博士课堂初中物理第四章光的折射透镜

第四章光的折射透镜

分析近几年各地中考中关于《光的折射透镜》内容的考查,在注重考查折射规律及透镜成像规律的探究的同时,也兼顾生活中光的折射现象分析,在能力要求方面主要体现在实验探究及物理现象的分析能力。

1一、考试分析

1课程标准2考点分析

从近几年各地中考物理试题来看,本部分内容的考试热点有:利用光的折射等相关知识解释简单的光学现象,利用光的折射规律及透镜的成像规律作图,探究光的折射规律及凸透镜成像规律的实验题。考题类型以选择、填空、作图和实验探究题为主。而以图片、图表、图线的形式出现的光学试题比例也在逐渐增大。在复习过程中,既要知识全面,又要有一定的深度,重点在于对光学现象的深层次分析与探究。

2二、考点清单

提醒:点击下方绿色框内的标题可观看本节课程1考点一光的折射1.定义

光从一种介质另一种介质时,传播方向发生的现象叫作光的折射.如:海市蜃楼、池水变浅、筷子在水中折断等.

2.折射规律

(1)折射规律:在光的折射现象中,折射光线、入射光线和法线在内;折射光线和入射光线分别位于法线两侧;光从空气斜射入水(或玻璃)中时,折射角入射角;光从水(或玻璃)斜射入空气中时,折射角入射角.当入射角增大时,折射角也随之.

(2)垂直入射:光垂直于介质表面入射时,折射角等于;

(3)光路的可逆性:在光的折射现象中,光路是的.

2考点二透镜1.凸透镜和凹透镜

中间厚,边缘薄的透镜叫透镜,它对光线有作用;中间薄,边缘厚的透镜叫透镜,它对光线有作用.

2.焦点和焦距

平行于主光轴的光线,经过透镜后,折射光线会聚在主光轴上一点,这点叫作焦点,用字母表示;焦点到的距离叫作焦距,用字母表示.

3.经过透镜的三条特殊光线4.会聚和发散的奥秘

透镜可以看作是由多个棱镜组合而成的,每个棱镜都会使光线向面偏转,所以凸透镜对光线有作用,凹透镜对光线有作用.

3考点三凸透镜成像的规律1.凸透镜的成像规律2.动态规律

(1)凸透镜成实像时,物距减小,像距逐渐,且像变,可以概括为一句简单易记的口诀:物近,像,像变,反之,物远,像,像变;

(2)凸透镜成虚像时,物距增大,像距逐渐,且像逐渐变,可以概括为一句简单易记的口诀:物远→像(远),像变,反之,物近→像,像变;

4考点四照相机与眼球视力的矫正1.人眼的成像原理

人的眼球像一架神奇的.晶状体相当于一个,来自物体的光在视网膜上成倒立、的实像.

2.近视眼的矫正

(1)成因:晶状体太厚,折光能力太强,成像于视网膜的;

(2)矫正:应戴镜制成的眼镜进行矫正,其作用是:使光些,从而使得像相对于视网膜向移,落在视网膜上.

3.远视眼的矫正

(1)成因:晶状体太薄,折光能力太弱,成像于视网膜的;

(2)矫正:应戴镜制成的眼镜进行矫正,其作用是:使光些,从而使得像相对于视网膜向移,落在视网膜上.

5考点五望远镜和显微镜1.望远镜

(1)伽利略望远镜

透镜组合:凹透镜作为目镜,凸透镜作为物镜;物镜焦距大于目镜焦距;

成像性质:所成的像是正立的虚像;

(2)开普勒望远镜

透镜组合:目镜和物镜都是凸透镜,物镜焦距大于目镜焦距;

成像性质:所成的像是倒立的虚像.

2.显微镜

透镜组合:物镜和目镜都是凸透镜;物镜的焦距很短,目镜的焦距较长;

成像性质:倒立、放大的虚像.

