在光學中,實際光線會聚所成的像,能顯示在屏幕上的叫實像;光線反向延伸會聚所成的像,不能顯示在屏幕上的叫虛像。在談到實像與虛像的區別時,常常會提到這樣的區分方法:“實像倒立,虛像正立。”
結構
凸透鏡:邊緣薄,中間厚,至少有一個表面做成球面,或兩個表面都做成球面。可分為雙凸透鏡、平凸透鏡和凹凸透鏡三種。
凹透鏡:邊緣厚,中間薄,至少有一個表面做成球面,或兩個表面都做成球面。可分為雙凹、平凹、凸凹透鏡三種。
光學特性(對光的影響)
凸透鏡主要聚焦光線。
凹透鏡主要使光線發散。
成像特性
凸透鏡經折射成像,所成圖像可以是正立的、倒立的、虛像、實像、放大的、等大的、縮小的。
凹透鏡為折射像,只能形成正立的、縮小的虛像,對光線有發散作用。
表格摘要
規則摘要
規律一:當物距大于2倍焦距時,像距在1到2倍焦距之間,形成倒立的、縮小的實像。此時像距小于物距,像小于物,物與像在相對的兩側。
應用:照相機、攝像機。
規則1
規律二:當物距等于2倍焦距時,像距也等于2倍焦距,形成倒立的、等大實像。此時物距等于像距,像與物等大,物與像在相對的兩側。
規則 2
規律三:當物距小于2倍焦距和大于1倍焦距時,像距大于2倍焦距,形成倒立的、放大的實像。此時像距大于物距,像大于物體,像位于物體的對側。
用途:投影儀、幻燈片放映機、電影放映機。
規則 3
規則4:當物距等于1倍焦距時,不形成圖像,光以平行光形式發射。
規則 4
規律五:當物距小于1倍焦距時,形成正立放大虛像,此時像距大于物距,像大于物,物與像在同一側。
應用:放大鏡。
規則 5
記憶技巧
1、單焦點可分辨實與虛,雙焦點可分辨大與小,雙焦點可分辨物體與圖像等。
實像總是倒立在另一側,虛像總是直立在同一側。
當物體靠近時,它們看起來比遠離時大;當物體遠離時,它們看起來比靠近時小。
(遠近是相對于焦點而言的,既適用于實像,也適用于虛像)
圖像的大小以及圖像與物體之間的距離是固定的,但是圖像在追逐物體,物體與圖像之間的距離是不斷變化著的。
注:這里的一個焦距是指平行光源通過透鏡會聚到主光軸的點到透鏡光學中心的距離,也可以直接稱為焦距;兩個焦距是指這個距離的兩倍。
凸透鏡成像的兩個分界點:
點2f為放大實像與縮小實像的分界點;點f為實像與虛像的分界點。
2.凸透鏡,聚焦光線,形成的像的形態很有趣;
雙倍焦距區分大與小,一倍焦距區分實與虛;
第二焦距以外的尺寸確實小,所以我們把它當成相機來用;
第一和第二個焦距相當大,我們把它們用作投影儀。
焦點內的區域非常空,我們把它當作放大鏡來使用;
為了獲得相等的實像,將物體放置在兩倍焦距處;
焦點不成像,點光可以轉化為平行光;
在心里記住成像定律,鏡頭的應用是無窮無盡的。
物體近(遠),圖像遠(近),圖像變大(變小)。
3、隨著物體向前移動,影像向后移動,影像越來越大,大影像始終在小影像的后面,它們朝同一個方向移動。
成像實驗
光學夾具
為了研究各種猜想,人們常常利用光具座進行實驗。
(1)實驗時,應調整凸透鏡與光屏的高度,使它們的中心與蠟燭火焰的中心保持在同一水平,以保證蠟燭火焰的圖像能成像在光屏的中央。
(2)實驗時,保持凸透鏡位置不變,改變蠟燭或光屏與凸透鏡的距離,觀察并記錄實驗現象。
根據實驗,透鏡成像光路如下:
①將蠟燭置于2倍焦距處,觀察現象
②將蠟燭置于2倍焦距和1倍焦距之間,觀察現象
③將蠟燭放在一個焦距內,觀察現象
④ 制作凸透鏡成像光路
⑤ 進行重復實驗(3-5次,找出實驗的一般規律)
應用
人類的眼睛
