11-3常用光學(xué)元件

1、11-3常用光學(xué)元件透鏡公式一、教學(xué)目標(biāo)：幾種常用光學(xué)元件的光路原理掌握透鏡成像作圖法掌握透鏡公式及像的放大率二、教學(xué)重點(diǎn)，難點(diǎn)重點(diǎn)：1光通過(guò)幾種常用光學(xué)元件后，因光學(xué)元件不同，光傳播方向的改變不同。凸透鏡成像中的三條特殊光線難點(diǎn)：光通過(guò)不同光學(xué)元件后，光路的改變?nèi)?、教學(xué)器材玻璃磚，三棱鏡，全反射棱鏡，透鏡四、教學(xué)建議教法建議互動(dòng)交流，講解教學(xué)設(shè)計(jì)方案（一）從認(rèn)識(shí)幾種常用光學(xué)元件引入新課逐一讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)玻璃磚、棱鏡、透鏡，并讓大家交流討論當(dāng)光通過(guò)以上幾種光學(xué)元件后，光路會(huì)發(fā)生改變嗎？光路依據(jù)什么原理發(fā)生改變呢？舉出一些生活中見到的小例子，比如玻璃板下的紙條、相片，觀察玻璃板壓著的部分和抽出一半

2、的部分會(huì)是什么現(xiàn)象，在生活和工作中，我們常常需要應(yīng)用哪些光學(xué)元件來(lái)改變光路？（二）常用光學(xué)元件平行透明板我們把兩個(gè)折射面是平行平面的透明體稱為平行透明板，如平面玻璃和玻璃磚等。如圖11-13所示，當(dāng)光線從空氣中沿SO斜射到平行透明板的上平面AA/時(shí)，沿OO1折射入玻璃，再沿OS折射到空氣里，由折射定律可得11nsinnsin丫nsina=nsin丫122111圖11-13玻璃磚光路圖因?yàn)槠叫型该靼迳舷聝善矫鍭A/和BB/平行，所以過(guò)O和O的兩條法線NN/和NN/平111行，故丫=，于是有nsina=nsin丫；a二丫。SO與OS平行。由此可知，光通過(guò)平行1111111透明板后，光傳播的方向并不

3、改變，只是發(fā)生側(cè)向偏移（偏移距離為L(zhǎng)）?？梢宰C明：平行透明板越薄，側(cè)向移動(dòng)就越??；入射角越小，偏移也越小，光垂直入射時(shí)不發(fā)生偏移。隔著玻璃窗向外看物體，并不覺(jué)得它偏離實(shí)際位置，就是因?yàn)椴ＡШ鼙〉木壒?。記?。汗馔ㄟ^(guò)平行透明板后，并不改變方向，只是發(fā)生側(cè)向偏移。棱鏡我們把透明的三棱柱稱為三棱鏡，簡(jiǎn)稱棱鏡。（如圖11-14）（1）介紹主截面、折射面、頂角、底面與三條棱垂直的截面稱為主截面（圖11T5）。AB和AC是折射面，這兩個(gè)面的夾角9是，和頂角相對(duì)的BC是底面。通常用的棱鏡，其主截面為等腰三角形。（2）、棱鏡成像棱鏡的折射率大于空氣的折射率，因此，進(jìn)入棱鏡的光線通過(guò)AB和AC折射后向棱鏡底面方向

4、偏折。隔著棱鏡觀察物體，看到的是物體正立的向棱鏡頂角方向偏移的虛像，如圖11-16所示。圖11-14：三棱鏡圖11-15:三棱鏡主截面圖11-16：棱鏡成像全反射棱鏡主截面是等腰直角三角形的棱鏡稱為全反射棱鏡。通常用全反射棱鏡來(lái)改變光路。光從棱鏡的一個(gè)側(cè)面入射時(shí)，經(jīng)過(guò)一次全反射將使光路改變90；光從棱鏡的底面垂直入射時(shí)，經(jīng)過(guò)棱鏡兩次全反射將使光路改變180。，見圖11-17。圖11-17全反射棱鏡提問(wèn)：為什么用全反射棱鏡控制光路比平面鏡好？答：因?yàn)闊o(wú)論多么光亮的平面鏡都不能做到無(wú)吸收地完全反射入射光，而棱鏡在全反射時(shí)是將光全部反射。此外，平面鏡所涂的金屬層隨著時(shí)間的推移容易失去光澤從而減弱反射

