第五章 透镜及其应用
第一节 透镜
透镜的原理：光的折射。
两种透镜
凸透镜
凹透镜
定义
中间厚、边缘薄的透镜叫做凸透镜。
中间薄、边缘厚的透镜叫做凹透镜。
实物形状
主光轴和光心
透镜上通过球心的直线CC'叫做主光轴，简称主轴。
每个透镜主轴上都有一个点，凡是通过该点的光，其传播方向不发生改变，这个点叫光心 。
对光线作用及光路图
凸透镜对光有会聚作用。
凹透镜对光有发散作用。
光线透过透镜折射，折射光线传播方向比入射光线的传播方向更靠近主光轴。
光线通过透镜折射后，折射光线传播方向比原入射光线的传播方向更远离主光轴。
特殊光线
焦点和焦距
凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫做焦点，用F表示。
凹透镜能使平行于主光轴的光发散，这些发散光线的反向延长线相交于主光轴上的一点，这一点不是实际光线会聚而成的，叫做虚焦点，也用F表示。
焦点到光心的距离叫做焦距，用f表示。
凹透镜焦点到光心的距离叫做焦距，用f表示。
凸透镜有两个相互对称的实焦点，同一透镜两侧的焦距相等。
凹透镜有两个相互对称的虚焦点，同一透镜两侧的焦距相等。
焦距与会聚能力的关系
凸透镜焦距的大小表示其会聚能力的强弱，焦距越小，会聚能力越强。
凹透镜焦距的大小表示其发散能力的强弱，焦距越小，发散能力越强。
同种光学材料制成的凸透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短。表面越凸，焦距越短，会聚能力越强。
同种光学材料制成的凹透镜表面的凹陷程度决定了它的焦距的长短。表面越凹，焦距越短，发散能力越强。
每个凸透镜的焦距是一定的。
每个凹透镜的焦距是一定的。
平行光：射到地面的太阳光可以看作是互相平行的，叫做平行光。
用凸透镜正对太阳，调整凸透镜到纸的距离，使纸上形成最小、最亮的光斑，那么这个光斑在凸透镜的焦点上。
4.辨别凸透镜和凹透镜的方法：
（1）、用手摸透镜，中间厚、边缘薄的是凸透镜；中间薄、边缘厚的是凹透镜；
（2）、让透镜正对太阳光，移动透镜，在纸上能的到较小、较亮光斑的为凸透镜，否
则为凹透镜；
（3）、用透镜看字，能让字放大的是凸透镜，字缩小的是凹透镜；
5.粗略测量凸透镜焦距的方法：
（1）会聚法：使凸透镜正对太阳光（太阳光是平行光，使太阳光平行于凸透镜的主光轴），下面放一张白纸，调节凸透镜到白纸的距离，直到白纸上光斑最小、最亮为止，然后用刻度尺量出凸透镜到白纸上光斑中心的距离就是凸透镜的焦距。
（2）物像等大法：在光具座上依次放上光屏、凸透镜、蜡烛，保持凸透镜不动，同时移动蜡烛和光屏，直到光屏上出现倒立的与蜡烛等大的像为止，则物距于像距的一半即焦距
（3）观察虚像法：在光具座上依次放上光屏、凸透镜，将一较大的字贴在光屏上，头从凸透镜另一侧看光屏上的字，当出现该字正立放大的虚像后，逐渐加大凸透镜与光屏的距离，直到该字的虚像正好消失为止，光屏到凸透镜的距离即为焦距。
（4）焦点入射法：在凸透镜的一侧放一光屏，另一侧放一点光源（如蜡烛、小灯泡），沿主光轴移动，直到光屏上得到一个与透镜直径相等的光斑为止，测出光源与透镜距离即为焦距。
第二节 生活中的透镜
照相机
投影仪
放大镜
原理
凸透镜成像
像的性质
倒立、缩小、实像
倒立、放大、实像
正立、放大、虚像
光路图
透镜不动时的调整
像偏小：物体靠近相机，暗箱拉长
像偏大：物体远离相机，暗箱缩短
像偏小：物体靠近镜头，投影仪远离屏幕
像偏大：物体远离镜头，投影仪靠近屏幕
像偏小：物体稍微远离透镜，适当调整眼睛位置
像偏大：物体稍微靠近透镜，适当调整眼睛位置
物体不动时的调整
像偏小：相机靠近物体，暗箱拉长
像偏大：相机远离物体，暗箱缩短
像偏小：镜头靠近物体（位置降低），投影仪远离屏幕
像偏大：镜头远离物体（位置提高），投影仪靠近屏幕
像偏小：透镜稍远离物体，适当调整眼睛位置
像偏大：透镜稍靠近物体，适当调整眼睛位置
其他内容
镜头相当于一个凸透镜。
像越小，像中包含的内容越多。
镜头相当于一个凸透镜。
投影片要颠倒放置。
平面镜的作用：改变光路，使得射向天花板的光能够在屏幕上成像。
实像和虚像（见下图）：
照相机和投影仪所成的像，是光通过凸透镜射出后会聚在那里所成的，如果把感光胶片放在那里，真的能记录下所成的像。这种像叫做实像。物体和实像分别位于凸透镜的两侧。
凸透镜成实像情景：实际光线会聚所形成的像，物和实像在凸透镜异侧。
凸透镜成虚像情景：不是由实际光线会聚所形成的像，物和虚像在凸透镜同侧 。
小结 ：实像与虚像的区别
（1）成像原理不同
实像：物体上每一点射出的光线经反射或折射后，光线会聚到一点所成的像
虚像：物体上每一点射出的光线经反射或折射后，光线散发，但其反方向延长线相交与一点
（2）承接方式不同
实像：可以用光屏承接，也可以用眼睛观看
虚像：只能用眼睛观看
第三节 探究凸透镜成像的规律
【实验器材】f＝12 cm（最好在10～20 cm之间）的凸透镜一个，蜡烛一支，用白色硬纸制成的光屏一个等。
