第20讲 透镜成像规律实验-新八年级物理暑假讲义（苏科版）（学生版）

第20讲光的折射透镜的成像规律实验专题[学习目标]巩固光的折射规律，掌握探究光的折射规律实验巩固透镜成像规律，掌握探究透镜成像规律实验探究光的折射规律的实验光的折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。当发生折射现象时，一定也发生了反射现象。当光线垂直射向两种物质的界面时，传播方向不变。光的折射规律：在折射现象中，折射光线、入射光线和法线都在同一个平面内；光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折(折射角＜入射角)；光从水或其他介质中斜射入空气中时，折射光线向界面方向偏折(折射角＞入射角)。在折射现象中，光路是可逆的。在光的折射现象中，入射角增大，折射角也随之增大。在光的折射现象中，介质的密度越小，光速越大，与法线形成的角越大。折射的现象实例：①从岸上向水中看，水好像很浅，沿着看见鱼的方向叉，却叉不到；从水中看岸上的东西，好像变高了。②筷子在水中好像“折”了。③海市蜃楼。④彩虹。探究凸透镜成像规律实验操作：实验时点燃蜡烛，使烛焰中心、凸透镜光心、光屏的中心(即焰心、光心、光屏中心)大致在同一高度，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。实验时发现蜡烛的像呈在光屏的上半部分，要想使像呈在光屏的中心，该如何操作：①向上移动光屏；②向上移动蜡烛；③向下移动凸透镜。如果用手将凸透镜遮住一半，则光屏上依然是一个完整的像，但亮度较暗。若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：①蜡烛在焦点以内(u<f)②烛焰在焦点上(u=f)③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置。燃烧的蜡烛不断变短，光屏上的像向上移动，为使像呈在光屏中央，应该将光屏向上移动或蜡烛向上移动或凸透镜向下移动。实验结论：(凸透镜成像规律)F分虚实,2f大小,实倒虚正,具体见下表。物距像的性质像距应用倒、正放、缩虚、实u>2f倒立缩小实像f<v<2f照相机f<u<2f倒立放大实像v>2f幻灯机u<f正立放大虚象不考虑放大镜对规律的进一步认识：一倍焦距分虚实二倍焦距分大小，物近像远像变大。像跟着物体跑(谁远谁大)。要点一、光的折射实验光的折射定义：光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象叫光的折射。光的折射规律：(1)折射光线、入射光线和法线在同一平面内；(2)折射光线和入射光线分居在法线的两侧；(3)当光从空气斜射入水或其他介质时，折射光线靠近法线，折射角小于入射角；当光从水或其他介质斜射入空气中时，折射光线远离法线，折射角大于入射角。光路的可逆性：在折射现象中，光路是可逆的。说明：当光从光速大的介质斜射入光速小的介质时，折射角小于入射角。注意：光从一种介质垂直射入另一种介质时，光的传播方向不改变，此时，入射角为0°，折射角为0°，这是折射现象的一种特殊情况。生活中的折射现象现象：(1)池水看起来比实际的浅；(2)筷子在水中的“折射”现象；(3)海市蜃楼；(4)叉鱼时对准看到鱼的下方。说明：分析光的折射现象时，可以根据光的折射规律，通过作图的方式直观、形象地说明问题，但在分析时，一定要搞清光的传播方向，即光线从什么介质斜射入什么介质中；再利用相应的折射规律作图分析。光的折射定律实验实验目的:光的折射定律。探究折射角与入射角的关系。实验原理:倒入水后，光点的位置会偏移，原因是倒入水后光从空气进入水中传播方向会发生偏折。注意手电筒的光线不要垂直射入，否则不会发生偏折。实验器材:透明的玻璃杯、白色的白纸、剪刀、尺子、彩笔、手电筒、水。实验步骤:把纸剪成“长等于杯的周长、宽等于杯高”的长方形；将纸右半涂黑，在涂黑部分竖着刻一条直缝。把纸贴在杯的外壁。让手电筒的光通过直缝射入杯内，从缝的对面观察，光射在杯壁的什么位置?在杯壁的白纸上做个记号。在杯内倒入水，不改变光射入的方向，观察光射在杯壁的位置是否有变化?实验表格:入射角折射角实验结论:1.折射光线与入射光线和法线在同一平面内。

