2019-2020年八年級(jí)物理上冊(cè) 光的折射 凸透鏡成像教案 教科版(一)光的折射1光的折射規(guī)律：光從空氣斜射入水或其他透明介質(zhì)中時(shí)，折射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)，折射角小于入射角；光從水或其他介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角；光垂直射向介面時(shí)，傳播方向不改變。發(fā)生折射時(shí)，入射角增大，折射角也隨之增大(如圖l3一l所示)。折射角小于入射角 傳播方向不改變 折射角大于入射角圖131易錯(cuò)點(diǎn) 光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，傳播方向一定改變。正確的應(yīng)是光垂直射向兩種物質(zhì)的界面時(shí)，傳播方向不改變，此時(shí)折射角和入射角等于0。2在折射時(shí)光路也是可逆的運(yùn)用光路的可逆性可解答有關(guān)折射的“逆向問題”。注意 (1)發(fā)生光的折射時(shí)一般同時(shí)發(fā)生光的反射。(2)無論光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中，或光從水或其他介質(zhì)斜射入空氣中，在空氣中的角是大角。3光在不均勻的空氣中的傳播路徑是彎曲的，實(shí)際上也是光的折射現(xiàn)象。解釋光的折射現(xiàn)象(1)水中筷子看起來折斷了；(2)“潭清疑水淺”池水看起來變淺了；(3)潛水員在水下看岸上的樹木變高了。注意 (1)人眼看見物體是有光射入人的眼中，不要將箭頭畫成由眼向外的方向，人的眼睛本身并不發(fā)光，要作射入人眼的光線；(2)兩條以上光線的反向延長線相交處是虛像的位置，一條延長線無法確定位置；(3)折射所成虛像只是人根據(jù)光沿直線傳播經(jīng)驗(yàn)的一種判斷，實(shí)物的真實(shí)位置需要找準(zhǔn)，這也就是漁人叉魚時(shí)應(yīng)判斷魚的像比魚高且稍向后移。(4)人在岸上看水中的物體或在水中看岸上的物體，虛像位置均比實(shí)物高。(二)透鏡1凸透鏡和凹透鏡比較易錯(cuò)點(diǎn) 透鏡的“會(huì)聚”與“發(fā)散”作用。在圖132中，兩條折射光線相對(duì)于兩條入射光線的傳播方向“相互靠近”了，這就是凸透鏡對(duì)光起會(huì)聚作用的結(jié)果。這時(shí)的兩條折射光線不是會(huì)聚而是發(fā)散的，可見會(huì)聚作用并不等于會(huì)聚!項(xiàng)目 凸透鏡 凹透鏡 外形 中間厚、邊緣薄 中間薄、邊緣厚 對(duì)光線 的作用對(duì)光線有會(huì)聚作用 對(duì)光線有發(fā)散作用 焦點(diǎn) 平行主光軸的光線經(jīng)透鏡折射后實(shí)際光線會(huì)聚的點(diǎn)(實(shí)焦點(diǎn)) 平行主光軸的光線經(jīng)透鏡折射，折射光線的反向延長線會(huì)聚的點(diǎn)(虛焦點(diǎn))光路圖圖132 圖133同理，在圖133中，兩條折射光線相對(duì)于入射光線的傳播方向“相互遠(yuǎn)離”了，這就是凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用。這時(shí)的兩條折射光線不是發(fā)散而是會(huì)聚的，可見發(fā)散作用也不等于發(fā)散!