【设计实验】① 把蜡烛放在远处，使物距u﹥2f，调整光屏倒凸透镜的距离，使烛焰在屏上成清晰的实像。观察实像的大小和正倒。测量物距u和像距v（像到凸透镜的距离）。
② 把蜡烛向凸透镜移近，重复以上操作，直到屏上得不到蜡烛的像。
【结论】凸透镜的成像规律如下表：
物距u与f的关系
像距v与f的关系
像的特点
应用
倒立或正立
放大或缩小
实像或虚像
像与物同侧或异侧
像的变化
u>2f
f倒立缩小
实像
异侧
u变大时，像变小；u变小时，像变大。
照相机
u=2f
v=2f
倒立
等大
实像
异侧
测焦距
fv>2f倒立
放大
实像
异侧
投影仪
u=f
不成像
测焦距
uv>u正立
放大
虚像
同侧
u变大时，像变大；u变小时，像变小。
放大镜
【对规律的进一步认识】
1、像，像距，随物距的变化
成实像时（u>f）：物距变小 像距变大 像变大
物距变大 像距变小 像变小
成虚像时（u物距变大 像距变大 像变大（实像物远像变小，虚像物远像变大）
2、两个分界点：
（1）u>f：成倒立的实像，物与像在凸透镜两侧；u（2）u>2f：成放大的像；u<2f：成缩小的像。（一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小）（虚像同侧正，实像异侧倒）
3、物体位置的变化，引起像的性质变化。
4、当像距大于物距时成（倒立）的实像或（正立）的虚像，当像距小于物距时成（倒立）的实像。
【注意事项】
烛焰、凸透镜、光屏三者的中心要位于同一直线、同一高度上，目的是使成的像位于光屏中心。
u＞f时凸透镜要放在蜡烛和光屏之间。
烛焰在光屏上的像在偏上方时，可以把光屏和蜡烛向上调，也可以把凸透镜向下调。
若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能的原因有：
① 物距在一倍焦距之内，成虚像，虚像不能用光屏接受 ；
②物距在一倍焦距处，不成像 ；
③烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同以高度，虽成了实像，但光屏承接不到 ；
④蜡烛到凸透镜的距离稍大于一倍焦距，成的实像很大，像距也很大，光屏也可能承接不到 。
第四节 眼睛和眼镜
眼睛的结构和作用：
眼球好像一架照相机。
晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜 ，它把来自物体的光会聚在视网膜上，形
成物体的像。
视网膜上的视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传输给大脑，我们就看到了物体。
眼睛通过睫状体来改变晶状体的形状：
当睫状体放松时，晶状体比较薄，远处物体射来的光刚好会聚在视网膜上，眼球可以看清远处的物体；
当睫状体收缩时，晶状体变厚，对光的偏折能力变大，远处物体射来的光会聚在视网膜上，眼睛就可以看清远处的物体。
近视眼和远视眼：
近视眼：只能看清近处的物体看不清远处的物体
远视眼：只能看清远处的物体看不清近处的物体
产生原因
矫正
近视
晶状体太厚，折光能力太强
或
眼球在前后方向上太长
像成在视网膜前方
戴近视镜（凹透镜）
远视
晶状体太薄，折光能力太弱
眼球在前后方向上太短
像成在视网膜后方
戴远视镜（凸透镜）
近视眼成像于视网膜前 矫正后
远视眼成像于视网膜后 矫正后
眼睛的度数：
透镜焦距f的长短标志着折光本领的大小。焦距越短，折光本领越大。
通常把透镜焦距的倒数叫做透镜焦度，用Φ表示，Φ＝1/f。
眼镜片的度数，就是镜片的透镜焦度乘100的值，即D＝100Φ＝±100/f（近视镜取负号，远视镜取正号）
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。
第五节 显微镜和望远镜
显微镜：
主要结构：目镜（靠近眼睛的凸透镜）、物镜（靠近被观察物体的凸透镜）、载物片、反光镜等。
原理：物镜相当于投影仪，来自被观察物体的光经过物镜后成一个倒立、放大的实像；
目镜的作用则像一个放大镜，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。
显微镜最终成倒立、放大 的 虚 像。
望远镜：
主要结构：目镜（靠近眼睛的凸透镜）、物镜（靠近被观察物体的凸透镜）
原理：物镜相当于照相机，使远处的物体在焦点附近成缩小、倒立 的实 像；
目镜的作用相当于一个放大镜。
物镜所成的像离我们的眼睛很近，并且目镜可以放大物象，所以视角就会变得很大。
因为望远镜物镜的直径很大，所以可以会聚更多的光，使得所成的像更加明亮。
天文望远镜也常用凹面镜作物镜，如反射式望远镜。
望远镜最终成倒立、缩小的虚像。
哈勃空间望远镜：把天文望远镜安置在大气层外，可以免受大气层的干扰，得到更清晰的天体照片。
视角（见右图）：我们看物体时，它对我们眼睛所成的视角越大，我们看见的物体就越大；反之我们看见的物体就越小。物体对眼睛所成视角的大小不仅和物体大小有关，还和物体远近有关。
距离相等时，大物体的视角大，小物体的视角小。
物体大小一定时，看近处的物体，视角大，远处的物体视角小。