2.折射光线与入射光线分居法线两侧。

3.当光从光疏介质斜射入光密介质中时，折射角小于入射角。

4.当光从光密介质中斜射入光疏介质时，折射角大于入射角。

5.当入射角增大时，折射角也随着增大。

6.当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变。要点二、凸透镜成像规律实验实验目的：透镜凸透镜成像规律。像与物的大小关系、物距变化成像规律变化、像的虚实。实验器材：凸透镜、光具座、蜡烛、光屏、火柴等。实验步骤：按图组装器材。调整蜡烛、凸透镜、光屏在同一水平线上。将蜡烛放在远处(此时u>2f)，移动光屏直至在光屏上成清晰的像；观察像的大小、正立还是倒立，并测量物距和像距；数据记录实验表格。将蜡烛往凸透镜方向移动，使2f>u>f，移动光屏直至在光屏上成清晰的像；观察像的大小、正立还是倒立，并测量物距和像距；数据记录实验表格。将蜡烛继续往凸透镜方向移动，使u=f，移动光屏，看能否成像。将蜡烛继续往凸透镜方向移动，使u<f，移动光屏，看在光屏上能否找到像。整理器材。实验表格物距与焦距关系物距(cm)像的性质像距(cm)大小正倒虚实u>2fu=2f2f>u>fu=fu<f实验结论:等大、等距、对称、反向、虚像。物距像的性质像距(cm)应用大小正倒虚实u>2f缩小倒立实像2f<v<f照相机2f>u>f放大倒立实像v>2f投影仪u<f放大正立虚像--放大镜2.考查内容考查方向解答思路如何测量焦距一束平行光通过凸透镜后会聚的点即为焦点，可测焦距保障实验成功蜡烛、凸透镜不动，移动光屏直至在光屏上成清晰的像如何判断成虚像物距小于焦距时，无论怎么移动光屏都无法在光屏上成像无法成像的原因蜡烛在焦点上或物距小于焦距、焦距太大成像在光具座外、蜡烛与凸透镜和光屏没有在同一水平线上成像位置如何移动可调节蜡烛或凸透镜蜡烛变短成像上移像的明暗变化用遮光板挡住部分光线，成像完整但像变暗知识点二：光的折射规律实验【探究重点】考查方向解答思路折射规律三线共面、分居两侧、空气角大实验数据分析多次测量折射角与入射角关系多次改变入射角，探究折射角的变化情况光路可逆探究在纸板上描绘光路轨迹，并用激光笔沿折射光路入射【例题精讲】在探究“光从空气斜射入水和油中时，哪种液体对光的偏折本领较大”的实验中，小明提出如下实验方案：先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中，记录下光斑位置(如图甲所示)；接着分别倒入水和油，记录对应的光斑位置，再通过分析就可得到实验结论．经讨论，同学们认为这一方案是可行的，于是进行了探究实验．（1）要实现探究目标，他们应选择图乙中的________(选填字母序号)两图实验．（2）实验时，同学们在水槽底部贴上一把自制纸质刻度尺，这样做的目的是________．（3）某小组同学正确实验后，所记录的三次光斑的相对位置如图丙所示，经分析可知：光从空气斜射入水和油中时，________对光的偏折本领较大．【巩固训练】小明为探究光的折射规律设计了如图甲所示的实验装置，其中光屏F可绕直径NOM前后折转。

(1)实验时，光贴着光屏从空气射入水中，小明将F板向后折转一定的角度，则在F板上______(选填“能”或“不能”)看到折射光，此时折射光线和入射光线______(选填“在”或“不在”)同一平面内。

