专题+几何光学复习课+教案.doc

专题·几何光学复习课·教案
一、教学目标
1．在物理知识方面要求．
(1)通过复习，加深对几何光学知识的认识和理解．主要包括：光的反射、折射、全反射等规律．
(2)在复习的基础上，进一步熟练掌握面镜、透镜等光学器件对光路的控制作用和成像规律．
2．通过复习本单元内容，使几何光学知识进一步条理化、系统化，有利于对本单元知识的整体把握．3．通过对重点和难点知识的系统分析和讨论，进一步深化、活化相关概念和规律，从而提高分析问题和解决问题的能力．
二、重点、难点分析
1．重点是对光的反射、折射、全反射、透镜成像等规律的理解和运用．
2．难点是光的全反射、透镜成像规律的运用等．
三、教具
投影片(小黑板)．
四、主要教学过程设计
(一)围绕光的传播问题展开讨论
(1)光的反射．
(2)光的折射．(3)光的全反射．根据学生讨论回答的结果，整理成下表：
说明：针对讨论中出现的问题，进一步讲述各条件、规律及其实际应用．说明内部关联．
(二)围绕光束与光学器件问题展开讨论
(1)面镜．
(2)透镜．
(3)三棱镜．
(4)玻璃砖．
根据学生讨论回答的结果，整理成下表：
说明：
针对讨论中出现的问题，进一步讲述：
①四种光学器件(面镜、透镜、棱镜、玻璃砖)都有改变光路的作用，均遵从光路可逆性．
②成像过程讨论的对象为面镜和透镜，讨论方法(实验法、作图法)和结果均可类比，但各依据反射定律和折射定律．
v、f的符号规约．
④三棱镜多用于色散和全反射．光线通过两面平行的玻璃砖后传播方向不变，但侧移了一段距离，由此可求折射率n玻．
(三)围绕透镜成像的情况展开进一步讨论
(1)凸透镜．
(2)凹透镜．
根据学生讨论回答的结果，整理成下表：
透
镜
物距u 像距v 像的性质应用举例
凸透镜
u→∞v→f
像
与
物
异
侧
一点
实
像
平行光汇聚，估
测焦距f u＞2f f＜v＜2f
倒立、
缩小
照相机u=2f v=2f
倒立、
等大
f＜u＜
2f
v＞2f
倒立、
放大
幻灯机u=f v→∞无像平行光源
u＜f
v＜0，|v|
＞u
像
与物
同
侧
正立，
放大
虚
像
放大镜
凹透镜
u为任
何值
v＜0，|v|
＜u
正立、
缩小
近视眼镜
说明：
①凸透镜两焦点位置是成实像或虚像的分界点，2f位置是像大于物或小于物的分界点．
②实像总是倒立的，且像与物异侧；虚像总是正立的，像与物同侧．
③凸透镜只能成放大的虚像，凹透镜只能成缩小的虚像．
④如果用黑纸将透镜遮住一部分，像会如何变化？有的同学认为像会因此而缺少一部分，这是错误的．虽然透镜遮住一部分，但物体上每一点发出的无数条光线总有一部分光线通过透镜未遮住的部分，仍在原处形成像点，因此整个像依然存在，只不过通过的光线减少，像点聚集的光能减少，亮度会变弱．
(3)测凸透镜焦距的方法(介绍与讨论结合)．
①平行光聚焦法．
利用凸透镜的会聚作用来测焦距．若平行光通过凸透镜会聚于屏上时，透镜的位置是x1，屏的位置是x2(x1，x2是从光具座的刻度尺上读出的位置坐标，下同)，则焦距f=|x2-x1|．注：这是一种粗测焦距的方法．
②位移法(共轭法)．
保持物屏之间距离L不变，在二者之间移动凸透镜使其两次成像于屏上．两次成像时透镜的位置之差为d，则凸透镜的焦距为
实验中，物的位置为x1，两次成像时透镜的位置分别是x2、x3，屏的位置为x4，则焦距为
实验时应注意L＞4f，一般取4.5f～6f．
③公式法．
利用成像公式计算．
若成像时，物的位置为x1，透镜的位置为x2，屏的位置为x3，则
(四)实例分析
例1 (投影片)将一个点光源放在一个半径为4cm、焦距为20cm的凸透镜的主轴上，点光源距透镜的光心30 cm，现通过移动光屏，使光屏上得到一个半径是1cm的圆形光斑，求屏应放在何处？
解答：本题需一定的想象能力．可先留出一定时间由同学在座位上初步分析后，确立解答方案．教师应提示．要特别仔细分析点光源通过凸透镜成像的情况，不要急于寻求公式解答．
如图1所示，点光源S放在主轴上，在凸透镜的另一侧形成两个对顶的光锥1和2，两光锥的顶点在像S＇上，光锥1的底面是凸透镜L，轴线高等于像距，光锥2的底面无限大．