3三、重点难点

1重难点一光现象辨识重难点分析

在辨识三种光现象时,可以抓住“介质”和“传播方向”两点:(1)光的直线传播现象是同种介质,传播方向不变;(2)光的反射现象是同种介质,传播方向发生改变;(3)光的折射现象是在两种介质中,传播方向一般发生变化

(?苏州)下列现象由于光的直线传播而形成的是(   )

A.雨后天空出现彩虹

B.物体在阳光下有影子

C.玻璃幕墙造成光污染

D.斜插入水中的筷子“弯折”

(1)光在同种、均匀、透明介质中沿直线传播,产生的现象有小孔成像、激光准直、影子的形成、日食和月食等;(2)光线传播到两种介质的表面上时会发生光的反射现象,例如水面上出现岸上物体的倒影、平面镜成像、玻璃等光滑物体反光都是光的反射形成的;(3)光线在同种不均匀介质中传播或者从一种介质进入另一种介质时,就会出现光的折射现象,例如水池底变浅、水中筷子变弯、海市蜃楼、凸透镜成像等都是光的折射形成的。

解:A、雨后的天空出现彩虹是光的色散现象,属于光的折射现象。故A不符合题意;B、物体在阳光下的影子是光沿直线传播形成。故B符合题意;C、玻璃幕墙对阳光发生镜面反射造成了“光污染”。故C不符合题意;D、筷子反射的光线从水中斜射入空气中时,发生偏折,看上去好像在水面处折断了,是光的折射现象,故D符合题意。故选:B。

此题通过几个日常生活中的现象考查了对光的折射、光的直线传播、光的反射的理解,在学习过程中要善于利用所学知识解释有关现象。

2重难点二光的折射作图重难点分析光的折射总结及作图

光的折射作图:

注意:(1)分清线的虚实:实际光线(入射光线、反射光线和折射光线)用实线,法线、光线的反向延长线用虚线表示;(2)光线要标箭头;(3)角的大小关系要分清:莫把入射光线与镜面的夹角视作入射角(两者互为余角);在光的折射现象中,当光从空气斜射入水(或玻璃)中时,折射角小于入射角.

(?苏州)图中,一条光线从空气射入水中,请标出它的入射角α并大致画出折射光线。

要解决此题,需要掌握光的折射规律:折射光线与入射光线和法线在同一平面内;折射光线与入射光线分居法线两侧;当光从空气斜射入水里或其它透明介质中时,折射光线向法线方向偏折,折射角小于入射角。入射角是入射光线与法线的夹角。

解:首先画出法线,然后根据折射光线与入射光线和法线在同一平面内,在法线的另一侧水中画出折射光线,光从空气斜射入水中,所以折射角小于入射角,入射角是入射光线与法线的夹角。如图所示:

此题考查了对折射光线的画法,关键是记熟光的折射定律,搞清折射角与入射角的关系。

3重难点三光的折射规律的应用重难点分析

对于光的折射现象的解释:(l)首先明确进入人眼睛的是折射光线;(2)然后根据眼睛所在的介质来确定光是由哪种介质斜射入哪种介质,从而确定入射角和折射角的大小关系以及虚像和物的位置关系.

(?株洲)能正确表示光从室外透过窗户玻璃进入室内传播的光路图是(   )

光线通过玻璃再进入空气发生两次折射:第一次是从空气斜射进入玻璃,折射光线应该靠近法线偏折,折射角小于入射角;第二次是从玻璃斜射进入空气,折射光线应该远离法线偏折,折射角大于入射角。由于玻璃上下表面垂直,第二次折射的入射角等于第一次折射的折射角,所以第二次折射的折射角等于第一次折射的入射角,最后的出射光线与入射光线相比,只是做了平移,即出射光线与入射光线平行。

解:第一次折射:先过入射点O垂直玻璃上表面作出法线,再在玻璃内部法线的另一侧作出折射光线,注意折射角小于入射角;第二次折射:先过O′点垂直玻璃下表面作出法线,再在玻璃的下侧空气中作出折射光线,注意折射角大于入射角,折射光线与玻璃上表面的入射光线平行,如图所示:

故选:A。

考查光的折射定律中:当光从空气进入水、玻璃等透明介质时,折射角小于入射角;当光从水、玻璃进入空气中时,折射角大于入射角。

4重难点四透镜作图重难点分析

记住透镜的“三条特殊光线”的光路图是作图的关键:

(1)过光心的光线经透镜折射后传播方向不改变;

(2)平行于主光轴的光线经透镜折射后,折射光线过焦点,凹透镜的折射光线反向延长过虚焦点;

(3)过凸透镜焦点或正向延长过凹透镜焦点的光线经透镜折射后,折射光线平行于主光轴射出.