人眼所成的圖像是實像還是虛像?我們知道,人眼的結構相當于一個凸透鏡,因此外界物體在視網膜上的像一定是實像。按照上述經驗定律,物體在視網膜上的像好像是倒立的。但我們日常生活中看到的任何物體,明明都是正立的呢?這個與經驗和規律相沖突的問題,其實涉及到大腦皮層的調節功能和生活經驗的影響。由于視覺誤差,人眼認為光是物體發出的,直接進入人眼的。
當物體與凸透鏡的距離大于透鏡的焦距時,物體形成的是倒立的像。當物體由遠處靠近透鏡時,像逐漸變大,像與透鏡的距離也逐漸增大。當物體與透鏡的距離小于焦距時,物體形成的是放大的像。此像不是實際折射光的會聚點,而是它們的反向延長線的交點。它不能被光屏接收,是一個虛像。與平面鏡所成的虛像(不能被光屏接收,只能用眼睛看見)形成對比。
相機
照相機的鏡頭是凸透鏡,所要拍攝的景物是物體,膠片是光幕。照射到物體上的光線經凸透鏡發生漫反射最終在膠片上形成物體的像;膠片上涂有一層感光物質,經曝光后發生化學變化,物體的像就記錄在膠片上,而物距與像距的關系恰好與凸透鏡的成像規律相同。當物體靠近時,像就越來越遠,越來越大,最后在同一側形成虛像。物距增大,像距減小,像就變小;物距減小,像距增大,像就變大。一個焦距區分虛與實,兩個焦距區分大與小。
其他
投影儀、幻燈機、投影儀、放大鏡、探照燈、攝像機、照相機等都使用凸透鏡。凸透鏡改善了我們的生活,在我們的生活中無時無刻不在用到。遠視眼鏡是凸透鏡,近視眼鏡是凹透鏡。
凸透鏡還用于:
1. 拍照和錄音
2. 投影、幻燈片、電影
3. 用于特殊效果燈光(聚焦成各種顏色)
4、虛像用于放大文字、工件、地圖等。
測量焦距
設備
光具座、光屏、標尺、凸透鏡
步
①將凸透鏡對準太陽
②讓光屏和凸透鏡接收另一側的光斑
③改變光屏與凸透鏡的距離
④當屏幕上光點最小、最亮時,將其固定在白紙與凸透鏡的位置,用尺子(或用圓規量出凸透鏡中心到光點的距離,截取圓規角之間的長度)測量出此時凸透鏡中心到光點的距離,這個距離就是凸透鏡的焦距。
注意
1.在陽光下有效。下雨天,放大鏡可能無法形成光斑!
2、在強光下要小心火苗,遠離易燃物品,以防火災。
3、確保凸鏡、光屏中心和蠟燭火焰中心在同一條直線上。
常規記憶
一,
1.u>2f,反轉并縮小的實像f
簡單來說就是:外面小,里面小(或者遠處物體靠近時圖像變小)。
2.u=2f網校頭條,倒實像v=2f可用來測量凸透鏡的焦距
簡而言之:兩件事物在現實中相等(或同一事物和同一圖像保持不變)
3.2f>u>f 倒置放大的實像 v>2f 投影儀、幻燈機、投影儀
簡單來說就是:物體近了,圖像就大;物體遠了,圖像就大。
4.u=f不形成平行光源探照燈
簡而言之:在某一點不成像(或在相同焦距下不成像)
5.u
簡單來說就是:點正,像大(或者物小,焦距大)。
注:u大于2f稱為遠——距凸透鏡較遠;
u小于2f且大于f,這被稱為近距——更接近凸透鏡
二,
三物兩像,小,實,倒,二物三像,大,實物與像在同一側,大,虛
物體近時,像變大;物體遠時,像變小。焦距1倍可區分實與虛,焦距2倍可區分大與小。
三,
在二環路①外,發現②一臺小型攝像機。
在第一環和第二環之間,我發現了一個很大的突起。
一環之內,打擊③假④認真⑤。
注: ① 第二環以外:雙倍焦距以外
② 拾取:拿起,實(實像。至,倒置(顛倒) 應用:相機
③ 點擊:放大
④ 假的、虛的(虛像)
⑤ 佛經、放大鏡
應用示例
例1 一位老太太用放大鏡看報紙時,為了看得更大更清楚的圖像,她常常這樣做( )
A. 保持報紙和放大鏡不動,眼睛不要看報紙
B. 保持報紙和眼睛靜止,并將放大鏡遠離報紙
C、保持報紙和放大鏡靜止,并將眼睛靠近報紙。
