生活中的透镜

2024-08-01

生活中的透镜（共4篇）

生活中的透镜篇1

一、柱面光学透镜成像原理

(一) 平面镜

物体在静止的平面镜中出现的反射, 这一结论来自于光学传播的基本定律。分析虚像原理, 可以简单理解为物体对镜平面产生的对称形体。

(二) 柱面镜

将曲面作为反射面时, 入射光线与过曲面形成的成像点法线产生的角便是入射角, 是相当于反射光线和同一法线之间产生的反射角, 并且在同一平面内产生了入射光线、反射光线和法线, 这个平面和过曲面产生的成像点切平面彼此垂直。但是, 在过曲面上由于各点比不是彼此平行的法线方向, 例如:柱面法线垂直相交柱轴的很多叉线。因此, 所谓的柱面反射的虚像缺少固定的位置能够寻找, 而是随着视点不同位置而出现了差异。

二、柱面光学透镜反射光线追迹

将圆柱反射面光线反射作为追迹范例, 在圆柱面顶点位置A构建直角右手坐标系, 促使AX平行于圆柱面母线, 坐标面的子午截面是AXZ。如此, 假如圆柱面设a为曲率半径, 与坐标面OYZ平行的任意平面去截圆柱面时, 都是在平面AXZ上获得截线, 半径是a的圆。在AXY存在于物面上的点D (X, Y, Z) 沿着适量C方向发出一光线, 光线在圆柱面上的投射点d1可以通过点d和适量c, 促使d成为物面A点到d点的位置向量;圆柱面定A1至投射点a1的位置向量;N则是从A1到垂直于光线的向量, 在两表面间线段的光纤通过垂直划分为两部分;分别是从A1向C1产生的辅助向量。

三、柱面光学镜在光学成像系统中的运用

(一) 单面柱面光学镜在光学系统应用

仅在一个方向上柱面镜有曲率, 利用柱面反射镜光纤矢量追迹可知, 一个截面维度方向对于平行光束来说产生了会聚或者发散功能, 但是不会对X轴方向发挥任何作用。由于球差因素造成单片传统柱透镜和柱面反射镜产生了船形光斑并且产生了小视场等问题, 见图1。

由于不成像是柱面镜与母线方向平行的特点, 不能通过传统分辨率对成像特点进行测试。所以将一幅与母线方向平行的分辨率测试板放置在物平面上, 利用单片离轴柱面反射镜实施成像分析, 仅子午面方向柱面反射镜条纹成像。对正单片反射镜球差很难进行校正, 需要综合多片反射镜才能实行校正, 另外一方面多片结构还可以产生基于子午方向柱面反射系统的宽视场。

(二) 优化抛物柱面方法

对于光学成像系统, 柱面镜出现了线聚焦效果, 光束几乎不会影响到平行弧失面, 致使像差在弧失方向较大进一步需要特殊处置整体优化。

假设在B光轴的右手坐标系中, 针对平行于母线与X轴的柱面反射镜, 主要是子午面中的Y轴产生成像光线的像差。本文指出了一种优化正交抛物柱面的方法, 由于在弧矢面方向母线与X轴柱面系统平行的光焦度为0, 即与XB平面平行的光纤不会产生任何会聚或者发散功能。将一个抛物柱面反射镜添加在像面前, 促使其母线方向与Y轴平行, 也即是正交于设计柱面系统的母线。

对于平行于子午面现场的光束, 只有抛物柱面反射镜焦距相等于到像面的距离时, 在像面上柱面系统到X轴方向会获得最好的平行光束的成像, 因为经过对抛物柱面镜后弧方向像差进行校正为零。至此, 评价这一柱面光学系统可以评价光线追迹图, 抛物柱面镜已经校正了弧矢方向的像差, 确定像面和抛物柱面镜的有关参数量之后就可以自行优化设计光学成像系统, 进一步对柱面系数进行优化。

(三) 优化设计三反柱面光学成像系统

三反射柱面系统可以有效解决传统单片柱透镜和柱面反射非理想成像光束线焦距、子午面像差大等问题。在对三反射柱面初始结构进行选择时能够通过计算初始的空间三反成像系统结构, 对四种像差同时消除, 因为柱面系数及母线平面的成像光束与普通的三反空间成像结构垂直并且类似于午面内的成像光束。