可見判斷透鏡的“會(huì)聚”、“發(fā)散”作用的最簡(jiǎn)單方法就是將原光線延長，將入射光線的傳播方向和經(jīng)透鏡折射后光線的傳播方向進(jìn)行比較，若通過透鏡后的光線相對(duì)于原方向向主光軸偏折，即為會(huì)聚，向外偏折即為發(fā)散。不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為折射光線交到一點(diǎn)就是對(duì)光起會(huì)聚作用，否則就是發(fā)散。實(shí)際上對(duì)透鏡來說光線總是向厚的一邊偏折射。2與透鏡有關(guān)的幾個(gè)概念(1)主光軸O0一光心0過透鏡的兩個(gè)球面球心的直線叫做主光軸；在主光軸上(一般在透鏡的中心)有一光心，通過光心的光線傳播方向不改變。(2)焦點(diǎn)F-一焦距f平行主光軸的光線經(jīng)透鏡折射后折射光線在主光軸上會(huì)聚的點(diǎn)實(shí)焦點(diǎn)，平行主軸的光線經(jīng)透鏡折射后，折射光線的反向延長線在主光軸上會(huì)聚的點(diǎn)虛焦點(diǎn)；在透鏡的兩側(cè)實(shí)、虛焦點(diǎn)都分別各有l(wèi)個(gè)；焦點(diǎn)到透鏡光心的距離叫做焦距。(3)物距u一像距v物體到透鏡光心的距離叫做物距；像到透鏡光心的距離叫做像距。(4)實(shí)像一虛像成像的原理不同。物點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)鏡子反射或折射后，實(shí)際光線會(huì)聚到一點(diǎn)，所成的像叫做實(shí)像；物點(diǎn)射出的光線，經(jīng)鏡子反射或折射后，光線不能相交，反向延長交于一點(diǎn)，人眼以為光從這點(diǎn)射出的，所成的像叫做虛像。注意 小孔成像是由于光的直線傳播形成的倒立的實(shí)像。承接的方法不同。虛像能用人眼觀看，不能用光屏承接；實(shí)像既可以用光屏承接，也可以用人眼直接觀看。在形成實(shí)像后的折射光線區(qū)域里也可用眼睛觀察到。3掌握三條特殊光路，如圖l34所示：圖134平行于主光軸的光線折射后通過焦點(diǎn)。對(duì)凹透鏡來說，是折射光線的反向延長線經(jīng)過虛焦點(diǎn)。通過焦點(diǎn)的光線(對(duì)凹透鏡而言，是指其延長線通過焦點(diǎn)的光線)折射后與主光軸平行。通過光心的光線不改變光的傳播方向。(三)透鏡成像及應(yīng)用1透鏡成像規(guī)律(1)凸透鏡成像原理。以燭焰通過凸透鏡成像為例，如圖135所示，燭焰可看作是由許多發(fā)光點(diǎn)組成的，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)射向凸透鏡的光線有無數(shù)條，這無數(shù)條光線經(jīng)凸透鏡折射后，會(huì)聚到一點(diǎn)，這一點(diǎn)就是發(fā)光點(diǎn)的像點(diǎn)，全部的像點(diǎn)構(gòu)成了燭焰的像。圖135注意 若用紙板擋住凸透鏡的上半部，下半部的光仍能會(huì)聚起來組成物體的完整的像。但會(huì)聚的光少了，所得的像亮度將變暗。(2)凸透鏡成像規(guī)律。 像的特點(diǎn) 物距 u倒或正縮小或放大實(shí)或虛 像距 v 應(yīng)用AU>2f倒立縮小實(shí)像 f<v<2f (v<u)照相機(jī)Bu=2f倒立等大實(shí)像 v=2f (v=u)測(cè)焦距Cf<u<2f倒立放大實(shí)像 v>2f (v>u)投影儀幻燈機(jī)DU=f / / 平行光測(cè)焦距Eu<f正立放大虛像 物像同側(cè) (v>u )放大鏡一焦分虛實(shí)。