“透鏡及其應用”知識點詳解

一、透鏡

1.什麼是透鏡：透鏡是用透明物質制成的表面為球面一部分的光學元件，透鏡是根據光的折射規律制成的。

☆制作透鏡的材料常見的有：玻璃、水晶、樹脂等。透鏡的應用如圖(1)所示。

a.照相機鏡頭 b.望遠鏡

c.投影儀 d.眼鏡

圖（1）透鏡的應用

2.透鏡與面鏡區别：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：（1）凸透鏡：中間厚、邊緣薄的透鏡。

☆如：遠視鏡鏡片，照相機的鏡頭、投影儀的鏡頭、放大鏡等（如圖（2）a所示）。

（2）凹透鏡：中間薄、邊緣厚的透鏡。

☆如：近視鏡等（如圖（2）b所示）。

a.凸透鏡 b.凹透鏡

圖(2)常見透鏡

二、光路的基本概念

圖（3）是透鏡光路示意圖。

a.凸透鏡光路基本概念

b.凹透鏡光路基本概念

圖（3）透鏡光路概念

1.主光軸（主軸）：過透鏡兩個球面球心的直線，用“CC/”表示,如圖（3）所示。

2.光心：通常情況下，光心位于透鏡的幾何中心，用“O”表示，如圖（3）所示。

☆光心是主光軸上的一個特殊點，其性質是通過光心的光線傳播方向不改變。

圖（4）凸透鏡光路概念

3.焦點：平行于凸透鏡主光軸的光線經凸透鏡後會聚于主光軸上一點，這點叫焦點，用“F”表示，如圖（4）所示。

☆平行于凹透鏡主光軸的光線經凹透鏡發散後，其反向延長線會交于一點，這是凹透鏡的焦點（虛焦點），如圖（5）所示。

圖（5）凹透鏡光路概念

4.焦距：焦點到光心的距離（通常由于透鏡較厚，焦點到透鏡的距離約等于焦距）焦距用“f”表示，圖中就是“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。

5.物距：物體到光心的距離叫物距，用“u”表示。

6.像距：像到光心的距離叫像距，用“v”表示。

三、三條特殊光線

1.過光心的光線經透鏡後傳播方向不改變，如圖（6）所示。

圖（6）過光心的光線

2.平行于主光軸的光線，經凸透鏡後經過焦點；經凹透鏡後向外發散，但其反向延長線過焦點（所以凸透鏡對光線有會聚作用，凹透鏡對光有發散作用）如圖（7）。

圖（7）平行于主軸的光線

☆平行于主軸的光線，經凹透鏡折射後，其反向延長線經過焦點（折射光線另一側的焦點-虛焦點）。

3.經過凸透鏡焦點的光線經凸透鏡後平行于主光軸；射向異側焦點的光線經凹透鏡後平行于主光軸，如下圖（8）。

圖（8）過焦點的光線

☆對凹透鏡來說，延長線過焦點的光線（透鏡另一側的焦點），而不是由焦點發出的光線。

4.透鏡的作用

(1)凸透鏡:有聚光作用，所以凸透鏡也叫會聚透鏡，如圖（4）。

(2)凹透鏡:有發散作用，所以凹透鏡也叫發散透鏡，如圖（5）。

a.凸透鏡三條特殊光線

b.凹透鏡三條特殊光線

圖（9）三條特殊光線

☆作光路圖時，三條特殊光線是常用作圖用的光線，要求學生必須掌握三條特殊光線的畫法，并做到靈活運用，如圖（9）所示。

四、透鏡的鑒别

1．“摸”：用手摸透鏡，中間厚、邊緣薄的是凸透鏡；中間薄、邊緣厚的是凹透鏡。

2．“照”：讓透鏡正對太陽光，移動透鏡，在接收屏（地面、紙面等）上能的到較小、較亮光斑的為凸透鏡，否則為凹透鏡。

3．“看”：用透鏡看字，能讓字放大的是凸透鏡，隻能是縮小的是凹透鏡。

五、透鏡成像規律

1.凸透鏡成像規律：如圖（10）是常見凸透鏡成像類型，規律見表（1）。

a. u﹥2f b. f﹤u﹤2f

c.0﹤u﹤f d.u=2f

圖（10）凸透鏡成像

☆凸透鏡成像規律需要牢記,同學們可以自己總結其規律。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。

圖(11)凹透鏡成像

☆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（11）所示。

圖（12）凹、凸透鏡比較

3.凸透鏡與凹透鏡比較

圖（12）對凹、凸透鏡的辨别、特點、典型光路和應用作出了系統性總結。

☆大家還要記住：虛像，物、像同側；實像，物、像異側。

六、透鏡應用

1.照相機：鏡頭是凸透鏡,物距）大于二倍焦距，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，放大的像再倒立一下，這樣我們在屏幕上看到的就是一個正立的像了。

☆注意：照相機、投影儀要使像變大，應該讓透鏡靠近物體，遠離膠卷、屏幕。

3.放大鏡：放大鏡是凸透鏡，放大鏡到物體的距離（物距）小于一倍焦距，成的是放大、正立的虛像。

☆注意：要讓物體更大，應該讓放大鏡遠離物體。

4.眼睛：眼睛的晶狀體相當于凸透鏡，視網膜相當于光屏（膠卷）。

☆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行成倒立，縮小的實像，分布在視網膜上的視神經細胞受到光的刺激，把這個信号傳輸給大腦，人就可以看到這個物體了（眼睛的晶狀體相當于凸透鏡，視網膜相當于光屏（膠卷））。

☆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。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，它們使物體兩次放大。

☆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。由于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）的一倍焦距以内,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，由于物體離物鏡非常遠，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彙聚後，就在物鏡焦點外，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、縮小的實像又位于目鏡的焦點以内，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。

七、透鏡及其應用知識點結構圖

知識網絡

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