遠像變大(要想屏幕上成的像大一些，則鏡頭要離透明膠片近一些，即鏡頭往下調節(jié)) 物遠像遠像變大(要想看到的像大一些，則放大鏡要離物體遠一些) 知能解讀：(二)顯微鏡和望遠鏡比較 顯微鏡 望遠鏡 主要 構造 兩個凸透鏡組合 開普勒望遠鏡是由兩組凸透鏡組成的 目鏡 靠近眼睛的一組透鏡，成正立、放大的虛像，其作用相當于一個普通的放大鏡 靠近眼睛的叫目鏡，它的作用相當于一個放大鏡，把物鏡所成的像放大 物鏡 靠近被觀察物體的一組透鏡，成倒立、放大的實像，其作用相當于一個投影儀鏡頭 靠近被觀測物體的叫物鏡，它的作用是使遠處的物體在焦點附近成倒立、縮小的實像，相當于一架照相機 兩個凸透鏡間的距離 顯微鏡的物鏡要成放大的實像，物體處于物鏡的1倍焦距與2倍焦距之間，則像距將大于2倍焦距。像在目鏡中需要成放大的虛像，則實像應處在目鏡的焦距之內。由此可知，兩個透鏡間的距離大約為 用開普勒望遠鏡觀察較遠的物體．物鏡使遠處的物體所成的像在物鏡的焦點附近。這一實像又要在目鏡中成放大的虛像，實像就必須落在目鏡的焦點以內。因此，望遠鏡的物鏡與目鏡的距離應不大于兩凸透鏡的焦距之和。實際望遠鏡物鏡的焦點和目鏡的焦點重合在一起 調節(jié) 物鏡成倒立的實像，目鏡成正立的虛像。因 此，眼睛看到的像相對于原物是倒立的。當從顯微鏡中觀察到物體偏上時，應向上移動載玻片，才能使被觀察的物體處于視野的中央 物鏡成倒立的實像，目鏡成正立的虛像。所以，眼睛看到的像相對于原物是倒立的。當從望遠鏡中看到物體偏下時，應將物鏡鏡頭上移，才能使被觀察的物體處于視野的中心 知能解讀：(三)眼睛 1．眼睛的組成如圖聽示，人的眼睛由晶狀體、睫狀體、角膜、視網膜等結構組成。眼睛相當于一架照相機，其中晶狀體和角膜相當于一個凸透鏡，視網膜相當于照相機的膠片。 2．眼睛的工作原理 正常眼睛無論是眺望遠景，還是觀看近處的物體，像都能成在視網膜上，原因就是晶狀體本身具有彈性，它周圍的肌肉可以根據視物的遠近，調節(jié)它表面的彎曲程度，改變眼睛的焦距，從而使物體的像總能成在視網膜上。 當看遠處的物體時，睫狀體舒張，使晶狀體變薄，對光的折射能力變弱，焦距變大，使像成在視網膜上，如圖甲所示；當看近處的物體時，睫狀體收縮，使晶狀體變厚，對光的折射能力變強，焦距變小，使像成在視網膜上，如圖乙所示。 3．遠點和近點 依靠眼睛的調節(jié)所能看清的最遠和最近的兩個極限點分別叫做遠點和近點。正常的眼睛的遠點在無限遠，近點在大約10 cm處。明視距離：正常眼睛觀察近處物體最清晰而又不疲勞的距離叫明視距離。正常眼睛的明視距離大約為25 cm。 知能解讀：(四)視力的嬌正 1．近視眼及其矯正 看遠處的物體很吃力，只有把物體拿到離眼睛較近處才能看清楚，這種眼睛叫“近視眼”，其特點是“怕 遠不怕近”。 近視眼的遠點為有限距離，近點也比正常眼近。所以，患近視眼的人習慣緊貼在書上看字。由于眼球在前后方向上太長，視網膜距晶狀體過遠，或者晶狀體比正常眼凸一些，變得太厚，折射光的能力太強，從無限遠處射來的平行光線不能會聚在視網膜上，而會聚點在視網膜前(圖乙)。矯正近視眼，可配戴用凹透鏡制成的近視眼鏡(圖丙)，使入射的平行光線經凹透鏡發(fā)散后再射入眼睛，會聚點就能移到視網膜上。 2．遠視眼及其矯正 看近處的物體很吃力，只有把物體拿到離眼睛較遠處才能看清楚，這種眼睛叫“遠視眼”其特點是“怕近不怕遠”。 遠視眼的近點變遠。由于眼球前后方向上過短，視網膜距晶狀體過近，或者晶狀體比正常眼扁些，晶狀體太薄，折光能力太弱，平行光的會聚點在視網膜后(圖乙)，所以，來自近處一點的光還沒有會聚成一點就到達視網膜了，在視網膜上形成一個模糊的光斑。