透鏡中的世界

十六世紀意大利物理學家伽利略，透過望遠鏡發現月球表面凹凸不平，從而發現了銀河系不是一個整體，而是由無數獨立的恒星組成，即而拓展了人們的視線，使人們走向太空變得可能。使“日心學說”輕而易舉地觀察到，一直圍繞著哲學家的一切爭論也就此自然停息了。

望遠鏡是怎樣看到遠在天邊的星體呢？又是通過怎樣的原理將遙遠的星球呈現到我們眼前的呢？這其實就是透鏡對光的折射作用，但若講解起來不但難以理解，也很難掌握其中規律，下面我們以六個方面（光的折射——認識透鏡——光軸與光心——焦點與焦距——

生活中的透鏡——尋找透鏡成像規律）來探討一下，把其中規律與現象通過儀器，幻燈，模型把它變成有形，可知可感的知識，傳授給學生，以激發學生好奇心，并培養他們觀察物理現象，以及動腦，動手能力，感受大自然的奧妙，樂教于學中。

一、首先復習光的折射

光束在同一介質中沿直線傳播，在不同介質中在界面發生折射。當光從空氣進入玻璃時，折射光線向

法線方向偏折，如圖（1）O'A→ O''B ；而當從玻璃進入空氣中時，折射光線向遠離法線方向偏折，如圖（1）O''OB →O'' C ， 實踐證明，這樣圖（1）

光線A的前進方向沒有改變，而是相當于A往后平移了而已。

圖2

但透鏡卻不一樣，由于它厚薄不一樣，彎曲度不同，彎曲方向相反，從O'A到O''B光線向法線方向偏折，從O''B到O''C光線向遠離法線方向偏折， 最終向凸透鏡厚的地方偏折，如圖（2）。所以凸透鏡對

圖（2）光有會聚作用。表面越凸，偏折的越厲害，焦距也越短。

而凹透鏡正好相反，兩個凹面的結果，是中間薄，兩邊厚，光線向厚的地方偏折，也就使光線發散出去，所以凹透鏡對光有發散作用。

二、認識透鏡

前面已提到，光線向玻璃厚的地方偏折，那么中間厚，兩邊薄為凸透鏡，對光有會聚作用。而凹透鏡則相反，它的中間薄，而邊厚，

光線向厚的地方偏折，即對光有發散作用。

三、光軸與光心

任何經過光軸或光心的光線與法線重合，不產生偏折，所以其傳播方向不變，沿直線傳播。

四、焦點與焦距

演示：拿一個凸透鏡一面正對陽光，用紙在凸透鏡另一側接住被凸透鏡折射出的陽光，可以看到在紙上有一個光斑，調整紙與透鏡的距離，可以看到一個最小，最亮的光點，這就是凸透鏡將太陽射來的平行光會聚在一點，此點為焦點。焦點到光心的距離為焦距，把凸透鏡轉到另一面再做實驗，在紙上也會看到亮而小的焦點，故透鏡兩側兩個對稱焦點。在焦點處用一張練習本的紙，那么一會兒紙張會燃燒起來。若用白紙或餐巾紙則不易燃燒，因為白紙或餐巾紙對光發生慢反射，而很難燃燒起來。再如在焦點處放上火柴頭則實驗更簡單，更明了啦！

由前面對透鏡介紹得知：經過光心的光線方向不變，平行主軸的光線經凸透鏡會聚于焦點，反之經過焦點的光線，經凸透鏡平行主軸。所有光路都是可逆的，入射光線和折射光線可逆。

五、生活中的透鏡

（1）照相機：可以在膠片上看到一個縮小倒立實像。

（2）投影儀：可以在屏幕上看到一個放大倒立實像。

（3）放大鏡：眼睛透過透鏡看物體，可以看到一個放大正立虛像。

生活中的種種應用，哪它規律是怎樣的呢？

六、探究凸透鏡成像規律

實驗選用一個凸透鏡、蠟燭、光屏、光具座、打火機。可以在教室或實驗室進行。調整好火焰，凸透鏡和光屏各自中心在同一高度，使凸透鏡面和光屏面跟同一高度垂直。

先測焦距：

移動蠟燭與光屏，使之成等大的倒立的實像，然后記下此處位置，為兩倍焦距處，在此處向外移成縮小實像，往內移成放大實像。繼續移動蠟燭與光屏，使之為則好成像，再往近移則不成像，判斷此點為焦點f處，比較前一次2倍焦距，經過多次實驗測得焦距f。

根據記錄結果分析：

當 u > 2 f時，凸透鏡可成倒立縮小的實像；

當 u = 2f 時，凸透鏡可以成倒立，與物體等大的倒立實像。

當 f < u < 2 f時，凸透鏡可以成倒立放大的實像；

當 u < f 時，凸透鏡可以成正立放大的虛像；

當 u = f 時，凸透鏡不成像。

2倍焦距為成像大小的分界點即2倍焦距以外成縮小倒立實像，2倍焦距以內成放大的倒立實像。當 u = f 時，凸透鏡不成像。根據光路可逆原理折射為平行光線不成像，此點為虛、實的分界線，在一倍焦距以內成虛像，一倍焦距以外成實像。

在生活中照相機就是應用了2倍焦距成縮小倒立實像原理，通過真實的相機及模型讓學生感知成像大小 ，虛實及正立、倒立。當拍攝較遠的景物時，則物距較大，像比較小，想要把其中人或物放大些則需相機離近些。

真實的照相機并非一個簡單凸透鏡組成，因為簡單凸透鏡會產生嚴重像差（球差和色差）問題。因此實際相機的鏡頭由前后兩個會聚透鏡（凸透鏡）中間一個發散透鏡（凹透鏡）構成。這樣就克服了像差的影響。

投影儀是利用了物在2倍焦距與1倍焦距之間成放大、倒立的實像，調整投影片與透鏡的距離，我們得到放大、倒立清晰的實像。在實際投影中我們在光源處加上一個會聚透鏡，讓光更強，在投影儀上方有一反光鏡，用以改變光的路線，在墻上看到清晰的圖片。通過讓學生實際操作投影儀及其結構，從而掌握其中成像規律。

放大鏡是利用在一倍焦距以內成放大正立的虛像。這個與投影儀一樣都是放大的像，但不同的是投影儀成倒立放大實像，而放大鏡是成放大、正立虛像。所以實像有放大和縮小的區別，但都是倒立的，而虛像確是正立的。

望遠鏡由兩組透鏡組成，一為物鏡，一為目鏡。物鏡的焦距較長，目鏡的焦距較短且物鏡的第二焦點與目鏡的第一焦點重合，物鏡是凸透鏡，目鏡有的是凸透鏡，有的是凹透鏡。物鏡成的像做目鏡的物，然后放大成可以觀察的實像或虛像。

愛因斯坦說過：“熱愛是最好的老師”，初中學生求知欲強，而求知欲又是激勵人們探索知識的起點，是促使學生主動學習的動力。因此，教學過程中要時時注意學生的好奇心，激發他們的學習興趣，促使學生以積極的態度學習。