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【物理素材】 神奇的透镜【廿三】  

2014-12-21 06:25:30|  分类: 物理教学素材 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【物理素材】 神奇的透镜【廿三】





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【物理素材】 神奇的透镜【廿三】





 

测量凸透镜焦距的方法
江苏丰县初级中学 刘庆贺








透镜的焦距是表明凸透镜的会聚本领和凹透镜的发散本领的。凸透镜的焦距是进一步研究其成像规律及其应用的基础,根据凸透镜的成像规律反过来也可以判断凸透镜的焦距。有关凸透镜焦距的测量和判断是中考的重要考题。相信同学们都会测量凸透镜的焦距。那么,测量凸透镜的焦距你知道有几种方法?下面结合一道试题加以说明。

 

例1 在探究凸透镜成像规律的实验中:

 

(1)实验需要知道凸透镜的焦距大约是多少,如果没有太阳光,怎样利用白炽灯粗略地测量出焦距?说出你的办法。

 

(2)某同学在做实验时,先把烛焰放在较远处,使物距大于2倍焦距,测出物距,然后移动凸透镜,观察光屏上成清晰的像时,测出像距,并记录像的大小、正倒和虚实.请问他的操作方法正确吗?为什么?

 

错解:(1)让凸透镜正对着灯泡,调节光屏到凸透镜的距离直到在光屏上出现清晰的最小最亮的点,用刻度尺测出凸透镜到亮点的距离就等于透镜的焦距。 

 

(2)略

 

分析:测量凸透镜的焦距,同学们比较熟悉的是利用太阳光。题目中没有太阳光,大家感到无从下手,或把利用太阳光测量焦距的方法硬拉到这个题目中,上述错解正是如此。怎样才能测量呢?在“探究凸透镜成像的规律”的实验中,你也许已经发现:当物体通过凸透镜成实像时,物体距离凸透镜越远,所成的像越接近焦点;若物体离透镜足够远时(大于10倍焦距),所成的像与透镜间的距离,就近似等于透镜的焦距。若使正在发光的白炽灯远离凸透镜,并使白炽灯通过凸透镜在光屏上成清晰的像,用刻度尺测出光屏与凸透镜中心的距离就近似等于透镜的焦距。当然,你如果注意到物体和像大小相等时,物距和像距也恰好相等,都等于焦距的二倍,这又多了一个测量焦距的方法。其实,利用凸透镜成像的规律,测量焦距的方法还有多种,同学们是否愿意尝试一下?

 

答案:(1)将电灯离凸透镜尽可能远(大于10倍焦距)并正对着凸透镜,调节光屏到凸透镜的距离直到在光屏上出现清晰的最小最亮的点,用刻度尺测出凸透镜到亮点的距离就近似等于透镜的焦距。 

 

(2)操作不正确。在测出物距后,再移动凸透镜,物距发生了变化。

 

 

总结:测定凸透镜焦距常用的几种方法

 

1.平行光聚焦法:让凸透镜正对着太阳光,拿一张白纸在它的另一侧来回移动,直到纸上的光斑最小最亮,用刻度尺测出光斑到凸透镜中心的距离,即为该凸透镜的焦距。

 

2.平行光线法:将灯泡与凸透镜中心放在同一高度上,来回调节两者之间的距离,直到在透镜另一侧得到一束平行光(通常情况下,平行光束难以直接观察,可借助于比较光束所形成的光斑与透镜面的大小判断,若相等则可认定为平行光束),则小灯泡的位置即为该凸透镜焦点的位置。用刻度尺测出小灯泡到凸透镜中心的距离,即为该凸透镜的焦距。

 

3.二倍焦距法:将灯泡放在凸透镜的一侧,移动灯泡与光屏,直到光屏上形成倒立的、等大的实像,用刻度尺测出灯泡或光屏到凸透镜中心的距离u或v,则f = u/2=v/2。

 

4.十倍焦距法:使较远的窗或正在发光的灯泡通过凸透镜在光屏上成清晰的像,用刻度尺测出光屏与凸透镜中心的距离就近似等于透镜的焦距。

 

5.焦点不成像法:先使凸透镜与灯泡紧靠,透过凸透镜观看灯泡里的灯丝,并逐渐增大凸透镜与灯泡之间的距离,从看得见到刚好看不见时,测出凸透镜与灯丝之间的距离即为焦距。






透镜易错题析
江苏丰县初级中学 刘庆贺








透镜及其应用是在光的折射的基础上,来学习凸透镜和凹透镜的有关知识。中考命题常常会把透镜对光线的作用和凸透镜的成像规律及其应用作为考查的重点,同学们在解题中常出现一些错误。

 

一、不能正确理解透镜的作用

 

例1.如图1所示是两束激光分别射向并通过甲、乙两透镜的传播路径.由图可知:      (甲透镜/乙透镜)是凹透镜,可用于         (近视/远视)眼的矫正.

