透鏡及其應用問題的解答分析

吳開保

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

一、學習要點

凸透鏡、凹透鏡對光線的作用、凸透鏡成像的特點是相關考試的重點內容,照相機、537影儀、放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等光學儀器以及人眼都與凸透鏡成像規(guī)律密切相關,眼睛近視問題是當前人們普遍關心的問題之一.在學習時應注意以下幾點:(1)凹、凸透鏡的判別,凸透鏡焦點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)律及其運用[會作三條特殊的入射光線(平行于主光軸、通過光心、經過焦點的入射光線)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、投影儀和放大鏡的應用條件及操作使用方法;(6)近、遠視眼判別及矯正.考查的題型以作圖、填空、選擇、實驗探究和簡答題為主.

二、問題分類解析

(一)填空作圖題

這類題通?？疾閷W生對基本知識的理解掌握情況及靈活運用能力,運用基本規(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“遠視”),應佩戴________透鏡矯正.

解析:本題考查的一個知識點是眼睛的結構,當平行光線會聚在視網膜前時,眼睛近視;當平行光線會聚在視網膜后時,眼睛遠視.考查的另一個知識點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,故應填“近視”、“凹”.

【例2】 在圖2中的(甲)、(乙)兩圖中畫出經過透鏡的折射線.

解析:根據透鏡的定義,平行于凸透鏡主軸的光線經過透鏡折射后會聚在焦點上,由光路的可逆性得出:過凸透鏡焦點的光線經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過透鏡折射后發(fā)散,反向延長過虛焦點,由光路的可逆性知,圖2乙的光線經凹透鏡后,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,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,可以在給出的幾個選項中用排除法等進行選擇判斷,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:根據凸透鏡的成像規(guī)律.當物體在凸透鏡前不同的位置時,它所成的像性質就不同,有兩個轉變點.一是焦點.物體在焦點以內成虛像,在焦點以外成實像.焦點是成實像還是成虛像的分界點.二是二倍焦距處.物體在二倍焦距以內成放大的像,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.因此,要選出答案A.

又根據物體成實像時,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.

【例4】 在研究凸透鏡成像的實驗中,當蠟燭位于凸透鏡某位置時,在透鏡的另一側呈現一個倒立、放大的實像,若保持凸透鏡的位置不變,把蠟燭與光屏的位置相互交換,則在光屏上將出現一個().

A.倒立、放大的實像B.倒立、縮小的實像

C.倒立、等大的實像 D.得不到實像

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

評注:本題可以根據凸透鏡成像規(guī)律去分析得出B答案.同學們也可以通過實驗尋找答案.對于透鏡成像問題,只要同學們在做實驗的基礎上認真分析、總結和歸納,掌握成像規(guī)律,問題就容易得到解決.

(三)實驗探究題

實驗題的解答要求相對要高些,除上述幾類題的解答要求外,學生還要有一定的動手操作能力.

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

(1)在a、b、c、d、e這五個點中:

①把燭焰放在__________點上,可以成正立、放大的虛像.

②把燭焰放在__________點上,所成的像最小.

⑧把燭焰放在__________點上是屬于照相機原理.

④把燭焰放在__________點上是屬于投影儀原理.

(2)小宇做完實驗后,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手表盤,如圖5甲所示.把這個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,移動光屏直到成清晰像為止.此時表盤在光屏上所成的像是圖5丙中的().

解析:本題以獨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凸透鏡成縮小實像時,物距u＞2f,像距f＜v＜2f,物距越大,像越小(照相機);②凸透鏡成等大實像時,物距u=v=2f;③凸透鏡成放大實像時,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,物距u＜f,物距越大,像越大(放大鏡).根據以上規(guī)律可解答(1)的問題.解答(2)時應注意,物體在1倍焦距以外成的倒立實像,“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外,還應考慮光線通過凸透鏡后是如何偏折的.

(責任編輯:易志毅)