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第五章 《透镜及其应用》
一、透镜
(一)透镜：透明物质制成(一般是玻璃)，至少有一个表面是球面的一部分，对光起折射作用的光学元件。
1、主光轴：通过两个球心的直线。
2、光心：主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不变。(薄透镜中心可认为是光心)
3、焦点：
(1)凸透镜能使跟主轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这点叫透镜的焦点，用“F”表示 。它是实焦点，可用找“亮点”法测焦距：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为止，用刻度尺测出光斑到凸透镜的距离D;凸透镜的焦距f =D(如果雨天没有太阳光可用白炽灯替代，方法与上同)。
(2)虚焦点：跟主光轴平行的光线经凹透镜后变得发散，发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫虚焦点。虚焦点不能用纸屏承接(据此可区分凸透镜和凹透镜)
(3)焦距：焦点到光心的距离叫焦距，用“f”表示。 每个透镜都有两个焦点、焦距和一个光心。
(二)分类：
1、凸透镜：(1)结构特征：边缘薄，中央厚;(2)图例： ;(3)对光的作用：对光起会聚作用;(4)解释：冰透镜取火、不能在森林里乱丢透明塑料瓶、雨后及时揭掉草上的塑料薄膜等。(5)凸透镜的作图口诀：经心直传去;平行折过焦;过焦折平行。
即：经过光心的光线沿直线传播;平行于主光轴的光线折射后通过焦点;通过焦点的光线折射后与主光轴平行。
典型图：
2、凹透镜：(1)边缘厚，中央薄。 (2)图例： ;(3)对光的作用：对光起发散作用;
(4)凹透镜的作图口诀：经心直传去;平行反过焦;对焦折平行。
即：经过光心的光线沿直线传播;平行于主光轴的光线折射后，折射光线的反向延长线通过焦点;通过对方焦点的光线折射后与主光轴平行。
典型图：
二、凸透镜的成像规律
(一)实验探究凸透镜的成像特点
1、实验：实验时点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度(简记：三心等高)，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。
2、若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：①蜡烛在焦点以内(虚像不能用光屏承接);②烛焰在焦点上(不成像)③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度;④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置。
3、成像规律总结：
(1)一焦分虚实：u=f是成实像与虚像的分界点，u>f，成实像，u =f不成像，u<F成虚像。< p>
(2)二焦分大小：u=2f是成缩小的像与放大的像的分界点，u >2f成缩小的实像，u=2f成等大的实像，f<U<2F可成放大的实像。< p>
(3)凡实像都是倒立的，能在光屏上呈现，物像异侧;凡虚像都是正立的，不能在光屏上呈现，物像同侧。但不论是实像还是虚像都能用眼睛看到。
(4)成实像时，物近像远大(反之亦然——物远像近小)：
即：物体从2f以外的地方逐渐靠近f时，像距在变大，同时像的大小也在逐渐变大;反之，物体从f逐渐远离凸透镜(物距增大)时，像距在变小，像的大小也在变小。
(5)成虚像时，与成实像的情况相反。
口决一：“一焦(点)分虚实，二焦(距)分大小;虚像同侧正;实像异侧倒，物远像近小”。(二)透镜的应用
1、照相机的成像与调整。
照相机就是利用凸透镜u > 2f 能成倒立、缩小的实像这个原理制成的。照相机的镜头相当于一个凸透镜，胶卷相当于光屏，调节镜头到胶片的距离，胶片上会出现景物清晰的倒立、缩小的像(像在f< v<2f )。
调节方法：摄近景时，物距减小，像距增大，像也增大，即镜头向外伸出一些，离胶片远一些(暗箱应拉长些)，像大一点(即：物近像远大);摄远景时，物距增大，像距变小，像也变小，即镜头往后缩，离胶片近一些，像小一点(即：物远像近小)。照相机上光圈的作用是控制进入照相机的光线多少，快门控制进光时间。
2、幻灯机、投影仪的成像与调整
幻灯机就是利用凸透镜f< u<2f 能成倒立、放大的实像这个原理制成的。幻灯机的镜头相当于一个凸透镜，幻灯片是物体，银幕相当于光屏，幻灯片到镜头的距离比镜头的焦距稍大。为了使观众看到正立的像，幻灯片要倒插(像在v > 2f )。
根据凸透镜成像规律，为了使屏幕上有更大的图像，应增大像距同时减小物距，即幻灯机应离屏幕远些，同时幻灯片离镜头近一些。
3、放大镜
成像条件：放大镜是一个短焦距的凸透镜，必须把物体放在凸透镜(u < f )的一倍焦距以内。
成像过程：把凸透镜靠近要观察的物体，使物距小于1 倍焦距，透过透镜便可以观察到一个正立放大的虚像，所成的虚像和物体在镜的同侧( v > u )。
口决二： 物远实像小而近，物近实像大而远， 如果物放焦点内，正立放大虚像现;
幻灯放像像好大，物处一焦二焦间， 相机缩你小不点，物处二倍焦距远。
三、眼睛和眼镜
1、近视眼的成因：晶状体变厚，折光能力变强，远处物体的像成在视网膜的前方，看不清物体;矫正办法：配戴凹透镜制成的眼镜;预防：(1)经常做眼保健操(2)同时注意用眼卫生等。
2、远视眼的成因：晶状体变薄，折光能力变弱，近处物体的像成在视网膜的后方，看不清物体;矫正办法：配戴凸透镜制成的眼镜。
四、显微镜和望远镜
1、显微镜: 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。
物镜：成倒立的、放大的实像(来自被观察物体的光经过物镜后成一个放大的实像，道理就像投影仪的镜头成像一样)。
目镜：成正立的、放大的虚像(它的作用则像一个普通的放大镜，把这个像再放大一次)。经过这两次放大作用，我们就可以看到肉眼看不见的小物体了。
2、望远镜:有一种望远镜也是由两组凸透镜组成的。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。
物镜：成倒立的、缩小的实像(它的作用相当于照相机成像)。
目镜：成正立的、放大的虚象(它的作用相当于放大镜)。
视角：物体的边缘跟眼睛所夹的角。视角越大，成的像越大。 |