高三物理最新教案-光学透镜成像作图教案 精品

光学·透镜成像作图·教案
一、教学目标
1．在物理知识方面要求．
(1)了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用；
(2)了解透镜的主轴、副轴、光心、焦点、焦平面和焦距；
(3)掌握透镜成像规律；
(4)掌握透镜成像作图法．
2．通过透镜成像作图法的实际训练，让学生对透镜成像规律的理解更深一步．严格的作图习惯的训练，使学生体会对科学应有的态度．
3．假设的方法是研究物理问题的重要方法．通过对假设的方法的介绍，让学生体会到物理学的发展有许多时候，就是利用了这种方法．提出假设——解释现象——实验验证——完善假设，循环多次形成科学的理论．
二、重点、难点分析
1．重点是使学生掌握透镜成像作图法．透镜成像作图的依据是三条特殊光线．
2．学生作图习惯的培养也是教学的重点，也是难点，难就难在学生有了许多的习惯，有些是不良的习惯．但改起来很困难．透镜成像作图法本身就是难点．特别是一般光线经透镜折射后的出射光线的确定，成像位置的确定及大小计算．
三、教具
1．观察凸透镜、凹透镜成像规律．
凸透镜、凹透镜(几组)．
2．直尺(较长一些，最好在一米左右)．
四、主要教学过程
(一)引入新课
在初中我们已经学习过了凸透镜、凹透镜的有关知识，那时候对凸透镜、凹透镜的认识是浅显的，一般来说还停留在定性的认识水平上，今天我们来定量地研究凸透镜、凹透镜成像的规律，应用数学上几何作图的方法来研究．
(二)教学过程设计
1．透镜及其分类．
两个侧面都磨成球面(或者一面是球面，另一面是平面)的透明体叫透镜．透镜通常是用玻璃磨成的．
透镜可以分为凸透镜和凹透镜两类．
(1)中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用，也叫会聚透镜．
(2)中间薄、边缘厚的透镜叫凹透镜，凹透镜对光线有发散作用，也叫发散透镜．
凸透镜和凹透镜对光线的作用原理可以用棱镜对光线的偏折作用来说明．透镜可以被看作是由许多个小三棱镜组成的，由光线经过棱镜后向底面偏折的知识可知，凸透镜使光线会
聚，凹透镜使光线发散．
2．有关透镜的几个概念．
(1)薄透镜．通常把厚度比球面的半径小得多的透镜，叫做薄透镜．我们高中阶段只研
究薄透镜．凸透镜符号：．凹透镜符号：
(2)主光轴．透镜的两个球面都有自己的球心，我们把通过两球心的直线，叫做透镜的主光轴，简称主轴．用点画线来表示．
(3)光心．主轴跟透镜的两面各有一个交点，对于薄透镜来说，这两个交点可以看作是重合在一起的，这一点叫做透镜的光心．用O来表示，光心比较特殊，不仅平行于主轴的光线通过它后方向不变，与主轴成一定角度的光线通过它以后方向也不变．这是因为透镜的中部可以看作是一小块平行玻璃板，与主轴成一定角度的光线通过这小块平行玻璃板后，虽然与入射光线不在一条直线上，但与入射光线平行，产生一定侧向位移，对于薄透镜来说，这个侧向位移很小，可以忽略不计．因此通过薄透镜光心的光线，传播方向不发生改变，这是光心的重要性质．
(4)焦点．平行于主轴的光线，通过凸透镜后会聚于主轴上的一点，这个点叫做凸透镜的焦点．用F、F′来表示．平行于主轴的光线通过凹透镜后变得发散，这些发散光线看起来好像是从它们的反向延长线的交点F发出来的，点F也是在主轴上，叫做凹透镜的焦点．凸透镜的焦点是实焦点，凹透镜的焦点是虚焦点．
(5)焦距．从透镜的焦点到光心的距离，叫透镜的焦距，用f来表示．透镜两侧各有一个焦点，只要透镜两侧的介质相同，两个焦点对光心是对称的，两个焦距相等．
(6)焦平面、副光轴、副焦点：通过主焦点垂直于主轴的平面，叫焦平面；除了主轴以外其他过光心的直线，叫副光轴，简称副轴；副光轴与焦平面的交点，叫副焦点．
(7)物距．物到镜心的距离叫物距，用u来表示．
(8)像距．像到镜心的距离叫像距，用v来表示．
3．透镜成像规律．
