第4章 光的折射 透镜

第4章光的折射透镜一、基本概念1、光的折射（refractionoflight）:光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，传播方向会发生偏折的现象叫光的折射。光垂直入射时折射角为零（注意：在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射。反射光光速与入射光相同，折射光光速与入射光不同）。光的折射定律：光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线与入射光线、法线在同一平面上，折射光和入射光分居法线两侧；折射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不变，在折射中光路可逆。当光从水或其他介质中斜射入空气时，折射7角大于入射角。72、（拓展知识）折射率（refractiveindex）:光从真空射入介质发生折射时，光在发生折射时入射角与折射角符合斯涅尔定律（Snell'sLaw）。入射角i与折射角r的正弦之比n（斯涅尔公式：n=sini/sinr）叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”（说明：折射率表示在两种介抽中光速比值的物理量。当光线从空气穿入紧密的介质如固体、水或任何液体时，即改变它的进行方向。光线入射角的正弦与折射角的正弦比或光线通过真空时与通过介质时的速度比，就是折射率。折射率随介质的性质和密度、光线的波长、温度而变化。介质的折射率一般都大于1。同一介质对不同波长的光，具有不同的折射率。可见光折射率通常随着波长的减小而增大，即红光最小、紫光最大）。3、（拓展知识）全反射（totalrefractive）:当光射到两种介质界面，只产生反射而不产生折射的现象。当光由光密介质射向光疏介质时,折射角将大于入射角，当入射角增大到某一数值时，折射角将达到90°，这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角大于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是全反射。产生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质；②入射角必须大于临界角。4、 实像（realimage）:由实际光线汇聚成的像，称为实像。实像能用光屏承接。5、 凸透镜（convexlens）：凸透镜是中央较厚，边缘较薄的透镜。将平行光线（如阳光）平行于主光轴（凸透镜两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴）射入凸透镜，光在透镜的两面经过两次折射后，集中在轴上的一点，此点叫做凸透镜的焦点（记号为F，英文为：focalpoint），凸透镜在镜的两侧各有一实焦点。凸透镜焦点到透镜中心的距离叫做焦距（focallength），通常以f表示。凸透镜球面半径越小，焦距越短。凸透镜可用于放大镜、老花眼及远视的人戴的眼镜、摄

影机、电影放映机、幻灯机、显微镜、望远镜等的透镜。通过凸透镜两个球面球心C］、c2的直线叫凸透镜的主光轴。凸透镜的中心0点是透镜的光心。平行于主轴的光线经过凸透镜后会聚于主光轴上一点F,这一点是凸透镜的焦点。焦点F到凸透镜光心0的距离叫焦距，用f表示。物体到凸透镜光心的距离称物距，用u表示。物体经凸透镜所成的像到凸透镜光心的距离称像距，用v表示。成像公式：1/u+1/v=1/f（关于符号的正负：物距u恒取正值。像距v的正负由像的实虚来确定，实像时v为正，虚像时v为负。凸透镜的f为正值，凹透镜的f为负值）。放大倍数：（1）凸透镜放大倍数（虚像，是正像）只与透镜的焦距有关，且虚像与物在透镜的同一侧。凸透镜放大倍数计算公式是：明视距离（25CM）/焦距=放大倍数。焦距越短放大倍数越高。（2）凸透镜成像倍数（实像，是倒像）与像距有关，且实像与物在透镜的两侧。它的成像公式：1/焦距=1/物距+1/像距。物越靠近焦点，像距就越大，像也越大。实像的放大倍数不受透镜焦距的限制。（3）凸透镜的表面是弧形的，它是圆的一部分，可以量出弧的半径，这个半径叫做透镜弧面的曲率半径。很明显，曲率半径越小，透镜中间就凸得越高，透镜的厚度也越大，透镜的焦距就越短。成像规律（一倍焦距分虚实，两倍焦距分大小）：（1）一倍焦距以内，在凸透镜同侧成正立放大虚像，物距越大，像距越大，虚像越大；（2）—倍焦距不成像；（3）—倍焦距到二倍焦距，成倒立放大实像，物距越小，像距越大，实像越大；（4）二倍焦距成等大倒立实像；（5）二倍焦距以外，成倒立缩小实像，物距越小，像距越大，实像越大。（附：凸透镜成效规律表）物体到凸透镜的距离物距〕）像到凸透镜的距离像距）像的大小、像的正倒可像的虚实；应用实例u>2f2f>v>f缩小倒立实像照相机u=2fv=2f等大倒立实像测焦距2f>u>fv>2f放大倒立实像幻灯投影;u=f无（平行v无限大）无无无探照灯uvf像与物在透镜同侧放大正立虚像放大镜6、 凹透镜（concavelens）:凹透镜亦称为负球透镜，镜片的中间薄，边缘厚，呈凹形，所以又叫凹透镜。凹透镜对光有发散作用。近视眼镜是凹透镜。凹透镜分为双凹、平凹、凸凹（注意：凸凹透镜是凹度大于凸度，凹凸透镜是凸度大于凹度的）形式。成像规律:经凹透镜成正立缩小虚像，物与像在透镜同一侧，1/u+1/v=1/f,（u为物距，v为像距，f为焦距。符号的正负：物距u取正值，V和f取负值））（1）当物体为实物时，成正立、缩小的虚像，像和物在透镜的同侧；（2）当物体为虚物：①凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以内时，成正立、放大的实像，像与物在透镜的同侧；②凹透镜到虚物的距离为一倍焦距时，成像于无穷远；③凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内时，成倒立、放大的虚像，像与物在透镜的异侧；④凹透镜到虚物的距离为两倍焦距时，成与物体同样大小的虚像，像与物在透镜的异侧；⑤凹透镜到虚物的距离为两倍焦距以外时，成倒立、缩小的虚像，像与物在透镜的异侧。以上是薄透镜成像规律，如果是厚的弯月形凹透镜，情况会更复杂。当厚度足够大时相当于伽利略望远镜，厚度更大时还会相当于正透镜。7、 视觉暂留（persistenceofvision）:在外界景物消失后，视神经对它的印