(2)小明将光屏F恢复原状，保持入射光不动，继续加水，会看到杯底的亮斑B向______(选填“左”、“右”或“上”)移动。

(3)小明继续用另一只激光笔让光沿着BO射向水面时，可看到折射光沿OA射出，这说明______。

(4)让一束激光从某玻璃斜射向空气(如图乙)。保持入射点不动，改变入射角(每次增加0.2°)，当入射角增大到41.8°时，折射光消失，只存在入射光与反射光，这种现象叫做光的全反射，如图丙所示。此时的入射角叫做这种物质的临界角。当入射角大于临界角时，只发生反射，不发生折射，根据以上内容可判断：

①当光从空气射向玻璃时______(填“会”或“不会”)发生光的全反射现象，

②一个三棱镜由上述玻璃制成，一束光垂直于三棱镜的一个面射入，如图丁所示.则关于这束光经过三棱镜后的光路描述，下图中正确的是______。知识点二：凸透镜成像规律实验【探究重点】考查方向解答思路如何测量焦距一束平行光通过凸透镜后会聚的点即为焦点，可测焦距保障实验成功蜡烛、凸透镜不动，移动光屏直至在光屏上成清晰的像如何判断成虚像物距小于焦距时，无论怎么移动光屏都无法在光屏上成像无法成像的原因蜡烛在焦点上或物距小于焦距、焦距太大成像在光具座外、蜡烛与凸透镜和光屏没有在同一水平线上成像位置如何移动可调节蜡烛或凸透镜蜡烛变短成像上移像的明暗变化用遮光板挡住部分光线，成像完整但像变暗【例题精讲】(2021·福建中考真题)在“探究凸透镜成像规律实验”中：(1)将蜡烛、凸透镜和光屏依次安装在光具座上，点燃蜡烛，调整它们的高度使烛焰中心、透镜光心和光屏中心在______；(2)如图甲所示，光屏上成清晰的像。由光路可逆可以推断，保持蜡烛和光屏的位置不变，只移动透镜到______cm刻度处，光屏上可再次成清晰______、倒立的实像；(3)实验一段时间后，原来在光屏中心的像“跑”到光屏上方，如图乙所示位置。能让像重新回到光屏中心的操作是______；(填序号)①光屏下调②蜡烛上调③透镜上调(4)实验中，光屏上成模糊的像，如果蜡烛和透镜位置不变，将光屏往凸透镜方向靠近，光屏上能成清晰的像；如果蜡烛、凸透镜和光屏位置不变，在蜡烛与凸透镜之间放上一个合适的凹透镜。光屏上也能成清晰的像。上述现象说明凹透镜对光具有______作用。______视眼的矫正与上述成像过程类似。【巩固训练】(2021·广东深圳市)在探究“凸透镜成像规律”的实验中(1)当透镜移至如图甲所示位置时，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则该凸透镜的焦距是______cm；(2)若蜡烛、光屏和透镜如图乙所示，想得到一个倒立等大的实像，那么需要将光源向______移动(选填“左”或“右”)，除了要将光源移动以外，还需要将光屏______凸透镜(选填“靠近”或“远离”)。小杰同学“探究光从空气斜射入不同介质发生折射时的一些规律”，他将一束光从空气射入水中发生折射的实验数据记录于下表：实验序号12345入射角i10°20°30°40°50°折射角r7.9°15.4°21.5°26.3°33.5°(1)分析实验序号1(或2或3或4或5)中折射角与入射角的大小关系，得出初步结论是：光从空气斜射入水中，折射角

入射角。(2)分析实验序号1、2、3、4和5中折射角与入射角的变化关系，得出初步结论是：折射角随入射角的增大而

。(3)该同学在得出以上结论后想要继续“研究光在其他透明介质的分界面折射时有什么规律”。下表中是光在几种不同介质中的传播速度，如图1是光在这几种介质中发生折射的光路：

介质水玻璃冰空气酒精光速/(m·2.25×2.0×2.30×3.0×2.2×①综合分析表中的数据和图1中的光路图可以得出的结论是：当光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质中时，折射角

