第四讲 光的折射 透镜
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知识梳理
1.光的折射
（1）光的折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，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：光折射时，折射光线、入射光线、法线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于法线两侧.
当光从空气斜射到水或玻璃中时，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.光垂直射到水或玻璃的表面时，在水和玻璃中的传播方向不变.
当光从水或玻璃斜射到空气中时，折射光线将偏离法线，折射角大于入射角.
（3）光的折射的本质是光在不同介质中传播速度不同.
2.透镜
（1）凸透镜：中间比边缘厚的透镜叫做凸透镜.
凹透镜：中间比边缘薄的透镜叫做凹透镜.
（2）凸透镜对光线有会聚作用，所以凸透镜有实焦点；凹透镜对光线有发散作用，所以凹透镜有虚焦点.
3.凸透镜成像
（1）凸透镜成像规律：
凸透镜成实像时，物距u减小，像距v将增大，像的大小将变大.
F——实像与虚像的分界点；2F——放大像与缩小像的分界点.
4.凸透镜成像的应用
（1）照相机的工作原理：照相机工作过程中，通过调节像距，在光屏上成倒立、缩小的实像.
（2）眼睛的工作原理：眼睛工作时，像距（视网膜与晶状体距离）不变，是通过调节晶状体的平、凸程度（即改变焦距）来成倒立、缩小、实像的.
（3）比较照相机和眼睛
5.近视眼和远视眼的矫正
（1）矫正近视眼所佩戴的镜片是凹透镜，它的作用是将光发散，从而使远处的物体在视网膜上成清晰的像.
（2）矫正远视眼所佩戴的镜片是凸透镜，它的作用是将光会聚，从而使近处的物体在视网膜上成清晰的像.
6.望远镜和显微镜
（1）结构：①物镜——靠近被观察物体的透镜；②目镜——靠近眼镜的透镜.
（2）通过两个透镜观察物体（如下表）：
考点扫描
考点1 光的折射现象
例1 清澈见底的游泳池的池水看起来比实际浅，这是因为从 射向 的光线，在水面处发生 的缘故.
解析 解答时要先明确光在同种均匀介质中沿直线传播，但由一种介质斜射到另一介质时，会在分界面处发生折射，但人的视觉习惯总以为光沿着线传播，形成虚像.
答案 水 空气 折射现象
考点2 实像与虚像的区分
例2 关于实像与虚像，以下说法中不正确的是（ ）.
A.实像都是倒立的，而虚像都是正立的
B.实像能呈现在光屏上，而虚像则不能
C.实像是经凸透镜所成的，而虚像则不是
D.实像是实际光线会聚而成的，而虚像则不是
解析 实像是实际光线会聚而成，能呈现在光屏上；虚像则是光线反向延长线的相交而成，所以不能呈现在光屏上.在凸透镜成像中，实像总是倒立的，且物像分居透镜两侧，虚像是放大的，且物像在透镜同侧.但无论实像和虚像人的眼睛都能看到.
答案 C
考点3 光的折射规律
例3 当光从空气斜射向水面时，同时发生反射和折射，如图1中，能正确表示其传播方向的是（ ）.
解析 根据光的折射规律，当光从空气斜射到水或玻璃中时，折射光线向法线靠拢，折射角小于入射角.要弄清光从何种介质斜射入何种介质，用对规律是关键，光的折射的本质是光在不同介质中传播速度不同.
答案 B
考点4 透镜的光路
例4 下列光路图中，正确的是（ ）.
解析 本题要求同学们对透镜中的三条特殊光线能准确把握.凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用，且光路具有可逆性.
答案 A
考点5 光路的可逆性
例5 如图3，眼在A处看见河里B处有一条鱼，若从A处射出一束激光，要使激光照在鱼的身上，则激光应向着哪点射出（ ）.
A.B上方 B.B点
C.B下方 D.B的左方或右方
解析 根据光的折射规律，人看到水中的鱼，光是由水中斜射向空气，B是鱼的虚像；而激光照鱼则是光从空气斜射入水中，根据光路的可逆性原理，光会原路返回，应对准B点照射.
答案 B
考点6 凸透镜成像规律
例6 如图4，在观察凸透镜成像规律的实验中，如果把烛焰先后放在a、b、c、d和e点，同时调整光屏的位置，则：
①把烛焰放在 点，屏上出现的像最大；
②把烛焰放在 点，屏上出现的像最小；
③把烛焰放在 点，屏上不出现烛焰的像；
④如果把烛焰从a到移到d点，则像到透镜的距离 ，像的大小 .（选填“变大”“变小”或“不变”）
解析 结合凸透镜成像规律的动态变化特点，凸透镜成实像时，物距u减小，像距v将增大，像的大小将变大.F为实像与虚像的分界点；2F为放大像与缩小像的分界点.
