來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)資源 2023-03-21 19:16:28
在光學(xué)中,由實(shí)際光線會(huì)聚而成,且能在光屏上呈現(xiàn)的像稱為實(shí)像;由光線的反向延長(zhǎng)線會(huì)聚而成,且不能在光屏上呈現(xiàn)的像稱為虛像。講述實(shí)像和虛像的區(qū)別時(shí),往往會(huì)提到這樣一種區(qū)分方法:“實(shí)像都是倒立的,而虛像都是正立的。”
結(jié)構(gòu)特征
凸透鏡:
邊緣薄、中間厚,至少要有一個(gè)表面制成球面,亦可兩面都制成球面?煞譃殡p凸、平凸及凹凸透鏡三種。
凹透鏡:
邊緣厚、中間薄,至少要有一個(gè)表面制成球面,亦可兩面都制成球面?煞譃殡p凹、平凹及凸凹透鏡三種。
光學(xué)性質(zhì)(對(duì)光線作用)
凸透鏡主要對(duì)光線起會(huì)聚作用。凹透鏡主要對(duì)光線起發(fā)散作用。
成像性質(zhì)
凸透鏡是折射成像,成的像可以是正立、倒立;虛像、實(shí)像;放大、等大、縮小。
凹透鏡是折射成像,只能成正立、縮小的虛像。對(duì)光線起發(fā)散作用。
表格總結(jié)
規(guī)律總結(jié)
規(guī)律1:當(dāng)物距大于2倍焦距時(shí),則像距在1倍焦距和2倍焦距之間,成倒立、縮小的實(shí)像。此時(shí)像距小于物距,像比物小,物像異側(cè)。
應(yīng)用:照相機(jī)、攝像機(jī)。
規(guī)律1
規(guī)律2:當(dāng)物距等于2倍焦距時(shí),則像距也在2倍焦距, 成倒立、等大的實(shí)像。此時(shí)物距等于像距,像與物大小相等,物像異側(cè)。
規(guī)律2
規(guī)律3:當(dāng)物距小于2倍焦距、大于1倍焦距時(shí),則像距大于2倍焦距, 成倒立、放大的實(shí)像。此時(shí)像距大于物距,像比物大,像位于物的異側(cè)。應(yīng)用:投影儀、幻燈機(jī)、電影放映機(jī)。
規(guī)律3規(guī)律4:當(dāng)物距等于1倍焦距時(shí),則不成像,成平行光射出。規(guī)律4
規(guī)律5:當(dāng)物距小于1倍焦距時(shí),則成正立、放大的虛像。此時(shí)像距大于物距,像比物大,物像同側(cè)。
應(yīng)用:放大鏡。
規(guī)律5
記憶口訣
1.一倍焦點(diǎn)分虛實(shí),二倍焦點(diǎn)分大小,二倍焦點(diǎn)物像等。實(shí)像總是異側(cè)倒。虛像總是同側(cè)正。物近像遠(yuǎn)像變大,物遠(yuǎn)像近像變小。(遠(yuǎn)近是相對(duì)于焦點(diǎn),實(shí)虛像都適用)像的大小像距定,像兒追著物體跑,物距像距和在變。
凸透鏡成像的兩個(gè)分界點(diǎn):
注:這里所指的一倍焦距是說(shuō)平行光源通過(guò)透鏡匯聚到主光軸的那一點(diǎn)到透鏡光心的距離,也可直接稱為焦距;兩倍焦距就是指該距離的兩倍。2f點(diǎn)是成放大、縮小實(shí)像的分界點(diǎn);f點(diǎn)是成實(shí)像、虛像的分界點(diǎn)。
2.凸透鏡、把光聚,成象規(guī)律真有趣;兩倍焦距分大小,一倍焦距分虛實(shí);二焦以外倒實(shí)小,我們用作照相機(jī);一二焦間倒實(shí)大,我們用作投影儀;焦點(diǎn)以內(nèi)正大虛,我們用作放大鏡;欲想得到等實(shí)象,兩倍焦距物體放;焦點(diǎn)之位不成象,點(diǎn)光可變平行光;成象規(guī)律記心間,透鏡應(yīng)用法無(wú)邊。物近(遠(yuǎn)),像遠(yuǎn)(近),像變大(小)。
3.物進(jìn)像退,像越退越大,大像總在小像后,同向移動(dòng)。
成像實(shí)驗(yàn)
光具座
