凸透鏡成像規律是小學數學學習的難點、重點。對初學生來講,凸透鏡成像規律知識點多,不好理解,更不易區分,容易記混。
下邊,使用光路圖,記住主要的幾點,利用推理,可以幫助我們理解、記憶、掌握凸透鏡成像規律。
一、為了便捷把握、記憶凸透鏡成像規律,大體上先對以下幾點有個概念:
(1)用畫圖法研究凸透鏡成像規律時,習慣中將物體放到凸透鏡右邊,如圖1所示。
(2)實物在焦點以外,實物成虛像,虛像在凸透鏡后側焦點以外。
圖1
(3)實物在焦點以內,實物成實像,實像在凸透鏡兩側,與實物位置空間疊加,如圖2所示。
圖2
(4)從圖1、圖2可以看出,凸透鏡后側焦點以內,沒有像,既無虛像也無實像。
(5)總結凸透鏡成像規律時,可以把物體所在的兩側空間分成“三點三區”:1、無窮遠u=∞;2、兩倍焦距外u>2f;3、兩倍焦距處u=2f;4、兩倍焦距與焦距之間f
圖3
二、下面,對物體坐落“三點三區”時的成像進行詳盡分解
(一)首先應當熟練把握兩點:無窮遠、焦點。
(1)平行光通過凸透鏡后聚焦在一點。這一點稱為焦點,焦點到透鏡的距離稱為焦距平面鏡成像作圖題類型,如圖4所示。小時候在陽光下拿放大鏡燒螞蟻,用的就是這個規律。
圖4
從圖4曉得:物體坐落無窮遠,物距u=∞;它的像最小,坐落兩側焦點,即像距v=f。
(2)與前面的情形相反,把箭頭反過來,光沿反方向傳播,必將沿原光路返回。物體坐落焦點,光線通過凸透鏡后,弄成平行光,如圖5所示。
圖5
從圖5曉得:物體坐落焦點,u=f;而像則到了無窮遠,v=∞。
如圖6所示,可以覺得物體是從無窮遠聯通到了焦點,而像則從焦點聯通到了無窮遠。指出注意一點:物體、像聯通方向是一樣的,都是從左往右聯通,反過來也一樣。
圖6
(二)第三點:在無窮遠與焦點之間,有一個位置非常重要,就是2f點。
物體坐落兩倍焦距處時平面鏡成像作圖題類型,像也坐落兩倍焦距處,如圖7所示。即u=2f,v=2f,但是像是一個倒立的、和物體一樣大小的虛像。重復一下:這個像的關鍵點有三個:倒立、與物同大、實像。
圖7
“實像”倆字的意思是說,物體發出的光線,確實抵達了這兒。若在2f處放一張拍照底片,光線可以使底片爆光,得到物體的相片。
(三)有了以上三點知識,我們就可以推理出“兩個區”成像,而不是死記硬背了。
(1)第一區:物體從無窮遠緊靠2f處,即物距小于兩倍焦距時(u>2f)
物體從無窮遠緊靠2f處,像同時離開焦點,也靠右聯通,但是像是一個倒立的、比物體小的虛像,像距f
圖8
再度指出,圖8不須要死記硬背,而是結合圖5、圖7推理下來的。
(1)第二區:物體繼續往右聯通,跨過2f點,但還沒有到f點時,即f
此時,從圖4可以看出,像也繼續往右聯通,跨過2f點,而且是一個倒立的、比物體大的虛像,像距v>2f,如圖9所示。
圖9
同樣,圖9不須要死記硬背,而是可以從圖8推理得到:在圖8中,把物、像位置交換一下,箭頭掉向,就是圖9。
(四)現今討論第三區:物體繼續往右聯通,跨過f點,即u
此時,像是正立、放大的實像,與物體一起,都坐落凸透鏡的同兩側,如圖10所示。
圖10
從圖10可以看出,光線通過凸透鏡后是發散的,其反向延長線相交,產生正立、放大的實像。
這個情形與拿放大鏡看東西是一個道理(圖11)。
圖11放大鏡成像
光線的反向延長線相交產生正立的實像,這有點類似與平面鏡成像,如圖12所示。
圖12平面鏡成實像
“虛像”倆字的意思是說,物體發出的光線,沒有真的抵達這兒。若在實像處放一張拍照底片,底片接收不到光線,是不會爆光的。
二、凸透鏡成像規律總結在表1中。
表1凸透鏡成像規律
再度指出一下,對表1,重點記住1、3、5和6,看著好多,雖然都是特殊點,比較熟悉,容易記憶。
剩下的2、4假如靠死記硬背,容易混淆出錯,可以依照圖4、圖5和圖7借助推理自己找下來。