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1、光的折射
【考點(diǎn)聚焦】本部分知識(shí)涉及到的考點(diǎn)有:
1.光的折射現(xiàn)象
2.凸透鏡的焦點(diǎn)、焦距和主光軸
3.凸透鏡的會(huì)聚作用和凹透鏡的發(fā)散作用
4.凸透鏡成放大、縮小的實(shí)像和成虛像的條件
5.照相機(jī)、幻燈機(jī)、放大鏡的原理
【呈現(xiàn)形式】
日常生活中常見的折射現(xiàn)象是填空題和簡(jiǎn)答題的最好物理模型。凸透鏡對(duì)光線的作用在作圖題中經(jīng)常出現(xiàn),特別是特殊光線經(jīng)過凸透鏡的折射光路圖,同時(shí),實(shí)驗(yàn)研究凸透鏡成像規(guī)律,運(yùn)用凸透鏡成像規(guī)律,分析解決問題仍是這部分考試的重點(diǎn)。
【知識(shí)結(jié)構(gòu)】
一、日常生活中的折射現(xiàn)象:插入水中的筷子“彎折”,河水變“淺”,游泳者看岸邊的燈“變高”等。
二、光的折射規(guī)律
2、1.折射光線、入射光線和法線在同一平面上。
2.折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)。
3.光從空氣斜射入水或其它介質(zhì)時(shí),折射角小于入射角;反之,折射角大于入射角。入射角增大時(shí),折射角也增大
4.當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí),傳播方向不變。在折射中光路是可逆的。
三、應(yīng)用
1.凸透鏡:(1)凸透鏡的主軸、焦點(diǎn)、焦距;(2)凸透鏡對(duì)光線的作用;(3)凸透鏡的成像特點(diǎn)
2.光學(xué)儀器:(1)照相機(jī);(2)幻燈機(jī);(3)放大鏡。
3.凹透鏡:(1)凹透鏡對(duì)光線的作用;(2)凹透鏡的主軸、焦點(diǎn)、焦距;(3)近視眼的矯正。
【方法提示】
1.光的反射和折射的異同點(diǎn):(1)當(dāng)光傳播到兩種介質(zhì)的交界面
3、時(shí),一般要同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。(2) 反射光線和折射光線都與對(duì)應(yīng)的入射光線、法線在同一平面上。(3)反射光線、折射光線都和對(duì)應(yīng)的入射光線分居法線兩側(cè)。(4)反射角和折射角都隨對(duì)應(yīng)的入射角的增大而增大。(5)光在反射和折射時(shí)光路都是可逆的。
圖1
【例題1】一束光線在水與空氣的界面發(fā)生了折射,四位同學(xué)畫出了四幅光路圖,其中正確的是 〔 〕
【解析】
應(yīng)將每幅光路圖與光的折射規(guī)律進(jìn)行逐條對(duì)照,符合折射規(guī)律即為正確。必須注意以法線為基準(zhǔn)確定好入射角和折射角。光從空氣斜射入水中。折射角應(yīng)小于入射角,故A不正確;折射光線與入射光線應(yīng)分居法線兩側(cè),故B不正確;光從水中斜射入空氣中,折
4、射角應(yīng)大于入射角,故C不正確,答案:D
2.三條特殊光線
(1)與主光軸平行的入射光線,經(jīng)過透鏡后通過焦點(diǎn)。
(2)通過光心的入射光線,經(jīng)過透鏡后方向不變。
(3)通過焦點(diǎn)的入射光線,經(jīng)過透鏡后為與主光軸平行的光線。
【例題2】完成如圖2所示的光路圖。
圖2
圖3
【解析】
在完成光路圖的練習(xí)或考試中。重點(diǎn)要看是什么光學(xué)元件,然后再看缺少什么光線。A、B兩圖凸透鏡,缺少折射光線;C、D兩圖是凹透鏡,缺少入射光線。A圖中通過焦點(diǎn)的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸射出;B圖中平行于主光軸的光線,經(jīng)凸透鏡折射后,會(huì)聚在主光軸的焦點(diǎn)上;C圖中經(jīng)凹透鏡折射后發(fā)散且
5、折射光線的反向延長(zhǎng)線經(jīng)過焦點(diǎn)上,所以入射光線是平行于主光軸射入的;D圖中折射光線是平行射出的,可知入射光線是會(huì)聚射入凹透鏡的,且入射光線的延長(zhǎng)線交于主光軸的焦點(diǎn)上。
本題作圖如圖3所示,解答該題時(shí)要牢記三條特殊光線的性質(zhì),是作圖的關(guān)鍵。
3.如何觀察凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)
(1)凸透鏡、蠟燭、光屏放在同一條直線上,使三者的中心大致在同一高度上。