 

错解:甲透镜  近视

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

解析:很多同学看到光线经过甲透镜折射后没有相交成一点,而是逐渐远离,认为甲是凹透镜,而认为乙是凸透镜,这是错误的。我们将入射光线AB、AE沿直线延长,即图2甲中的BC和EF,把它们与经凸透镜射出的光线BD、EG比较,显然折射光线是相互“靠近”了,这就是凸透镜对光线有会聚作用的表现。相反,如果我们把甲换成凹透镜,则根据凹透镜对光线的发散作用,情况应该如图2乙所示。

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 



 
正解:乙透镜  近视

 

反思:透镜对光是会聚还是发散,不是看折射光线是否相交,而是体现在它们使入射光线变得相互“靠近”了还是“远离”了。凸透镜对光线有会聚作用,“会聚作用”并不等于通过凸透镜后的折射光线都会聚于一点。凹透镜对光线有发散作用,“发散作用”并不等于通过凹透镜后的折射光线都不能会聚于一点。

 

二、混淆实像和虚像的概念

 

例2.关于虚像和实像,下列判断正确的是(    )

 

A.实像能用光屏接到,虚像不能用光屏接收到

 

B.虚像是人的幻觉并没有光线进入人的眼睛,实像则相反

 

C.平面镜成的一定是虚像,凸透镜一定成实像

 

D.由光的反射而成的像是虚像,由于光的折射成的像一定是实像

 

错解:选B(或C、D)

 

解析:虚像和实像的区别有两点:①成像的原理不同。物体发出(或反射)的光线经光学元件反射或折射后,实际光线会聚到一点,所成的像叫做实像;物体发出(或反射)的光线,经光学元件反射或折射后,光线不能相交,反向延长交于一点,人眼误以为光从这点发出的,所成的像叫做虚像。②承接的方法不同。虚像只能用人眼看到,不能用光屏承接;实像既可以用光屏承接,也可以用人眼直接观看。

 

正解:A

 

反思:虚像和实像只有成像原理及承接方法的不同。

 

三、探究凸透镜成像规律时出错

 

例3.小华想探究凸透镜成像规律。实验桌上有A、B、C三个凸透镜,其中凸透镜A的焦距为10cm,凸透镜B的焦距为50cm,凸透镜C的焦距未知。光具座上标尺的刻度范围如图3所示。

 

(1)小华想探究凸透镜成实像的规律,应选用学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!      凸透镜(选填“A”或“学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!B”)。实验过程中,他将点燃的蜡烛放置在距凸透镜25cm处时,移动光屏,直到光屏上呈现出烛焰清晰的像,则该像是倒立、      的实像。(选填“放大”或“缩小”)

 

(2)小华将凸透镜C固定在光具座上50cm刻线处,当烛焰在光具座上30cm到40cm刻线之间时,烛焰的像是放大、倒立的实像;当烛焰在光具座上0cm到30cm刻线之间时,烛焰的像是缩小、倒立的实像。由此可判断烛焰在光具座上45cm刻线处时, 烛焰的像是放大、      的      像。

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

错解:不知道怎样思考无法填出答案,或无根据的乱填一气。

 

解析:(1)要探究凸透镜成实像的规律,就要分别让u >2f、u =2f、2f> u >f,若选用焦距为50cm的凸透镜B,当u >2f或 u =2f时,因光具座长度不够,无法移动光屏获得清晰的像。选用焦距为10cm的凸透镜A,则可以克服上面的不足使实验顺利进行。此时当点燃的蜡烛放置在距凸透镜25cm处时,满足当u >2f,所以成倒立缩小的实像。

 

