王牌物理
王牌物理河南中考風向標
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第五章透鏡及其應用實驗專題
兩種透鏡對光的作用
在觀察“凸透鏡對光的作用”實驗中，小明做了如圖所示的實驗。
通過對比這兩幅圖，能夠得出這樣的結論，當光從空氣射進凸透鏡的時候，凸透鏡對于光有著會聚方面的作用。
（2）小明借助此凸透鏡，還有蠟燭、光屏等這些器材，接續探究凸透鏡成像規律，記錄了部分數據如下。
實驗序號
物距u/cm
像距v/cm
像的性質
60.0
12.0
倒立縮小實像
35.0
14.0
倒立縮小實像
30.0
15.0
倒立縮小實像
20.0
20.0
倒立等大實像
12.5
50.0
小明根據表中數據發現：
①凸透鏡成縮小實像時，像距和物距的大小關系是像距小于物距；
②當像距等于物距時，成像的性質是倒立等大實像；
③小明接著進行進一步的猜想，在物距是12.5cm這一情況下，成像展現出的性質為倒立的、放大的實像 。
④小明觀察了前三組數據，他發現同一物體全都成的是縮小的像，那么隨著像距的增加，像會不會變大呢？為了探究這個問題，原表格當中還需要增加的項目是像的大小變化。
光線是朝著主軸的方向去靠攏的，這樣的話就會有會聚的作用，光線是遠離主軸向外擴散的，如此便會有發散的作用。
①把實驗1里的像距和物距加以比較、把實驗2里的像距和物距加以比較、把實驗3里的像距和物距加以比較，從而找出凸透鏡成縮小實像的條件。
②根據實驗4分析解答；
③根據表格數據分析像的大小和物距變化之間的關系；
④根據實驗目的增加記錄項目。
由右圖能夠知道，手電筒所發出的光，經過凸透鏡之后，朝著主軸的方向靠攏，所以，凸透鏡對于光線是有著會聚作用的 。
將實驗1中的像距和物距進行比較，將實驗2中的像距和物距進行比較，將實驗3中的像距和物距進行比較，進而得到，當像距小于物距的時候，凸透鏡會成縮小的實像。
②根據實驗4可知，當像距等于物距時，成倒立等大的實像；
③從實驗1開始，一直到5，物距是逐漸減小的，像距是逐漸增大的，那么像就逐漸變大。而當u等于20cm的時候成等大的實像，那當u等于12.5cm的時候，就應該成倒立放大的實像，。
④觀察前三組數據，小明發現同一物體都成縮小的像，那么隨著像距的增加，像會變大嗎?為了探究這個問題，原表格中還需要增加的項目是像的大小變化。
凸透鏡對光有會聚作用
中間厚邊緣薄形狀特殊的凸透鏡，有把通過的光線聚集到一點的特性，也就是說凸透鏡對光有會聚作用，這種特性能將光線在透鏡的兩個曲面上發生折射，致使光線往靠向透鏡主軸方向偏折，在光學上起著極為核心的作用，像放大鏡、相機、望遠鏡以及投影儀等設備里都有體現 。
為了深入研究凸透鏡的會聚作用，可以執行以下步驟進行探究：
準備一個凸透鏡，準備一個光源，光源可以是蠟燭或者燈泡等，準備一個像白紙張那樣的屏幕，還要準備一個用于支撐光屏的支架。
取一個光源，把它放置在透鏡的其中一側，對光源與透鏡之間的距離予以調整，一直調整到在透鏡另一側的那塊屏幕上能夠觀察到清晰的光斑為止。
