吳開保

透鏡成像及其應(yīng)用問題比較抽象,學(xué)生不易掌握,尤其是倒立、正立,實(shí)像、虛像,放大、縮小等,很容易出錯(cuò).但若能條分縷析地把知識點(diǎn)理清,問題也能較好地解決.本文對此作些分析探討.

一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)

凸透鏡、凹透鏡對光線的作用、凸透鏡成像的特點(diǎn)是相關(guān)考試的重點(diǎn)內(nèi)容,照相機(jī)、537影儀、放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器以及人眼都與凸透鏡成像規(guī)律密切相關(guān),眼睛近視問題是當(dāng)前人們普遍關(guān)心的問題之一.在學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)凹、凸透鏡的判別,凸透鏡焦點(diǎn)的確定及焦距的測量;(2)透鏡對光線的作用;(3)凸透鏡的成像規(guī)律及其運(yùn)用[會作三條特殊的入射光線(平行于主光軸、通過光心、經(jīng)過焦點(diǎn)的入射光線)的折射光線,并借助其理解凸透鏡成像的規(guī)律];(4)凸透鏡成像規(guī)律的探究;(5)照相機(jī)、投影儀和放大鏡的應(yīng)用條件及操作使用方法;(6)近、遠(yuǎn)視眼判別及矯正.考查的題型以作圖、填空、選擇、實(shí)驗(yàn)探究和簡答題為主.

二、問題分類解析

(一)填空作圖題

這類題通?？疾閷W(xué)生對基本知識的理解掌握情況及靈活運(yùn)用能力,運(yùn)用基本規(guī)律作圖的能力.

【例1】 (2008年南寧市)圖1所示是_______眼成像的光路圖(選填“近視”或“遠(yuǎn)視”),應(yīng)佩戴________透鏡矯正.

解析:本題考查的一個(gè)知識點(diǎn)是眼睛的結(jié)構(gòu),當(dāng)平行光線會聚在視網(wǎng)膜前時(shí),眼睛近視;當(dāng)平行光線會聚在視網(wǎng)膜后時(shí),眼睛遠(yuǎn)視.考查的另一個(gè)知識點(diǎn)是透鏡對光線的作用,即凸透鏡對光線有會聚作用,凹透鏡對光線有發(fā)散作用,故應(yīng)填“近視”、“凹”.

【例2】 在圖2中的(甲)、(乙)兩圖中畫出經(jīng)過透鏡的折射線.

解析:根據(jù)透鏡的定義,平行于凸透鏡主軸的光線經(jīng)過透鏡折射后會聚在焦點(diǎn)上,由光路的可逆性得出:過凸透鏡焦點(diǎn)的光線經(jīng)透鏡折射后平行射出,圖2甲的折射光線見圖3丙.平行于凹透鏡主軸的光線經(jīng)過透鏡折射后發(fā)散,反向延長過虛焦點(diǎn),由光路的可逆性知,圖2乙的光線經(jīng)凹透鏡后,折射光線平行射出,見3圖丁所示.

評注:從丙圖可以看到經(jīng)過凸透鏡后的兩條折射光線是平行的,它們并沒有交于一點(diǎn),那么怎樣理解凸透鏡對光線起會聚作用呢?還是要用折射光線的方向跟入射光線的方向相比較,它們相互“靠攏”了,這就是凸透鏡對光線起到了會聚作用,丁圖中折射光線跟入射光線相比較,它們相互“遠(yuǎn)離”了,這就是凹透鏡對光線起到了發(fā)散作用.

(二)選擇題

選擇題在對基礎(chǔ)知識的考查方面與其他題型相同,但又有與其他題不同的解答要求,選擇題可以猜,可以在給出的幾個(gè)選項(xiàng)中用排除法等進(jìn)行選擇判斷,選擇題有一定的解題技巧.

【例3】 蠟燭放在凸透鏡前的1.5倍焦距處,在它向離鏡3倍焦距的地方移動(dòng)的過程中,它的像().