象还会延续0.1秒左右，人眼的这种特征叫视觉暂留。8、 伽利略望远镜(Galileotelescope):是指物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜的望远镜。伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的._比值。光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方(靠近人目的后方)焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。9、 开普勒望远镜(Kepleriantelescope):原理由两个凸透镜构成。由于两者之间有一个实像，可方便地安装分划板，性能优良，所以军用望远镜、小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。正像系统分为两类：棱镜正像系统和透镜正像系统。常见的前宽后窄的典型双筒望远镜既采用了双直角棱望远镜镜正像系统，这种系统的优点是在正像的同时将光轴两次折叠，从而大大减小了望远镜的体积和重量。透镜正像系统采用一组复杂的透镜来将像倒转，制作成本较高。10、 显微镜(microscope):显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，显微镜的目镜和物镜都是凸透镜，与开普勒天文望远镜不同的是，显微镜物镜焦距很短，目镜焦距较长。显微镜分光学显微镜和电子显微镜。11、 明视距离(distanceofdistinctvision):在工作时间较长时，最适宜的、不致引起眼睛疲劳的距离大约1市尺25cm，这个距离叫做明视距离。二、基本公式和结论1、 凹透镜与凸透镜区分方法：(1)触摸法：中间薄边缘厚是凹透镜，中间厚边缘薄是凸透镜；(2)聚焦法：射入平行光，会聚的是凸透镜，发散的是凹透镜；(3)放大法：把透镜放到字上，看照后的字是放大是凸透镜，缩小是凹透镜；(4)摇晃法：将透镜放在字上，向一侧移动，字的方向与透镜移动方向相同的是凹透镜，相反的是凸透镜。2、 凹透镜与凸透镜区别：(1)对光的作用不同。凸透镜主要对光线起会聚作用，凹透镜主要对光线起发散作用。(2)成像不同。凸透镜能成正立放大虚像、倒立放大实像、倒立等大实像、倒立缩小实像，凹透镜只能成正立缩小虚像。(3)焦点不同。凸透镜有2个实焦点，凹透镜有虚焦点。(4)用途不同。凸透镜用于远视眼镜，凹透镜用于近视眼镜。3、 透镜成虚像时，放大一定是凸透镜生成的，缩小一定是凹透镜生成的，无论是什么透镜生成的虚像一定是正立的。4、 望远镜发展历程：1608年荷兰米德尔堡眼镜师汉斯•李波尔(HansLippershey)造出了世界上第一架望远镜。1609年第一位把望远镜用于科学研究的是意大利物理学家伽利略，以确凿证据支持了哥白尼“日心说”。1611年德国天文学家开普勒用两个凸透镜(物镜焦距长，目镜焦距短)组成望远镜观察行星和月球，通常称开普勒天文望远镜。1668年牛顿用金属磨制的凹面镜代替凸透镜制成第一台反射式望远镜，可以接收光的口径增大并能较好地消除像差，因此现代大型天文望远镜多采用这种形式。进入20世纪，通过接收天体