(2)由“凸透镜C固定在光具座上50cm刻线处,烛焰在光具座上30cm到40cm刻线之间”可知,20cm > u >10cm ,再根据“烛焰的像是放大、倒立的实像”,结合凸透镜成像规律判断2f> u >f。由“烛焰在光具座上0cm到30cm刻线之间” 得出u >20cm,再根据“烛焰的像是缩小、倒立的实像”, 结合凸透镜成像规律判断u >2f。由以上两点判断凸透镜C的焦距就等于10cm。当烛焰在光具座上45cm刻线处时,判断出u <f。 所以烛焰的像是放大、正立的虚像。

 

正解:(1)A    缩小  (2)正立  虚

 

反思:学习新课时,我们是通过实验获得凸透镜成像的规律;遇到考题时,我们需要根据凸透镜成像的规律,来思考实验中的问题。情景不同,思路不同,切记切记!

 

四、应用凸透镜成像规律时出错

 

例4.用水彩笔在磨砂电灯泡的侧面画一个图案,然后把电灯泡接到电路中让其发光,拿一个凸透镜在灯泡图案与其正对的白墙之间(图案与白墙之间距离较大)移动,则所画图案在墙上成清晰像的情况是(    )

 

A.不能成像

 

B.能成一次像,是放大、正立的虚像

 

C.能成两次像,一次是放大、倒立的实像,一次是缩小、倒立的实像

 

D.能成三次像,一次是缩小、倒立的实像,一次是等大、倒立的实像,一次是放大、倒立的实像

 

错解:选D

 

解析:题目中的图案是物体,白墙是光屏。凸透镜在灯泡图案与其正对的白墙之间移动,当物距大于像距时,可以成缩小、倒立的实像;当物距小于像距时,可以成放大、倒立的实像。所以A、B选项错误。为什么不能出现等大、倒立的实像呢?我们想到出现此种情况的条件是物距等于二倍焦距,此时像距也等于二倍焦距,即物体和光屏之间的距离应恰好等于四倍焦距。但题目告诉我们“图案与白墙之间距离较大”,其隐含的意思是这个距离比凸透镜焦距大得多,即图案与白墙之间距离应比四倍焦距大得多,不可能出现物体和光屏之间的距离应恰好等于四倍焦距这种情况。

 

正解:C

 

反思:仔细读题,善于发现试题中的言外之意(或隐含条件)可以使我们少犯错误。






点击凸透镜和凹透镜
江苏丰县初级中学 刘庆贺








一、透镜的种类

 

常见的透镜是由玻璃制成的,表面是球面的一部分。按其形状可分为两类:凸透镜和凹透镜。中间厚,边缘薄的透镜叫凸透镜,如图1甲所示;边缘厚中间薄的透镜叫凹透镜,如图1乙所示。(注意:判断凸透镜和凹透镜的惟一标准,不是看中间凸还是凹,而是看中间厚还是薄)。

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

二、透镜的主光轴和光心

 

主光轴:通过透镜的两个球面球心的直线叫主光轴,每个透镜都有一条主光轴。主光轴简称主轴。

 

光心:主光轴上有个特殊的点,通过它的光线传播方向不改变,这个点叫做透镜的光心,用字母“O”表示,可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。

 

三、透镜的焦点和焦距

 

凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点,这一点叫凸透镜的焦点。凸透镜两侧各有一个焦点(用字母F表示)且对称。焦点到凸透镜光心的距离叫焦距(用字母f表示),凸透镜两侧焦距相等。

 

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凹透镜能使跟主光轴平行的光线通过凹透镜后发散,发散光线的反向延长线交于主轴上的一点,这一点叫凹透镜的虚焦点。

 

四、透镜对光线的作用

 

凸透镜对光有会聚作用。凹透镜对光有发散作用。

 

说明:①凸透镜的会聚作用是由于光线通过它的两侧表面发生两次折射造成的;

 

②凸透镜焦距的长短反映了凸透镜会聚作用的强弱,焦距短的会聚作用强(光线通过后偏折得厉害);凹透镜焦距的长短反映了凹透镜发散作用的强弱,焦距短的发散作用强。

 

③凸透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短:表面越凸,焦距越短。每个凸透镜的焦距是一定的。

 

④“会聚作用”并不等于通过凸透镜后的折射光线都是会聚光束,“发散作用”并不等于通过凹透镜后的折射光线都是发散光束。光线经凸透镜或凹透镜折射后的光束可以是会聚光束、平行光束或发散光束。如图4甲,AB、AE为射向凸透镜的两条入射光线,BD、EG为经凸透镜后射出的光线,它们并没有相交成一点,这是否可认为凸透镜对光线没有会聚作用呢?我们将入射光线AB、AE延长,即图中的BC和EF,把它们与经凸透镜射出的光线BD、EG比较。显然折射光线是相互“靠近”了。

