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透镜成像及其应用问题比较抽象,学生不易掌握,尤其是倒立、正立,实像、虚像,放大、缩小等,很容易出错.但若能条分缕析地把知识點理清,问题也能较好地解决.本文对此作些分析探讨.
一、学习要点
凸透镜、凹透镜对光线的作用、凸透镜成像的特点是相关考试的重点内容,照相机、537影仪、放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器以及人眼都与凸透镜成像规律密切相关,眼睛近视问题是当前人们普遍关心的问题之一.在学习时应注意以下几点:(1)凹、凸透镜的判别,凸透镜焦点的确定及焦距的测量;(2)透镜对光线的作用;(3)凸透镜的成像规律及其运用[会作三条特殊的入射光线(平行于主光轴、通过光心、经过焦点的入射光线)的折射光线,并借助其理解凸透镜成像的规律];(4)凸透镜成像规律的探究;(5)照相机、投影仪和放大镜的应用条件及操作使用方法;(6)近、远视眼判别及矫正.考查的题型以作图、填空、选择、实验探究和简答题为主.
二、问题分类解析
(一)填空作图题
这类题通常考查学生对基本知识的理解掌握情况及灵活运用能力,运用基本规律作图的能力.
【例1】 (2008年南宁市)图1所示是_______眼成像的光路图(选填“近视”或“远视”),应佩戴________透镜矫正.
解析:本题考查的一个知识点是眼睛的结构,当平行光线会聚在视网膜前时,眼睛近视;当平行光线会聚在视网膜后时,眼睛远视.考查的另一个知识点是透镜对光线的作用,即凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用,故应填“近视”、“凹”.
【例2】 在图2中的(甲)、(乙)两图中画出经过透镜的折射线.
解析:根据透镜的定义,平行于凸透镜主轴的光线经过透镜折射后会聚在焦点上,由光路的可逆性得出:过凸透镜焦点的光线经透镜折射后平行射出,图2甲的折射光线见图3丙.平行于凹透镜主轴的光线经过透镜折射后发散,反向延长过虚焦点,由光路的可逆性知,图2乙的光线经凹透镜后,折射光线平行射出,见3图丁所示.
评注:从丙图可以看到经过凸透镜后的两条折射光线是平行的,它们并没有交于一点,那么怎样理解凸透镜对光线起会聚作用呢?还是要用折射光线的方向跟入射光线的方向相比较,它们相互“靠拢”了,这就是凸透镜对光线起到了会聚作用,丁图中折射光线跟入射光线相比较,它们相互“远离”了,这就是凹透镜对光线起到了发散作用.
(二)选择题
选择题在对基础知识的考查方面与其他题型相同,但又有与其他题不同的解答要求,选择题可以猜,可以在给出的几个选项中用排除法等进行选择判断,选择题有一定的解题技巧.
【例3】 蜡烛放在凸透镜前的1.5倍焦距处,在它向离镜3倍焦距的地方移动的过程中,它的像().
A.先放大后缩小B.先缩小后放大
C.逐渐变大 D.逐渐变小
解析:根据凸透镜的成像规律.当物体在凸透镜前不同的位置时,它所成的像性质就不同,有两个转变点.一是焦点.物体在焦点以内成虚像,在焦点以外成实像.焦点是成实像还是成虚像的分界点.二是二倍焦距处.物体在二倍焦距以内成放大的像,在二倍焦距以外成缩小的像,二倍焦距是成放大还是缩小像的分界点.因此,要选出答案A.
又根据物体成实像时,物距减小,像距将变大,像也变大的道理,要选出答案D.故本题有两个正确的答案,它们是A和D.
评注:要注意题目中放大、缩小和变大、变小的区别.放大、缩小是指像跟物相比,变大、变小,是有变化后的像跟变化前的像作比较,因此,掌握凸透镜成像规律是解决这类问题的基础.
【例4】 在研究凸透镜成像的实验中,当蜡烛位于凸透镜某位置时,在透镜的另一侧呈现一个倒立、放大的实像,若保持凸透镜的位置不变,把蜡烛与光屏的位置相互交换,则在光屏上将出现一个().
A.倒立、放大的实像B.倒立、缩小的实像
C.倒立、等大的实像 D.得不到实像
解析:当f＜u＜2f时,凸透镜能成倒立、放大的实像,这时v＞2f.凸透镜位置和焦距不变,互换蜡烛和光屏,则物距u＞2f,根据凸透镜成像规律可得到像的性质.所以答案应是B.
