1、第 4 讲 光的折射 透镜4.1 学习提要4.1.1 光的折射1. 光的折射现象光从一种物质进入另一种物质时，它的传播方向通常会改变，这种现象叫做光的折射。2. 光的折射规律如图 4-1 所示，光线 AO 从空气斜射人水中，传播方向发生改变，折射光线是 OB。光折射时，折射光线、入射光线、法线在同一面内；折射光线和入射光线分别位于法线两侧。当光从空气斜射入水（或其他透明介质）中时，折射光线向法线靠拢，折射角小于入射角。入射角增大时，折射角增大。光垂直射到水（或其他透明介质）的表面时，光的传播方向不变。 图 4-1当光从水（或其他透明介质）斜射入空气中时，折射光线将偏离法线，折射角大于入射角。如
2、图 4-2（a）和(b)所示，当光以相同的人射角分别从空气斜射人水或玻璃中时，在玻璃 中的折射光线向法线偏折更明显，说明玻璃对光的折射本领比水强。实验表明，不同介质对光的折射本领不同。图 4-24.1.2 透镜1. 三棱键三棱镜是一个截面为三角形的透明棱柱体。如图 4-3 所示，由空气射人三棱镜内的光线，通过棱镜后出射光线向棱镜的底面偏折。图 4-3 图 4-42. 凸透镜（1）中间比边缘厚的透镜叫做凸透镜。通常透镜的两个表面都是球面，或者一面是球面，面是平面。通过透镜球面的球心 C1、C 2的直线叫做透镜的主光轴，透镜的中心 O 点叫做透镜的光心。（2）凸透镜对光线有会聚作用，如图 4-4
3、所示，凸透镜的焦点为实焦点。（3）经过凸透镜有三条特殊光线，如图 4-5 所示：（a）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过焦点。（b）过焦点的光线绘凸透镜折射后折射光线平行于主光轴。（b）通过凸透镜光心的光线方向不改变。图 4-53. 凹透镜（1）中间比边缘薄的透镜叫做凹透镜。（2）凹透镜对光线有发散作用，如图 4-6 所示，凹透镜的焦点为虚焦点。（3）经过凹透镜有三条特殊光线，如图 4-7 所示：（a）平行于主光轴的光线经凹透镜折射后它的反向延长线过焦点。 图 4-6（b）延长线过焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴。（c）通过凹透镜光心的光线方向不改变。图 4-74.1.3 凸透镜成
4、像1. 物距、像距和焦距物体到透镜中心的距离叫物距，用 表示；像到透镜中心的距离叫像距，用 表示；焦距用u v表示。 f2. 研究凸透镜成像规律实验（1）实验目的：研究凸透镜成像规律。（2）实验器材：凸透镜、蜡烛、光屏、光具座、火柴。（3）实验步骤 测出凸透镜的焦距，用符号 表示，并记录下凸透镜的焦距。f 在光具座上从左向右依次放入蜡烛、凸透镜和光屏。调整凸透镜和光屏的高度，使它们的中心跟烛焰的中心大致在同一高度上。如图 4-8 所示。图 4-8 移动凸透镜，使它与蜡烛的距离 （即物距） ，手移动光屏，眼睛看屏上的像，直uf2到出现清晰的烛焰的像为止，将像的正倒、大小、虚实以及像的位置填入表
5、4-1 中。 移动凸透镜，使 f2 f2正立、放大、实像 投影仪=uf时，在凸透镜另一侧 处，成一个倒立放大的实像。fuf2vf2（4）当 = 时，不能成像。f（5）当 时，在凸透镜另一侧 2f，即：f8cm。归纳上述三种情况，可知该透镜焦距范围满足 9cm60C、=30，3012、如图 4 - 24 所示是光线通过透镜的光路图，其中正确的是（）A B C D图 4-2413、当物体从距凸透镜 1. 5 倍焦距处,沿主光轴移向 3 倍焦距处的过程中,物体在光屏上所成的像将（ ）A、逐 渐 变 大 B、逐 渐 变 小 C、先增大后减小 D、先减小后增大14、放映幻灯时，要使银幕上所成的像变小一些
6、，应采取的措施是（）A、减小银幕与镜头的距离，同时增大幻灯片与镜头的距离B、增大银幕与镜头的距离，同时减小幻灯片与镜头的距离C、将银幕与镜头的距离和幻灯片与镜头的距离同时增大D、将银幕与镜头的距离和幻灯片与镜头的距离同时减小15、在“探究凸透镜成像规律”的实验中，物体经凸透镜所成的像不可能是（）A、正 立 放 大 的 虚 像 B、正 立 缩 小 的 虚 像C、倒立缩小的实像 D、倒立放大的实像16、用同一凸透镜在光具座上分别探究甲、乙两物体的成像情况。实验时甲、乙两物体直立于 光具座上，且甲物体比乙物体长些，它们经凸透镜成像后,下列说法中正确的是（ ）A、若它们都成放大的实像，则甲的像一定比乙