進行觀察，記錄光斑的尺寸，看亮度隨著光源與透鏡距離，是怎樣變化的 。當光源處在透鏡焦點以外時；光斑會在透鏡另一邊焦點之后，形成實像 ；而當光源處在焦點以內時；光斑會在透鏡另一邊焦點之前，形成虛像 。
4. 光源與透鏡的距離被改變，不同尺寸和亮度的光斑能夠被觀察到，進而對凸透鏡的會聚作用可深入去理解。
可以通過進一步實驗，研究不同焦距的凸透鏡，對光線會聚效果產生怎樣的作用，以及透鏡材料的折射率，會以何種方式影響會聚作用。
借助這些實驗，能夠更為全面地把握凸透鏡針對光的會聚作用，進而知曉其于光學系統里的應用原理 。
2、凹透鏡對光的發散作用
被稱作發散透鏡的凹透鏡，是一種中心比邊緣薄的透鏡，它有發散光線的特性，當平行光線穿過凹透鏡時，光線會朝透鏡兩側折射，進而致使光線向外發散，這種發散作用源于凹透鏡形狀使入射光線在透鏡兩表面折射時，折射角大于入射角。
為了探究凹透鏡對光的發散作用，可以進行以下實驗：
先準備一個凹透鏡，再準備一個光源，像激光筆模樣的那種，接著準備一張白屏或者白紙，最后還要準備一個能夠固定這些物品的支架。
讓光源被固定于支架之上，要務必保證它能夠釋放出與透鏡主軸相平行的光線 。
把白屏或者白紙，安置于透鏡的另一側，對其位置予以調整，一直至在屏幕上，觀察到有一個模糊的光斑 。
4. 去觀察，然后記錄光斑的那種大小，以及清晰度，其是隨著白屏跟透鏡之間的距離的變化而產生情況的 。
5. 改變光源跟透鏡之間的間距，觀察光斑的改變情形，懂得凹透鏡針對不同入射角光線的發散成效 。
借助實驗數據，能夠繪制出光線穿過凹透鏡之后的發散路徑圖，進而深入剖析凹透鏡的發散特性。
憑借上述所進行的實驗，能夠清晰明了地看見凹透鏡對于光線所起到的發散作用，并且能夠領會其背后所蘊含的物理原理。
【練習1】在借助太陽光測量凸透鏡焦距之后，小華把凸透鏡正對著太陽，發覺把火柴頭放置在凸透鏡焦點處一段時間以后，火柴會被點燃，他想要進一步探究不一樣的透鏡對于火柴的點燃效果存在何種不同，與同學們展開討論之后，他們提出了以下三種猜想：
猜想1：凹透鏡也能點燃火柴；
猜想2：點燃火柴的快慢與凸透鏡的焦距大小有關；
猜想3：點燃火柴的快慢與凸透鏡的直徑大小有關．
按照所學知識，他們展開討論，據此判斷猜想1是錯誤的，你試想一下，他們判斷所依據的是什么呢 ？
為了去驗證猜想2究竟正不正確，他們挑選了直徑相同但焦距不一樣的凸透鏡，進行屢次實驗，結果發現火柴被點燃的時間基本上是相等的，這表明猜想2是那樣的 。
（3）請去設計一個簡單的實驗，以此來驗證猜想3是不是正確的，簡要敘述一下你的實驗方案 。
簡要做法：；如何判斷：．
在學習了透鏡知識之后，小明有了想動手完成測量凸透鏡焦距實驗的想法，小華同樣也有這樣的想法 。
（1）小明所設計的乃是借助太陽光進行測焦距的一種方案，就如甲這幅圖所顯示的那樣，在放置凸透鏡這個動作實施的時候，他應當要讓鏡面朝著太陽光，與此同時，在透鏡的另一處緊緊靠著透鏡的那個位置放置一張白紙，隨后再把白紙從透鏡所在之處逐漸地往遠處挪動，移到了一個恰當合適的位置，一直到白紙上出現了光斑物業經理人，進而測得了該透鏡的焦距。
