一、选择题
1．常言道，水火不相容，但用透明冰块磨制成一个光学器件，却可以取火。这块用冰磨制成的光学器件相当于下面的（ ）
A．平面镜
B．凸透镜
C．凹透镜
D．近视眼镜片
答案：B
解析：辨别凸透镜和凹透镜可以从形状上判断；也可以从对于光线是会聚还是发散来判断。透明冰块磨制成一个光学器件，光线可以透过，可以取火，是因为这个光学透镜可以会聚光线，凸透镜有会聚作用。近视眼镜片是凹透镜，对光线起发散作用。
2．林雨在森林公园游玩时，看到一个丢弃的透明塑料瓶。她想到，如果下雨使得瓶中进了水，就可能会成为森林火灾的元凶。于是她捡起瓶子丢进了垃圾筒。这其中引起火灾的主要原因是（ ）
A．盛有水的透明塑料瓶相当于一凸透镜，对光线有会聚作用
B．盛有水的透明塑料瓶相当于一凸透镜，对光线有发散作用
C．盛有水的透明塑料瓶相当于一凹透镜，对光线有会聚作用
D．盛有水的透明塑料瓶相当于一凹透镜，对光线有发散作用
答案：A
解析：盛水的透明塑料瓶相当于一个凸透镜，可以将射来的太阳光会聚在一点上，会聚点的温度比较高，可能会引起火灾。
3．（2013·徐州）如图1是把一副眼镜放在太阳光下，在地面上看到的情形。由此可以判断镜片是（ ）
图1
A．凸面镜 B．凹面镜 C．凸透镜 D．凹透镜
答案：D
解析：由图可见，阳光通过眼镜形成的光斑中间比四周暗，说明眼镜对光线起发散作用，因此是凹透镜。
4．（2014·盐城）将凸透镜正对太阳光，其下方的纸上呈现一个并非最小的光斑，这时光斑到凸透镜的距离为L。若凸透镜远离纸的过程中光斑一直变大，则该凸透镜的焦距（ ）
图2
A．一定小于L
B．一定等于L
C．一定大于L
D．可能小于L，也可能大于L
答案：A
解析：由于光斑到凸透镜的距离为L时，即像距为L时，纸上呈现一个并非最小的光斑，这个光斑可能是焦点之后的，也可能是焦点之前的光斑，所以凸透镜的焦距肯定不等于L；若凸透镜远离纸的过程中光斑一直变大，说明凸透镜的焦点不在光斑之后，故焦点应在光斑之前，因此f一定小于L。故B、C、D错误，故A正确。
5．（2014·郴州）如图3，F是透镜的焦点，其中正确的光路图是（ ）
A B C D
图3
答案：C
解析：凸透镜三条特殊光线的作图：①通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴。②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点。③过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变。凹透镜三条特殊光线的作图：①延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴。②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过焦点。③过光心的光线经凹透镜折射后传播方向不改变。
入射光线平行于主光轴，经过凸透镜折射后，折射光线应该过焦点，故A错误；通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴，故B错误；平行于主光轴的入射光线经过凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过焦点，故C正确；凹透镜对光线有发散作用，而图中的凹透镜对光线起了会聚作用，故D错误。
6．（2014·成都）取一个大烧杯，里面充以烟雾，倒扣在桌上（如图4），用手电筒射出一平行光，要使射入杯中的光束发散，应在杯底放置的器材是（ ）
图4
A．平板玻璃 B．平面镜 C．凹透镜 D．凸透镜
答案：C
解析：平板玻璃可以使光线通过，然后沿平行方向射出，光线不会分散，不符合题意；平面镜对光线有反射作用，光不能通过平面镜，不能沿原来的方向继续传播，不符合题意；凹透镜对光线有发散作用，烧杯底部放上凹透镜，光线经过凹透镜后会发散，符合题意；凸透镜对光线有会聚作用，烧杯底部放上凸透镜，光线经过凸透镜后会会聚，不符合题意。
7．（2013·湘西州）学习了透镜知识后，小勇回家认真研究爷爷的老花镜，并得出以下结论，你认为他的这些结论中不妥当的是（ ）
A．老花镜是一种凸透镜
B．老花镜可以用来做放大镜
C．老花镜能在阳光下点燃白纸
D．爷爷原来是个近视眼
答案：D
解析：老花镜的镜片中间厚，边缘薄，因此是凸透镜，对光线起会聚作用，同时也可以用来当放大镜使用，故A、B、C正确；远视眼是晶状体会聚能力减弱，像呈在视网膜的后方，应佩戴凸透镜矫正，因此爷爷是个远视眼，故D错误。
