定义 凸透镜或凹透镜将物体发出的光线折射后,在光屏或视网膜上形成倒立或正立、放大或缩小像的规律。
从哪来 本节为高二光学起点,无前置知识点记录,直接基于初中物理“透镜成像”基础进行深化与定量分析。
为什么 透镜成像本质是光的折射。光线通过透镜时,因介质折射率不同发生偏折。
1. 凸透镜:对光线有会聚作用。当物距 $u$ 变化时,折射光线的交点(像点)位置随之改变。
- 当 $u > 2f$,光线会聚点靠近透镜,成缩小实像。
- 当 $u = 2f$,光线会聚点最远,成等大实像。
- 当 $f < u < 2f$,光线会聚点更远,成放大实像。
- 当 $u < f$,折射光线发散,反向延长线相交,成正立放大虚像。
2. 凹透镜:对光线有发散作用。无论物距如何,折射光线始终发散,反向延长线相交于同侧,成正立缩小虚像。
核心逻辑:物距决定折射光线的会聚/发散程度,从而决定像的位置、大小和虚实。
讲法
适合:形象思维强、喜欢直观演示的学生
讲法:动态演示法
1. 使用光具座,固定凸透镜,点燃蜡烛作为物体。
2. 缓慢移动蜡烛,从远处向透镜靠近,同时移动光屏寻找清晰像。
3. 让学生记录每次物距 $u$、像距 $v$、像的大小和正倒。
4. 引导学生观察:当蜡烛越过焦点 $F$ 时,光屏上突然找不到像,此时用眼睛透过透镜观察,发现虚像。
5. 总结:焦点是实像与虚像的分界线,二倍焦距是放大与缩小的分界线。
讲法
适合:逻辑推理强、偏好数学推导的学生
讲法:公式推导法
1. 引入透镜成像公式:$\frac{1}{u} + \frac{1}{v} = \frac{1}{f}$。
2. 定义放大率 $m = \frac{v}{u}$。
3. 将公式变形为 $v = \frac{uf}{u-f}$。
4. 分析 $u$ 变化对 $v$ 的影响:
- 当 $u > f$,$v > 0$,成实像。
- 当 $u$ 从 $\infty$ 减小到 $f$,$v$ 从 $f$ 增加到 $\infty$。
- 当 $u < f$,$v < 0$,成虚像。
5. 结合 $m = \frac{f}{u-f}$,分析 $u$ 变化对 $m$ 的影响,得出放大/缩小规律。
适合:空间想象力强、喜欢类比记忆的学生**
**讲法:类比记忆法**
1. **凸透镜
- “一倍焦距分虚实”:$u > f$ 实像,$u < f$ 虚像。
- “二倍焦距分大小”:$u > 2f$ 缩小,$u < 2f$ 放大。
- “物近像远像变大”:物体靠近透镜,像远离透镜且变大。
2.
凹透镜:
- “永远正立缩小虚”:无论物距如何,像总是正立、缩小、虚像。
3. 记忆口诀:
- 凸透镜:一焦分虚实,二焦分大小;物近像远像变大。
- 凹透镜:正立缩小虚像,永远在透镜同侧。