（2）小華采取的是另外一種方案，她把一個可看作點光源的小燈泡放置在凸透鏡主光軸上，且緊靠透鏡位置。同時，在透鏡另一側，有一張畫有與鏡面等大圓的白紙，是平行于鏡面放置的，如圖乙所示。為了準確測量該透鏡焦距，白紙上的圓心應處在凸透鏡上面。在移動小燈泡過程中，當她看到某現象時便可以指出，此時小燈泡移到了該透鏡焦點處，最終就能測出焦距了。
小偉妹妹過生日之際 ，小偉購置了若干大小各異的水晶球，這是要當作禮物送給妹妹的 。之后小偉陪著妹妹在陽光下擺弄水晶球 ，這時發現陽光透過水晶球在地面留存光斑 。于此小偉萌生探究之意 ，想弄明白水晶球的聚光能力與水晶球大小存在何種關系 ，所以借助兩個大小不一樣的水晶球 、白紙以及刻度尺著手開展實驗 。他把其中一個水晶球正對著太陽光擺放 ，并且把白紙放置在水晶球的另一側 。接下來要進行操作事項 。經由實驗數據展開分析從而得出結論 ：要是出現某種情況 ，那就表明水晶球的聚光能力和水晶球大小是有聯系的 。
某物理學習小組，挑選了如圖所示的四個透鏡來開展探究實驗，其中A與B、C與D是兩組形狀一樣的凸透鏡，它們分別是用玻璃、塑料以及水晶制作而成的，標點句號。
在探究有關“凸透鏡的焦距大小是跟透鏡球形表面彎曲程度產生何種關系”這個情況的時候，小組里面的各位同學相應地需要去從中選取出圖里的哪兩個凸透鏡來開展實驗呢，答案就是需要進行選填字母那個順序號的內容 。
有器材被確定之后，緊接著小組當中的同學，讓一束跟主光軸保持平行的光，分別經由兩凸透鏡之后，會聚焦于焦點的所在處，就如同圖甲、乙所展示的那樣。對兩次實驗的現象予以比較，能夠得到的結論是：凸透鏡的表面越是凸，凸透鏡的焦距就越怎樣呢 ！
一種情況是，要是選擇A、B這兩個透鏡，那么他們能夠去探究，關于另一種情況的 “凸透鏡的焦距大小與的關系” 。 。
【練習5】物理跟生活緊密相連，在學了光學知識之后，宏星同學展開了下面的觀察，然后進行了思考。
宏星于湖邊瞧見水中存在一條魚，那屬于光的現象，他所看到供橋一的“魚”是虛像 。
湖中有一把水位標尺，他看到魚恰好在標尺的45厘米處，水面在標尺的75厘米處，魚到水面的實際深度應大于30厘米，這里面選填“小于”或“等于”或“大于” ；如果想叉魚，他應瞄準所看到的魚的下方，這里面選填“上方”或“下方” 。
（3）類比屬于一種解決問題的辦法，圖甲借助S點發出的二條特殊光線理性探尋凸透鏡成像特征的光路圖，要參照圖甲的方式，在圖乙上經由畫圖理性探尋凹透鏡成像特征（僅需找出像點（Q））。
二、探究凸透鏡成像的規律
實驗小組在探究凸透鏡成像的規律”的實驗中：
（1）如圖甲所示，有一束平行光，小明把它正對著凸透鏡，之后移動光屏，一直移動到光屏上最終形成一個最小且最亮的光斑，而這個凸透鏡的焦距是10.0cm 。
（2）進行實驗之際，將凸透鏡穩穩地固定于光具座50cm刻度線的那個位置，把蠟燭點燃，并且去調整燭焰的高度，再去調整凸透鏡的高度，接著調整光屏的高度，使得燭焰以及凸透鏡和光屏這三者各自的中心處于同一高度，其這樣做的目的是要讓所成的像能夠呈現在光屏的中央之處。
第（3）種情況，讓凸透鏡在光具座上的位置維持不變，把蠟燭挪動到光具座20cm刻度線那里，如同題17圖乙所呈現的那樣，移動光屏，一直到燭焰在光屏上形成清晰的像，那么這個像是倒立的、縮小的實像，生活里的照相機（從“放大鏡”“投影儀”或“照相機”中選擇填寫）就是依據這種成像規律來工作的。