為了研究各種猜想,人們經(jīng)常用光具座進(jìn)行試驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先調(diào)整凸透鏡和光屏的高度,使他們的中心與燭焰中心盡量保持在同一水平高度上,以保證燭焰的像能成在光屏的中央。(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)驗(yàn)作透鏡成像光路:①將蠟燭置于2倍焦距以外,觀察現(xiàn)象②將蠟燭置于2倍焦距和1倍焦距之間,觀察現(xiàn)象③將蠟燭置于一倍焦距以內(nèi),觀察現(xiàn)象④作凸透鏡成像光路⑤進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)(3-5次,尋找實(shí)驗(yàn)的普遍規(guī)律)
應(yīng)用
人眼
人類的眼睛所成的像,是實(shí)像還是虛像呢?我們知道,人眼的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡,那么外界物體在視網(wǎng)膜上所呈的像,一定是實(shí)像。根據(jù)上面的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,視網(wǎng)膜上的物像似乎是倒立的?墒俏覀兤匠?匆(jiàn)的任何物體,明明是正立的啊?這個(gè)與經(jīng)驗(yàn)與規(guī)律發(fā)生沖突的問(wèn)題,實(shí)際上涉及到大腦皮層的調(diào)整作用以及生活經(jīng)驗(yàn)的影響。由于視覺(jué)錯(cuò)誤,人眼認(rèn)為光是由物體發(fā)出并直射入人眼。
當(dāng)物體與凸透鏡的距離大于透鏡的焦距時(shí),物體成倒立的像,當(dāng)物體從較遠(yuǎn)處向透鏡靠近時(shí),像逐漸變大,像到透鏡的距離也逐漸變大;當(dāng)物體與透鏡的距離小于焦距時(shí),物體成放大的像,這個(gè)像不是實(shí)際折射光線的會(huì)聚點(diǎn),而是它們的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn),用光屏接收不到,是虛像。平面鏡所成的虛像對(duì)比(不能用光屏接收到,只能用眼睛看到)。
照相機(jī)
照相機(jī)的鏡頭就是一個(gè)凸透鏡,要照的景物就是物體,膠片就是光屏。照射在物體上的光經(jīng)過(guò)漫反射通過(guò)凸透鏡將物體的像成在最后的膠片上;膠片上涂有一層對(duì)光敏感的物質(zhì),它在曝光后發(fā)生化學(xué)變化,物體的像就被記錄在膠卷上,而物距、像距的關(guān)系與凸透鏡的成像規(guī)律完全一樣。物體靠近時(shí),像越來(lái)越遠(yuǎn),越來(lái)越大,最后再同側(cè)成虛像。物距增大,像距減小,像變小;物距減小,像距增大,像變大。一倍焦距分虛實(shí),二倍焦距分大小。
其他
放映機(jī),幻燈機(jī),投影機(jī),放大鏡,探照燈,攝像機(jī)和攝像頭都應(yīng)用了凸透鏡,凸透鏡完善了我們的生活,時(shí)時(shí)刻刻都應(yīng)用在生活中。遠(yuǎn)視眼鏡就是凸透鏡,近視眼鏡就是凹透鏡。
另外凸透鏡還用于:1、拍攝、錄像2、投影,幻燈,電影3、用于特效燈光(聚焦成各種花色)4、成虛像用于放大文字、工件、地圖等
測(cè)量焦距
器材
光具座,光屏,刻度尺,凸透鏡
步驟
①將凸透鏡正對(duì)太陽(yáng)②讓光屏與凸透鏡在另一側(cè)承接光斑③改變光屏與凸透鏡間的距離④當(dāng)光屏上的光斑最小,最亮?xí)r,固定。在白紙與凸透鏡的位置,用刻度尺(或利用圓規(guī)張角測(cè)出凸透鏡中心與光斑之間的距離,截取圓規(guī)張角間長(zhǎng)度)再測(cè)量出此時(shí)凸透鏡中心與光斑之間的距離,此距離即為凸透鏡的焦距。
注意
1.在陽(yáng)光下有效,陰雨天氣放大鏡有可能不能形成光斑!2.在強(qiáng)光下注意火苗,遠(yuǎn)離可燃物,以防引發(fā)火災(zāi)。3.要使凸透鏡,光屏中心和蠟燭焰心在同一直線上。
規(guī)律記憶
一、1.u>2f,倒立縮小的實(shí)像 f
2.u=2f, 倒立等大的實(shí)像 v=2f 可用來(lái)測(cè)量凸透鏡焦距簡(jiǎn)記為:兩兩倒等實(shí)(或物等像等像不變)