利用提出的对正交抛物柱面进行优化的方法, 首先设计圆柱面的三反柱面面型, 通过追迹柱面光线的方式设计不同的弧矢方向像差与子午方向像差的权重并且进行优化。图2揭示了优化圆柱面条件下三反柱面的子午面方向上与MTF的像差,

在图2中MTF三条曲线分别是三个不同的子午面视场的传递函数, 所设计的柱面系统对子午方向的MTF进行了优化, 全视场达到了3°, 子午面方向的MTF在子午边缘市场分辨率达到45lp/mm时优于0.2, 很好校正了像差曲线, 但是还是突出了子午像差, 需要对子午面方向的MTF数值才能进一步提高。

由于在抛物二次曲面在焦点处的最佳成像, 能够设计柱面面型形成二次曲线柱面反射结构, 母线依然平行于X轴方向。利用对正交抛物线柱面进行优化的方法, 还是设计优化弧矢方向像差和子午方向像差的不同权重, 获得了十分理想的优化效果。

结语

针对单片柱面透镜在光学成像系统中产生的不理想光束、小视场等特点, 科学研究了一种三反射式柱面光学体系, 通过正交抛物柱面对初始结构进行了优化。传递函数在子午面方向三反煮面系统各个视场调制中取得了较为理想的优化成果, 使其满足高空间分辨率成想要求, 进一步解决了光学成像系统对特殊柱面自行优化设计问题。

摘要：在非球面透镜中柱面镜是最普遍的一种, 采用球面系统具有分别描述成像的特点, 在一些特殊场合其具有特殊作用。本文主要分析了柱面光学透镜成像原理, 柱面光学透镜反射光线追迹, 柱面光学透镜在光学成像系统中的运用。

关键词：柱面光学透镜,光学成像,运用

参考文献

[1]王之江.实用光学技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]刘俞铭.光学仪器设计生产与装配、检校及光学冷加工新工艺新技术[M].北京:北方工业出版社, 2009.

生活中的透镜篇2

第二节生活中的透镜导学案

主备人：李俊峰审核：物理教研组

学习目标：

1、认识凸透镜的成像性质。

2、了解透镜在日常生活中的应用及各自应用原理。

3、理解实像和虚像。

学习重难点：

1、了解透镜在日常生活中的应用及各自应用原理。

2、理解实像和虚像。

一、预习自学、探究新知：

1、平行于主光轴的光线折射后通过__________。

对凹透镜来说，是发散光线的反向延长线经过__________。

2、通过焦点的光线(对凹透镜而言，是指其延长线通过虚焦点的光线)折射后与__________平行.。

3、通过光心的光线传播方向____________。

二、小组合作、教师点拨：

1、照相机是由一组透镜组成的，相当于一个透镜。阅读课本，总结照相机所成像的特点：

(1)物体离照相机镜头的距离(物距) (填“大于”“小于”或“等于”)底片离照相机镜头的距离(像距)。

(2)物体离照相机镜头越远，物体在照片上所成的像越。

(3)照相机底片上所成的像一定比物体。(“大”或者“小”)

(4)物和像在凸透镜的 (填“同侧”或“异侧”)。

(5)远处的物体通过照相机的镜头成______、______的___ _像。

2、投影仪的镜头相当于一个仪所成像的特点：

(1)投影片到镜头的距离 (填“大于”“小于”或“等于”)镜头到屏幕的距离。

(2)投影片离镜头越近时，屏幕上所成的像越。

(3)投影仪屏幕上所成的像一定比投影片上放物体。(“大”或者“小”)

(4)物与像在凸透镜的 (填“同侧”或“异侧”)。

(5)物体通过的镜头成_______、_______的_____像。

3、放大镜也是一个凸透镜。

(1)物体和像在放大镜的 (填“同侧”或“异侧”)。

(2)物体离放大镜越远(即物距越大)，所成的像越大，但物距大到一定程度，所成的虚像便消失了。

(3)放大镜所成的像是_______、________的_____像.