5、強(qiáng)度，而棱鏡則耐用得多。所以用全反射棱鏡控制光路比平面鏡好。生活中應(yīng)用的潛望鏡、角反射器等都是利用光路的改變來(lái)進(jìn)行工作。透鏡折射面是兩個(gè)球面(或其中一個(gè)是平面)的透明體稱為透鏡。透鏡是最常用的一種光學(xué)元件。透鏡分為兩類：凸透鏡，中央比邊緣厚的透鏡叫凸透鏡凹透鏡，中央比邊緣薄的透鏡叫凹透鏡。透鏡的表示法圖11-20透鏡及其表示法我們只學(xué)習(xí)空氣中的薄透鏡，它的中央厚度比起兩個(gè)球面的半徑小得多。主光軸，通過(guò)透鏡兩個(gè)球面球心C、C的連線稱為透鏡的主光軸，簡(jiǎn)稱光軸。12光心，兩個(gè)球面的頂點(diǎn)O、O靠得很近，可以看作是重合在透鏡中心的一點(diǎn)0上,12這一點(diǎn)稱為透鏡的光心。凡是通過(guò)光心的光線，傳播方向不發(fā)生改變

6、。圖11-21透鏡的光軸和光心凸透鏡能把平行于光軸的光線會(huì)聚在透鏡另側(cè)光軸上的一點(diǎn)，這一點(diǎn)稱為凸透鏡的焦點(diǎn)。焦點(diǎn)用F表示，F(xiàn)點(diǎn)是光線實(shí)際會(huì)聚的點(diǎn)，又稱實(shí)焦點(diǎn)。凹透鏡能把平行于光軸的入射光在透鏡的另一側(cè)發(fā)散開來(lái)，這些發(fā)散光的反向延長(zhǎng)線也交于光軸上一點(diǎn)，這一點(diǎn)是凹透鏡的焦點(diǎn)。凹透鏡的焦點(diǎn)是光線反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)，稱虛焦點(diǎn)。焦距，透鏡焦點(diǎn)到光心的距離稱為焦距。由光路的可逆性知，每個(gè)透鏡有兩個(gè)焦點(diǎn)，它們相對(duì)于光心是對(duì)稱的。透鏡焦點(diǎn)到光心的距離稱為焦距，用f表示。焦距的大小由構(gòu)成透鏡的材料、透鏡的形狀、周圍介質(zhì)的折射率及光的頻率決定。-廠一-1一忑“2圖11-22焦點(diǎn)及焦距透鏡公式透鏡所成的像是由物體發(fā)射

7、或反射的光線經(jīng)透鏡折射后會(huì)聚成的，透鏡成像的規(guī)律，可以用幾何作圖的方法以及利用成像公式計(jì)算等方法來(lái)進(jìn)行研究。透鏡成像作圖法物點(diǎn)S射出的無(wú)數(shù)條光線中，有三條特殊光線，它們經(jīng)凸透鏡折射后方向是確定的，所以常被用來(lái)作圖。這三條光線是：)通過(guò)光心的光線，經(jīng)凸透鏡后方向不變：)平行于光軸的光線，經(jīng)凸透鏡后通過(guò)焦點(diǎn)；通過(guò)焦點(diǎn)的光線，經(jīng)凸透鏡后平行于光軸。圖11-23三條特殊光線利用這三條光線中的任意兩條光線的交點(diǎn)，就可以確定像點(diǎn)S/。物體是由許許多多的物點(diǎn)組成的，因此用幾何作圖方法作出各物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)就構(gòu)成了整個(gè)物體的像。(1)物距，物到光心的距離稱為物距，用P表示。像距，像到光心的距離稱為像距，用聲p/

