透鏡 透鏡成像 透鏡應用
一、透鏡
1.透鏡是用透明物質製成的表面為球面一部分的光學元件,透鏡是根據光的折射現象製成的。
2.透鏡與面鏡區別:面鏡利用光的反射現象成像,透鏡利用光的折射現象成像;透鏡成像遵循光的折射定律,面鏡成像遵循光的反射定律。
3.透鏡分類:透鏡分為 凸透鏡 和 凹透鏡 。
(1)凸透鏡:中間厚、邊緣薄的透鏡(遠視鏡鏡片,照相機的鏡頭、投影儀的鏡頭、放大鏡等)。
(2)凹透鏡:中間薄、邊緣厚的透鏡(近視鏡等)。
4.透鏡光路基本概念:圖(1)是透鏡光路示意圖。
(1)過透鏡兩個球面球心的直線叫主光軸(主軸),用「CC/」表示,透鏡的幾何中心叫光心,用「O」表示。
(2)平行於凸透鏡主光軸的光線經凸透鏡折射後會聚於主光軸上一點,這點叫凸透鏡焦點,用「F」表示,如圖(2)a所示;平行於凹透鏡主光軸的光線經凹透鏡折射後發散,其反向延長線會交於一點,這是凹透鏡的焦點(虛焦點),如圖(2)b所示。
(3)焦點到光心的距離焦距,焦距用「f」表示,圖(1)中就是「OF」之間的距離。凸透鏡和凹透鏡都各有兩個焦點,凸透鏡的焦點是實焦點,凹透鏡的焦點是虛焦點。
(4)物體到光心的距離叫物距,用「u」表示。
(5)像到光心的距離叫像距,用「v」表示。
5.透鏡的三條特殊光線
(1)過光心的光線,經透鏡折射後傳播方向不改變,如圖(3)所示。
6. 透鏡的作用:凸透鏡有會聚光線作用,所以凸透鏡也叫會聚透鏡;凹透鏡有發散光線作用,所以凹透鏡也叫發散透鏡。
二、透鏡成像
1.凸透鏡成像規律:如圖(6)是常見凸透鏡成像規律光路圖,請完成表(1)。
表(1)凸透鏡成像規律表
凸透鏡成像規律需要牢記,同學們可以自己總結其規律。也可以背下下面口訣:「物大焦,倒立實,物越大,像越小;物小焦,正立虛;物為焦,不成像」。這裡的「物」指物距,「像」指像距,「焦」指焦距。
注意:(1)實像是由實際光線會聚而成,在光屏上可呈現,可用眼睛直接看,所有光線必過像點;(2)虛像不能在光屏上呈現,但能用眼睛看,由光線的反向延長線會聚而成。
2.凹透鏡成像規律:凹透鏡始終成縮小、正立的虛像,如圖(7)所示。
3.凸透鏡與凹透鏡比較:表(2)對凸透鏡、凹透鏡做出了比較,凹透鏡、凸透鏡的辨別、特點、典型光路和應用作出了系統性總結。
注意:大家還要記住:虛像,物、像同側;實像,物、像異側。
三、透鏡應用
1.照相機:鏡頭是凸透鏡,物距大於二倍焦距,成倒立、縮小的實像。
2.投影儀:鏡頭是凸透鏡,物體在一倍焦距與二倍焦距之間,成倒立、放大的實像;透過平面鏡使倒立,放大的像再倒立一次,這樣我們在屏幕上看到的就是一個正立的實像了。
注意:照相機、投影儀要使像變大,應該讓透鏡靠近物體,遠離膠捲、屏幕。
3.放大鏡:放大鏡是凸透鏡,放大鏡到物體的距離(物距)小於一倍焦距,成的是放大、正立的虛像。
4.眼睛:眼睛的晶狀體相當於凸透鏡,視網膜相當於光屏(膠捲)。
(1)眼睛的成像原理:從物體發出的光線經過晶狀體等一個綜合的凸透鏡在視網膜上形成倒立,縮小的實像,分布在視網膜上的視神經細胞受到光的刺激,把這個信號傳輸給大腦,人就可以看到這個物體了(眼睛的晶狀體相當於凸透鏡,視網膜相當於光屏(膠捲))。[來源:學|科|網]
(2)近視眼看不清遠處的物體,遠處的物體所成像在視網膜前,晶狀體曲度過大,需戴凹透鏡調節,所以近視鏡是凹透鏡。
(3)遠視眼看不清近處的物體,近處的物體所成像在視網膜後面,晶狀體曲度過小,需戴凸透鏡調節,所以遠視鏡(花鏡)是凸透鏡。
5.顯微鏡:顯微鏡由目鏡和物鏡組成,物鏡、目鏡都是凸透鏡,它們對物體進行兩次放大。
普通光學顯微鏡是根據凸透鏡成像原理,經過凸透鏡的兩次成像。第一次先經過物鏡(凸透鏡1)成像,這時候的物體應該在物鏡(凸透鏡1)的一倍焦距和兩倍焦距之間,成的像應該是放大倒立的實像。而後以第一次成的物像作為「物體」,經過目鏡的第二次成像。由於我們觀察的時候是在目鏡的另外一側,第二次成的像應該是一個虛像,這樣像和物才在同一側,因此第一次成的像應該在目鏡(凸透鏡2)的一倍焦距以內,這樣經過第二次成像,第二次成的像是一個放大的正立的虛像。
6.望遠鏡:望遠鏡也是由兩組凸透鏡(目鏡和物鏡)組成,它的結構特點是物鏡的焦距長而目鏡的焦距短。
望遠鏡的成像原理是:物鏡的作用是得到遠處物體的實像,由於物體離物鏡非常遠,所以物體上各點發射到物鏡上的光線幾乎是平行光束,這樣的光線經過物鏡匯聚後,就在物鏡焦點以外,在離焦點很近的地方,形成了一個倒立的、縮小的實像。這個倒立的、縮小的實像又位於目鏡的焦點以內,所以目鏡起了放大鏡的作用,目鏡把經過物鏡的倒立、縮小的實像放大成了一個正立的、放大的虛像。這就是遠處物體通過望遠鏡所成的虛像。