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)可由大于2倍焦距之外開始,逐漸向凸透鏡靠攏,逐一完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟。
透鏡
像的性質(zhì)
A
倒立放大實(shí)像
B
倒立縮小實(shí)像
C
正立放大實(shí)像
【例題3】有A、B、C三只凸透鏡,將這三塊凸透鏡放在光具座上做成像實(shí)驗(yàn),當(dāng)保持各
6、透鏡到燭焰距離相等的條件時(shí),得到的實(shí)驗(yàn)記錄如表:
由此可知A、B、C三只凸透鏡的焦距關(guān)系為 〔 〕
A.fA>fB>fC B. fC >fA>fB,
C. fA<fB<fC D. fB>fC>fA
【解析】
根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律,可采用兩種方法求解:一種是幾何作圖法方法,比較形象直觀地求解;另一種采用數(shù)字推理的方法求解。
根據(jù)A、B、C成像情況,以及已知三種情況下物距相同這個(gè)條件,用作圖法確定出三種情況下,一倍焦距及兩倍焦距的位置,可直觀判斷出:fC >fA>fB
【例題4】在做“研究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)先把凸透鏡固定在光具座上,然后將光屏和點(diǎn)燃的蠟燭分
7、別放置在凸透鏡兩側(cè),如果它在光具座上無論怎樣左右移動(dòng)光屏,在光屏上都不能呈現(xiàn)燭焰的像,則可能有幾種原因?
【解析】在物距小于焦距時(shí),凸透鏡不會(huì)成實(shí)像;凸透鏡到物體的距離在1倍焦距處時(shí),成像在無窮遠(yuǎn)處;當(dāng)凸透鏡到物體的距離在1倍焦距外,但接近1倍焦距時(shí),雖然成像,但像的位置離凸透鏡很遠(yuǎn),光具座的長(zhǎng)度可能達(dá)不到,另外,因?yàn)楣饩咦鶠橐恢本€狀,且光屏不可能太大,所以若光屏、凸透鏡、燭焰三者的中心不在同一高度上,像將會(huì)或上或下離開光屏的位置,綜上所述,主要原因有三個(gè):(1)由于物距小于或等于焦距,凸透鏡不能成實(shí)像。(2)凸透鏡成實(shí)像,但由于物距太小,光屏調(diào)不到燭焰的像所在的位置。(3)凸透鏡成實(shí)像,但
8、光屏、凸透鏡、燭焰三者的中心不在同一高度。
4.凸透鏡成像規(guī)律
(1)列表法
(2)圖像法
物距u和焦距f的關(guān)系
像的性質(zhì)
位置
應(yīng)用舉例
正立或倒立
縮小或放大
實(shí)像或虛像
同側(cè)或異側(cè)
u>2f
倒立
縮小
實(shí)像
異側(cè)
照相機(jī)
u=2f
倒立
等大
實(shí)像
異側(cè)
f<u<2f
實(shí)像
異側(cè)
幻燈機(jī)
u=f
不成像
u<f
正立
放大
虛像
同側(cè)
放大鏡
圖4
【例題5】在研究凸透鏡成像情況的實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)燭焰到凸透鏡的距離是20cm時(shí),在透鏡另一側(cè)的光屏上得到一
9、個(gè)放大的像,則下列判斷不正確的是 〔 〕
A.該透鏡的焦距是20cm
B.該透鏡可作放大鏡
C.當(dāng)蠟燭距透鏡的距離是40cm時(shí),光屏上可得到縮小的像
D.當(dāng)蠟燭距透鏡的距離是10cm時(shí),在光屏上得不到像
【解析】本題是考查靈活運(yùn)用凸透鏡成像規(guī)律分析問題的能力,在凸透鏡成像中,若要分析物體經(jīng)過透鏡后的成像性質(zhì),必須知道凸透鏡的焦距和物距,按凸透鏡成像規(guī)律“抓兩點(diǎn),觀兩變”,本題的關(guān)鍵是算出焦距f的大小及物體在鏡前不同位置與焦點(diǎn)的相對(duì)位置,再判斷像的性質(zhì),根據(jù)題意,當(dāng)u=20cm時(shí),在光屏上得
10、到放大的像,可以知道此像一定是倒立的實(shí)像,則f<u<2f,即f<20<2f,所以10cm<f<20cm,當(dāng)物距u´=40cm時(shí),由于10cm<f<20cm,物的位置u´>2f,在光屏上可以得到縮小的像,當(dāng)物距u"=10cm時(shí),物體的位置u"<f,在光屏上得不到像,但通過凸透鏡可以觀察到正立、放大的虛像,這種成像規(guī)律的應(yīng)用就是放大鏡。答案應(yīng)選A。
【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練】
1.一束光從空氣中斜著射入某種透明物質(zhì),已知入射光線跟界面成37o,且它的折射光線跟反射光線垂直,則它的反射角為_______,折
11、射角為_______.