若保持凸透鏡處于光具座上的位置不發生變動，僅僅將圖乙當中蠟燭跟光屏的位置進行互換，會發現光屏之上仍然能夠觀察到燭焰清晰的像，此時所觀察到的像相較于位置互換之前的像更大，選填“大”或者“小”。
（1）依據平行于主光軸的光會聚焦于主光軸上的某一點，此點被稱作焦點，焦點到光心的距離被叫做焦距，讀數的時候需要估讀到分度值的下一位，。
（2）目的是要讓像能夠呈現在光屏的中央位置，所以應當把燭焰、凸透鏡以及光屏這三者的中心，調整到同一個高度上，。
(3)根據u2f，成倒立、縮小的實像；
先保持凸透鏡在光具座上的位置不變，接著僅僅把圖乙當中蠟燭以及光屏的位置進行交換，之后發現光屏上面依舊能夠觀察到燭焰十分清晰的像，而且這個時候所觀察到的像要比之前位置互換之前的像更大 。
在對相關光學現象進行解析的過程中，當平行光穿過凸透鏡時，光線會出現方向上的改變，發生偏折現象，之后光線交匯團聚于凸透鏡的焦點之處，而從焦點這一位置到凸透鏡光心那段距離，被稱作焦距，通過觀察圖示能夠知曉，此凸透鏡的焦距數值為10.0cm。
實驗的時候，需要把燭焰、凸透鏡以及光屏這三者的中心，調節到同一高度，如此一來初中物理透鏡專題，能夠讓燭焰的像，成在光屏的中央位置，從而方便進行觀察。
首先，把蠟燭挪動到光具座上的20cm刻度線那里，這時，物距比二倍焦距要大，鑒于凸透鏡成像的規律，接著移動光屏，一直到燭焰在光屏上形成清晰度高的影像，那么，這個像是倒立的、縮小的實像，在生活里，照相機就是依據這種成像規律來開展工作的。
僅保持凸透鏡在光具座上位置不動，若只是將圖乙里蠟燭與光屏的位置進行互換，會發現光屏上能夠依舊觀察到燭焰清晰的像，這是由于在光的折射現象當中，光路是會可逆的，此時所形成的像是呈現倒立狀態、放大的實像，并且像相較于之前是更大的 。
關乎光學領域的、極為重要的一項內容是凸透鏡成像規律，其針對不同物距狀況下，凸透鏡所形成的像的性質予以了描述，下述為凸透鏡成像規律的幾個關鍵點：
1. 當物體處于凸透鏡焦點以外的時候，透鏡就在物體同一側形成一個倒立的，縮小的實像。
當物件正好處于凸透鏡的將那聚焦點之上的時候，該透鏡不會生成實際的影像，而是會射出平行的光線。
當物體置于焦點與凸透鏡間時日，透鏡于物體的另一側生成一個放大的、正立的虛像，。
4.當物體處在凸透鏡的焦點范圍內向內時，透鏡會于物體的相同一側形成一個將其放大的、呈現正立狀態的實像。
在所有情形之下，成像所處的位置，成像具備的大小，成像呈現的性質，均和透鏡所擁有的焦距，以及物體所處的位置存在關聯。
6. 改變物體跟透鏡之間的距離，能夠觀察到像的大小以及位置的變化，借此驗證上述規律。
為了探究凸透鏡成像規律，可以進行以下實驗步驟：
先行實驗準備，需備好一個凸透鏡，還要準備光源，亦要準備光屏，同樣需準備刻度尺，另外得準備光源支架，同時要準備光屏支架。
首先進行實驗裝置的搭建，要把光源固定在其對應的支架上，接著把凸透鏡固定在相應的支架上，然后把光屏固定在合適的支架上面，務必要保證它們能夠沿著同一條直線進行移動。