7、的像长B、若它们都成等大的实像，则甲的像一定比乙的像短C、若它们都成缩小的实像，则甲的像一定比乙的像长D、不论成放大还是缩小的实像，甲的像都有可能比乙的像短17、如图 4-25 所示，根据凸透镜和凹透镜的性质，完成光路图。（a） （b） （c）图 4-2518、如 图 4 - 26 所示，根据图中画出的光线通过透镜前后的传播方向，请在图中的方框内填人 适当的透镜种类的符号。（a） （b） （c）图 4-2619、在图 4-27 中，完成光路图。图 4-2720、请在图 4-28 中用作图法画出物体的像。图 4-28B 卷1、我国古代对凸透镜的聚焦作用早有认识。据晋代张华的博物志记载：“削冰令圆
8、，举以向日，以艾承其影，则得火。 ”用冰取火，似乎不可思议，但这绝非讹传，如图 4-29 所示。这是利用了凸透镜对光线的_作用。2、如图 4-30 所示，把一张透明塑料纸铺在桌面上，用筷子在塑料纸上滴一水珠（直径约5mm）双手拿着塑料纸，透过水珠看报纸上的字是_（选填“放大”或“缩小” ）了的_像（选填“实”或“虚” ） 。图 4-29 图 4-30 图 4-313、用镜头焦距一定的照相机给某人拍好全身像后，想再拍一张半身像，照相机与被照人的距离应_一些，镜头与底片的距离应_一些。 （选填“增大”或“减小” ）4、平面镜和凸透镜相距为 4 且镜面和凸透镜主轴垂直，如图 4-31 所示，如有一束
9、平行主轴的光线射向透镜，经平面镜反射后会聚在两镜中点 M，则这个凸透镜的焦距为_。5、如图 4 - 32(a)所示，甲、乙、丙、丁是镜头焦距不同的四架相机，它们所用的底片规格相同， 分别用它们在同一地点拍摄同一景物。我们可以判定，在图 4-32(b)中 ， 照 片 ： _是 用照相机甲拍摄的，照片_是用照相机甲拍摄的，照片_是用乙拍摄的，照片_是用丙拍摄的，照片_是用丁拍摄的。 （选填“A” 、 “B”、 “C”、 “D”） 。甲 乙 丙 丁图 32（a）焦距不同的四种照相机A B C D图 32（b）6、图 4-33 中画出了光线射到空气与水的界面处发生折射和反射的四幅光路图，其中正确的是（
10、 ）A B C D图 4-337、如图 4-34 所示，一束光线斜射人容器中，在 P 处形成一光斑，在向容器里逐渐加满水的过程中，光斑将（ ）A、向左移动后静止 B、向右移动后静止C、先向左移动再向右移动 D、仍在原来位置8、 如 图 4-35 所 示 ， F 为 凸 透 镜 的 两 个 焦 点 ， A， B， 为 物 体 AB 的 像 ， 则 物 体 AB 在 （ ）A、 图 中 区 域 ， 箭 头 水 平 向 右 B、 图 中 区 域 ， 见 图 水 平 向 右C、 图 中 区 域 ， 箭 头 方 向 向 左 斜 上 方 D、 图 中 区 域 ， 箭 头 方 向 向 右 斜 上 方图 4-
11、34 图 4-359、同学们在学习光现象过程中有许多说法，我们从中选出四种：光年是一个非常大的时间单位；“坐井观天，所见甚小”隐含了光的直线传播原理；平静湖面上的“倒影” ， 明平面镜成“与物等大正立的像”的规律不成立；透过书桌上的玻璃板看玻璃板下面的字，看到的是字的虚像。对这些说法的判断，都正确的是（ ）A、 都正确 B、 正 确 ， 错 误C、 正确，错误 D、正确，错误10、两个完全相同的凸透镜 L1、L 2如图 4-36 放置，其中 AO1=O1B=BO2，过 A 点的一条光线经L1，折射后按如图方向到达 L2，则关于该光线在经 L2 折射后的去向，以下判断正确的是（ ）A、过 L2的
12、二倍焦距点B、过 L2的焦点C、平行于 L2的主光轴D、过 L2的二倍焦距以外的点图 4-3611、物 体 在 凸 透 镜 前 20 cm 的地方，所成的傷是倒立、放大的实像。若将物体放在这个凸透镜前 10 cm 处，所成的像是（ ）A、倒立放大的实像 B、正立放大的虚像C、倒立缩小的实像 D、倒立等大的实像12、烛焰通过凸透镜恰好在光屏上得到一个倒立放大的像，若保持凸透镜位置不变，把烛焰和光屏的位置对调一下，则（ ）A、光屏上仍能得到一个倒立放大的像B、光屏上得到一个倒立缩小的像C、透过透镜可观察到一个正立放大的像D、光屏上没有像，需调节光屏位置才能成像13、物体放在凸透镜前，到凸透镜的距离