u=f是成實(shí)像與虛像的分界點(diǎn)，u>f，成實(shí)像，U=f不成像，u<f成虛像。二焦分大小。u=2f是成縮小的像與放大的像的分界點(diǎn)，U>2f成縮小的實(shí)像，u=2f成等大的實(shí)像f<u<2f可成放大的實(shí)像。u<f成放大的虛像。成實(shí)像時(shí)，物近像遠(yuǎn)像變大。物距從遠(yuǎn)大于2倍焦距減小到等于2倍焦距的過程中，像距從稍大于焦距逐漸增大到等于2倍焦距，物距大于像距一直到等于像距，透鏡另一側(cè)的像逐漸變大一直到與物體等大，物體與像的距離由很大逐漸減少到4倍焦距；物距從稍小于2倍焦距減小到稍大于焦距的過程中，像距從稍大于2倍焦距逐漸增大到遠(yuǎn)大于2倍焦距，像距大于物距，透鏡另一側(cè)的像逐漸變大，物體與像之間的距離由稍大于4倍焦距逐漸增大到很大。成虛像時(shí)，物近像近像變小。當(dāng)物距在稍小于焦距處向凸透鏡靠近的過程中，虛像越來越小。實(shí)像皆倒立，虛像皆正立。(3)凹透鏡對(duì)物體只能成正立、縮小的虛像。易錯(cuò)點(diǎn) 放大的像與像變大。放大的像指所成的像的大小比物體的大小大；像變大指物體到鏡子的距離發(fā)生變化時(shí)，像相對(duì)于原來的像變大。像變大不等于所成的像是放大的，如物距從大于2倍焦距減小到等于2倍焦距的過程中，所成的像是縮小的但像是逐漸變大的。辨析 凸透鏡和凹透鏡。(1)用手摸，中間厚邊緣薄的是凸透鏡，中間薄邊緣厚的是凹透鏡。(精密的光學(xué)儀器不能用此法)(2)用平行光檢測(cè)，對(duì)光起會(huì)聚作用的是凸透鏡，對(duì)光起發(fā)散作用的是凹透鏡。(3)用光屏檢測(cè)，能在光屏上呈現(xiàn)像的是凸透鏡，不能在光屏上呈現(xiàn)像的是凹透鏡。比較 測(cè)凸透鏡焦距的方法。方法一：a讓凸透鏡正對(duì)著太陽光，拿一張白紙?jiān)谒牧硪粋?cè)來回移動(dòng)，直到紙上的光斑最小為止b用刻度尺測(cè)出光斑到凸透鏡的距離D；c凸透鏡的焦距f=D。方法二：a在光具座上從左至右依次放蠟燭、凸透鏡、光屏，點(diǎn)燃蠟燭，調(diào)整蠟燭、凸透鏡、光屏，使它們的中心在同一高度，移動(dòng)凸透鏡和光屏，直到光屏上出現(xiàn)倒立等大的實(shí)像為止b測(cè)出蠟燭到凸透鏡的距離D；凸透鏡的焦距f=D/2。方法三：a在一條直線上，從左至右依次放點(diǎn)光源S、凸透鏡、平面鏡(凸透鏡、平面鏡與直線垂直)，移動(dòng)點(diǎn)光源，點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡折射、平面鏡反射，又經(jīng)凸透鏡折射會(huì)聚成的光斑S與S重合為止，如圖l36所示。b用刻度尺測(cè)出點(diǎn)光源到凸透鏡的距離D；c凸透鏡的焦距f=D。圖136方法四：用某種專用儀器往凸透鏡上量，儀器示數(shù)即為凸透鏡的焦距。2透鏡的應(yīng)用(1)放大鏡。成像條件：放大鏡是一個(gè)短焦距的凸透鏡，必須把物體放在凸透鏡的一倍焦距以內(nèi)。成像過程：把凸透鏡靠近要觀察的物體，使物距小于1 倍焦距，透過透鏡便可以觀察到一個(gè)正立放大的虛像，所成的虛像和物體在鏡的同側(cè)。(2)幻燈機(jī)、投影儀的成像與調(diào)整?；脽魴C(jī)就是利用凸透鏡能成倒立、放大的實(shí)像這個(gè)原理制成的?