(?镇江)图中,F和O分别为凸透镜的焦点和光心,请将两条光线的光路图补充完整。

在作凸透镜的光路图时,首先要仔细观察入射光线的特点,然后再根据凸透镜的三条特殊光线来作图。

解:平行于主光轴的入射光线经凸透镜折射后通过焦点,过光心的光线传播方向不变,据此完成光路图,如图所示:

凸透镜有三条特殊光线:过光心的光线传播方向不变,平行于主光轴的入射光线经凸透镜折射后通过焦点,过焦点的入射光线经凸透镜折射后平行于主光轴。

5重难点五凸透镜成像规律及应用重难点分析

熟记凸透镜成像规律是解决此类题的关键.凸透镜成像规律用口诀记忆为:

一焦分虚实,二焦分大小;

实像异侧倒,物远像近小;

虚像同正大,物近像变小;

光屏辨虚实,屏显是实像.

注意:若物、屏互换位置,则根据光路的“可逆性”可知成像大小将互换.

(?苏州)将一凸透镜正对太阳,可在距凸透镜15cm处得到一个最小、最亮的光斑。现将该凸透镜和蜡烛、光屏安装到光具座上,位置如图所示。下列说法正确的是(   )

A.此时可以在光屏上观察到清晰缩小的像

B.仅在凸透镜左侧附近放一合适的凹透镜,可模拟近视眼的矫正

C.将蜡烛移到30cm刻度处,移动光屏可在屏上得到清晰等大的像

D.将蜡烛移到40cm刻度处,移动光屏可在屏上得到清晰放大的像

(1)焦点指凸透镜能使平行于主光轴的光会聚的点,而焦距即为焦点到光心的距离。(2)根据图中提供的数值得出物距,凹透镜对光线有发散作用。(3)2f>u>f,v>2f,成倒立、放大的实像。4)u>2f,2f>v>f,成倒立、缩小的实像,u=v=2f,凸透镜成倒立等大的实像。

解:根据焦点和焦距的定义,当拿着凸透镜正对太阳光,在距透镜中心15cm处得到一个最小最亮的光斑,则该凸透镜的焦距为该点到透镜的距离,即焦距为15cm。A、从图上看出,物距u=50.0cm﹣10.0cm=40.0cm。v=85cm﹣50cm=35cm,凸透镜u>2f,2f>v>f,成倒立、缩小的实像,此时像距大于二倍焦距,不会得到清晰的像,故A错误;B、由A分析可知,像距较大要延迟光线会聚,应在凸透镜左侧附近放一合适的凹透镜,可模拟近视眼的矫正,故B正确;C、u=v=2f,凸透镜成倒立等大的实像,由图可知,将蜡烛移到30cm刻度处,u=50cm﹣30cm=20cm≠2f,故移动光屏不能在屏上得到清晰等大的像。故C错误;D、将蜡烛移到40cm刻度处,u=50cm﹣40cm=10cm,物距满足u<f,成正立、放大的虚像,虚像不能成在光屏上。故D错误。故选:B。

此实验考查学生对于凸透镜成像实验的理解和掌握,熟记成像规律是解题关键。

4四、高频实验

1实验一:探究光的折射特点考查重点探究光的折射特点

(1)实验仪器的选取:激光笔、平行光源、水槽和水、铅笔、玻璃砖;

(2)在界面处发生的光现象的判断;

(3)不容易观察到的光的路径的解决办法:充烟雾、喷水、在黑暗环境(如暗室、夜晚等)中用激光笔照射;

(4)折射光线和入射光线与法线的位置关系;

(5)光发生折射时,折射角与入射角大小关系,折射角大小的变化;

(6)在光的折射过程中,光路是可逆的;

(7)在实验中,多次实验的目的:寻求普遍规律;

(8)实验结论:折射光线与入射光线分居法线两侧,折射角随入射角的增大而增大,减小而减小;在发生折射时,光路可逆.

(?泰州)在“初识光的折射现象”和“探究光的折射特点”实验中:

(1)如图甲,小明将一束激光射至P点,形成一个光斑,向水槽内慢慢注水,水槽底部光斑的位置将  (向左移动/向右移动/不动),这说明光从空气斜射入水中时,传播方向  (会/不会)发生偏折。实验中光在空气中的传播路径并不清晰,为解决此问题,他在水面上方喷了一些  。

(2)如图乙,小明继续探究“光从空气射入水中时的折射特点”,他使用可折转的光屏,是为了研究折射光线、入射光线和法线是否  。如图丙,他将光沿着AO方向射向水面上的O点,光在水中沿着OB方向射出,调整激光笔使入射光逐步偏向法线,折射光也逐步偏向法线,说明光从空气斜射入水中时,入射角减小,折射角随之  (增大/减小/不变)。当光沿着NO方向射入时会沿ON′方向射出,此时折射角为  度。

