【学习要求】

1.探究并了解光的折射现象及其特点.

2.认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用.

3.探究并知道凸透镜成像的规律.

4.了解凸透镜成像规律的应用；了解近视眼和远视眼的成因与矫正办法.

【知识网络】

【知识要点】

1.光的折射现象和折射规律

（1）光的折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折的现象，叫做光的折射.

（2）光的折射规律：在光发生折射时，折射光线、入射光线和法线在同一平面上.当光从空气斜射入玻璃（或水）中时，折射光线偏向法线，折射角小于入射角；当光从玻璃（或水）中斜射入空气中时，折射光线偏离法线，折射角大于入射角；当光垂直射入玻璃（或水）中时，传播方向保持不变.

（3）在光的折射现象中，光路是可逆的.

2.透镜的分类及其对光线的作用

（1）透镜分凸透镜和凹透镜两类：中间比边缘厚的透镜称为凸透镜，它对光线有会聚作用；中间比边缘薄的透镜称为凹透镜，它对光线有发散作用.

（2）会聚与发散：会聚与发散是将通过光学元件后的光线与通过光学元件前的光线相比较而言的.

在光的传播过程中，如果加入了某种光学元件之后，使得光的照射范围减小了，那么加入的这种光学元件对光就有会聚作用，如图2-17所示（图中的虚线表示入射光如不经过透镜时的传播方向）.

图　2-17

图　2-18

如果加入了某种光学元件之后，使得光的照射范围增大了，就可认为光发散了，那么加入的这种光学元件对光就有发散作用，如图2-18所示的四种情况（图中的虚线表示入射光如不经过透镜时的传播方向）.

（3）利用凸透镜可以制成放大镜、幻灯机、照相机、望远镜和显微镜，也可用于远视眼的矫正；凹透镜可用于近视眼的矫正.

3.凸透镜的成像规律及其应用

由凸透镜成像规律可知：

（1）当物体由远处逐渐向凸透镜的焦点靠近过程中，实像在逐渐增大，且像逐渐远离凸透镜.

图　2-19

（2）焦点F是物体在凸透镜中成实像和虚像的分界点.

（3）物体在2倍焦距以外所成的实像是缩小的，在2倍焦距以内成的实像是放大的，即2倍焦距的点是凸透镜成放大和缩小实像的分界点.

【典型例题】

例1　如图2-19所示，A、B两个盒子中分别放入了一块凸透镜和一块凹透镜，盒子的中央部位是透明的，四周是不透明的，透镜也无法从盒子中取出，试判断一下哪个盒子中放的是凸透镜，并说明判断的方法和依据.

点拨　可以从透镜对平行光的作用和透镜成像的特点角度去分析.

例2　有A、B、C三块凸透镜，现测试它们的焦距范围.测试时凸透镜和烛焰的距离均保持10cm不变.结果烛焰通过三块凸透镜所成的像如下表所示：

那么，A、B、C三块凸透镜的焦距范围各是多少？

点拨　三种情况下物距u都是10cm.根据凸透镜成虚像时物距与焦距的大小关系，以及成实像时（分放大和缩小两种情况）的物距与焦距的大小关系进行判定.

图　2-20

例3　图2-20中，OA′是光线AO的折射光线，请在图中大致画出入射光线BO的折射光线.

点拨　光的折射规律告诉我们，当入射角减小时，其对应的折射角也相应减小，由此判断光线BO的折射光线OB′大致在OA′下方.

【例题解析】

例1：将一束平行光对准A（或B）的中间照射，然后在A（或B）的另一侧用光屏承接，且边移动光屏边观察光屏上是否会出现一个特别明亮的光点.若有，则是凸透镜；若无，则是凹透镜.

因为凸透镜对光线有会聚作用，当用平行于主光轴的平行光线照射凸透镜时，光线经凸透镜折射后能会聚于焦点处，形成一个亮斑；凹透镜对光线有发散作用，不会将平行光线会聚到一点.

想想看，如何利用透镜成像的特点完成本题的解答？

例2：因为三种情况下的物距u都是10cm.

对凸透镜A，因所成的是倒立放大的实像，所以有2fA＞u＞fA，可得10cm＞fA＞5cm.

对凸透镜B，因所成的是倒立缩小的实像，所以有u＞2fB，可知fB＜5cm.

对凸透镜C，因所成的是正立放大的虚像，所以物体一定在焦点以内，即u＜fC，故有fC＞10cm.

例3：折射光线OB′在OA′的下方.

自我评估

一、填空题

1.美丽的某城市广场中，有一个美妙的音乐喷泉.从水池的底部射出的光柱会伴随着动听的音乐，将喷泉照射得绚丽多彩.某一时刻，一束光柱从池底通过水面斜射向空气，在水面上发生了光的反射和折射现象.若入射角为30°，则反射角为__________；当入射光线远离水面时，折射光线将__________水面.