；脽魴C(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，幻燈片是物體，銀幕相當(dāng)于光屏，幻燈片到鏡頭的距離比鏡頭的焦距稍大。為了使觀眾看到正立的像，幻燈片要倒插。比較 教學(xué)用投影儀與幻燈機(jī)。其主要區(qū)別：投影儀用兩塊大塑料螺旋透鏡作聚光器，同時(shí)用一塊平面鏡把像反射到屏幕上。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，為了使屏幕上有更大的圖像，應(yīng)增大像距同時(shí)減小物距，即幻燈機(jī)應(yīng)離屏幕遠(yuǎn)些，同時(shí)幻燈片離鏡頭近一些。(3)照相機(jī)的成像與調(diào)整。照相機(jī)就是利用凸透鏡能成倒立、縮小的實(shí)像這個(gè)原理制成的。照相機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，膠卷相當(dāng)于光屏，調(diào)節(jié)鏡頭到膠片的距離，膠片上會(huì)出現(xiàn)景物清晰的倒立、縮小的像。調(diào)節(jié)方法：攝近景時(shí)，物距減小，像距增大，像也增大，即鏡頭向外伸出一些，離膠片遠(yuǎn)一些(暗箱應(yīng)拉長些)，像大一點(diǎn)；攝遠(yuǎn)景時(shí)，物距增大，像距變小，像也變小，即鏡頭往后縮，離膠片近一些，像小一點(diǎn)。照相機(jī)上光圈的作用是控制進(jìn)入照相機(jī)的光線多少，快門控制進(jìn)光時(shí)間。(4)顯微鏡。顯微鏡是用來觀察細(xì)微物體或物體細(xì)微部分的光學(xué)儀器。顯微鏡一般是由兩組透鏡組成，每組的作用相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡。接近物體的一組透鏡叫做物鏡，它的焦距很短，接近眼睛的一組透鏡叫做目鏡，它的焦距比物鏡稍大，兩鏡間的距離可以調(diào)節(jié)。顯微鏡的物鏡的作用與幻燈機(jī)相同，成放大的實(shí)像。顯微鏡的目鏡的作用與放大鏡相同，成放大的虛像。成像情況見圖137所示，圖中L1是物鏡，L2是目鏡，將物體AB放在L1的l倍和2倍焦距之間，經(jīng)L1成放大倒立實(shí)像A1B1位于L2的焦點(diǎn)以內(nèi)，再經(jīng)L2放大成虛像A2B2。圖137(5)近視和遠(yuǎn)視的矯正。比較 項(xiàng)目 近視 遠(yuǎn)視 外形 焦距比正常的短，晶狀體比較凸出比正常眼的長，晶狀體比較扁平晶狀體折射光 比正常眼要大些，遠(yuǎn) 處物體的像成在視網(wǎng) 膜前 比正常眼的小些， 近處物體的像成 在視網(wǎng)膜后面 矯正的方法 用凹透鏡制成的眼鏡 用凸透鏡制成的 眼鏡辨析 用圖l38所示的裝置模擬眼睛，燒瓶中的著色液體相當(dāng)于玻璃體，燒瓶左側(cè)緊靠瓶壁的凸透鏡相當(dāng)于晶狀體，右側(cè)內(nèi)壁相當(dāng)于視網(wǎng)膜。圖l39中的四幅圖是一些同學(xué)描繪的近視眼和遠(yuǎn)視眼矯正的方法和光路，其中B是近視眼的模型，A是遠(yuǎn)視眼的模型，能達(dá)到近視眼矯正目的的是C ，能達(dá)到遠(yuǎn)視眼矯正目的的是D。圖139例1(xx年襄樊)圖1310所示為光從空氣斜射入水的光路圖，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出界面和法線的位置。