3.2f>u>f 倒立放大的實(shí)像 v>2f 放映機(jī),幻燈機(jī),投影機(jī)簡(jiǎn)記為:中外倒大實(shí)(或物近像遠(yuǎn)像變大)
4.u=f 不成像 平行光源 探照燈簡(jiǎn)記為:點(diǎn)上不成像(或物等焦距不成像)
5.u
注:u大于2f簡(jiǎn)稱為遠(yuǎn)——離凸透鏡遠(yuǎn)一些;u小于2f且大于f簡(jiǎn)稱為近——離凸透鏡近一些
二、物三像二 小實(shí)倒 物二像三 倒大實(shí) 物與像同側(cè)正大虛物近像遠(yuǎn)像變大,物遠(yuǎn)像近像變小,1倍焦距分虛實(shí),2倍焦距分大小。
三、二環(huán)外①,拾到②小相機(jī)。一二環(huán)間,拾到大投影。一環(huán)內(nèi), 打③假④正經(jīng)⑤。
注解:①二環(huán)外:二倍焦距以外②拾到:拾,實(shí)(實(shí)像。到,倒(倒立) 應(yīng)用:照相機(jī)③打:放大④假,虛(虛像)⑤經(jīng),放大鏡
應(yīng)用例題
例1老奶奶用放大鏡看報(bào)時(shí),為了看到更大的清晰的像,她常常這樣做( )
A.報(bào)與放大鏡不動(dòng),眼睛離報(bào)遠(yuǎn)些
B.報(bào)與眼睛不動(dòng),放大鏡離報(bào)遠(yuǎn)一些
C.報(bào)與放大鏡不動(dòng),眼睛離報(bào)近一些
D.報(bào)與眼睛不動(dòng),放大鏡離報(bào)近一些
解析:放大鏡是凸透鏡,由凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)可以看出,當(dāng)物體在一倍焦距以內(nèi)的時(shí)候,物距越大,像距越大,像也越大。也可從成像原理得出結(jié)論,平行于主軸的光線不變,而隨著物體的遠(yuǎn)離透鏡,過(guò)光心的光線越來(lái)越平緩,所以兩條光線的反向延長(zhǎng)線交點(diǎn)就離透鏡越遠(yuǎn),像就越大。也就是在一倍焦距以內(nèi)的時(shí)候,物體離焦點(diǎn)越近,像越大。所以答案為B。
例2小明拿著一個(gè)直徑比較大的實(shí)驗(yàn)用的放大鏡,伸直手臂觀看遠(yuǎn)處的物體,他可以看到物體的像,下面說(shuō)法中正確的是( )
A.射入眼中的光一定是由像發(fā)出的
B.像一定是虛像
C.像一定是倒立的
D.像一定是放大的
解析:放大鏡是凸透鏡,在手拿凸透鏡,并伸直了手臂看遠(yuǎn)處的物體時(shí),物距遠(yuǎn)大于兩倍焦距,所以會(huì)成像在手內(nèi)側(cè)稍大于一倍焦距處。而人的眼睛在一個(gè)手臂以外,所以進(jìn)入人眼的光線肯定是折射光線匯聚成像后再分開(kāi)的光線,我們看到就好像是從像發(fā)出的。這個(gè)像肯定是倒立縮小的實(shí)像。所以答案是C。而選項(xiàng)A中并非所有進(jìn)入人眼的光線都是從像發(fā)出來(lái)的。
例3在農(nóng)村放映電影,試鏡頭時(shí),發(fā)現(xiàn)屏上的影像小了一點(diǎn),應(yīng)當(dāng)怎樣調(diào)整放映機(jī)( )
A.放映機(jī)離屏遠(yuǎn)一些,膠片離鏡頭遠(yuǎn)一些
B.放映機(jī)離屏遠(yuǎn)一些,膠片離鏡頭近一些
C.放映機(jī)離屏近一些,膠片離鏡頭遠(yuǎn)一些
D.放映機(jī)離屏近一些,膠片離鏡頭近一些
解析:這是一道凸透鏡的應(yīng)用題,電影放映機(jī)鏡頭(凸透鏡)的焦距是不變的,根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律,膠片距透鏡焦點(diǎn)的距離越近,屏上成的像越大,同時(shí),屏離透鏡越遠(yuǎn)。
凸透鏡成像,物體越靠近焦點(diǎn),成的像越大,此時(shí)像離凸透鏡越遠(yuǎn)(實(shí)像、虛像都有這個(gè)規(guī)律)。反過(guò)來(lái),物體離凸透鏡越遠(yuǎn),成的實(shí)像越小,像越靠近焦點(diǎn)。凹透鏡成像,物體體離凹透鏡越遠(yuǎn),所成的像越小,像越靠近虛焦點(diǎn)。