8．如图5，正午时，太阳光直射在水平地面，取一圆形薄透镜正对阳光，在距透镜15cm的地面上得到一个光斑，其直径是透镜直径的一半，若将透镜向上移动少许，光斑变大。透镜的焦距是（ ）
图5
A．5cm B．10cm C．15cm D．30cm
答案：B
解析：凸透镜对光线有会聚的作用；最小、最亮的光斑就是该凸透镜焦点的位置，焦点到透镜光心的距离就是焦距。在距透镜15cm的地面上得到一个光斑，说明太阳光经凸透镜未过焦点会聚的，或已过焦点会聚的光斑。将透镜向上移动少许，光斑变大，说明太阳光经凸透镜是已过焦点会聚的光斑。光斑的直径是透镜直径的一半，说明太阳光经凸透镜是已过焦点一半时的，则15cm是焦距和一半的焦距的和，即焦距是10cm。
9．放在凸透镜主轴上焦点以内的点光源S发出的光。通过凸透镜后的光路如图6所示。则下列说法正确的是（ ）
图6
A．凸透镜可以对光线起发散作用
B．凸透镜只对平行于主光轴的光线起会聚作用
C．通过凸透镜后的光线是发散的，因为凸透镜的作用是对光线起发散作用
D．通过凸透镜后的光线发散程度比原来小，仍然是会聚的一种现象
答案：D
解析：凸透镜的会聚作用是指折射后的光线与原来比较，光线偏转向了主光轴，即为会聚。
10．如图7中N是一个水平放置的长方形暗盒，盒内有水平向右的平行光，P为暗盒右侧平面上的一个圆孔，M是一个与暗盒右侧平面平行的相间一定距离的光斑。若从外径与圆孔P相同的厚平板玻璃、凸透镜、凹透镜这三个光学器件中取一个嵌入圆孔P中，发现在光屏M上呈现一个比圆孔P大的圆形光斑，则嵌入圆孔P的那个光学器件（ ）
图7
A．只能是凹透镜
B．只可能是凹透镜或厚平板玻璃
C．只可能是凹透镜或凸透镜
D．凹透镜、凸透镜、厚平板玻璃都有可能
答案：C
解析：凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用，平板玻璃对光线既没有会聚也没有发散作用。当在P处嵌入一个凹透镜时，因为凹透镜对光线有发散作用，所以光斑要比圆孔P大。当在P处嵌入一个焦距较小的凸透镜时，凸透镜对光线在焦点之前会聚，过了焦点就是发散的，若光屏M距离凸透镜的焦点较远，会在光屏M上呈现一个比圆孔P大的圆形光斑。当在P处嵌入一个平板玻璃时，因为平板玻璃对光线既没有会聚也没有发散作用，所以光斑与圆孔P一样大。因此嵌入圆孔P的那个光学器可能是凹透镜也可能是凸透镜。
二、填空题
11．透镜有两类，中间比边缘厚的叫__________；中间比边缘薄的叫_______。透镜的中心叫光心，凡是经过这一点的光线的方向________。通过光心O和球面球心C的直线叫透镜的____。
答案：凸透镜 凹透镜 不改变 主光轴
解析：凸透镜是指中间比边缘厚的透镜，凹透镜是指中间比边缘薄的透镜，透镜的中心叫光心，过光心的光线传播方向不改变。光心与透镜的球面的球心的连线叫做主光轴。
12．凸透镜对光线有____________作用；平行于主光轴的入射光线经凸透镜折射后会聚在主轴上一点，称为____________点。凹透镜对光线有______________作用，平行光经过凹透镜折射后将成为发散光线，将发散光线反向延长后相交于一点，这一点叫凹透镜的____________。
答案：会聚 焦点 发散 虚焦点。
解析：凸透镜对光线有会聚作用，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚的点叫焦点，且是实焦点。凹透镜对光线有发散作用，平行于主光轴的光线经凹透镜折射后折射光线的反向延长线会交于一点，叫做凹透镜的焦点，且是虚焦点。
13．将下列光学器具：照相机、潜望镜、放大镜、投影仪、穿衣镜，可以把它们分为两类：一类包括______，其特征为____________；另一类包括______，其特征为____________。
答案：凸透镜 对光线有会聚作用 平面镜 对光线有反射作用
解析：照相机、放大镜、投影仪中是利用凸透镜三种成像规律制成的，凸透镜对光线有会聚作用。潜望镜、穿衣镜是根据光的反射定律制成的。
14．某同学观察阳光通过甲、乙两个同学的眼镜在地面上形成的光斑时，发现阳光通过眼镜甲形成的光斑中间较四周亮，而通过眼镜乙形成的光斑中间较四周暗，由此可以判断眼镜甲是______透镜，该同学是____________眼；眼镜乙是______透镜，该同学是______。
答案：凸 远视 凹 近视。