演示：将几组凸透镜、凹透镜分发给学生进行观察．总结透镜成像规律．
(1)凸透镜成像规律．
u＞2f 在异侧f＜v＜2f 倒立缩小实像
u=2f 在异侧v=2f 倒立等大实像
f＜u＜2f 在异侧v＞2f 倒立放大实像
u=f v=∞不成像
u＜f 在同侧v＞u 正立放大虚像．
(2)凹透镜成像规律．
只在凹透镜同侧成正立、缩小的虚像．
4．三条特殊光线．
(1)跟主轴平行的光线，折射后通过焦点．
(2)通过焦点的光线，折射后跟主轴平行．
(3)通过光心的光线经过透镜后方向不变．
作图时，应用上面三条光线中的任意两条，就可以确定不在主轴上的任一发光点的像．一个物体可以看作是由许多点组成的，每个点发出的光线通过透镜后都形成一个像点，一个物点发出的光线通过透镜后必交于一个像点处．所有的像点合在一起就是整个物体的像，实际作图时，只要求作出物体上下两个端点的像，就可以求出物体的像．因为物体上其
他各点的像都在这两个像点之间．
例如要作出物体AB由凸透镜所成的像(图1)，要作出物体上两个端点A和B的像就行了．作A点的像时，可以用发自A点的两条光线，一条跟主轴平行，另一条通过光心，这两条光线通过透镜后的交点A1就是A的像．同样可以作出B点的像B1．物体上其他各点的像位于A1和B1之间．可见A1B1就是物体AB的像．A1B1是光线通过透镜后实际会聚而成的，所以是实像．
在图1所示的情形里，物体位于凸透镜2倍焦距以外的地方(u＞2f)，所成的是倒立缩小的实像，像距大于焦距而小于2倍焦距(f<u<2f)．在图1里，如果A1B1是物体，根据光路的可逆性可以知道，AB就是物体的像．在这种情形下，物距大于焦距而小于2倍焦距(f<u<2f)，像位于凸透镜2倍焦距以外的地方(v＞2f)，是倒立放大的实像，这些都跟上节所说的实验结果相符．
物体位于凸透镜焦点以内时(v＞f)，像的作图法如图2所示．在这种情况下，从物体的一个端点A发出的两条光线通过凸透镜以后并不交于一点，而它们的反方向延长线相交于A1，所以A1是A点的虚像．同样，B1是B的虚像，A1B1就是AB的虚像．从图中可以看出，物距小于焦距(u＜f)时，从凸透镜得到的是正立放大的虚像．
凹透镜所成的像同样可以用作图法求出．在图3中A1B1就是物体AB的像．显然，所成的是正立缩小的虚像．
用作图法可以确定像的虚实、倒正、大小和位置．
5．发光点在主轴上的成像作图法．
(1)设物(设像)法．
如果有一发光点位于凸透镜的主轴上一点，如图4．这时利用三条特殊光线就很难找到其在凸透镜中成的像了．
设想在过S发光点垂直于主轴有一线状物AB，根据三条特殊光线中的任意两条作出物AB的像A′B′，A′B′与主轴相交处S′即为S的像的位置．若已知主轴上有一点光源的像，就可以设想过点光源的像有一垂直于主轴的像，然后通过三条特殊光线进行作图从而找到物的位置，这种方法叫设物(设像)法．
(2)副光轴法．
如果有一发光点位于凸透镜的主轴上一点，如图5所示．由S发出的一条光线SA交凸透镜上A点，过O点作SA的平行线MN，即为副光轴，实验表明，平行于副光轴的光线经透镜折射后经过对应的副焦点．过F′作垂直于主轴的平面(焦平面)BC，BC与MN的交点Q即为MN副光轴对应的副焦点．连接AQ交主轴上一点S′，S′即为S在凸透镜中成的像的位置．
(三)课堂小结
1．凸透镜成像作图法是研究几何光学的一种重要方法．严格规则的作图是解决几何光学的基本途径之一．良好作图习惯的培养又是提高学生基本素质的重要途径．2．凸透镜成像作图要紧紧抓住三条特殊光线，应用三角、几何知识可以计算物(成像)的位置，这是应用数学解决物理问题的基本方法之一．
五、教学说明
1．副光轴的方法在教学大纲中是不要求的，是否介绍给学生要根据学生接受的实际情况而定，超大纲的内容一定要小心使用，切不可乱添教学内容，给学生造成负担．2．为了使学生有一个良好的作图习惯，教师必须以身作则，作图一定要用圆规、直尺等．切不要图省事，随意画几笔，草草了事，这样会给学生造成极不好的影响．。