2.當(dāng)你漫步在池塘邊,常會(huì)看到池塘中的“白云”和在“白云”中游來游去的魚.這一現(xiàn)象的正確解釋是:看到的“魚”是由于光的 形成的虛像;看到的“白云”是光的 形成的虛像(選填“折射”或“反射”)
3. 請(qǐng)你對(duì)下列光學(xué)儀器歸類:a近視眼鏡;b老花眼鏡 c防盜門上的“貓眼”;d照相機(jī)鏡頭。(1)類: (2)類 。
4. 照相機(jī)照相時(shí),如果被照的景物由遠(yuǎn)變近,應(yīng)將鏡頭往 ,使膠片離鏡片 些。完成這一動(dòng)作是調(diào)節(jié)照相機(jī)上的
12、 。
5.放大鏡的原理是:當(dāng)物體到凸透鏡的距離 焦距時(shí),透過凸透鏡,可以看到一
個(gè) 像。
6.投影儀是利用 透鏡來成像的,它上面的平面鏡的作用是 ,使
射向天花板的光能在屏幕上成像。
7.焦距為10cm 的凸透鏡,當(dāng)物體放置在主光軸上距透鏡16cm 處時(shí),光屏上可以得
到一個(gè)清晰像的特點(diǎn)是
A.正立、放大的像 B.倒立、放大的像 C.正立縮小的像 D.倒立縮小的像
8.某同學(xué)在探究凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)時(shí),將一厚紙片遮住透鏡的上半部,則她在光屏上得
到的像與未遮住前相比
A.所成
13、的像只是上部一半 B.所成像只是下部一半
C.所成像沒有發(fā)生變化 D.像的大小、正倒、位置無沒化,但像更暗些
9.當(dāng)物體在凸透鏡中成實(shí)像時(shí),像的大小會(huì)隨物距的減小而增大,那么物體在凸透鏡中成虛像時(shí),像的大小與物距有什么關(guān)系呢?請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)去探究。
10.某同學(xué)在探究凸透鏡成像的規(guī)律時(shí),用了兩個(gè)焦距不同的凸透鏡分別進(jìn)行了若干次操作,并把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地記錄在以下兩個(gè)表中。
透鏡的焦距
物體到透鏡的距離
像到透鏡的距離
像的正倒
透鏡的焦距
物體到透鏡的距離
像到透鏡的距離
像的正倒
14
20
47
倒立
16
20
80
倒
14、立
14
30
26
倒立
16
30
34
倒立
14
40
22
倒立
16
40
27
倒立
14
60
18
倒立
16
60
22
倒立
11.(1)手持凸透鏡站在離窗戶2米遠(yuǎn),通過透鏡觀察窗外。你看到了什么?
(2)使凸透鏡離你眼睛遠(yuǎn)一些,再觀察,你發(fā)現(xiàn)了什么變化?
(3)現(xiàn)在把凸透鏡旋轉(zhuǎn)到窗戶和一頁(yè)紙之間,使其離紙近一些??粗?,慢慢地向窗戶方向移動(dòng)透鏡。這時(shí),你看到了什么?當(dāng)你移動(dòng)凸透鏡時(shí)發(fā)生了什么現(xiàn)象?
12.小明想替爺爺買一副老花鏡,約了幾位同學(xué)到眼鏡店去選購(gòu)。他看中一副樣式新穎的眼鏡,但不知道是老花鏡還是近視
15、眼鏡,請(qǐng)你為小明提出一個(gè)既不傷害眼鏡鏡片,又能最簡(jiǎn)便最快的正確判斷的方法,并簡(jiǎn)要說明你的理由。
【參考答案】
1.53度 37度 2. 折射 反射 3. 凸透鏡:b d 凹透鏡:a c 4. 前伸 遠(yuǎn) 調(diào)焦環(huán) 5.小于 正立、放大的虛像6.凸,改變光的傳播方向 7..B 8.D 9.提示:u<f,物距越大,像越大;實(shí)驗(yàn)時(shí),改變物距,虛像可以用眼睛觀察其大小變化并得到結(jié)論10.在成實(shí)像的情況下,物體到凸透鏡的距離相同時(shí),焦距越大,像到凸透鏡的距離越長(zhǎng)。11.略 12.可將眼鏡稍靠近物體(如報(bào)紙上的字),看物體的像如果是正立的、放大的,則該鏡為老花鏡,因老花鏡是凸透鏡,當(dāng)物體(或字)放在它的焦距以內(nèi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)正立放大的虛像。而凹透鏡對(duì)物體只能形成正立縮小的虛像。