2.人的眼睛的晶状体相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏，即当物体在很远的地方时，物体成像在视网膜上.当物体靠近人眼时，若晶状体的焦距不变，则它的像将会落在视网膜_______（选填“前”“上”或“后”）而导致看不清物体.但实际上，人眼在由远到近地观察物体时，晶状体的焦距会_______（选填“变大”“不变”或“变小”），所以人们还是能清晰地观察到物体.

3.大气层密度是不均匀的，越到高空空气越稀薄.太阳光穿过大气层时要发生________.因此，早晨，我们看到初升的太阳是在它实际位置的________；傍晚，我们看到西下的落日是在它实际位置的________.（后两空均选填“上方”或“下方”）

4.一物体放在透镜前某处，光屏上产生一个与物体等大的像，则该透镜为_____________镜，所成的是____________像；如果把物体向镜前移动原来距离的一半以上时，所产生的是____________像.

5.根据观察，分别填写照相机、投影仪、放大镜所成的像的特征：

6.为了防止森林火灾，在森林里不允许随地丢弃透明的饮料瓶，这是由于雨水进入饮料瓶后对光的作用相当于一个________镜，它对太阳光有________作用，可能会导致森林火灾.

图　2-21

7.如图2-21所示，在“观看水中的硬币”活动中，把一枚硬币固定在空杯的底部，找一个角度使你刚好看不到硬币的最右端A点.保持眼睛和杯子的位置不变，在同学逐渐把水加入杯中的过程中，硬币上的B点和C点能先后被你看到.

（1）你所看到的水中硬币是一个变浅的__________像.

（2）图2-21中画出了刚看到C点时光的传播示意图，入射角是αC；如果刚看到B点时的入射角是αB，则αB__________αC.(www.daowen.com)

二、选择题

8.看起来清澈见底不过齐腰深的池水，不会游泳的小明跳下去就出现了危险，幸好有同学及时相救.小明在岸上看池水比实际浅的原因是（　　）.

A.从池底射出的光在水面处发生反射　　B.小明的眼睛产生的错觉

C.从池底射出的光在水面处发生折射　　D.从空气射入水中的光在水面处发生折射

9.“五一”节期间，在南山公园平静的湖水中，小红看到了“鸟在水中飞，鱼在云中游”的美丽画面，她所观察到的“飞鸟”和“游鱼”（　　）.

A.都是折射而成的像　　B.分别是反射和折射而成的像

C.都是反射而成的像　　D.分别是折射和反射而成的像

10.在“凸透镜成像”实验中，移动物体到某位置时，能在光屏上成清晰缩小的像，则下列能成立的是（　　）.

①如果将物体靠近凸透镜，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏必须远离凸透镜，且光屏移动的距离先大于后小于物体移动的距离；

②同时移动物体与光屏，且移动距离相同，有可能在光屏上成清晰缩小的像；

③换用焦距较小的凸透镜后，仍要在光屏上得到清晰的像，如果只移动光屏，光屏必须靠近凸透镜；

④保持物体和光屏位置不变，一定可以在光屏上得到另一个清晰的像.

A.①③　　B.②④　　C.②③　　D.③④

11.老奶奶用放大镜看报纸时，为了看到更大的清晰的像，她经常将（　　）.

A.报纸和眼睛不动，放大镜离报纸远一些　　B.报纸和眼睛不动，放大镜离报纸近一些

C.报纸和放大镜不动，眼睛离报纸远一些　　D.报纸和放大镜不动，眼睛离报纸近一些

12.如图2-22所示，“射水鱼”发现水面上的小昆虫后，从口中快速喷出一束水柱，将小昆虫击落.图2-22中能表示“射水鱼”观察到小昆虫的光路是（　　）.

图　2-22

三、作图与实验题

13.画出图2-23中光线经凸透镜折射后的折射光线.

图　2-23

图　2-24

14.小宇患有近视，戴近视眼镜，他学了凸透镜成像的实验后，兴致高昂，回家后，他找来一个凸透镜、一支蜡烛、一个光屏继续探究.他把蜡烛放在凸透镜的2倍焦距以外，很快在光屏上找到了烛焰的像.当他把蜡烛逐渐向凸透镜的方向移动，发现像也越来越大.当他把蜡烛移到凸透镜的2倍焦距上时（图2-24），在光屏上得到的是一个倒立______（选填“放大”“等大”或“缩小”）的实像.此时，他保持蜡烛和凸透镜的位置不变，又将自己的近视眼镜、爷爷的老花镜和爸爸的平光眼镜（相当于平板玻璃）分别放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上的像有时候离凸透镜更近，有时候更远，有时候不动.现在他想让像离凸透镜更近些，他应该将__________________放在蜡烛和凸透镜之间.