移動光源以及光屏，把它們放置在透鏡的兩側，一直到光屏上出現一個十分清晰的像，進行記錄，記錄的內容是光源到透鏡的距離以及光屏到透鏡的距離，這兩個之間的距離平均值就是透鏡的焦距，此為測量焦距的行為 。
查看成像規律時，要把物體 在透鏡前面不同的位置上瞧瞧，觀察并記錄成像的位置，以及成像的大小，還有成像的正倒情況。物體所處的位置涵蓋了在焦點以內，在焦點之上，在焦點以外，還有處于無窮遠處 。
5. 數據進行記錄，記錄的是每次實驗之時物體所處的位置，以及像所在的位置，還有像的大小維度，以及像所具備的性質，此性質涵蓋實像或者虛像，以及正立或者倒立這些方面 。
6.剖析規律：依據所記錄的數據初中物理透鏡專題，對物體位置以及像的性質、位置還有大小之間的關系予以分析，進而歸納出凸透鏡成像的規律。
7. 實驗得出的結論是，依據分析之后所得到的結果，推論出關于凸透鏡成像規律的結論，并且將其與理論方面的知識開展對比以便進行驗證 。
【典例】【探究名稱】探究“凸透鏡成像的規律”
老師在上課時手持一個水晶球，讓同學們借助它去看遠處呈現倒立狀態的建筑物的像，以此引發同學對于凸透鏡成像的興趣。基于此，老師安排大家一同去探究“凸透鏡成像的規律”，為同學們準備了一個凸透鏡，一個凹透鏡，一個光具座，一根蠟燭，一個光屏，還有一個火柴盒。
【證據】
小明去挑選透鏡的時候，將兩個透鏡也就是甲和乙，分別正對著太陽光擺放，于光屏上面出現了像圖中那樣的光斑，要問你覺得他應當挑選哪一個透鏡也就是選填“甲”或者“乙”來著手進行實驗 。
（2）為了能夠讓燭焰所成的像呈現在光屏的正中央位置，應當對燭焰、凸透鏡以及光屏加以調整，務必使得燭焰的中心、凸透鏡的中心、光屏的中心一起處于。
（3）在實驗里，把凸透鏡固定于光具座上面，通過改變蠟燭所處位置實現物距的改變，接著移動光屏去尋找像，記錄成像的性質以及像距。小明這位向學之人，借助對比像的高度同燭焰高度把像的性質進行了總結，實驗表格如下 。
序號
物距/cm
像距/cm
像的性質（正倒、大小、虛實）
像的大小
42
13
倒立、縮小、實像
逐漸變大
32
14.5
22
18.5
20
20
倒立，等大、實像
19
21
倒立、放大、實像
17
24.5
15
30
（4）【解釋】由上表數據可知凸透鏡的焦距是cm。
當燭焰距離凸透鏡35厘米的時候，移動光屏是能夠的，能夠在光屏上尋得一個清晰的實像，生活之中依靠這個原理制作而成的光學儀器是要從中選擇的，選擇范圍是“照相機”、“投影儀”或者“放大鏡”。
（6）【交流】在完成以上7組數據之后，阿喜同學打算去整理器材從而結束實驗。你覺得實驗數據有沒有收集齊全呢?（選擇填寫“是”或者“否”）。你給出理由是 。
燭焰經凸透鏡成像時，如圖示丙，能明顯看出像上下呈顛倒狀，欲驗證“倒立的像”左右情況也顛倒，你能想出的辦法是 。
【練習 1】，其情景是：如可見到展現于眼前的圖甲，此圖所呈現的乃是進行拍攝荷之葉上的蛙時的狀況。于拍攝之際，人是需要做到恒常保持靜止而不存在任何移動的，借助“變焦鏡頭”經由特定操作致使蛙呈現出來的像能夠產生變大或者變小的變化體現。于學習了凸透鏡成像的相關規律之后，小明心中萌生出探究這一情景里“像的大小與焦距二者之間的關系”的想法，為此所運用的器材包含有焦距彼此不同的凸透鏡，還有光具座、呈現為“F”形狀的光源、用于承接像的光屏以及用于測量長度的刻度尺等等。