D. 保持報紙和眼睛靜止,并將放大鏡靠近報紙。
分析:放大鏡是凸透鏡,由凸透鏡成像實驗可知,物體在一個焦距以內時,物距越大,像距越大,成像越大。從成像原理還可得出,平行于主軸的光線不變,隨著物體遠離透鏡,通過光心的光線越來越平滑,所以兩光線交點離透鏡越遠,成像越大。即在一個焦距以內,物體越靠近焦點,成像越大。所以答案為B。
例2:小明手拿一個口徑較大的放大鏡做實驗,他伸出胳膊看遠處的一個物體,看到了物體的圖像。下列說法正確的是( )
A.進入眼睛的光線必須由圖像發出。
B. 圖像必須是虛擬圖像
C. 圖像必須顛倒
D. 圖像必須放大
分析:放大鏡是凸透鏡,當你手握凸透鏡,伸開手臂看遠處物體時,物距遠大于兩倍焦距,所以成像會在手內側略大于一個焦距的地方成像,而人眼距離超出一臂之長,所以進入人眼的光線一定是經過折射后匯聚成像再分離的光線,我們看到的好像都是從像中發出的,這個像一定是倒置的、縮小的實像。所以答案為C。選項A中,進入人眼的光線并非全部都是從像中發出的。
例3:在農村放映電影時,測試鏡頭時發現銀幕上的圖像有點小,請問投影機該如何調整?()
A.投影機距離屏幕較遠,膠片距離鏡頭較遠。
B、放映機距離屏幕較遠,膠片距離鏡頭較近。
C.放映機距離屏幕較近,膠片距離鏡頭較遠。
D.放映機距離屏幕較近,膠片距離鏡頭較近。
分析:這是一道凸透鏡的應用題,電影放映機鏡頭(凸透鏡)的焦距是常數,根據凸透鏡的成像規律,膠片離鏡頭焦點越近,屏幕上成像越大,同時屏幕離鏡頭越遠。
凸透鏡成像時,物體離焦點越近,像就越大,像離凸透鏡越遠(此規律對實像和虛像都適用)。反之,物體離凸透鏡越遠,實像就越小,像離焦點就越近。凹透鏡成像時,物體離凹透鏡越遠,像就越小,像離虛焦點就越近。
通過以上分析,我們可以看出,本題的正確答案是B。
例4:同學拍完畢業照后,想拍一張單人照,攝影師應該采取的方法是( )
A.將攝影機移近學生,并將鏡頭移回以靠近膠片。
B. 將攝影機移近學生,并將鏡頭向前移動,遠離膠片。
C. 將攝影機從學生身上移開,并將鏡頭向后移動以靠近膠片。
D. 將攝影機從學生身上移開,并將鏡頭向前移動,遠離膠片。
分析:照相機鏡頭相當于凸透鏡,鏡頭后面是暗室,暗室下方安裝有膠片,膠片相當于光幕。拍完合影后再拍單人照,成像應該更大。要使成像更大,就要縮短物距,同時要增加像距,也就是加長暗室或把鏡頭往前伸。從以上分析可知,本題正確選項為B。
例5:用相機拍攝水池底部的物體時,若相機位置不變,對比有水和無水兩種情況(假設兩種情況下人眼所見物體大小相同),則有水時( )
A.暗室要稍微短一點,圖像會稍微大一點。
B.暗框要稍微短一點,圖像會稍微小一點
C.暗室要稍微長一點,得到的圖像就會稍微大一點
D.暗室要稍微長一點,得到的圖像會稍微小一點
分析:根據照相機的成像原理,當物距減小時,像距變大。要使物體在膠片上獲得清晰的像,暗室長度應適當縮短。同時,膠片上的像會比原像略大。
在這個例子中,當池子里有水時,由于光的折射,池底的物體看起來比實際位置高。當水排干后,池底的物體相對于人就變得較遠了。如果還想用這個相機把物體在原來位置拍得清晰,根據凸透鏡成實像時,遠處的像變小,近處的像變小,可見應該調整相機,縮回鏡頭,暗室稍微短一點。
相反,有水時,由于光的折射,物體看起來比實際位置高,物近物遠,所以鏡頭要前移,暗室要稍長,拍出來的像會稍大一些。所以答案為C。
例6:測量人員繪制地圖時,需要從空中的飛機上拍攝地面的照片,這種拍攝方式叫航空攝影。若航空攝影相機的焦距為50毫米,則膠卷到鏡頭的距離為( )