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

在图4乙中光线AB、CD入射到凹透镜上,折射光BE、DE相交成一点。这是否可认为凹透镜对光线有会聚作用呢?将入射线AB、CD延长。如图中虚线BP和DP,折射线BE和DE与入射光线的方向BP、DP相比较,它们相应“远离”了,它表明凹透镜对光起了发散作用,

 

由此可见,透镜对光是会聚还是发散,不是看折射光线是否相交而是体现在它们使光线相互“靠近”了还是“远离”了。

 

五、其他材料的凸透镜

 

实验室提供的透镜是用玻璃做材料的,在实际生活中同学们还可见到其他材料的透镜。例如:荷叶上的小露珠就是一个个“水透镜”,装有水的矿泉水瓶子,也是一个“水透镜”;我们还可以以冰为原料制作出“冰透镜”;如图玻璃砖中间有一个图5所示形状的空气泡,它是“空气透镜”,它是凸透镜还是凹透镜呢?(提示:将图沿中心纵向切开,有玻璃的部分是中间厚还是边缘厚?)

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

六、区别凸透镜和凹透镜的方法

 

凸透镜与凹透镜可以从以下几个方面加以区别:外形特征、对光线的作用、成像特点及用途等。具体方法如下:

 

方法一:用手摸,镜子的中央部分比边缘厚的是凸透镜,镜子的中央部分比边缘薄的是凹透镜。

 

方法二:隔着镜子观察距镜子较近的书上的字,有放大作用的是凸透镜;字变小的是凹透镜。

 

方法三:隔着镜子观察距镜子较近的书上的字,移动镜子,若发现像的移动方向总是与镜子的移动方向相同,则该镜子是凹透镜;若发现像的移动方向总是与镜子的移动方向相反,则该镜子是凸透镜。

 

方法四:隔着镜子观察窗外的物体,若能看到上下左右都颠倒的像,这种镜子是凸透镜;若看到像是正立的,这种镜子是凹透镜。

 

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:让镜子正对太阳光照射,在镜子的另一侧放一张与透镜平行的白色卡片纸,耐心调节镜子与纸之间的距离,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,则镜子是凸透镜;若形成光斑的中间比四周暗,则镜子是凹透镜。

 

方法八:近视眼镜,是用凹透镜做成的。老花镜,是用凸透镜做成的。

 

说明: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。

 

技巧:当你想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,能帮助你发现一些平时容易忽略的细节。






如何测量凹透镜的焦距
江苏丰县初级中学 刘庆贺








例  小明和小红在课堂上测量了老花眼镜的焦距。他们联想到:能否测量近视眼镜的焦距呢?于是,他们在课后对此问题展开了探究:

 

(1)他们想到近视眼镜属于凹透镜,回忆了凹透镜对光线的作用,请你帮他们完成图1中的光路图。

 

(2)如果要利用太阳光测量近视眼镜的焦距,他们还需要选择什么器材?答:     。

 

(3)请你在方框里帮他们写出实验的操作步骤(也可以画出示意图说明)。

 

(4)根据你的设计,近视眼镜焦距的表达式是:             。

 

(5)若要使焦距测量得更准确些,在操作中要注意:            。

 

错解:题目给的是凹透镜,大家容易把它当成凸透镜来做。有些同学注意到了是凹透镜,但由于与数学不能联系起来,即数理结合意识不强,导致题目无法完成。

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

分析:根据凹透镜对光线的发散作用,容易完成图1中的光路图。题目的难点是测量凹透镜的焦距,相信好多同学在平时的学习中并没有尝试过。要测量焦距,必须找出焦点;根据图1中完成的光路图进行反向思维,要找出焦点,必须先确定太阳光通过凹透镜以后的光路。这样就会想到用白纸接收太阳光通过凹透镜以后的发散光斑,只要测量光斑的直径、玻璃镜片的直径、镜片到光斑的距离,再利用几何中的相似三角形知识,就可以计算出凹透镜的焦距。

 

答案:(1)如图2

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

(2)刻度尺、白纸

 