13、是 46 cm，此时光屏上得到的是放大的像，则所用凸透镜的焦距可能是（ ）A、4cm B、8cm C、10cm D、18cm14、某同学需要用一块焦距为 510 cm 的凸透镜。他利用光具座并选用 a、b、c 三块凸透镜做实验 ，他保持物体与凸透镜的距离为 10cm，更换透镜，调节光屏，结果光线通过 a 镜成一个倒立缩小的像，光线通过 b 镜成一个倒立放大的像，通过 c 镜可以看到正立放大的虚像，则应该选用（ ）A、a 镜 B、b 镜 C、c 镜 D 三者都可以15、在 图 4- 37 中，P、Q 为某凸透镜主光轴 OA 上的两点。若物体放在 P 点可得到一个放大的实像，放在 Q 点可得到一个
14、缩小的实像，则下列判断中正确的是（ ）A、凸透镜可在 P 点左侧，也可在 P、Q 之间B、凸透镜可在 P 点右侧，也可在 P、Q 之间C、凸透镜必须在 P、Q 之间D、凸透镜一定不在在 P、Q 之间图 4-3716、如图 4-38 所示，请用作图法求出入射光线 AB 经透镜后的折射光线 BC。图 4-3817、如 图 4 - 39 所示，A 为发光点，A ， 是 4 通过凸透镜所成的像，MN 是主光轴。利用作图法找出透镜的位置和焦点位置。图 4-39 图 4-4018、如 图 4-40 所 示 ， S 为点光源,S为 S 的像点,MN 为透镜主轴，用作图的方法确定透镜的 种类、位置和透镜的两个
15、焦点。19、如图 4 - 41 所示，点光源 S 正对圆孔，与圆孔相距为 a，透过圆孔的光在后面的大屏上得到一个圆斑。若在孔上嵌一凸透镜，则光屏上立刻出现一个清晰的亮点，则该透镜的焦距、圆孔与光屏之间的距离分别是多少？图 4-4120、如 图 4 - 42 所示，在光具座上自左向右依次竖直放置一个凹透镜、凸透镜和平面镜，两个透镜的主光轴重合，凸透镜的焦距为 f，此时两个透镜之间的距离为 L。在 凹 透 镜 的 左 侧 有一水平平行光束通过两个透镜后人村到平面镜上，经平面镜反射后，反射光恰能沿原来的光路返回，据此可判断凸透镜的焦距为多少？图 4-4221、某小组同学在“探究凸透镜成像的规窜”实验
16、过程中发现：有时光屏上不能成像；有时能在光屏上成缩小的像；有时能在光屏上成放大的像；有时能在光屏上成等大的像。为了研究产生这些现象的条件和规律，该组同学继续进行实验，并将每次实验中的相关数据及现象记录在表4-4 和表 4-5 中。表 4-4 （凸透镜的焦距为 f = 10cm） 表 4-5（凸透镜的焦距为 f = 12cm）（1）分别比较实验序号 1 或 5 中的物距 u 与各自凸透镜焦距 f 的大小关系及成像情况，可得出的初步结论是_。（2）继续分析表中的数据，并把表中的物距 u 与像距 v 分别与各自凸透镜的一倍焦距 f和二倍焦距 2f，进行比较，发现当_时，在光屏上成放大的像；当_时，在
17、光屏上成等大的像；当_时，实 验序 号物 距(cm)像 距(cm)像 的大 小1 6 光 屏 上 不 能 成 像2 1530 放 大3 20 20 等 大4 30 15 缩 小实 验序 号物 距(cm)像 距(cm)像 的大 小5 7 光 屏 上不 能 成 像6 15 60 放 大7 24 24 等 大8 30 20 缩 小在光屏上成缩小的像。（ 3） 分 析 比 较 实 验 序 号 2 与 3 与 4(或 6 与 7 与 8)数 据 中 的 物 距 u、 像 距v 以 及 像 的 大 小 变 化 关 系 ， 可 得 出 的 初 步 结 论 是 _。作业参考答案与解析A 卷1、 【答案】CG，
18、AE，FO，OD，60，302、 【答案】折射，反射3、 【答案】浅，折射4、 【答案】BD，AC5、 【答案】BCDE，A6、 【答案】20，等大，小于7、 【答案】凸透镜，会聚8、 【答案】D9、 【答案】A10、 【答案】B11、 【答案】D12、 【答案】A13、 【答案】B14、 【答案】A15、 【答案】B16、 【答案】D17、 【答案】略18、 【答案】略19、 【答案】略20、 【答案】略B 卷1、 【答案】会聚2、 【答案】放大，虚像3、 【答案】减小，增大4、 【答案】 d235、 【答案】D，B，A，C6、 【答案】A7、 【答案】A8、 【答案】D9、 【答案】D10、 【答案】A11、 【答案】B12、 【答案】B13、 【答案】C14、 【答案】B15、 【答案】A16、 【答案】略17、 【答案】略18、 【答案】略19、 【答案】 ，a220、 【答案】f-L21、【答案】 （1）当物距小于一倍焦距时，光屏上不能成像；（2）f2f；（3）同一块凸透镜，当它成实像时，像距随着物距的增大而减小，像也变小
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