4、实像和虚像

实像：实际光线会聚成的，用屏来承接(“能”或“不能”)，能用眼睛看到，物像分别在凸透镜的 (填“同侧”或“异侧”)，实像是立的(填“正”或“倒”)。

虚像：不是实际光线会聚成的，用屏来承接(“能”或“不能”)，只能用眼睛看到，物像分别在凸透镜的 (填“同侧”或“异侧”)，虚像是立的(填“正”或“倒”)。

三、交流展示，展现自我

1、为了使底片上的像大点，物体要______照相机，同时镜头和底片的距离(暗箱)______一些。(填“远离”或“靠近”)

2、小华做实验时，拿起一个装满水的烧瓶，透过烧瓶看到讲台上的老师倒立缩小的像，下列光学器材中，与上述现象的成像原理相同的是( )

A.放大镜 B.平面镜 C.投影仪 D.照相机

3、为了使屏幕上的像大点，幻灯片离镜头_______,同时屏幕离镜头_______。(“近点”或“远点”)

4、放映投影时，要在屏幕上得到一个“p”的像，应插入的影片是( )

A、p B、q C、b D、d

5、为了让课本的字再放大点，放大镜应________(填“远离” 或“ 靠近”)课本的字，但不能超过一倍的焦距。

6、将一小水滴滴在水平放着的塑料贺卡的字上，人看到水滴下面的字是( )

A.等大的.实像 B.放大的虚像 C.等大的虚像 D.缩小的实像

7、下列几种情况成实像的是( )

A.平面镜成像 B.放大镜放大的像 C.看到水中的鱼和云 D.从投影仪屏幕上看到的房屋

四、归纳总结，强化目标

通过本节课你学到了什么?还有什什么不懂的吗?

五、反馈测评，拓展目标

1、测绘人员绘制地图,需要从空中的直升机向地面照相,在航空摄影中照相机内的感光胶片上所成的像是( )

A 正立缩小的虚像 B 倒立放大的实像

C 倒立等大的实像 D 倒立缩小的实像

2、投影仪是教学时常用的仪器,物体发出的光线经过投影仪的凸透镜和平面镜后,可在屏上成一个清晰的像,一教师在使用投影仪时,发现在屏幕上的画面太小,则正确的调节方法是( )

A 减小凸透镜到物体间的距离,并减小投影仪与屏幕间的距离

B 增大凸透镜到物体间的距离,并减小投影仪与屏幕间的距离

C 减小凸透镜到物体间的距离,并增大投影仪与屏幕间的距离

D 增大凸透镜到物体间的距离,并增大投影仪与屏幕间的距离

3、老奶奶用放大镜看报纸时,为了看到更大的清晰的像,应( )

A 报纸与眼睛不动,放大镜离报纸远一些

B 报纸与眼睛不动,放大镜离报纸近一些

C 报纸与放大镜不动,眼睛离报纸近一些

D 报纸与放大镜不动,眼睛离报纸远一些

生活中的透镜篇3

关键词：凸透镜成像原理；成像规律；掌握技巧；突破方法

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）03-067-01

一、该规律成为教学难点的原因分析

1、从规律本身找原因：概念多、易混淆，如焦距、物距和像距，实像和虚像，放大和缩小。规律多，在不同的物距条件下所成像的性质不同

2、从学生的思维特点找原因：初二年级正处在形象思维向抽象思维过渡的阶段，学生分析数据归纳规律的能力不强。

3、从教师的教学策略找原因：有些教师自己做演示实验，只让学生观看，学生只能死记硬背成像规律。有些教师也使用探究式教学，但由于引导学生分析的方法不当，最后只能由教师包办说出规律，失去探究实验的意义。

本节知识是本章的重点也是难点，学生对凸透镜的认识只是停留在“放大镜”上，对凸透镜能成很多性质的像不能够很快接受，所以本章要教会学生凸透镜能成像以外还要告诉他们为什么能这样—光的折射。

二、与凹透镜的区别

1、结构不同

（1）凸透镜是由两面磨成球面的透明镜体组成

（2）凹透镜是由两面都是磨成凹球面透明镜体组成

（3）光线的作用不同1、凸透镜主要对光线起会聚作用

（4）凹透镜主要对光线起发散作用

2、成像性质不同

（1）凸透镜是折射成像

（2）凹透镜是折射成像凸透镜是折射成像成的像可以是正、倒；虚、实；放、缩。起聚光作用

（3）凹透镜是折射成像只能成缩小的正立像。起散光作用透镜（包括凸透镜）是使光线透过，使用光线折后成像的仪器，光线遵守折射定律。面镜（包括凸面镜）不是使光线透过，而是反射回去成像的仪器，光线遵守反射定律。