8、表示。凸透鏡成像的規(guī)律當(dāng)物體到光心的距離大于2倍焦距(p2f)時(shí)，物體在凸透鏡另一側(cè)成倒立、縮小的實(shí)像，像距在焦距與2倍焦距之間(fp/2f)，所示，照相機(jī)成像通常屬于這種情況。當(dāng)p=2f時(shí)，物體成倒立、等大的實(shí)像，像距p/=2f。當(dāng)物體位于焦距以外、2倍焦距以內(nèi)(fp2f)，所示?；脽魴C(jī)、電影放映機(jī)的光路與此相仿。當(dāng)物距小于焦距(pf)時(shí)，物體發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡后發(fā)散，得不到實(shí)像。但這些光線的反向延長(zhǎng)線在透鏡同側(cè)成正立、放大的虛像。用放大鏡觀察物體就屬于這種情況。研究凹透鏡成像時(shí)，也可以利用類似的三條特殊光線，但無(wú)論物距如何，光線經(jīng)凹透鏡后總是發(fā)散的，所以只能得到虛像。并且，所成虛像總是正立、

9、縮小的。利用透鏡成像光路圖中的幾何關(guān)系可以導(dǎo)出焦距f、物距p、像距p/之間的關(guān)系coT圖11-24凸透鏡成像作圖法111+=(116)pp/f我們把(116)稱為透鏡公式。記住：在應(yīng)用透鏡公式時(shí)，應(yīng)注意各量取正、負(fù)值的要求，p、p/、f的單位要統(tǒng)一。2像的放大率像長(zhǎng)與物長(zhǎng)的比值稱為像的放大率，用m表示，它說(shuō)明了透鏡成像時(shí)像的放大情況。由圖1326可得A/B/P/m二二(11-7)ABP計(jì)算時(shí)，p/應(yīng)取絕對(duì)值。例題講解例題1.距墻4m處有一根點(diǎn)燃的蠟燭，在蠟燭與墻壁之間距蠟燭3m處放一透鏡，剛好成像在墻上，把透鏡移到另一位置也能成像在墻上，求該透鏡的焦距，并比較兩個(gè)像的大小。解成像在墻上，所成像

10、必然是實(shí)像，因此是凸透鏡。其成像光路如圖1327。第一次成像時(shí)，P=3m，mP/=(43)m=lm，由式(116)得11p=12cm2根據(jù)光路可逆原理，第二次成像時(shí)必然有p二p/=1m，p二p/=3m，因此，兩次成2121像的放大率分別為P/1m=二1p3i可見，第二次成像的像長(zhǎng)是第一次像長(zhǎng)的。m2m=9倍。z1圖11-25例題1圖例題2.一個(gè)長(zhǎng)2cm的物體，放在焦距為18cm的凸透鏡前什么位置上，才能得到長(zhǎng)4cm的倒立的像?要想得到長(zhǎng)6cm的正立的像，物體應(yīng)放在哪里？解第一次所成實(shí)像的放大率為m=42=2，則由式（117）有p/=2p，代入式111（116）得111+-.2pp1811第二次

11、要成正立的像，必然是虛像，由mpIip=6/2=3，得p/-3p代入式22222（116）得111+-3pp1822p12cm2可見，把物體放在鏡前27cm，可得長(zhǎng)4cm的倒立的實(shí)像；把物體放在鏡前12cm處,就可得到長(zhǎng)6cm的正立的虛像。4、課堂練習(xí)：122頁(yè)第1題，第2題（四）小結(jié)1.光線通過(guò)平行透明板不改變方向，只發(fā)生平行側(cè)移。棱鏡橫截面為三角形的透明三棱柱。通過(guò)棱鏡的光線向底面偏折，虛像向頂角偏移。全反射棱鏡主截面是等腰直角三角形的棱鏡。光垂直于全反射棱鏡的任一側(cè)面射入，都會(huì)在另一側(cè)面產(chǎn)生全反射，其反射效率和清晰度都優(yōu)于平面反射鏡。透鏡兩個(gè)折射面都是球面（或一個(gè)平面、一個(gè)球面）的透明體。凸透鏡使光線會(huì)聚，凹透鏡使光線發(fā)散。記住：光軸、光心、焦點(diǎn)、焦距的概念凸透鏡成像作圖法記住三條特殊光線透鏡公式；111+=PP/f像的放大率A/B/P/m=ABP（五）作業(yè)布置p.1331、2、5、6（六）教學(xué)說(shuō)明；如課堂教學(xué)時(shí)間緊，例2可略去。i光纖傳光原理現(xiàn)象與思考大家都知道，在同一種均勻介質(zhì)中，光是沿直線傳播的?？墒?，在彎彎曲曲的光導(dǎo)纖維里,光照樣可以傳播，而且