從上述分析可知,本題的正確選項(xiàng)為B。
例4 某同學(xué)拍畢業(yè)合影后,想拍一張單身像。攝影師應(yīng)采取的方法是( )
A.使照相機(jī)靠近同學(xué),同時(shí)鏡頭往后縮,離膠片近些
B.使照相機(jī)靠近同學(xué),同時(shí)鏡頭往前伸,離膠片遠(yuǎn)些
C.使照相機(jī)遠(yuǎn)離同學(xué),同時(shí)鏡頭往后縮,離膠片近些
D.使照相機(jī)遠(yuǎn)離同學(xué),同時(shí)鏡頭往前伸,離膠片遠(yuǎn)些
解析:照相機(jī)鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡。鏡頭后是暗箱,膠片裝在暗箱底部,膠片相當(dāng)于光屏;當(dāng)拍完合影后,再拍單身像,像要變大。成像時(shí)要使像變大,物距應(yīng)減小,同時(shí)增大像距,即拉長(zhǎng)暗箱或使鏡頭前伸。從上述分析可知,本題的正確選項(xiàng)為B。
例5用照相機(jī)拍攝水池底部的物體時(shí),若保持照相機(jī)的位置不變,比較池中有水和無(wú)水兩種情況(假設(shè)兩種情況下,人眼看到的物體等大),則有水時(shí)( )
A.暗箱應(yīng)略短一些,得到的像會(huì)略大些
B.暗箱應(yīng)略短一些,得到的像會(huì)略小些
C.暗箱應(yīng)略長(zhǎng)一些,得到的像會(huì)略大些
D.暗箱應(yīng)略長(zhǎng)一些,得到的像會(huì)略小些
解析:根據(jù)照相機(jī)成像原理,當(dāng)物距減小時(shí),像距變大,要在膠片上得到物體清晰的像,應(yīng)將暗箱適當(dāng)縮短一些,同時(shí),膠片上的像將比原來(lái)的像略大一些。
本例中,池水中有水時(shí)水池底部的物體由于光的折射看起來(lái)比實(shí)際位置偏高,當(dāng)把水排掉無(wú)水后,池底的物體相對(duì)人來(lái)說(shuō)變遠(yuǎn)了,如果仍然想在原來(lái)的位置用此照相機(jī)拍到這個(gè)物體清晰的照片,根據(jù)凸透鏡成實(shí)像時(shí),物遠(yuǎn)像近像變小,可知他應(yīng)該調(diào)整照相機(jī),使鏡頭后縮,暗箱應(yīng)略短些.
反之有水時(shí),物體由于光的折射看起來(lái)比實(shí)際位置偏高,物近像遠(yuǎn)像變大,使鏡頭前移,暗箱應(yīng)略長(zhǎng)些,所得的像會(huì)略大些.故選C.
例6測(cè)繪人員繪制地圖時(shí),需要在空中的飛機(jī)上向地面照相,稱為航空攝影,若使用航空攝影照相機(jī)的鏡頭焦距為50mm,則底片到鏡頭的距離為( )
A.10mm之內(nèi)
B.略小于50mm
C.略大于50mm
D.等于50mm
解析:航空攝影是指在飛機(jī)上向地面拍照,由于物體距離凸透鏡非常遠(yuǎn),可以看成從無(wú)限遠(yuǎn)處入射的光線,它所成的像應(yīng)當(dāng)略大于焦距。故本題的正確選項(xiàng)為C。
【評(píng)注】解決有關(guān)照相機(jī)、幻燈機(jī)和放大鏡應(yīng)用的問(wèn)題都離不開(kāi)凸透鏡成像規(guī)律。而掌握這些規(guī)律的最好方法就是畫(huà)圖,因此,同學(xué)們?cè)谡n下應(yīng)反復(fù)畫(huà)物體在凸透鏡不同位置的成像光路圖,在這個(gè)基礎(chǔ)上熟練掌握知識(shí)點(diǎn)分析中所列的表格,再做這種問(wèn)題就得心應(yīng)手了。
例7 物距OB為u,相距OB'為v,凸透鏡焦距為f。請(qǐng)用幾何方法求證1/u+1/v=1/f。
解析:詳細(xì)解析請(qǐng)見(jiàn)本詞條推導(dǎo)方法中的幾何法。
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