评注:本题可以根据凸透镜成像规律去分析得出B答案.同学们也可以通过实验寻找答案.对于透镜成像问题,只要同学们在做实验的基础上认真分析、总结和归纳,掌握成像规律,问题就容易得到解决.
(三)实验探究题
实验题的解答要求相对要高些,除上述几类题的解答要求外,学生还要有一定的动手操作能力.
【例5】 小宇在做“探究凸透镜成像规律”实验,其实验装置的示意图如图4所示.a、b、c、d、e是主光轴上的五个点,F点和2F点分别是凸透镜的焦点和二倍焦距点.
(1)在a、b、c、d、e这五个点中:
①把烛焰放在__________点上,可以成正立、放大的虚像.
②把烛焰放在__________点上,所成的像最小.
⑧把烛焰放在__________点上是属于照相机原理.
④把烛焰放在__________点上是属于投影仪原理.
(2)小宇做完实验后,又想用手表代替蜡烛,看在光屏上能成什么样的像.于是他在透明的玻璃板上用黑色笔画了个手表盘,如图5甲所示.把这个玻璃板放在蜡烛的位置上,并用平行光源对着玻璃板上的表盘照射,如图5乙所示,移动光屏直到成清晰像为止.此时表盘在光屏上所成的像是图5丙中的( ).
解析:本题以独特的形式考查了考生对凸透镜成像规律的理解程度.凸透镜成像规律如下:①凸透镜成缩小实像时,物距u＞2f,像距f＜v＜2f,物距越大,像越小(照相机);②凸透镜成等大实像时,物距u=v=2f;③凸透镜成放大实像时,物距f＜u＜2f,像距v＞2f,物距越小,像越大(投影仪);④凸透镜成放大虚像时,物距u＜f,物距越大,像越大(放大镜).根据以上规律可解答(1)的问题.解答(2)时应注意,物体在1倍焦距以外成的倒立实像,“倒立”指上下和左右都要倒立. 答案:(1)①e ②a ③a、b ④c、d (2)D
评注:除了掌握凸透镜成像的特点外,还应考虑光线通过凸透镜后是如何偏折的.
(责任编辑:易志毅)
一、学习要点
凸透镜、凹透镜对光线的作用、凸透镜成像的特点是相关考试的重点内容,照相机、537影仪、放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器以及人眼都与凸透镜成像规律密切相关,眼睛近视问题是当前人们普遍关心的问题之一.在学习时应注意以下几点:(1)凹、凸透镜的判别,凸透镜焦点的确定及焦距的测量;(2)透镜对光线的作用;(3)凸透镜的成像规律及其运用[会作三条特殊的入射光线(平行于主光轴、通过光心、经过焦点的入射光线)的折射光线,并借助其理解凸透镜成像的规律];(4)凸透镜成像规律的探究;(5)照相机、投影仪和放大镜的应用条件及操作使用方法;(6)近、远视眼判别及矫正.考查的题型以作图、填空、选择、实验探究和简答题为主.
二、问题分类解析
(一)填空作图题
这类题通常考查学生对基本知识的理解掌握情况及灵活运用能力,运用基本规律作图的能力.
【例1】 (2008年南宁市)图1所示是_______眼成像的光路图(选填“近视”或“远视”),应佩戴________透镜矫正.
解析:本题考查的一个知识点是眼睛的结构,当平行光线会聚在视网膜前时,眼睛近视;当平行光线会聚在视网膜后时,眼睛远视.考查的另一个知识点是透镜对光线的作用,即凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用,故应填“近视”、“凹”.
【例2】 在图2中的(甲)、(乙)两图中画出经过透镜的折射线.
解析:根据透镜的定义,平行于凸透镜主轴的光线经过透镜折射后会聚在焦点上,由光路的可逆性得出:过凸透镜焦点的光线经透镜折射后平行射出,图2甲的折射光线见图3丙.平行于凹透镜主轴的光线经过透镜折射后发散,反向延长过虚焦点,由光路的可逆性知,图2乙的光线经凹透镜后,折射光线平行射出,见3图丁所示.