(选填“大于”“小于”或“等于”)入射角；

②如图2所示，根据上述结论，光从玻璃斜射向酒精后经过了点A，那么激光光源的入射点应在

(选填“O点左侧”“O点处”或“O点右侧”)。某同学在做“探究光的折射特点”的实验，如图所示是光从空气射入水中时的光路．实验中发现，入射光线、折射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．通过实验还得到如下表数据：入射角α/°015304560反射角β/°015304560折射角γ/°01122.135.440.9(1)在探究中，该同学在清水中滴入几滴牛奶并搅匀，在水面上方的空气中熏了点烟雾，以上做法是为了________________________________________．(2)分析表中数据，可得出结论：①光从空气斜射到水面时，将同时发生________和________现象．②光从空气斜射到水面时，折射角随入射角的变化关系是__________________________，且折射角________(填“大于”“等于”或“小于”)入射角．当光从空气垂直射到水面时，折射角等于零．该同学根据上述实验中的发现和结论②总结出了光的折射特点．(3)请你对该同学通过上述探究实验得出光的折射特点的过程做出评价．是否存在不足？答：________(填“是”或“否”)；请简要说明理由：______________________________________________________________________________．(2020湖北武汉)在探究平面镜成像特点的实验中:(1)如图甲所示，在水平桌面上铺张大纸，将玻璃板竖立在纸上，沿着玻璃板在纸上画条直线，这条直线代表__________的位置；(2)把一支点燃的蜡烛A放在玻璃板前面，可以看到它在玻璃板后面的像，再拿一支外形相同但不点燃的蜡烛B，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去蜡烛B跟蜡烛A的像完全重合。若在蜡烛B和玻璃板之间竖直放置一张不透明的白纸，则从C处一定能看到的是____(填“蜡烛B”、“蜡烛A的像”、“蜡烛B的像”或“蜡烛A的像和蜡烛B”)；(3)一束光从空气斜射向这块玻璃，并穿过玻璃进入空气中。请在图乙中画出这束光进入玻璃和离开玻璃后的光线。(要求标出法线)()在“探究凸透镜成像规律的实验”中，将蜡烛、焦距等于10cm的凸透镜、光屏放在光具座上，如图所示，调节蜡烛、凸透镜和光屏的中心在同一高度，把凸透镜固定在50cm处。（1）将蜡烛放在A点，光屏放在B位置上，为了找到清晰的像，应将光屏向__________（填“左”或“右”）移动。（2）依次改变蜡烛的位置，移动光屏，直到找到清晰的像。记录的数据如下表：在1～4次实验中，所成的像为倒立、_____________的实像。第6次的像比第5次的像__________（填“大”或“小”）。（3）将蜡烛放在C点，观察到烛焰的正立、放大的虚像后，若希望看到更大的虚像，应将蜡烛向____________（填“左”或“右”）移动。小亮同学探究“凸透镜成像规律”实验，其中凸透镜的焦距f=10cm,凸透镜归固定在光具座的50cm处，蜡烛和光屏分别位于凸透镜的两侧：(1)探究前要首先调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心___________________．(2)其次试验，小亮将蜡烛、凸透镜和光屏按如图甲所示放置时，此时蜡烛通过凸透镜在光屏上形成一个倒立、_________(选填“放大”、“缩小”或“等大”)的清晰的像．(3)若保持透镜和光屏的位置不变，将蜡烛移到“15cm”刻度线位置，要是光屏上出现清晰的像，可以在蜡烛和透镜之间适当位置放上一块________(选填“近视眼”或“远视眼”)镜片．