(1)光的折射:光从空气斜射入水或其它透明介质时,折射角小于入射角;光在洁净的介质中传播光路是不容易呈现的,可以在空气中喷烟雾或水雾等,把水加入少量的牛奶等。(2)在光的折射中使用可转动的光屏是为了探究折射光线、法线和入射光线是否在同一平面内。光从空气斜射入水或其它透明介质时,折射角小于入射角,入射角减小,折射角减小,入射角增大,折射角增大。当光线垂直入射时光线不改变方向,此时入射角和折射角都等于零。

解:(1)①光从空气斜射入水或其它透明介质时,折射角小于入射角;小明将一束激光射至P点,形成一个光斑,向水槽内慢慢注水,光线在水面处发生折射,水槽底部光斑的位置将向左移动,说明光从空气斜射入水中时,传播方向会发生改变。②实验中光在空气中的传播路径并不清晰,为解决此问题,他可以在水面上方喷一些烟雾。(2)①小明继续探究“光从空气射入水中时的折射特点”,他使用可折转的光屏,是为了研究折射光线、入射光线和法线是否在同一平面内。②入射光线和法线的夹角是入射角,折射光线和法线夹角是折射角,入射光线靠拢法线,说明入射角减小,折射光线靠拢法线,说明折射角也减小。③当光沿着NO方向射入时会沿ON′方向射出,此时光线垂直入射不改变传播方向,则此时入射角和折射角都等于0度。故答案为:(1)向左移动;会;烟雾;(2)在同一平面内;减小;0。

这是对光的折射实验的一个考查,如何进行实验,当实验中出现问题时,如何解决问题,是以后出题的方向。

2实验二:探究凸透镜成像的规律考查重点探究凸透镜成像的规律

(1)实验器材的组装:在光具座上自左向右分别放里蜡烛、凸透镜、光屏;

(2)实验前先调节三者的中心大致在同一高度的目的:让像成在光屏的中央;

(3)焦距的测量:用平行光垂直照射到凸透镜,在凸透镜的另一侧用光屏承接到最小最亮的光斑,测出光斑到凸透镜的距离即为焦距;

(4)物体在各个区间段所成像的特点及相关应用;

(5)光屏上可以看到像的原因:光的漫反射;

(6)光屏上成清晰像时,对调物与光屏的位置,光屏上仍能成像的原因:光路可逆;

(7)用纸或手遮住凸透镜的一部分,光屏上像的变化:像会变暗些,但还是完整的像;

(8)凸透镜前加透镜(或眼镜)时像的变化:加凸透镜(或远视眼镜)时,像距变小,应将光屏向靠近透镜的方向移动;加凹透镜(或近视眼镜)时,像距变大,应将光屏向远离透镜的方向移动;

(9)蜡烛变短时的像的变化及使像成在光屏中央的操作:像逐渐向上移动,应将透镜向下调节或将蜡烛(或光屏)向上调节,使像成在光屏的中央.

(?南京)用如图所示的装置做“探究凸透镜成像规律”实验。图甲中一束平行光射向凸透镜,光屏上得到一个最小、最亮的光斑(未画出)。

(1)图乙烛焰在光屏上恰好成一清晰的像(未画出),则该像是倒立、   的实像。

(2)若在图乙中将凸透镜移到55cm刻度线处,则将光屏移动到   cm刻度线处,可以再次看到清晰的像。

(3)若在图乙烛焰和凸透镜之间放一近视眼镜的镜片,则将光屏向   (选填“左”或“右”,下同)移动才能再次看到清晰的像。

(4)若在图乙中用塑料吸管对准A点沿垂直于纸面方向持续用力吹气,发现光屏上“烛焰尖部”变模糊,则将光屏向   移动,“烛焰尖部”又会变清晰。

(1)焦距是指从焦点到凸透镜的距离,根据甲图计算出焦距的大小;根据物距大于1倍焦距小于2倍焦距时,成倒立放大实像的原理进行分析;(2)凸透镜u=v=2f时,成倒立等大的实像,据此分析;(3)把凹透镜放在凸透镜前时,会聚能力减弱,使像呈在光屏的后方;(4)在图乙中用塑料吸管对准A点沿垂直于纸面方向持续用力吹气,流体大的位置压强小,火焰向左移动,根据凸透镜物远像近像变小分析解答。