评注:从丙图可以看到经过凸透镜后的两条折射光线是平行的,它们并没有交于一点,那么怎样理解凸透镜对光线起会聚作用呢?还是要用折射光线的方向跟入射光线的方向相比较,它们相互“靠拢”了,这就是凸透镜对光线起到了会聚作用,丁图中折射光线跟入射光线相比较,它们相互“远离”了,这就是凹透镜对光线起到了发散作用.
(二)选择题
选择题在对基础知识的考查方面与其他题型相同,但又有与其他题不同的解答要求,选择题可以猜,可以在给出的几个选项中用排除法等进行选择判断,选择题有一定的解题技巧.
【例3】 蜡烛放在凸透镜前的1.5倍焦距处,在它向离镜3倍焦距的地方移动的过程中,它的像().
A.先放大后缩小B.先缩小后放大
C.逐渐变大 D.逐渐变小
解析:根据凸透镜的成像规律.当物体在凸透镜前不同的位置时,它所成的像性质就不同,有两个转变点.一是焦点.物体在焦点以内成虚像,在焦点以外成实像.焦点是成实像还是成虚像的分界点.二是二倍焦距处.物体在二倍焦距以内成放大的像,在二倍焦距以外成缩小的像,二倍焦距是成放大还是缩小像的分界点.因此,要选出答案A.
又根据物体成实像时,物距减小,像距将变大,像也变大的道理,要选出答案D.故本题有两个正确的答案,它们是A和D.
评注:要注意题目中放大、缩小和变大、变小的区别.放大、缩小是指像跟物相比,变大、变小,是有变化后的像跟变化前的像作比较,因此,掌握凸透镜成像规律是解决这类问题的基础.
【例4】 在研究凸透镜成像的实验中,当蜡烛位于凸透镜某位置时,在透镜的另一侧呈现一个倒立、放大的实像,若保持凸透镜的位置不变,把蜡烛与光屏的位置相互交换,则在光屏上将出现一个().
A.倒立、放大的实像B.倒立、缩小的实像
C.倒立、等大的实像 D.得不到实像
解析:当f＜u＜2f时,凸透镜能成倒立、放大的实像,这时v＞2f.凸透镜位置和焦距不变,互换蜡烛和光屏,则物距u＞2f,根据凸透镜成像规律可得到像的性质.所以答案应是B.
评注:本题可以根据凸透镜成像规律去分析得出B答案.同学们也可以通过实验寻找答案.对于透镜成像问题,只要同学们在做实验的基础上认真分析、总结和归纳,掌握成像规律,问题就容易得到解决.
(三)实验探究题
实验题的解答要求相对要高些,除上述几类题的解答要求外,学生还要有一定的动手操作能力.
【例5】 小宇在做“探究凸透镜成像规律”实验,其实验装置的示意图如图4所示.a、b、c、d、e是主光轴上的五个点,F点和2F点分别是凸透镜的焦点和二倍焦距点.
(1)在a、b、c、d、e这五个点中:
①把烛焰放在__________点上,可以成正立、放大的虚像.
②把烛焰放在__________点上,所成的像最小.
⑧把烛焰放在__________点上是属于照相机原理.
④把烛焰放在__________点上是属于投影仪原理.
(2)小宇做完实验后,又想用手表代替蜡烛,看在光屏上能成什么样的像.于是他在透明的玻璃板上用黑色笔画了个手表盘,如图5甲所示.把这个玻璃板放在蜡烛的位置上,并用平行光源对着玻璃板上的表盘照射,如图5乙所示,移动光屏直到成清晰像为止.此时表盘在光屏上所成的像是图5丙中的( ).
解析:本题以独特的形式考查了考生对凸透镜成像规律的理解程度.凸透镜成像规律如下:①凸透镜成缩小实像时,物距u＞2f,像距f＜v＜2f,物距越大,像越小(照相机);②凸透镜成等大实像时,物距u=v=2f;③凸透镜成放大实像时,物距f＜u＜2f,像距v＞2f,物距越小,像越大(投影仪);④凸透镜成放大虚像时,物距u＜f,物距越大,像越大(放大镜).根据以上规律可解答(1)的问题.解答(2)时应注意,物体在1倍焦距以外成的倒立实像,“倒立”指上下和左右都要倒立. 答案:(1)①e ②a ③a、b ④c、d (2)D
评注:除了掌握凸透镜成像的特点外,还应考虑光线通过凸透镜后是如何偏折的.
(责任编辑:易志毅)