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第五章透鏡及其應(yīng)用 知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(guān)的概念 1．透鏡：透鏡是利用光的折射來工作的光學(xué)元件它是由透明物質(zhì)(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(cè)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(cè)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(cè)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(cè)射向另一側(cè)焦點的光經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(guān)系 像的性質(zhì) 像距v和焦距f的關(guān)系 像與物同側(cè)或異側(cè) 正立 或倒立 縮小 或放大 實像 或虛像 倒立 縮小 實像 異側(cè) 倒立 等大 實像 異側(cè) 倒立 放大 實像 異側(cè) 不成像 正立 放大 虛像 — 同側(cè) 點撥： (1)實驗前首先調(diào)整燭焰、凸透鏡和光屏的中心大致在同一高度上，目的是使?fàn)T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(guān)系。(2)凸透鏡所成的實像必倒立，且物與像分居透鏡的兩側(cè)，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(cè)，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(dāng)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(jīng)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(yīng)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(jīng)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(yīng)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(jié)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(yīng)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(jīng)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(jīng)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(jù)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(jīng)凸透鏡折射后過焦點 跟主光軸平行的光線，經(jīng)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(jīng)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(jīng)凹透鏡折射后平行于主光軸射出 通過光心的光線，經(jīng)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??；成實像，物近像遠像變大；成虛像，物近像近像變小”。我 們可以結(jié)合下圖加深理解。 由此我們可以得出以下兩個性質(zhì)： (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?qū)⒁皇叫泄庋刂鞴廨S射到凸透鏡上，在凸透鏡的另一側(cè)放一張白紙，調(diào)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?fàn)T焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度，調(diào)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(dāng)觀察到正立放大的物體時，調(diào)節(jié)物體到凸透鏡的距離，當(dāng)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(cè)放一光屏，另一側(cè)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(yīng)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(yīng)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(zhì) 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(guān)) 正立、放大的虛像 調(diào)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(diào)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(gòu)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(dāng)于一個普通的放大鏡 靠近眼睛的叫目鏡，它的作用相當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)處在目鏡的焦距之內(nèi)。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(nèi)。因此，望遠鏡的物鏡與目鏡的距離應(yīng)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(diào)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(dāng)從顯微鏡中觀察到物體偏上時，應(yīng)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(dāng)從望遠鏡中看到物體偏下時，應(yīng)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(wǎng)膜等結(jié)構(gòu)組成。眼睛相當(dāng)于一架照相機，其中晶狀體和角膜相當(dāng)于一個凸透鏡，視網(wǎng)膜相當(dāng)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(wǎng)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(jù)視物的遠近，調(diào)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(wǎng)膜上。 當(dāng)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?nèi)酰咕嘧兇?，使像成在視網(wǎng)膜上，如圖甲所示；當(dāng)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(wǎng)膜上，如圖乙所示。 3．遠點和近點 依靠眼睛的調(diào)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(xí)慣緊貼在書上看字。由于眼球在前后方向上太長，視網(wǎng)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(wǎng)膜上，而會聚點在視網(wǎng)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(jīng)凹透鏡發(fā)散后再射入眼睛，會聚點就能移到視網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)膜了，在視網(wǎng)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(jīng)凸透鏡會聚后再射入眼睛，會聚點就能移到視網(wǎng)膜上。 知能解讀：(五)探索宇宙 1．宇宙的組成 宇宙是由物質(zhì)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(nèi)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(nèi)；目鏡相當(dāng)于一個放大鏡，成正立放大的虛像(相對于物鏡成的像)，經(jīng)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(jīng)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(nèi)，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(wǎng)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(wǎng)膜上；遠視眼是晶狀體將物體的像成在視網(wǎng)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(wǎng)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(diào)節(jié)方法有非常重要的應(yīng)用，其中照相機、投影儀成的是實像，它們的調(diào)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(diào)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(wǎng)膜的前方，遠視眼的特點是像成在視網(wǎng)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(gòu)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(diào)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(yīng)用 2．近視眼和遠視眼的成因與矯正