透镜中的世界

十六世纪意大利物理学家伽利略，透过望远镜发现月球表面凹凸不平，从而发现了银河系不是一个整体，而是由无数独立的恒星组成，即而拓展了人们的视线，使人们走向太空变得可能。使“日心学说”轻而易举地观察到，一直围绕着哲学家的一切争论也就此自然停息了。

望远镜是怎样看到远在天边的星体呢？又是通过怎样的原理将遥远的星球呈现到我们眼前的呢？这其实就是透镜对光的折射作用，但若讲解起来不但难以理解，也很难掌握其中规律，下面我们以六个方面（光的折射——认识透镜——光轴与光心——焦点与焦距——

生活中的透镜——寻找透镜成像规律）来探讨一下，把其中规律与现象通过仪器，幻灯，模型把它变成有形，可知可感的知识，传授给学生，以激发学生好奇心，并培养他们观察物理现象，以及动脑，动手能力，感受大自然的奥妙，乐教于学中。

一、首先复习光的折射

光束在同一介质中沿直线传播，在不同介质中在界面发生折射。当光从空气进入玻璃时，折射光线向

法线方向偏折，如图（1）O'A O''B ；而当从玻璃进入空气中时，折射光线向远离法线方向偏折，如图（1）O''OB O'' C ， 实践证明，这样图（1）

光线A的前进方向没有改变，而是相当于A往后平移了而已。

图2

但透镜却不一样，由于它厚薄不一样，弯曲度不同，弯曲方向相反，从O'A到O''B光线向法线方向偏折，从O''B到O''C光线向远离法线方向偏折， 最终向凸透镜厚的地方偏折，如图（2）。所以凸透镜对

图（2）光有会聚作用。表面越凸，偏折的越厉害，焦距也越短。

而凹透镜正好相反，两个凹面的结果，是中间薄，两边厚，光线向厚的地方偏折，也就使光线发散出去，所以凹透镜对光有发散作用。

二、认识透镜

前面已提到，光线向玻璃厚的地方偏折，那么中间厚，两边薄为凸透镜，对光有会聚作用。而凹透镜则相反，它的中间薄，而边厚，

光线向厚的地方偏折，即对光有发散作用。

三、光轴与光心

任何经过光轴或光心的光线与法线重合，不产生偏折，所以其传播方向不变，沿直线传播。

四、焦点与焦距

演示：拿一个凸透镜一面正对阳光，用纸在凸透镜另一侧接住被凸透镜折射出的阳光，可以看到在纸上有一个光斑，调整纸与透镜的距离，可以看到一个最小，最亮的光点，这就是凸透镜将太阳射来的平行光会聚在一点，此点为焦点。焦点到光心的距离为焦距，把凸透镜转到另一面再做实验，在纸上也会看到亮而小的焦点，故透镜两侧两个对称焦点。在焦点处用一张练习本的纸，那么一会儿纸张会燃烧起来。若用白纸或餐巾纸则不易燃烧，因为白纸或餐巾纸对光发生慢反射，而很难燃烧起来。再如在焦点处放上火柴头则实验更简单，更明了啦！

由前面对透镜介绍得知：经过光心的光线方向不变，平行主轴的光线经凸透镜会聚于焦点，反之经过焦点的光线，经凸透镜平行主轴。所有光路都是可逆的，入射光线和折射光线可逆。

五、生活中的透镜

（1）照相机：可以在胶片上看到一个缩小倒立实像。

（2）投影仪：可以在屏幕上看到一个放大倒立实像。

（3）放大镜：眼睛透过透镜看物体，可以看到一个放大正立虚像。

生活中的种种应用，哪它规律是怎样的呢？

六、探究凸透镜成像规律

实验选用一个凸透镜、蜡烛、光屏、光具座、打火机。可以在教室或实验室进行。调整好火焰，凸透镜和光屏各自中心在同一高度，使凸透镜面和光屏面跟同一高度垂直。

先测焦距：

移动蜡烛与光屏，使之成等大的倒立的实像，然后记下此处位置，为两倍焦距处，在此处向外移成缩小实像，往内移成放大实像。继续移动蜡烛与光屏，使之为则好成像，再往近移则不成像，判断此点为焦点f处，比较前一次2倍焦距，经过多次实验测得焦距f。

根据记录结果分析：

当 u > 2 f时，凸透镜可成倒立缩小的实像；

当 u = 2f 时，凸透镜可以成倒立，与物体等大的倒立实像。

当 f < u < 2 f时，凸透镜可以成倒立放大的实像；

当 u < f 时，凸透镜可以成正立放大的虚像；

当 u = f 时，凸透镜不成像。

2倍焦距为成像大小的分界点即2倍焦距以外成缩小倒立实像，2倍焦距以内成放大的倒立实像。当 u = f 时，凸透镜不成像。根据光路可逆原理折射为平行光线不成像，此点为虚、实的分界线，在一倍焦距以内成虚像，一倍焦距以外成实像。

在生活中照相机就是应用了2倍焦距成缩小倒立实像原理，通过真实的相机及模型让学生感知成像大小 ，虚实及正立、倒立。当拍摄较远的景物时，则物距较大，像比较小，想要把其中人或物放大些则需相机离近些。

真实的照相机并非一个简单凸透镜组成，因为简单凸透镜会产生严重像差（球差和色差）问题。因此实际相机的镜头由前后两个会聚透镜（凸透镜）中间一个发散透镜（凹透镜）构成。这样就克服了像差的影响。

投影仪是利用了物在2倍焦距与1倍焦距之间成放大、倒立的实像，调整投影片与透镜的距离，我们得到放大、倒立清晰的实像。在实际投影中我们在光源处加上一个会聚透镜，让光更强，在投影仪上方有一反光镜，用以改变光的路线，在墙上看到清晰的图片。通过让学生实际操作投影仪及其结构，从而掌握其中成像规律。

放大镜是利用在一倍焦距以内成放大正立的虚像。这个与投影仪一样都是放大的像，但不同的是投影仪成倒立放大实像，而放大镜是成放大、正立虚像。所以实像有放大和缩小的区别，但都是倒立的，而虚像确是正立的。

望远镜由两组透镜组成，一为物镜，一为目镜。物镜的焦距较长，目镜的焦距较短且物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合，物镜是凸透镜，目镜有的是凸透镜，有的是凹透镜。物镜成的像做目镜的物，然后放大成可以观察的实像或虚像。

爱因斯坦说过：“热爱是最好的老师”，初中学生求知欲强，而求知欲又是激励人们探索知识的起点，是促使学生主动学习的动力。因此，教学过程中要时时注意学生的好奇心，激发他们的学习兴趣，促使学生以积极的态度学习。