解析：阳光通过眼镜甲形成的光斑中间较四周亮，说明光线会聚，是凸透镜，可用来矫正远视眼。阳光通过眼镜乙形成的光斑中间较四周暗，说明光线发散，是凹透镜，可用来矫正近视眼。
15．如图8，在注有清水的试管内留有一稍大的空气泡，使太阳光从试管的正上方向下照，观察试管下方的白纸，可以发现白纸上与空气泡相对应的位置上，有一椭圆黑影，而其他部分竟是一条与试管平行的亮线。这是因为试管充满水的地方相当于_______透镜，而气泡与周边的水组成_______透镜。如果把白纸从靠近试管向下移动到较远处，亮线的粗细将如何变化？______________。
图8
答案：凸 凹 先变细再变粗。
解析：（1）圆柱形试管充满水的地方，中间比边缘厚，是水凸透镜，凸透镜对光线有会聚的作用，会聚成一条亮线。
（2）由于气泡的存在，气泡周边的水形成中间薄边缘厚的凹透镜，凹透镜对光线有发散的作用，在气泡的下面对应的位置有黑影。
（3）亮线的位置相当于焦点的位置，如果把白纸从靠近试管向下移动过程中，经过焦点时亮线最细；从焦点处向下继续移动时，亮线变粗，是因为光线继续由焦点的位置向前沿直线传播。
三、综合题
16．（2013·厦门）为了提高防火意识，消防部门当众演示了一个令人惊奇的实验。将装有水的球形鱼缸摆放在窗边，让阳光透过鱼缸照射到窗帘上，窗帘上聚光点的温度迅速上升，一会儿后，窗帘被点燃了。请你用光学及能量转化的知识解释这一现象。
答案：装有水的球形鱼缸相当于凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用。当阳光透过球形鱼缸时，将会聚于窗帘上某点处，太阳能转化为内能，窗帘上的聚光点温度上升，窗帘被点燃。
解析：透明球形鱼缸装水后，中间厚而边缘薄，类似于凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用。
17．（2014·凉山州）如图9所示，已知凸透镜的一条折射光线和一条入射光线，请你对应画出它们的入射光线和折射光线。
图9 图10
答案：如图10。
解析：凸透镜有三条特殊光线：过光心的光线传播方向不变，平行于主光轴的入射光线经凸透镜折射后通过焦点，过焦点的入射光线经凸透镜折射后平行于主光轴。
18．（2014·黔东南州）画出图11中的BC的入射光线和AO的折射光线。
图11 图12
答案：如图12。
解析：凹透镜有三条特殊光线：过光心的光线其传播方向不变；指向另一侧焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴；平行于主光轴的光线经凹透镜折射后折射光线反向延长通过焦点。
19．（2014·菏泽）在如图13所示的光路图中，分别填入合适的透镜。
图13
答案：如图14。
解析：第一个图中平行光经透镜后变得会聚，因此该透镜对光线起会聚作用，为凸透镜；第二个图的折射光线比起入射光线更加远离主光轴，所以这个透镜对光线有发散作用，因此填凹透镜。
图14
20．测量凸透镜的焦距
（1）小丽的方案如图15所示。移动凸透镜直到白纸上的光斑最小时，凸透镜到白纸的距离为10cm，则凸透镜的焦距为__________cm。
图15
（2）对用太阳光测量凸透镜焦距的具体操作提出一条注意事项：___________________。
（3）小丽发现：将凸透镜正对着太阳光，再把一张白纸放在它的另一侧，无论怎样调节白纸的位置，都不能使太阳光在白纸上会聚成一点，而是一个光斑，这个光斑的直径有两三毫米。这是为什么呢？
小丽猜想：太阳光不能会聚成一点是由于光的色散引起的。
①小丽猜想的理由或依据是______________________________________________。
②为了验证小丽的猜想，简要的做法是____________________________________。
③如果小丽的猜想正确，实验中观察到的现象是_____________________________。
答案：（1）10。
（2）凸透镜正对太阳光，在白纸上得到最小的光斑。
（3）①不同色光通过三棱镜的折射程度不同（凸透镜可以看成多个三棱镜组合而成的）；
②把一片红色透明胶片放置在凸透镜的前方，调节白纸的位置，观察光斑的大小变化（或用单色光照射凸透镜，调节白纸的位置，观察光斑的大小变化）；
③光斑变小。
解析：（1）移动凸透镜直到白纸上的光斑最小，这个光斑是凸透镜的焦点，凸透镜到焦点的距离为10cm，则凸透镜的焦距为10cm。
（2）阳光聚焦法，一定要注意使凸透镜正对太阳光，移动白纸在白纸上得到最小的光斑，这个光斑才是凸透镜的焦点。
