师:各位同学,你们好。在这之前,我们学习了很多光学知识,比如光沿直线传播、光的反射、平面镜成像以及光的折射。今天,我们来学习3.5节奇妙的透镜。首先,大家来看今天的学习目标:一、能识别凸透镜和凹透镜,认识凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用;二、知道什么是焦点和焦距;三、了解凸透镜焦距和透镜厚薄的关系。
现在,大家观察一下生活中遇到的各种透镜。首先是眼镜上的透镜,有近视眼镜的,也有远视眼镜的。接着看照相机上的透镜,仔细观察它们有什么特点。再看看手机、摄像机、望远镜、显微镜、投影仪和展台上的透镜。这些各式各样的透镜,都有什么特点呢?现在,请同学们打开Claude观看实验。
大家观察,视频中的透镜,有的中间厚、两边薄,有的中间薄、两边厚。现在,我们来认识凸透镜和凹透镜。观察图片上的透镜,思考它们的外形特征。第一排透镜中间厚、边缘薄,它们是凸透镜;第二排透镜中间薄、边缘厚,它们是凹透镜。请同学们分辨图片上的透镜,哪些是凸透镜,哪些是凹透镜。属于凸透镜的是a、C、d,外形特征是中间厚、边缘薄;属于凹透镜的是B、E、F,外形特征是中间薄、边缘厚。
现在,我们来学习透镜的形成。先看凸透镜的形成,两个相交的圆,重叠部分就是凸透镜,两个圆心的连线叫做主光轴,透镜的中心叫做光心,用字母o表示。再看凹透镜的形成,两个不相交的圆,中间部分就是凹透镜,同样,两个圆心的连线叫做主光轴,透镜的中心叫做光心。下面,请同学们观看凸透镜对光的折射作用实验,仔细观察。
师:大家看到了,凸透镜对光的折射作用是会聚。观察完凸透镜对光的折射实验后,我们来认识凸透镜中的相关物理量。当一束平行于主光轴的光线从透镜左侧入射,凸透镜折射光线会聚于一点,这一点叫做焦点,用大写字母F表示。当一束平行光从透镜右侧入射,凸透镜折射光线也会聚于一点,这一点也叫做焦点。也就是说,凸透镜有两个焦点,焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距,用小写字母f表示。现在,请同学观看凹透镜对光的折射作用实验,仔细观察。
师:大家看到了,凹透镜对光的折射作用是发散。观察完凹透镜对光的折射实验后,我们来认识凹透镜中的相关物理量。当一束平行于主光轴的光线从透镜左侧入射,凹透镜折射光线是发散的,发散光线的反向延长线会聚于一点,这一点是凹透镜的焦点,用大写字母F表示。因为它是反向延长线的交点,所以叫做虚焦点。同理,当一束平行光从凹透镜右侧入射,凹透镜折射光线也是发散的,发散光线的反向延长线会聚于一点,这一点也是凹透镜的虚焦点。所以,凹透镜有两个虚焦点。现在,大家一起回忆三棱镜对光的折射作用,通过三棱镜的光线经三棱镜两次折射后,向三棱镜较厚的一端偏折。现在,我们学习凸透镜和三棱镜的关系,这是一个正放的三棱镜,这是一个倒置的三棱镜,中间有一块玻璃,现在大家看到了,这就是凸透镜和三棱镜的关系。现在,我们学习凹透镜和三棱镜的关系,这是一个倒置的三棱镜,这是一个正放的三棱镜,中间同样有一块玻璃,现在大家看到了,这就是凹透镜和三棱镜的关系。
现在,我们来学习凸透镜和凹透镜的三类特殊光线。第一类,通过凸透镜光心的光线,传播方向不发生改变;同样,通过凹透镜光心的光线,传播方向也不发生改变。第二类,平行于主光轴的光线射向凸透镜,折射光线会聚于焦点;平行于主光轴射向凹透镜的光线,折射光线会发散,光线的反向延长线通过入射光线一侧的焦点。第三类,通过一侧焦点射向凸透镜的光线,平行于主光轴射出;对着异侧焦点射向凹透镜的光线,折射光线平行于主光轴射出。这就是凸透镜和凹透镜的三类特殊光线。现在,大家用3分钟时间完成下列光路图。