(4)如图乙，MN为凸透镜的主光轴，S是主光轴上的一个发光点，S’是该发光点的像，SA是从发光点发出的一条光线，请你画出SA经凸透镜折射后的光线．（2019•广陵区二模）小明同学在做“探究凸透镜成像现律”的实验。（1）物体离照相机的镜头比较远，成倒立、缩小的实像，物体离投影仪的镜头比较近，成倒立、放大的实像，物体离放大镜比较近，成放大、正立的虚像。据此小明提出的问题是，像的虚实、大小、正倒跟有什么关系？（2）小明所用实验装置如图甲所示，若将凸透镜放在光具座刻度50cm位置处不变，把蜡烛放在刻度10cm处，光屏放在图示位置处恰好成一清晰的像，利用此时凸透镜成像的特点制成的光学仪器是（照相机/放大镜/投影仪）。（3）如图乙所示是小明通过实验得到的凸透镜成像时的像距v和物距u关系的图象，由图象可知，该凸透镜焦距为cm，成实像时物距逐渐减小，像距逐渐。当u＞2f时，物体移动速度（大于/小于/等于）像移动的速度。（4）实验完成之后，小莉把自己的近视眼镜放在蜡烛与凸透镜之间，如图丙所示，光屏上原来清晰的像变得模糊了，若想在光屏上重新得到清晰的像，在不改变蜡烛和凸透镜位置的情况下，应将光屏（靠近/远离）凸透镜。小明喝水时，偶然发现透过水面看不见玻璃水杯外侧的手指．他感到很惊奇：玻璃和水都是透明物质，为什么光却不能透过呢？小明决定找出原因．下面是小明的探究过程：根据光经过的路径，首先想到了这种现象与光的折射有关．为此他根据光从水中射向空气的光路进行了推测，如图甲所示．(1)光从水中射向空气时，折射角_______(填“大于”“小于”或“等于”)入射角，当入射角增大时，折射角_______(填“增大”“减小”或“不变”).那么，当入射角增大到某一值时，小明的推测：_____________________．(2)小明为了验证自己的推测，进行了如图乙所示的实验．实验过程中逐渐增大激光笔射向水面的入射角的角度，当增大到某一角度时，小明观察到_____________，证实了自己的推测．(3)当光从空气射向水中时，也会出现“看不见”的现象吗？说出你的观点并解释：__________________________________________________________．(2019贵州贵阳)光从空气斜射入水和玻璃时都会发生折射现象，但是水和玻璃的折射情况会相同吗？为了探究这个问题，小华选择了光屏、透明玻璃砖、水槽、激光电筒等器材进行实验。他在光屏上画出互相垂直的NN'和MM'两条线段并相交于O点，如图甲所示。(1)小华将玻璃砖的一个表面与MM'齐平放置，让激光电筒发出的光线从A点到O点入射，他看到了如图乙所示的光路(AO、OC为同一直线)，你认为出现光线OC是因为________所致，鉴于本实验的目的，此时最应该记录的两条光线是________________。(2)接下来他要观察光从空气中进入水中的情况，他将光屏竖直放入水槽中，(使线段MM'水平)并向水槽中慢慢注水至水面与MM'齐平，入射光线应该从A点向O点射入，这是为了保证_______________，其实本实验小华还考虑了入射光线所在一侧的________相同。(3)小华最终在光屏上记录下了如丙所示的光路图(OE为水中的折射光线)，通过分析光路，你认为玻璃和水这两种介质对光的偏折能力较强的是________。(4)若用激光以相同的入射角分别从玻璃和水中斜射入空气中，则________射出的折射光线更远离法线。(2021·湖北中考真题)某同学用蜡烛、凸透镜和光屏等器材探究凸透镜成像的规律。(1)用焦距为10cm的凸透镜进行实验，蜡烛和凸透镜放置在如图甲所示的位置，将光屏移动到图示位置时，光屏上得到烛焰清晰的、______、______立的实像；(2)保持凸透镜和光屏的位置不变，换用焦距为20cm的凸透镜继续实验，下列说法正确的是______(填序号)；①向左移动蜡烛，可以在光屏上得到烛焰缩小的清晰的实像②向左移动蜡烛，可以在光屏上得到烛焰放大的清晰的实像③向右移动蜡烛，可以在光屏上得到烛焰放大的清晰的实像④无论怎样移动蜡烛，在光屏上都得不到烛焰的清晰的像(3)如图乙所示，F表示凸透镜的焦点，S表示烛焰，S′表示S经凸透镜所成的像，请在图乙中画出入射光线SA经过凸透镜之后的光线。