凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用

【目的和要求】

通过观察透镜对入射光线的偏折情况，认识：

1．跟主轴平行的光线经凸透镜折射后会聚在主轴上的焦点；

2．放在焦点上的点光源发出的光经凸透镜折射后平行射出；

3．跟主轴平行的光线经凹透镜折射后向外散开，这些发散光线的反向延长线交在主轴上的虚焦点。

【仪器和器材】

低压电源（J1201型），光具盘（J2501型）中的平行光源、矩形光盘、双凸柱透镜（f＝160毫米）和双凹柱透镜（f＝－80毫米）。

【实验方法】

1．在矩形光盘的中部挂上双凸柱透镜，透镜底面要紧贴在矩形光盘上。调整透镜的位置，使得它的水平对称轴和通过中间缝隙过来的光线重合。从光盘左侧缝隙过来的3－5条平行光线照到双凸柱透镜上，可以看到，中间的入射光线经透镜折射后不改变方向，这条直线就是透镜的主轴，其他几条平行于主轴的光线经过透镜折射后，会聚于主轴上的一点（即焦点），如图2．8－1所示。

2．如图2．8－2所示，调整光盘左侧的小平面镜的方位，得到过焦点的光线经凸透镜折射后，沿平行主轴方向射出。由此说明“点光源放在凸透镜的焦点上，发出的光通过凸透镜折射后平行射出”。

3．把双凸柱透镜换成双凹柱透镜。如图2．8－3所示。同样地找到双凹柱透镜的主轴，可以看到，平行于主轴的光线经凹透镜折射后变得发散了。借用直尺找到发散光线的反向延长线交于主轴上的一点，即虚焦点。

观察重点：①从演示的光路中认识凸透镜和凹透镜的中心（是否提光心的概念要根据教学实际情况而定）、主轴、实焦点和虚焦点、焦距的概念。②凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。

【注意事项】

1．本实验用柱面透镜来演示球面透镜的会聚作用和发散作用。柱面透镜圆柱面的母线要与光盘平面垂直，这样，光盘平面（包括与光盘平行的平面）与柱面透镜的两个折射面相交的交线是两段圆弧，这种情况下，光盘平面（以及与它平行的平面）上显示的光路，与球面透镜主截面内的光路相同。其他与光盘平面不平行的平面内的光路与球面透镜主截面内的光路都不相同。

2．注意比较凸透镜和凹透镜对光的作用。在讲述透镜对平行光的会聚或发散作用的基础上，应进一步引申，认识凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。所有通过凸透镜的光线，都要偏向主轴。因此，凸透镜不仅对于平行光束有会聚作用，对于会聚光束或发激光束都有会聚作用。同样，所有通过凹透镜的光线，都要远离主轴。因此，凹透镜对于会聚光束或发散光束也都有发散作用。上述结论要用实验来说明，调整光盘左侧的两对小平面镜的方位，得到会聚光束或发散光束，在光盘上显示出凸透镜对它们的会聚作用或凹透镜对它们的发散作用。

【思考题】

1．利用太阳光怎样判断透镜是凸透镜或凹透镜。

2．利用太阳光怎样测量凸透镜的焦距。

3．利用凸透镜和点光源，怎样组装成平行光源。

编者提示：本小实验可辅以“光现象”部分的物理实验教学，以此培养和提高学生的实验能力和素养。

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