答案 ①d ②a ③e ④变大，变大
考点7 显微镜和望远镜
例7 下列关于显微镜和望远镜的说法正确的是（ ）.
A.天文望远镜能看见遥远的星体，是因为星体上的光线通过望远镜后所成的像比星体本身大得多
B.显微镜可以将来自物体的光线经过两次放大后成一个倒立、放大的实像
C.望远镜可以用一组凸透镜和凹透镜组合而成
D.显微镜可以用一组凸透镜和一组凹面镜组合而成
解析 天文望远镜使远处的物体在近处成像，增大了视角，看上去物变近、变大了；显微镜经过两个凸透镜两次放大成的是虚像，故A、B、D是错误的.伽利略望远镜是由一组凸透镜和凹透镜组合而成的.
答案 C
实验探究
例1 在研究凸透镜成像的实验中：
（1）在 上从左到右依次放置
、 、 ，并调整它们的高度，使三者的中心在 ，这样做的目的是为了 .
（2）由实验可知，凸透镜成实像的条件是 ， 是成放大的像与缩小的像的分界点.
（3）实验时，蜡烛越烧越短，你将看到屏上的像向 （选填“上”或“下”）移动.
（4）实验过程中，用黑纸将凸透镜遮掉一半，像的形状 （选填“变”或“不变”），但像的亮度将 （选填“变亮”或“变暗”）.
（5）如图5所示，光屏上出现了清晰的烛焰的像，则此像的性质是 .
（6）根据图中提供的数据，可判断出此凸透镜的焦距大致在 范围之内.
解析 （1）探究凸透镜成像规律要求透镜居中，物屏位于两侧；（2）要明确F为实像与虚像的分界点；2F为放大像与缩小像的分界点；（3）物和像在竖直方向的移动是相反的；（4）发生折射的光线有无数条，黑纸只是遮挡了其中的一部分光线，所以并不会影响成像的完整性，只是像变得暗淡些而已；（5）能呈现在光屏上的首先是实像，实像一定是倒立的，而像距大于物距则像一定是放大的，这样就得到完整的像的性质；（6）因为可从光具座上直接读出u=10cm、v=15cm，根据像是倒立、放大的实像，可以列出f
答案 （1）光具座；蜡烛、凸透镜、光屏；同一高度；像呈现在光屏中央 （2）u
>f；2F （3）上 （4）不变；变暗 （5）倒立、放大、实像 （6）5cm
例2 某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了物体到凸透镜的距离u跟像到凸透镜的距离v之间关系的图像，如图6所示，下列判断正确的是（ ）.
A.该凸透镜的焦距是20cm
B.当u=15cm时，在光屏上能得到一个缩小的像
C.当u=25cm时成放大的像，投影仪就是根据这一原理制成的
D.把物体从距凸透镜10cm处移动到30cm处的过程中，像逐渐变小
解析 图像可以看出凸透镜成实像的规律，物远像近像变小.其中关键的坐标点是（20，20）代表了u=2f、v=2f时，成倒立、等大、实像的特殊状态，则f=u/2=10cm，那么F=10cm成了实像和虚像的分界点，2F=20cm成了放大和缩小像的分界点.把物体从距凸透镜10cm处移动到30cm处的过程中满足物远像近像变小这一规律.
答案 D
例3 近视眼是青少年常患的一种疾病.近视眼究竟是怎么回事？某校兴趣小组同学进行了以下探究实验.
如图7甲所示，近视眼镜放在蜡烛和凸透镜中间，使光屏上映出清晰的像，标出光屏位置，表示近视眼的视网膜位置.拿开眼镜，屏上的像变得模糊.向透镜方向移动光屏，像又变得清晰，再标出光屏位置.观察眼球结构图（如图7乙）并结合以上实验，回答：
（1）你猜想眼球中晶状体相当于实验中的 .
（2）近视眼患者不戴眼镜时，看见的物像落在视网膜的 （选填“前方”或“后方”）.
（3）矫正近视眼应佩戴的眼镜是凹透镜，其作用是 .
解析 人的眼睛相当于一架神奇的照相机，之所以神奇在于u、v、f三者中，当v不变时，f会随着u的变化自动调焦.但人长期用眼看近处的物体，晶状体长期处于紧张的短焦距状态，晶状体总突起，当它再看远处物体时由于晶状体调节能力减弱，无法一下子调焦到长焦距状态，所以像落在了视网膜的前方便成了近视眼.近视眼的矫正关键在于使进入人眼的光线折射时发散些，而凹透镜就是起了光线的发散作用，故佩戴凹透镜矫正近视眼，反正佩戴凸透镜矫正远视眼.
答案 （1）凸透镜 （2）前方 （3）像相对视网膜向后移动，使其刚好落在视网膜上
典例解析
例1 如图8所示，光线斜射到两种透明物质的界面上发生的现象，那么图中界面是 ，法线 ，入射角是 ，
反射角 ，折射角是 .