A. 10mm以內
B.略小于50mm
C.略大于50mm
D. 等于50mm
分析:航拍是指用飛機拍攝地面的照片。由于被攝物體距離凸透鏡很遠,可以看作是來自無限遠距離的光入射,其成像應該比焦距略大。因此,本題正確答案為C。
【點評】解決照相機、幻燈機、放大鏡等應用問題,都離不開凸透鏡的成像規律,而掌握這些規律的最好方法就是畫圖,因此,學生課后要反復畫出物體在凸透鏡不同位置的成像光路圖,在此基礎上,掌握知識點分析中列出的表格,就能輕松解決這類問題。
例7 物體距離OB為u,距離OB'為v,凸透鏡焦距為f,請用幾何方法證明1/u+1/v=1/f。
分析:詳細分析請參見本詞條推導方法中的幾何方法。
透鏡成像問題的解決策略及其在初中物理中的應用
教師指導學生學習透鏡成像及其應用問題,除了深入學習物理課程標準和各版本教材外,善于總結知識、提煉方法是十分重要的。
我認為引導學生學好以下問題至關重要。
1.讓學生掌握中考知識點,心中有數
1、認識透鏡的焦點、焦距、主光軸;認識凸透鏡的會聚作用和凹透鏡的發散作用,能正確畫出光路圖。
2、通過實驗了解凸透鏡的成像規律,并能運用其解決問題。
3.了解照相機、投影儀、放大鏡、顯微鏡、望遠鏡的工作原理。
4.了解近視、遠視的成因及矯正方法。
2.解讀好重點難點問題是基礎
1、如何區分凸透鏡與凹透鏡:
(1)手感:凸透鏡是中間厚,邊緣薄;凹透鏡是中間薄,邊緣厚。
(2)看一下:凸透鏡對光有會聚作用,凹透鏡對光有發散作用。
(3)使用它:能放大物體的透鏡是凸透鏡,反之則是凹透鏡。
(4)試驗一下:凸透鏡是能在屏幕上成像(即形成實像)的透鏡。凹透鏡是無論如何也不能在屏幕上成像的透鏡。
【例1】如圖所示,對光線有發散作用的透鏡是()
A。
B.
C。
D.
答案:B。
分析:中間比邊緣厚的透鏡為凸透鏡,對光有會聚作用;中間比邊緣薄的透鏡為凹透鏡,對光有發散作用。凹透鏡就是中間比邊緣薄的透鏡。凹透鏡對光有發散作用,所以又叫發散透鏡。符合這個特性的透鏡為B。
2、特殊光對繪制光路圖的重要性:
3. 三種成像方式的比較:
4. 近視和遠視的特征、成因及矯正
近視是指眼睛只能看清近處物體,而看不清遠處物體。其原因有:晶狀體太厚、屈光力太強或眼球前后方向過長,使遠處一點的光線匯聚在視網膜前,到達視網膜時,已不再是一個點,而是一個模糊的斑點。需配戴凹透鏡進行矯正。
遠視是指眼睛只能看清遠處的物體,而看不清近處的物體。其原因是:晶狀體太薄、屈光力太弱或眼球前后方向太短,使近處一點的光線在匯聚成一點之前就到達視網膜,在視網膜上形成模糊的光斑。需配戴凸透鏡進行矯正。
5、深刻理解凸透鏡的成像規律:
(1)焦點是虛像與實像的分界點,當物體在焦點外時,會在屏幕的另一側形成實像;當物體在焦點內時,則會在同一側形成虛像。
(2)2f是實像放大與縮小的分界點。當u=2f時,實像與物體等大;當u>2f時,實像縮小;當f<u<2f時,實像放大。
(3)凸透鏡成像時,物距u越小,像越大,像距v越大;物距u越大,像越小,像距v越小。
(4)根據u與v的關系,也能夠判斷像的性質。當u>v時,像小于物;當u=v時,像與物等大;當u<v時,像大于物。
(5)凸透鏡所成的實像都是倒立的,所成的虛像都是正立的。
(6)可以這樣記憶和理解:實像倒立且在對側,虛像正立且在同一側;一個焦距區分實與虛,兩個焦距區分大與小;當物體向凸透鏡移動時,實像變遠、變大,而虛像變近、變小。
3. 用典型事例展示學生解決問題的能力是關鍵