15.某同学做“观察凸透镜成像”的实验时，进行了两次实验，如图2-25所示.

图　2-25

在图（a）所示的实验中，他能在凸透镜另一侧的光屏上观察到放大、倒立的“烛焰”；在图（b）所示的实验中，他通过凸透镜能观察到放大、正立的“烛焰”.

则该同学在图（a）所示的实验中使用的凸透镜的焦距________（选填“大于”“小于”或“等于”）图（b）所示的实验中使用的凸透镜的焦距.

16.小雨在吃烤肉串时，偶然发现了一个现象：通过火炉上方看对面的人，感觉对面的人好像在晃动.为什么会出现这种现象呢？小雨根据学过的知识进行分析：火炉上方的空气被加热后，其疏密程度在不断发生变化，光进入这种不均匀的热空气会发生折射，传播方向也在不断发生变化，因此感觉对面的人在晃动.为了验证这种分析是否正确，回到家后，小雨利用一支激光笔、一个装有酒精的浅盘及火柴，进行了如下的探究.

图　2-26

（1）如图2-26所示，将激光笔固定在小桌上沿水平方向照射，看到激光笔发出的一束红光射向墙面，墙面上有一个红色光点保持不动，这说明光在均匀的空气中是__________传播的.

（2）如果要让这束红光穿过不均匀的空气，接下来小雨的做法应该是：_____________.

（3）如果小雨的分析是正确的，他观察到的现象应该是：_________________________.

四、设计和应用题

17.在“研究凸透镜成像规律”的实验中：

（1）实验需要知道凸透镜的焦距大约是多少，如果没有太阳光，怎样利用白炽灯粗略地测量出焦距？说出你的办法.

（2）某同学在做实验时，先把烛焰放在较远处，使物距大于2倍焦距，测出物距，然后移动凸透镜，观察光屏上成清晰的像时，测出像距，并记录像的大小、正倒和虚实.请问他的操作方法正确吗？为什么？

（3）点燃蜡烛后，无论怎样移动光屏和蜡烛，光屏上始终没有出现蜡烛火焰的像，你认为产生这种现象的原因可能是：______________________________________.

（4）若在光具座上进行实验时，手边有焦距为48cm、15cm和4cm的三个凸透镜，你认为选用焦距为________cm的凸透镜进行实验更为恰当.理由是：______________.

（5）第1、2实验小组分别进行了若干次操作，并把实验数据准确记录在下面表格中：

请分析以上数据，你能得到什么结论？（写出一条即可）

_________________________________________________________________

18.如图2-27所示是研究凸透镜成像特点的实验装置的示意图.图（a）、图（b）是能在光屏上呈现清晰像的两种情形.这两种成像情形中，___________［选填“图（a）”或“图（b）”］能够模拟眼睛成像.为了模拟近视眼看东西模糊的情形，应该把该图中的光屏向________（选填“靠近”或“远离”）凸透镜方向移动或使凸透镜的曲度变得更大.

图　2-27

19.阅读材料，回答问题：

眼镜的度数

透镜焦距f能表示它会聚光线（凸透镜）或发散光线（凹透镜）本领的大小.焦距越短，透镜折光本领越大，所以可用焦距f的倒数表示透镜的这种折光本领，叫做透镜的焦度D，即.式中：f的单位是m，D的单位是m-1.平时我们说的度数就是透镜的焦度D乘100的值.

凸透镜（远视镜片）的度数是正数，凹透镜（近视镜片）的度数是负数.

根据以上内容回答下列问题：

（1）+300　°、-300　°、+100　°、+200　°的眼镜片中，哪些是远视镜片，哪些是近视镜片？它们的焦度和焦距分别是多少？

（2）通过对（1）中数据的分析，近视镜片和远视镜片的度数与镜片的焦距有什么关系？

（3）你如何粗略测量出一块老花镜镜片的度数？

20.小宇最喜爱的玩具是叔叔送他的生日礼物，那是三只大小、形状完全相同的凸透镜，分别由玻璃、水晶和塑料制成.现在小宇想要探究大小、形状相同的凸透镜的焦距与制作材料是否有关.请你帮助他设计这次探究实验的全过程，完成如下的工作：

（1）这次探究实验所需的器材有哪些？请你写出来.

（2）请你写出探究实验的主要步骤.

（3）请你设计出记录实验现象或实验数据的表格.

（4）说明在这次探究过程中，你所运用的一种主要的科学研究方法.