______(2021湖北武汉二模)理趣在探“透成的律”验：(2019•丹东)小明探究凸透镜的成像原理，与老师一起研制了如图所示的实验装置，用水透镜模拟眼睛，光屏模拟视网膜，通过对水透镜注水或抽水可改变水透镜的厚薄。蜡烛、光屏和水透镜在光具座上的位置如图所示。(1)实验时，首先要使烛焰、水透镜、光屏三者的中心在上，目的是使像成在光屏中心。(2)三者摆放位置如图甲所示，在光屏上成了一个清晰的像(像未画出)，该像为倒立、的实像。此时水透镜的焦距f的范围为。(3)用水透镜模拟正常眼睛，将图甲中的烛移动到光具座上40cm处，光屏不动，此时应对水透镜(填“注水”或“抽水”)，使其焦距变(填“长”或“短”)，才能在光屏上重新得到一个清晰的像。(4)用水透镜模拟爷爷的老花眼，如图乙所示，若爷爷不戴老花镜时恰好能够看到图中位置上的蜡烛，在图中的虚线框内安装上适当度数的老花镜的镜片，则爷爷将能看清蜡烛位置(填“左侧”或“右侧”)的物体。小明因为长期不注意用眼卫生，变成了近视眼，应该配戴(填“凸“或“凹”)透镜矫正。(2021·湖南岳阳市·中考真题)如图甲，在“探究光的反射规律”实验中：(1)在纸板前从不同方向都可以看到纸板上入射光线EO的径迹，这是因为光在纸板上发生了_________(选填“漫”或“镜面”)反射；(2)多次改变入射角的大小进行实验，可以得出结论：反射角_________入射角；(3)小明发现实验中所用的激光垂直照在光屏上不是一个点而是一条直线，这样使得实验中更容易观察光路。他很好奇这是如何做到的，于是拆开激光笔。如图乙所示，一束很细的激光发射出来后通过一个透明的圆柱体，由于圆柱体对光有__________(选填“会聚”或“发散”)作用，最终使激光在光屏上展开得很宽。小明同学在探究光的反射与折射活动中，做了如下实验:把半圆形玻璃砖放在带有刻度的转盘上，用激光器作为光源，用激光束照射到半圆形玻璃砖上，观察到如下现象.①让光束沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，当入射角小于42o时，可以观察到反射光线和折射光线，当增大入射角角度，反射光增强、折射光线减弱(如图甲、乙所示).②当入射角大于42o时，折射光线消失了(如图丙所示)，若再让入射角小于42o时，折射光线又会出现.回答下列问题:(1)光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，光先从空气进入玻璃砖，光在玻璃砖的平直边上反射后，又从玻璃砖返回空气中，两次经过两种介质分界面时光束都没有发生偏折，而在半圆形玻璃砖的平直的边上，光从玻璃砖进入空气中，光却发生了偏折，前者光束不发生偏折的原因是__________.(2)在图乙中，入射角是________，折射角是_________.(3)当入射角大于42o时，折射光线消失;当入射角小于42o时，折射光线又出现.我们在日常生活中经常会看到晶莹的露珠，从有些位置看过去特别明亮，而有些位置就相对较暗，请对此现象作出简要解释.________.(4)在以上活动中，入射角大于42o时，折射光线消失的现象在光从玻璃进入空气中会出现，如果光是从空气进入玻璃，这种现象会发生吗?请说明理由._________________.(2021·江苏中考真题)小明用如图所示的装置做“探究凸透镜成像规律”实验。(1)图中光屏上恰好成一清晰的像，该像的性质是倒立、______的实像。(2)图中只移动蜡烛和光屏，可以模拟照相机成像原理的操作是______(填字母)。A．都左移B．都右移C．蜡烛左移，光屏右移D．蜡烛右移，光屏左移(3)完成实验后，他将另一透镜放在图中45cm刻度线位置，发现光屏上的像由清晰变模糊，向左移动光屏又