解析 光入射时会同时发生反射和折射现象，根据光的反射定律及折射的规律可知法线是入射光线和反射光线形成大角的角平分线即MN为法线，M′C′为分界面.入射光线独自分居法线一侧，故CO为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线，而各角应是对应光线与法线的夹角.
答案 M′C′，MN，∠COM，∠MOB，∠NOA
例2 小沈给她的朋友拍了张集体照，她的朋友看了照片后不满意，尤其是站在前排的最右边的小华看到半张脸（如图9所示），他们要求小沈重拍，那么小沈应该让照相机（ ）.
A.离人远一些 B.离人近一些
C.向左移一点 D.向右移一点
解析 首先这是照相机的工作原理满足u>2f，f
答案 A
例3 在凸透镜主轴上距透镜1.5F处到2.5F处横卧一根粗细均匀的接力棒AB，红端A位于2倍焦距外，白端B位于2倍焦距内，如图10所示，关于AB所成的像，下列说法正确的是（ ）.
A.红端细而长，白端粗而短
B.红端细而短，白端粗而长
C.红端粗而长，白端细而短
D.红端粗而短，白端细而长
解析 接力棒在主光轴的位置跨越了2F点（放大和缩小像的分界点），即红端满足照相原理，成缩小的实像；白端满足投影仪原理，成放大的实像.
答案 B
例4 假期到了，公园里游人如织.其中4位游客在同一地点，分别用不同型号的甲、乙、丙、丁相机（焦距不同），对着同一亭子各拍了一张照片，如图A、B、C、D所示.我们可以判定：
照片 是用甲拍摄的，照片
是用丙拍摄的，照片 是用丁拍摄的，照片 是用乙拍摄的.
解析 游客在同一地点，意味着物距u相同，当用不同焦距f的相机拍摄时，像距会随之改变，即像的大小也会发生改变.u不变时，f变大，即相当于物近像远像变大；反之，f变小，即相当于物远像近像变小.
答案 D，A，C，B
仿真测试
一、选择题（每题4分，共36分）
1.下面四幅图中的现象，由于光的折射造成的是（ ）.
2.一束光线由空气斜射入水中，当入射角逐渐增大时，折射角的大小将（ ）.
A.不变
C.逐渐增大，但总小于入射角
B.逐渐减小
D.逐渐增大，可能大于入射角
3.物体AB通过凸透镜成像如图所示，利用这一成像规律制造的光学仪器是（ ）.
A.照相机 B.放大镜
C.幻灯机 D.潜望镜
4.一支蜡烛位于凸透镜前，调节好透镜和光屏位置后，在光屏上呈现缩小、倒立的像；若保持凸透镜位置不动，将蜡烛和光屏的位置对调一下，则在光屏上（ ）.
A.无法成像
B.成放大、正立的像
C.成放大、倒立的像
D.成缩小、倒立的像
5.在探究凸透镜成像规律实验中，将蜡烛从较远处向接近凸透镜焦点的移动过程中，下列说法正确的是（ ）.
A.像距先变大后变小
B.物与像的距离越来越小
C.像越来越大
D.像先放大后缩小
6.下列说法中错误的是（ ）.
A.眼睛能看到成在光屏上的像
B.有的虚像看得见，有的虚像看不见
C.眼睛可以直接看到凸透镜所成的实像
D.眼睛既能看到实像，也能看到虚像
7.一个物体沿凸透镜的主光轴移动，当物距为30cm时，在凸透镜另一侧的光屏上得到一个放大的实像，当物体移至物距为15cm时，它的像一定是（ ）.
A.放大实像
B.缩小的实像
C.放大的虚像
D.缩小的虚像
8.有一凸透镜的焦距为15cm，一物体放在凸透镜的主轴上且距焦点5cm处，则所成的像（ ）.
A.一定是放大的实
B.一定是放大的虚
C.一定是放大的像
D.一定是缩小的像
9.如图所示，a、b、c、d是距凸透镜不同距离的4个点，F为焦点.下列几种光学仪器的成像原理与物体在不同点时的成像情况相对应，下列说法正确的是（ ）.
A.照相机是根据物体放在d点时的成像特点制成的
B.幻灯机是根据物体放在c点时的成像特点制成的
C.使用放大镜时的成像情况与物体放在a点时的成像情况相似
D.人眼看物体时的成像情况与物体放在F点时的成像情况相似
二、填空题（每空1分，共42分）
10.我国古代就有光现象的描述，如“捞不到的是水中月，摘不到的是镜中花”“潭清疑水浅”.其中“水中月、镜中花”是光的 现象形成的 像，“疑水浅”是光的 现象形成的 像.