【例2】如圖所示,光經過某一光學元件后,傳播方向發生改變,圖中虛線框內的光學元件為()
A.凹透鏡 B.凸透鏡
C.平面鏡 D.潛望鏡
答案:B。
分析:本題考查學生運用所學知識分析、解決實際問題的能力。完成透鏡光路圖、選擇合適的透鏡是透鏡構造的常見題型,要求學生掌握凸透鏡和凹透鏡的光學特性。
仔細觀察各個圖中出射光和入射光的特性,根據各種透鏡、鏡子的光學特性找到合適的光學元件。
從圖中可以看出,折射光比入射光更向主光軸方向匯聚,透鏡對光線有匯聚作用,因此虛線框內的光學元件為凸透鏡。
【例3】在探究凸透鏡運動規律的實驗中,圖中蠟燭、凸透鏡、光屏的位置如圖所示,蠟燭火焰在光屏上形成清晰的像,下列說法正確的是?
A.凸透鏡的焦距可能是8厘米
B.圖中凸透鏡的成像特性應用到相機上
C.保持鏡頭與屏幕在不同位置,移動蠟燭,蠟燭火焰仍能在屏幕上形成清晰的圖像
D、保持蠟燭和屏幕靜止,移動凸透鏡,屏幕上就會出現清晰的放大的蠟燭火焰圖像。
答案:ABD。
分析:本題考查凸透鏡成像規律及特點的應用,理解凸透鏡的成像規律是關鍵。
(1)(2)當u>2f,f<v<2f時,形成倒置縮小的實像,其應用是照相機;
(3)當物距變化時,為了在屏幕上獲得清晰的圖像,像距也應發生變化;
(4)凸透鏡成實像時,若形成縮小像,則像距小于物距;若形成放大像,則像距大于物距。
從圖中可以看出,此時的物距為30cm,大于像距,實像為倒立縮小的圖像。其應用是照相機,所以B正確;若凸透鏡焦距為8cm,從圖中可以看出,物距u=30cm,大于2倍焦距,像距為20cm,像距介于1倍焦距和2倍焦距之間,不能滿足要求,所以A錯誤;保持透鏡與光屏處于不同位置,移動蠟燭,此時應移動光屏,使蠟燭火焰在光屏上形成清晰圖像,所以C錯誤;從圖中可以看出,此時像距小于物距,所以在光屏上形成倒立縮小的實像。若將蠟燭與光屏對調,此時像距大于物距。 根據光路可逆性,此時應該形成一個倒置放大的實像,所以D正確。
【例4】小明拍了一張照片,拍完一張照片后,往相機走近幾步,又拍了一張照片,如果相機的位置不變,拍照片的人應該()
A、將鏡頭向外拉一點,使人像變大;
B、將鏡頭向內移動初中物理凹透鏡成像,使肖像變大;
C、將鏡頭向外拉一點,使人像變小;
D、將鏡頭向內移動,使肖像變小。
答案:A
分析:照相機是利用凸透鏡的原理制成,形成倒置的、縮小的實像。鏡頭相當于凸透鏡。人或其他被拍攝物體應該在2倍焦距之外,成像應該在1到2倍焦距之間。當小明向照相機走近幾步時,物距減小,所以像距應該增大,像也變大。將鏡頭向外拉一點,像距增大,就滿足要求了。
【例5】圖中表示的是凸透鏡形成實像時像距v與物距u的關系。分析圖像
有關資料表明()
A.凸透鏡的焦距為10厘米
B.當物距u=30cm時,像距v=15cm
C.當物距增加時,像距也增加
D.當物距u=15cm時,圖像縮小。
答案:A
分析:凸鏡的定律和使用圖像的信息來解決關鍵點,即u = 20厘米,v = 20厘米,u = v = 2f = 2f = 20cm。
答:從圖中,我們知道u = v = 2f = 20cm,因此凸透鏡的焦距為10厘米,因此A是正確的;
B.當對象距離u = 30cm >2f = 20cm,2f v> f時,即20厘米> v v>10cm,所以b是錯誤的;
C.當凸透鏡頭形成真實圖像時,圖像距離隨著對象距離的增加而降低,因此C是錯誤的;
D.當對象距離u = 15厘米,2F u u f時,形成了倒置和放大的真實圖像時,d是錯誤的。
4.與鏡頭成像有關的出色培訓問題,與高中入學考試相同的難度(包括答案??)