A.先放大后縮小B.先縮小后放大

C.逐漸變大 D.逐漸變小

解析:根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律.當(dāng)物體在凸透鏡前不同的位置時(shí),它所成的像性質(zhì)就不同,有兩個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn).一是焦點(diǎn).物體在焦點(diǎn)以內(nèi)成虛像,在焦點(diǎn)以外成實(shí)像.焦點(diǎn)是成實(shí)像還是成虛像的分界點(diǎn).二是二倍焦距處.物體在二倍焦距以內(nèi)成放大的像,在二倍焦距以外成縮小的像,二倍焦距是成放大還是縮小像的分界點(diǎn).因此,要選出答案A.

又根據(jù)物體成實(shí)像時(shí),物距減小,像距將變大,像也變大的道理,要選出答案D.故本題有兩個(gè)正確的答案,它們是A和D.

評注:要注意題目中放大、縮小和變大、變小的區(qū)別.放大、縮小是指像跟物相比,變大、變小,是有變化后的像跟變化前的像作比較,因此,掌握凸透鏡成像規(guī)律是解決這類問題的基礎(chǔ).

【例4】 在研究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)蠟燭位于凸透鏡某位置時(shí),在透鏡的另一側(cè)呈現(xiàn)一個(gè)倒立、放大的實(shí)像,若保持凸透鏡的位置不變,把蠟燭與光屏的位置相互交換,則在光屏上將出現(xiàn)一個(gè)().

A.倒立、放大的實(shí)像B.倒立、縮小的實(shí)像

C.倒立、等大的實(shí)像 D.得不到實(shí)像

解析:當(dāng)f＜u＜2f時(shí),凸透鏡能成倒立、放大的實(shí)像,這時(shí)v＞2f.凸透鏡位置和焦距不變,互換蠟燭和光屏,則物距u＞2f,根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可得到像的性質(zhì).所以答案應(yīng)是B.

評注:本題可以根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律去分析得出B答案.同學(xué)們也可以通過實(shí)驗(yàn)尋找答案.對于透鏡成像問題,只要同學(xué)們在做實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上認(rèn)真分析、總結(jié)和歸納,掌握成像規(guī)律,問題就容易得到解決.

(三)實(shí)驗(yàn)探究題

實(shí)驗(yàn)題的解答要求相對要高些,除上述幾類題的解答要求外,學(xué)生還要有一定的動(dòng)手操作能力.

【例5】 小宇在做“探究凸透鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖4所示.a、b、c、d、e是主光軸上的五個(gè)點(diǎn),F點(diǎn)和2F點(diǎn)分別是凸透鏡的焦點(diǎn)和二倍焦距點(diǎn).

(1)在a、b、c、d、e這五個(gè)點(diǎn)中:

①把燭焰放在__________點(diǎn)上,可以成正立、放大的虛像.

②把燭焰放在__________點(diǎn)上,所成的像最小.

⑧把燭焰放在__________點(diǎn)上是屬于照相機(jī)原理.

④把燭焰放在__________點(diǎn)上是屬于投影儀原理.

(2)小宇做完實(shí)驗(yàn)后,又想用手表代替蠟燭,看在光屏上能成什么樣的像.于是他在透明的玻璃板上用黑色筆畫了個(gè)手表盤,如圖5甲所示.把這個(gè)玻璃板放在蠟燭的位置上,并用平行光源對著玻璃板上的表盤照射,如圖5乙所示,移動(dòng)光屏直到成清晰像為止.此時(shí)表盤在光屏上所成的像是圖5丙中的().

解析:本題以獨(dú)特的形式考查了考生對凸透鏡成像規(guī)律的理解程度.凸透鏡成像規(guī)律如下:①凸透鏡成縮小實(shí)像時(shí),物距u＞2f,像距f＜v＜2f,物距越大,像越小(照相機(jī));②凸透鏡成等大實(shí)像時(shí),物距u=v=2f;③凸透鏡成放大實(shí)像時(shí),物距f＜u＜2f,像距v＞2f,物距越小,像越大(投影儀);④凸透鏡成放大虛像時(shí),物距u＜f,物距越大,像越大(放大鏡).根據(jù)以上規(guī)律可解答(1)的問題.解答(2)時(shí)應(yīng)注意,物體在1倍焦距以外成的倒立實(shí)像,“倒立”指上下和左右都要倒立. 答案:(1)①e ②a ③a、b ④c、d (2)D

評注:除了掌握凸透鏡成像的特點(diǎn)外,還應(yīng)考慮光線通過凸透鏡后是如何偏折的.

(責(zé)任編輯:易志毅)