11.在碗里放一枚硬币，当碗里盛满水并静止时，看上去碗底的硬币要比实际的深度 些，这是由于光从
射向 在水面发生 的缘故，同样的道理，看到插入水中的筷子向
弯折.
12.如下图所示，MN是物质A和B的分界面，且其中之一是空气，一束光线从物质A射到物质B，则入射角为 度，折射角为 度，其中 物质是空气.
13.如图是一台投影仪的示意图，其中A是 ，它的作用是改变光的传播方向；B是 ，它在投影仪上所起的作用是 .要在银幕上得到幻灯片景物的 、 的 像，应使幻灯片到镜头距离在 的范围内.
14.“立竿见影”中的影是由于光的 形成的；“水中倒影”是物体经过水面形成的 像（选填“实”或“虚”）；电影中的影是光的 形成的 像.大气层密度是不均匀的，越到高空越稀薄.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 .傍晚我们看到的西下的落日比它的实际位置 （选填“高”或“低”）.透过厚玻璃看压在其下面的画片，发现画片的位置比实际位置 （选填“高”或“低”），这是由于 现象造成的，我们所看到的是画片的 像（选填“实”或“虚”）.
15.小明在用放大镜观察蚂蚁的活动规律时，要使看到的蚂蚁的像更大些，应将放大镜离蚂蚁 .在圆形鱼缸里养的鱼，看起来比真实的鱼要大，其原因是圆形鱼缸相当于一个 ，
所看到的“鱼”是鱼的 像.
16.某小区楼道设有多功能电子门铃，此装置可以通过其内置摄像镜头来识别来访者，该摄像镜头相当于凸透镜，经摄像镜头所成的是 （选填“正立”或“倒立”）、 （选填“放大”“缩小”或“等大”）的实像；若镜头的焦距为10cm，为了能成清晰的像，人到镜头的距离应大于 cm.
17.如图所示是一款具有摄像功能的手机，摄像机的镜头相当于一个
透镜，通过镜头所成的像是 （选填“实像”或“虚像”）.
18.如图是小伟通过实验得到的凸透镜的像距v和物距u关系的图像.由图可知凸透镜的焦距是 cm；当物距为30cm时的成像特点可应用于 （选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）.
19.照相机镜头的作用相当于一个
透镜；显微镜的目镜是一组透镜，它的作用相当于一个 透镜.在甲、乙两幅示意图中，矫正近视眼的是 ；
矫正远视眼的是 （选填“甲”或“乙”）.
三、作图题（20题2分，21题2分，22题2分，23题2分，共8分）
20.请在图中画出经过透镜折射后的光线.
21.如图所示，画出光线ab和Oc通过透镜前后的完整光路.
22.如图所示，一束光射向凸透镜经折射后射到一个平面镜上.请在图中画出射向凸透镜这束入射光和经平面镜反射的光路，并标出反射角的度数.
23.如图所示，MN为凸透镜的主光轴，A为蜡烛，A′为蜡烛在光屏上所成的像，根据凸透镜成像原理确定凸透镜的位置及其焦点，并将它们画出来.
四、实验与探究（24题4分，25题4分，26题6分，共14分）
24.某实验小组进行“探究凸透镜成像规律”的实验：
（1）由图甲可知，该凸透镜的焦距是
cm.
（2）实验时凸透镜与光屏的高度已调好，但烛焰在光屏上像的位置偏高，要想使像成在光屏中央，应调节蜡烛使烛焰向
（选填“上”或“下”）移动.
（3）如图乙所示，若在光屏上（光屏未画出）得到清晰放大的实像，则烛焰应位于透镜左侧a、b、c、d四点中的 点，此成像规律应用在 上（填一种器材名称）.
25.小明和小华一起探究“凸透镜成像的规律”，他们分别用f1=l5cm和f2=10cm的凸透镜做实验，下表是他们记录的部分数据.
由这部分数据可初步发现：
（1）若以“透镜的焦距为单位”进行比较，在成倒立、缩小的像时：物距（u）与焦距（f）的关系是 ；像距（v）与焦距（f）的关系是 .
（2）成倒立、缩小实像时：物距减小，像距 ；若物距相同，焦距大，像距 .
26.某同学在探究凸透镜成像规律时，用如图所示的装置在光屏上得到一个清晰的像A，接着他保持蜡烛的位置不变，用另一个焦距为f ′的凸透镜代替原来焦距为f的凸透镜并保持透镜的位置不变，移动光屏使烛焰在光屏上成清晰的像B，观察实验现象，他发现像B比像A变大了.
（1）根据上述实验可以判断f ′与f大小关系是 .
（2）在光屏上得到清晰的像B之后，保持透镜的位置不变将光屏向右移动一小段距离，为在光屏上得到清晰的像，蜡烛应向 移动.
（3）由实验可知：当用变焦照相机拍照时，如果想使被拍摄景物的像变大些，应调节相机的焦距变 些.