当光锥被光屏所截时，在屏上就会留下一个圆形光斑(光屏与轴垂直)，由图可知，光屏分别截光锥1和2，
都可能在光屏上得到一个半径是1cm的圆光斑，故需讨论两种可能．
首先计算像点S＇的位置．
如图2所示，当光锥1被光屏所截时，由图中几何关系可知，△S＇AB～△S＇A＇B＇．
此时，光屏距凸透镜光心的距离为
60-15＝45(cm)．
光屏的另一位置到凸透镜光心的距离为
60+15=75(cm)．
小结：
在本题中，若光斑半径r小于透镜半径R，则光屏所在的位置有两个；若光斑半径r大于透镜半径R，则光屏所在的位置只有一个，即光屏只能截光锥2．由本题的分析过程可知，画好光路图，有助于问题的分析和解决．为此，我们再看一例．
例2 (投影片)一个点光源，置于焦距为4 cm的凸透镜的主轴上，距光心5 cm处．①现将透镜沿主轴分切成上下两半，各离原主轴0.2 cm，求此时像的位置．②将已分成上下两半的透镜，从切口处各自向上或向下，再切去0.2 cm厚的一块后，再对接于原主轴上，此时像的位置又在何处？
分析本题，与例1有类似之处，需要画一下草图，同时在审题过程中，必须认真细致．让学生首先思考后，可做适当讨论，这样可互相启发，从而使绝大多数同学尽快找到解答方案．必要时，教师需做一定的指导．具体分析思路如下．
要懂得透镜的任何一小部分皆可成像，且不影响成像的位置，这个像的位置与光心、主轴的位置有关，光心、主轴的位置改动，像的位置将随之发生变化．按题意作一示意图如图3所示．
上半部透镜所成的像S'上，距光心水平距离20cm，原主轴之上1cm处，下半部透镜所成之像与前像上下对称．
②切去一块后再对接，相当于上半部主轴下移0.2cm，下半部主轴上移0.2 cm，如图4所示，解法与①相似，结果是像的位置上下对调．
小结本题的解答思路与方法．说明图3与图4的意义及异同点．
例3 (投影片)有一会聚光束，通过遮光板上的圆孔在后面相距L=21 cm的光屏上，形成一个光斑，如图5．已知圆孔直径D1=5cm，光斑直径D2=3cm，若在遮光板的圆孔上放一透镜，恰好使光屏上出现与圆孔同样大小的光斑，问透镜的焦距是多少？
组织同学读题、审题，然后讨论，各抒己见．选几个典型同学，分别叙述分析解答本题的思路．并将较好者二至三人在黑板上板演．
就黑板上板演情况，组织同学讨论，并请较好者修改板演中的错误内容．具体做法如下．
由图5可知，会聚光束通过圆孔，在无光屏时必会聚于B点，由几何关系可知，
故BO＇=31.5cm，BO＝31.5+21＝52.5 cm．
放入凹透镜，光束发散成平行光，根据光路可逆性，视u＝∞，v为“负”值(-52.5cm)，则焦距为：
提问：若改用凸透镜，有无这种现象出现？
实际上，会聚光束经凸透镜会聚成光锥后，再发散在光屏上，也能成与圆孔同样大小的光斑．
在黑板上作出图，改放入凸透镜，光线会聚后再发散，设A为会聚点，则OA=L/2=21/2＝10.5 cm．由光路可逆性可知，若A点置一点光源，经凸透镜后，成一虚像点在B，则得焦距为：
1/u+1/v=1/f，1/10.5-1/52.5=1/f，故焦距f=13.1cm．
师生共同小结：
①会聚光束应会聚在一交点上，此点可虚可实．
②凹透镜的发散性和凸透镜的会聚性均有可能形成光锥后，再发散．
③应用成像公式，正确掌握光的可逆性求解，特别注意u、v、f的正负值．
最后进行小结．
五、教学说明
作为几何光学的复习课．首先从回忆本单元大致轮廓开始．本设计采取了如下方案．
1．围绕光的传播这一主题展开讨论，然后根据讨论结果，归纳成表的形成，并作必要说明．
2．围绕光束与光学器件问题展开讨论，根据讨论结果，归纳成表的形式，并作必要说明．
3．围绕透镜成像情况展开讨论，这实际上是在2的基础上进一步细化的过程．最终仍以表的形式呈现出来．作适当说明后，介绍讨论三种测凸透镜的方法．目的是让学生加深印象．
在以上基础上，组织学生结合实际问题，进行分析解答，师生互相讨论、评价．最终总结出解答这类问题的基本思路与方法．
考虑到各校的情况不同，本设计中的例题可分解选用，也可稍加些台阶例题为之作基础．否则对一些基础较差些的同学会感到有一定难度，希望老师们灵活掌握．
另外，作为复习课，本设计只选择一些典型问题，由师生共同分析解答，凡本设计中未涉及的内容，老师们还可另加补充．。