（3）①凸透镜正对着太阳光，白纸上会聚成一个直径有两三毫米的光斑，是由于不同色光通过三棱镜的折射能力不同，不能在白纸上会聚成一点；
②为了验证太阳光不能会聚成一点是由于光的色散引起的，把一片红色透明胶片放置在凸透镜的前方，调节白纸的位置，观察光斑的大小变化；或用单色光照射凸透镜，调节白纸的位置，观察光斑的大小变化。如果光斑变小，猜想正确。
③如果小丽的猜想正确，把一片红色透明胶片放置在凸透镜的前方，调节白纸的位置，会看到光斑变小。
21．某物理学习小组，选择如图16所示的四个透镜进行探究实验（其中A、B和C、D是两组形状相同的凸透镜，它们分别用玻璃、塑料和水晶制作而成）：
图16 图17
（1）为了探究“凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系”，小组同学应选择图甲中的哪两个凸透镜做实验？
答： （选填字母序号）。
器材确定后，接着小组同学让一束与主光轴平行的光，分别经过两凸透镜后会聚于焦点处，如图17甲、乙所示。比较两次实验的现象，可以得到的结论是：凸透镜表面越凸，凸透镜的焦距越 。
（2）如果选择A、B两个透镜，他们还可以探究“凸透镜的焦距大小与 的关系”。
答案：（1）A、C 小 （2）材料
解析：（1）根据控制变量法的要求，要想探究“凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系”，只能改变透镜球形表面的弯曲程度，其他因素必须相同。所以必须使用相同材质的透镜。由图可知，根据实验要求，同样材质的只有A和C，且它们的厚度不同，便于实验的探究故选A、C；由图可知，乙图的焦距小，而乙凸透镜的厚度比较厚，会聚作用强，且凸面比较凸，故答案为：小。
（2）A、B两种材料的透镜厚度相同，但材质不同，所以可以通过此做实验“凸透镜的焦距大小与材料的关系”。
实验目的：
1．通过观察和实验，认识凸透镜和凹透镜，了解它们的主要区别。
2．认识凸透镜对光线的会聚作用，凹透镜对光线的发散作用。
实验原理：
凸透镜和凹透镜在外形、成像和对光的作用方面都不相同。
实验器材：
近视眼镜一副、远视眼镜片一副。
实验过程：
方法一：用手摸，镜片的中央部分比边缘厚的是凸透镜，镜片的中央部分比边缘薄的是凹透镜。
方法二：隔着镜片观察距镜片较近的书上的字，有放大作用的是凸透镜；字变小的是凹透镜。
方法三：隔着镜片观察距镜片较近的书上的字，移动镜片，若发现像的移动方向总是与镜片的移动方向相同，则该镜片是凹透镜；若发现像的移动方向总是与镜片的移动方向相反，则该镜片是凸透镜。
方法四：隔着镜片观察窗外的物体，若能看到上下左右都颠倒的像，这种镜片是凸透镜；若看到像是正立的，这种镜片是凹透镜。
方法五：将点燃的蜡烛放在离透镜适当距离处，在另一侧光屏上能得到倒立实像的是凸透镜；无论怎样调节，在另一侧光屏上不能得到像的是凹透镜。
方法六：让镜片正对太阳光照射，在镜片的另一侧放一张与透镜平行的白色卡片纸，耐心调节镜片与纸之间的距离，能得到一个小亮点的是凸透镜；始终不能获得小亮点的是凹透镜。
方法七：观察阳光通过了两副眼镜在地面上形成的光斑，若形成光斑的中间比四周明亮，则镜片是凸透镜；若形成光斑的中间比四周暗，则镜片是凹透镜。
实验记录：
经过分析，可以把凸透镜与凹透镜的主要区别记录在下面的表格里。
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外形特征 |
成像特点 |
对光线的作用 |
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凸透镜 |
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凹透镜 |
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交流与评估：
1．辨别凸透镜与凹透镜有好多方法，哪种方法好，要视具体情况而定。例如，如果待辨别透镜的中央与边缘的厚薄差异不明显，就不能用“摸”的方法（况且精密光学仪器是不允许直接用手去摸的）；在有太阳光与没有太阳光的场合，所选的方法也不同。总之，一种好方法，应该简便、易行、有效。它是随场合变化而变化的，不宜一概而论。
2．当要判别两件事物的相同和不同之处时，就需要用比较与对比的方法。比较就是找出事物的相似性，即共同特征。对比是找出事物的不同点。用这种方法来分析事物，能帮助大家发现一些平时容易忽略的细节。