如乙圖中所示這樣的情形，在做實驗之時，應當要讓那個呈現“F”形狀的光源以及透鏡還有光屏這三者各自的中心處于同一個高度之上，而這么做的目的在于 。
將焦距不為4cm的其他透鏡，固定在光具座50cm刻度處，把“F”形光源固定在光具座20cm刻度處，移動光屏到合適位置，看到倒立的像之時，立刻用刻度尺測量像的高度并記錄數據，更換不同焦距的透鏡再如此這般操作，直到光屏上呈現清晰的像且測高度 ，然后選擇合適序號填寫 。
①保持光源和透鏡位置不動，只移動光屏
②保持透鏡和光屏位置不動，適當改變光源位置
③只保持透鏡位置不動，適當移動光源和光屏
多次實驗后，他記錄的實驗數據如下表所示。
實驗次數
焦距/cm
10
12
14
像高/cm
1.5
2.5
3.6
4.8
6.3
8.0
根據數據能夠推斷出結論，在那樣的情景里，當使用相機進行拍照時，必然，照相機鏡頭所能達到的焦距越大，那么，所成的像也就越怎么樣呢，句號。
（4）在實驗結束之后，小明回到了家里，而后小明察覺到桌面上存在一幅像圖丙那樣的漫畫，于是小明拿了一根透明的、其橫切面中間厚且邊緣薄的圓柱形玻璃棒，將這根玻璃棒放置在漫畫之上，接著水平朝著右邊滾過該漫畫，此時很有可能會看到圖丁中的（填序號）情景。
【練習2】在探究“凸透鏡成像規律”的實驗中。
為了粗略測量凸透鏡的焦距，上午上課之前，小紅把凸透鏡與水平地面進行平行放置，讓太陽光照射到凸透鏡之上，調整凸透鏡到地面的距離，一直到地面上出現一個最小的亮點，小紅覺得此點到光心的距離就是凸透鏡的焦距，然而小強講這個距離并非是凸透鏡的焦距，其理由是 。
（2）小紅把方案得以調整，將凸透鏡安放在光具座之上，把平行光當作光源，讓光屏進行移動，于光屏上面獲取到一個最小且最亮的光斑，就如同圖甲顯示的那樣，那么該凸透鏡的焦距是有多少厘米呢 。
(3) 如圖乙所示，光屏之上呈現出清晰的像，此像所具有的性質乃是倒立、是的實像。要是把蠟燭以及光屏的位置進行對調，光屏之上（有/沒有）燭焰清晰的像，其原因在于。
（4）小明在做實驗之際，把自己的遠視眼鏡放置于凸透鏡之前以此模擬遠視眼的矯正情況，光屏經過移動之后，直到光屏上面呈現出蠟燭清晰的像，這個時侯將眼鏡取下。小明應當把蠟燭朝著遠離凸透鏡的方向進行移動，才能夠再次于光屏之上尋找到蠟燭清晰的像，所形成的像會變小。
小光把點燃的蠟燭放置在某一處，發覺不管怎樣去移動光屏，在光屏的中心僅僅能夠看到一個大小不會改變的圓形光斑，你覺得有可能出現的原因應當是 。
如圖丙所示，蠟燭位置保持不變，把透鏡移動到圖丙所示刻度線處，那么人眼應當在圖中的（A/B/C）處，并且朝著相應方向，這樣才能夠觀察到燭焰的像。
（7）小華將相關器材予以更換后，順利地把實驗完成了，依據記錄下來的實驗數據，得到了如同圖示的圖像，線段MN是凸透鏡成像的像距倒數也就是（1/v）和物距倒數也就是（1/u）的對應關系，按照圖像所呈現的信息能夠得出該小組所使用的凸透鏡的焦距為cm，在進行實驗時，鑒于實驗所持續的時間比較長，蠟燭出現了變短的情況，燭焰的像在光屏之上的位置會朝著（上/下）方進行移動。