（4）凸透镜可以成倒立放大、等大、缩小的实像或正立放大的虚像。可把平行光会聚于焦点，也可把焦点发出的光线折射成平行光。凸面镜只能成正立缩小的虚像，主要用扩大视野。

三、讲究突破技巧

化解教学难点课堂教学中教法很多，学法也不少。在备课中老师们对教法和学法这一问题时常被忽略甚至模糊不清。简单地说，在实践教学中教法和学法可以相互转化。如果一个方法是教师指导学生用的，这就是教法。如果这个教法被学生学去，那么教法又转化为学法。在“规律”一节中观察和试验是教和学的主要方法。当一种方法不理想时，就要考虑另外的方法同时并用效果明显。多年的教学经验告诉我，学生在“规律”一节，实验中都能作出凸透镜成放大和缩小的像，但像和像距大小的变化规律很难找出，而且过一段时间学生会遗忘或张冠李戴。

1、巧用口诀记忆凸透镜成像规律

（1）、当物体在凸透镜的二倍焦距之外时，在凸透镜另一侧的一倍焦距与二倍焦距之间形成一个倒立、缩小的实像，可记为：“物体二倍焦外找，实像倒缩焦、二焦。”

（2）、当物体在凸透镜大于一倍焦距小于二倍焦距之间时，在凸透镜的另一侧二倍焦距之外形成一个倒立、放大的实像。可记：“焦二焦间放物体，大像二倍焦外移”

（3）、当物体在凸透镜的焦点（焦平面）上时，不能成像.而物体再移至凸透镜的焦点以内时，在凸透镜的同一侧形成一个正立放大的虚像，可记为：“焦不成像，再内移，同侧虚放变正立。”

（4）当你按实验步骤做完凸透镜成像实验，填写好表格后可用口诀概括为：“实像倒来虚像正，焦点内外虚实分，放大缩小物有果，二倍焦距物像等。”

2、在问题情景中发现问题、解决问题

传统教学观把学习简单看成是知识由外到内的输入过程，教学就是把结论告诉学生，让他们理解了记忆下来，从而在以后需要的时候可以提取出来加以应用，而现代教育心理学表明，学习是学生的经验体系在一定的环境中自内而外的“生长”。

3、做好平面镜成像的探究，通过比较认识实像与虚像的不同

平面镜成像也是初中物理一个重要探究实验。单看只不过是平面镜成像特点，但从完善学生的认知结构分析，该实验使学生初步知道虚像概念，认识比较实像与虚像的方法和技巧，为以后探究凸透镜成像规律又准备了一个重要知识点。它们之间相互联系，互相渗透。

4、让学生用凸透镜进行课前预探究，形成初步感性认识学生对凸透镜成像没有感性认识，让他们直接探究凸透镜成像规律，学生往往觉得无所适从不知道从哪里开始探究，不知道究竟探究什么。仔细研究苏科物理八年级上第五章第一节的课后习题第四题：通过放大镜观看物体时，若适当增加放大镜与物体间的距离，看到的像是增大呢，还是缩小？若继续不断地增大放大镜与物体间的距离，看到的像将怎样变化呢？本题也属于实验类作业，这是在学生探究凸透镜成像规律前预备实验，教师应该把凸透镜发给学生让学生做一做、看一看，学生认识到放大镜属于凸透镜，凸透镜不总是成放大的正立像，还能成放大的倒立像、缩小的倒立像，使学生对凸透镜能成不同的像有了感性认识。

5、精心设计《凸透镜成像规律》教案，为课堂探究做准备。新的物理课程标准提出了新的教学理念：“注重学科探究，提高教学方式的多样化”。“注重全体学生的发展，改变学科本位的观念”，从生活走向物理，从物理走向社会。为了体现这些新的理念，“探究凸透镜成像的规律”一节的设计思想是：通过创设问题情景，激发学生探究的积极性，扩展学生对自己学习的责任感。