1.目前顯示的蠟燭,凸鏡和光屏的位置。
A.倒置和減少B.倒立和相等
C.倒倍放大D.直立放大倍數
答案:C。
2.某人只能清楚地看到遙遠的對象,但不能看到以下關于此人愿景的陳述。
A.遠視,用凸透鏡校正
B.遠視,用凹形鏡頭校正
C.近視,用凸透鏡校正
D.近視,用凹形鏡頭糾正
答案:A。
3.如圖所示,早期的攝影室中的攝影師看起來像是在框架上顛倒了。
答:將相機帶到兩個攝影師附近,以便您可以看到他們的全身圖像。
B.在肖像變小時,調整相機和兩個攝影師之間的距離,應減少相機鏡頭和膠片之間的距離。
C.為了使肖像更明亮,您必須在兩位攝影師后面添加“填充燈”。
D.當今的攝像機使用光學或電子技術將倒立圖像轉換為直立圖像,以便于觀察。
A. A和B B. A和C
C. B和D D. C和D
答案:C。
4.當小米探索凸鏡的成像定律時,他首先使用兩個凸鏡A和B進行了焦點,他將鏡頭A和燈光屏幕上的燈光分別放在圖像上,這是一個清晰的圖像。鏡頭B,蠟燭和鏡頭的位置保持不變。
答:屏幕上的圖像被放大。
B.屏幕上的圖像減少了。
C. F1 <f2
D. F1> f2
答案:BD。
5.在“凸鏡成像”的實驗中,當蠟燭,凸形鏡頭和光屏的位置如圖所示,蠟燭的圖像在光屏中心接收到以下哪個陳述。
答:屏幕上的圖像具有與相機形成的圖像相同的屬性。
B.如果只凸起凸透鏡,屏幕上的圖像將向上移動
C.如果僅將蠟燭移到左側,則屏幕還將接收圖像
D.如果僅將凸透鏡移動到左側,則屏幕還將接收圖像。
答案:廣告
6.使用手機相機掃描QR碼可以快速登錄到網頁并訪問網絡數據。
答:相機等同于凹面鏡頭
B.確保QR碼在相機的焦距之外。
C. QR碼不是光源
D. QR碼的黑色部分反射光初中物理凹透鏡成像,而白色部分吸收光
答案:C
7.如光路圖所示,F是鏡頭的焦點。
答案:C
8.在“探索凸透鏡的成像定律”的實驗中,某個類別的學生記錄并繪制了從圖像到凸鏡的距離V與從物體到凸形鏡頭的距離U之間的關系。
答:凸透鏡的焦距為16厘米
B.當U = 12 cm時,可以在屏幕上獲得還原圖像。
C.當U = 20厘米時,圖像會放大。
D.當物體從凸透鏡從12厘米移動到24厘米時,圖像逐漸變小。
答案:D
9.每年的6月6日是全國性的眼部護理日。
答案:b;
10.在“探索凸透鏡的成像規則”的實驗中
(1)為了測量鏡頭的焦距,進行了圖A所示的實驗。
(2)在正確安裝和調整實驗設備后,組件的位置如圖B所示。清晰,倒置(選擇“放大”,“減少”或“相等大小”)可以在光屏上獲得(選擇“攝像機”,“投影儀”或“放大鏡”)。
(3)在圖B中,如果凸透鏡的位置保持不變,并且交換了蠟燭和光屏的位置,則成像情況符合(選擇“相機”,“投影儀”或“放大器”)的原理。
答案:(1)10.0;
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