(3)步骤:①将近视眼镜正对着太阳光,白纸与眼镜平行;②用刻度尺量出白纸上亮环的直径为D;③量出白纸到眼镜的距离为L;④量出玻璃镜片的直径为d。(或者画出图3)

 

(4)【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

(5)近视眼镜正对着太阳光(或白纸与眼镜平行等)

 

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总结:测量凹透镜的焦距,对大家的能力是一个挑战。一是要具有逆向思维意识,即知道凹透镜的焦点就能知道发散光路,反过来,若知道了发散光路,就可以确定焦点的位置。二是要具有数理结合的意识。数学是工具,物理中的许多问题,要想精确,必须使用数学。






望远镜和显微镜解疑
江苏丰县初级中学 刘庆贺








一、望远镜的物镜焦距要较长而目镜的焦距要较短的原因

 

使用望远镜(物镜、目镜都是凸透镜)时,为了使远处的物体(天体)经物镜成的实像尽可能明亮,要把物镜做得大些.物镜越大,可以会聚的光线越多,像就越明亮,就越容易观察更远更暗的物体(天体)。镜面越大,其焦距就越长.经物镜成的实像要经过目镜的再次放大,才能看的更清楚。这里采用的方法是经物镜成的实像正好处于目镜的焦距以内,为了尽可能增大视角,目镜的焦距越短越好。

 

例1.如图1是简易天文望远镜内部结构.远处的物体经过物镜成一个        的实像,落在目镜              的位置;这个实像经过目镜成一个正立        像.如果你想制作简易天文望远镜,没有现成的透镜,可以选用合适的        (选填“近视”或“远视”)镜片来代替。

 

【物理素材】 神奇的透镜(八) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

解析:远处物体的位置在2倍焦距以外,经过物镜成一个倒立缩小的实像;落在目镜一倍焦距以内,以便经过目镜成一个正立放大的虚像;天文望远镜的物镜和目镜都是凸透镜,所以可用远视镜片来代替。

 

答案:倒立缩小 一倍焦距以内 放大的虚 远视

 

点拨:凸透镜既能使物体成放大的实像,又能成放大的虚像,如果利用物镜使远处的物体成一缩小的实像,这个实像再经过目镜放大,就能看清楚较远处的物体,这就是望远镜。利用望远镜能看清楚远处的物体,主要原因有两个:望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小,但它离我们的眼睛很近,再加上目镜的放大作用,视角就可以变得很大。另一个原因是:望远镜物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大得多,这样它可以会聚更多的光,使得所成的像更加明亮。这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大,以求观测到更暗的星。由于望远镜物镜的直径比眼睛的瞳孔要大得多,它可以收集更多的光线,使远处的物体看起来更明亮。

 

二、显微镜物镜的焦距要比较短,目镜的焦距要比较长的原因

 

使用显微镜时,从物体(标本)射出的光线,经过物镜后形成一个放大的实像。这个实像被目镜再次放大,经过两次放大,光线变得很弱,不容易看清楚。因此,一方面要使被观察的物体明亮,一方面物体要尽可能离物镜近一些,以便更多的光线进入物镜。为了保证物体经物镜成放大的实像,物体要在一倍焦距以外,故物镜的焦距要设计得短一些。为使经物镜成的实像落在目镜的焦距以内,目镜的焦距又总是设计得长一些。

 

例2.显微镜镜筒的两端各有一组透镜,每组透镜的作用都相当于一个凸透镜,靠近眼睛的凸透镜叫做目镜,靠近被观察物体的凸透镜叫做物镜.目镜和物镜所成像的情况为(    )

 

A.目镜成放大实像,物镜成放大虚像

 

B.目镜成放大虚像,物镜成放大实像

 

C.目镜成放大实像,物镜成放大实像

 

D.目镜成放大虚像,物镜成放大虚像

 

解析:物镜是凸透镜,放在载物片上的物体位于物镜的1倍焦距与2倍焦距之间,经过物镜后,成一放大实像。这个放大的实像作为目镜的物体,处在目镜的一倍焦距之内,成一放大虚像.选项B正确。

 

答案:B

 

点拨:凸透镜既能使物体成放大的实像,又能成放大的虚像,若先用一个凸透镜使物体成一放大的实像,然后再用另一个凸透镜把这个实像再一次放大,就能看清很微小的物体了,这就是显微镜的原理。显微镜的物镜距离要观察的物体较近,使物体成一放大的实像。


 







 

 


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