同時，近點遠移，因而看近處時不清晰。矯正遠視眼，可配戴用凸透鏡制成的遠視眼鏡(圖丙)，使入射的光經凸透鏡會聚后再射入眼睛，會聚點就能移到視網膜上。 知能解讀：(五)探索宇宙 1．宇宙的組成 宇宙是由物質組成的。我們的宇宙中擁有上千億個星系，銀河系只是其中的一個。太陽是銀河系中幾千億顆恒星中的一員，它周圍有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星繞它運行。地球在距離太陽比較近的第三條軌道上。 2．光年 光年是我們衡量宇宙的長度單位。光年就是光在一年內通過的距離(注意光年不是時間單位)，主要用來作星體之間的距離單位。1光年。 解題方法技巧 方法技巧：(一)照相機、投影儀、放大鏡的原理的判斷 照相機的原理是時，成倒立縮小的實像，；投影儀的原理是時，成倒立放大的實像；放大鏡的原理是時，成正立放大的虛像。 方法技巧：(二)顯微鏡和望遠鏡的原理的判斷 顯微鏡和望遠鏡的物鏡、目鏡均是凸透鏡。顯微鏡的物鏡原理和投影儀的原理相同，即物體在物鏡的一倍焦距和二倍焦距之間，成一個倒立放大的實像，這個像成在目鏡的一倍焦距以內；目鏡相當于一個放大鏡，成正立放大的虛像(相對于物鏡成的像)，經過兩次放大，也就能看清微小物體了。望遠鏡的物鏡原理和照相機原理相同，即遠處的物體經物鏡成一個倒立縮小的實像，實像成在目鏡的一倍焦距以內，目鏡原理和放大鏡原理相同，成正立放大的虛像(相對于物鏡成的像)。 方法技巧：(三)矯正視力的方法 眼鏡一般分為近視眼鏡和遠視眼鏡兩種。近視眼鏡的鏡片是一個凹透鏡，由于近視眼是晶狀體將物體的像成在視網膜前方，因此利用凹透鏡對光的發(fā)散作用，使來自遠處物體的光發(fā)散后將像成在視網膜上；遠視眼是晶狀體將物體的像成在視網膜后，因此遠視眼鏡的鏡片是一個凸透鏡，利用凸透鏡對光的會聚作用，使來自近處物體的光會聚后將像成在視網膜上。 跨越思維誤區(qū) 思維誤區(qū)：(一)照相機、投影儀和放大鏡的使用易出錯 照相機、投影儀、放大鏡(幻燈機與投影儀類似)都是利用凸透鏡成像原理工作的，物體到透鏡的距離(物距)改變，則像到透鏡的距離(像距)也隨之改變，同時像的大小也發(fā)生變化，成像大小調節(jié)方法有非常重要的應用，其中照相機、投影儀成的是實像，它們的調節(jié)方法可概括為“物近像遠像變大，物遠像近像變小”；放大鏡成的是虛像，其調節(jié)方法可概括為“物近像近像變小，物遠像遠像變大”。 方法技巧：(二)對近現(xiàn)眼的判斷及矯正易混淆 在解答此類題目時，可通過“近前遠后，近凹遠凸”來記住這一知識點。即近視眼的特點是像成在視網膜的前方，遠視眼的特點是像成在視網膜的后方；近視眼用凹透鏡制成的眼鏡矯正，遠視眼用凸透鏡制成的眼鏡矯正。 物理思想方法 思想方法：類比法 類比法就是由兩個或兩類對象之間在某些方面的相似或相同，而推出它們在其他方面也可能相似或相同的一種邏輯思維論證方法。如用水波類比研究電磁波，用電荷的作用類比研究磁極的作用，用水波類比認識抽象的聲波，用眼睛類比照相機的構造等。 中考考點鏈接 考點鏈接：(一)中考考少點解讀 本講重點有照相機、投影儀、放大鏡的原理及使用方法，近視眼與遠視眼的成因及矯正方法；難點是生活中各種透鏡的調節(jié)。多以填空題、選擇題和實驗探究題為主。 考點鏈接：(二)中考典題剖析 1．凸透鏡成像規(guī)律的探究及應用 2．近視眼和遠視眼的成因與矯正