解:(1)由图知,光斑即焦点处,所以焦距f=60cm﹣50cm=10cm;当蜡烛、凸透镜位于图乙中刻度对应的位置时,物距为50cm﹣35cm=15cm,大于1倍焦距小于2倍焦距,凸透镜能成倒立放大的实像;(2)在图乙中将凸透镜移到55cm刻度线处,物距为u=55cm﹣35cm=20cm,u=2f,成倒立、等大的实像。像成在二倍焦距的位置,v=75cm﹣55cm=20cm,光屏在75cm的位置,所以光屏向左移动。(3)凹透镜对光线有发散作用,放在凸透镜前时,使光线发散,像呈现在光屏的后方,像距增大,在光屏上要得到清晰的像,光屏要远离凸透镜,即要将光屏向右移动才能在光屏上成清晰的像;(4)在图乙中用塑料吸管对准A点沿垂直于纸面方向持续用力吹气,A点气体流速大,流体大的位置压强小,火焰向左移动,物距增大,像距减小,将光屏向左移动,“烛焰尖部”又会变清晰。故答案为:(1)放大;(2)75;(3)右;(4)左。

本题考查学生动手操作实验的能力以及学生对凸透镜成像规律、即流体压强的特点,要求学生能根据透镜成像规律和应用分析实际问题。

5五、考题再现

习题1:(?黑龙江)如图所示的现象中,由光的折射形成的是(   )

习题2:(?盐城)小明利用太阳光测量凸透镜的焦距。下列操作最合理的是(   )

习题3:(?南通)如图,一束光从水中斜射入空气,请作出它的反射光线和大致的折射光线。

习题4:(?扬州)如图,请完成光线通过凸透镜的光路图。

习题5:(?贵阳)光从空气斜射入水和玻璃时都会发生折射现象,但是水和玻璃的折射情况会相同吗?为了探究这个问题,小华选择了光屏、透明玻璃砖、水槽、激光电筒等器材进行实验。他在光屏上画出互相垂直的NN′和MM′两条线段并相交于O点,如图甲所示。

(1)小华将玻璃砖的一个表面与MM′齐平放置,让激光电筒发出的光线从A点到O点入射,他看到了如图乙所示的光路(AO、OC为同一直线),你认为出现光线OC是因为  所致,鉴于本实验的目的,此时最应该记录的两条光线是  。

(2)接下来他要观察光从空气中进入水中的情况,他将光屏竖直放入水槽中,(使线段MM′水平)并向水槽中慢慢注水至水面与MM′齐平,入射光线应从A点向O点射入,这是为了保证  ,其实本实验小华还考虑了入射光线所在一侧的  相同。

(3)小华最终在光屏上记录下了如丙所示的光路图(OE为水中的折射光线)通过分析光路,你认为玻璃和水这两种介质对光的偏折能力较强的是  。

(4)若激光相同的入射角分别从玻璃和水中斜射入空气中,则  射出的折射光线更远离法线。

习题6:(?无锡)小明和小红做“探究凸透镜成像规律”的实验。

(1)利用太阳光测量凸透镜的焦距时,小明将一把木质刻度尺的一端支于水平地面上,观察尺在地面上形成的影子,不断调节刻度尺,使其在地面上的影子  ,这时尺的方向就与太阳光的方向平行。小明保持尺不动,小红将光屏A和凸透镜L按照图甲所示的方式均垂直于刻度尺摆放,光屏上形成了一个最小、最亮的光斑。则该凸透镜的焦距为  cm。

(2)将此凸透镜、点燃的蜡烛、光屏置于光具座上如图乙所示的位置时,光屏上呈现烛焰的倒立、  的实像;保持图乙中蜡烛和光屏的位置不变,将凸透镜移到光具座上  cm刻度线处,光屏上能再次呈现烛焰清晰的像。

考点清单参考答案

考点一:1.斜射入,改变;2.(1)同一平面,小于,大于,增大;(2)0°;(3)可逆。

考点二:1.凸,会聚,凹,发散;2.F,光心,F;4.底,会聚,发散。

考点三:1.缩小,实像,正立;2.(1)增大,大,远,大,近,小;(2)变大,大,大,近,小。

考点四:1.照相机,凸透镜,缩小;2.(1)前面,(2)凹透,发散,后;3.(1)后面,(2)凸透,会聚,前。

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