圖1310例2(xx年連云港)如圖l311所示是用來研究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(屏未畫出)，當(dāng)蠟燭和透鏡放在圖示位置時(shí)，通過移動(dòng)光屏，可以在光屏上得到與物體等大的像。若透鏡位置不變，將蠟燭移到刻度為30 cm處，則 ( )圖1311A移動(dòng)光屏，可以在屏上得到倒立放大的像B移動(dòng)光屏，可以在屏上得到倒立縮小的像C移動(dòng)光屏，可以在屏上得到正立放大的像D不論光屏移到什么位置，都不能在屏上得到清晰的像拓展遷移 某同學(xué)做“研究凸透鏡成像”的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中固定了透鏡，無論怎樣移動(dòng)蠟燭和光屏，在光屏上都找不到像，則原因是 。找到原因后在光屏上得到了像，如果蠟燭燃燒時(shí)間較長，蠟燭變短，則光屏上的像將向 移動(dòng)(選填“上”或“下”)。例3(xx年金華)下列現(xiàn)象中由于光的折射而形成的是 ( )A平面鏡使物體成等大的虛像B月光下的人影C小孔成像D用放大鏡觀察到動(dòng)植物標(biāo)本放大的虛像變形題 小明拿著一個(gè)直徑比較大的放大鏡伸直手臂觀看遠(yuǎn)處的物體，可以看到物體的像，下面說法中正確的是 ( )A 射入眼中的光一定是由像發(fā)出的B像一定是實(shí)像c像一定是倒立的D像一定是放大的虛像例4(xx年泰州) 在練習(xí)調(diào)節(jié)教學(xué)投影儀(參見圖l3一l2)的實(shí)踐活動(dòng)中，小明通過調(diào)節(jié)，使屏幕上出現(xiàn)了清晰畫面。這時(shí)，教室后排同學(xué)要求他將屏幕上的畫面再調(diào)得大一些。為此，小明的操作應(yīng)當(dāng)是：適當(dāng)(填“增大”或“減小”)投影儀與屏幕的距離，并將凸透鏡適當(dāng)向一 (填“上”或“下”)移動(dòng)。變形題 當(dāng)他再把兩塊條形磁鐵放在投影儀上，在磁鐵上面鋪好玻璃板，用鐵粉演示磁感線的分布時(shí)，屏幕上磁感線的像卻不清晰，這時(shí)應(yīng)該向 移動(dòng)投影儀的鏡頭。例5(xx年宜昌)某校同學(xué)在學(xué)習(xí)了眼睛和眼鏡內(nèi)容后，想通過實(shí)驗(yàn)探究近視眼的形成原因。他們選擇了如下器材：蠟燭、用薄膜充入水后制成水凸透鏡(與注射器相連，注射器里有少量水)、光屏等。水凸透鏡的厚薄可以通過注射器注入、吸取水的多少來調(diào)節(jié)。其裝置如圖1-3-13所示。圖1313(1) 在此實(shí)驗(yàn)裝置中，水凸透鏡相當(dāng)于人眼球中的晶狀體。 光屏相當(dāng)于人眼球中視網(wǎng)膜。(2)請(qǐng)你用此實(shí)驗(yàn)裝置探究近視眼的成因，要求寫出實(shí)驗(yàn)過程。答案 (2)按如圖所示將蠟燭、水凸透鏡、光屏依次放在光具座上，保持大致在同一高度上，調(diào)節(jié)水凸透鏡的位置使蠟燭在光屏上成清晰的像；向水凸透鏡中注水，使晶狀體變厚，觀察光屏上所成蠟燭的像將變得不清晰，將蠟燭向水凸透鏡靠近，觀察到光屏上會(huì)再次出現(xiàn)清晰的像。點(diǎn)撥該題從學(xué)生的生活實(shí)際出發(fā)，引導(dǎo)我們從物理的角度來認(rèn)識(shí)自己的眼睛，利用身邊的器材探究近視眼的形成原因，把物理知識(shí)融于生活中，考查學(xué)生觀察、體驗(yàn)生活的能力以及應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力。