文档内容
第三章 光的折射 透镜（知识清单）
思维导图
第一节 光的折射
一、光的折射现象
1. 光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象叫作光的折射。
2. 发生折射的条件
（1）光从一种介质斜射入另一种介质。若光从一种介质垂直射入另一种介质时，则不会发生折射。
（2）光在同种不均匀介质中传播时，也会发生折射。如太阳光穿过大气层时传播方向会发生变化。
3. 光从一种透明介质进入另一种透明介质时，在两种介质的分界面上，光的传播方向一般要发生改变。
其中一部分光发生反射，同时还有一部分光进入另一种介质中而发声折射，即反射和折射现象同时发生，
发生反射时不一定发生折射，但发生折射时一定发生反射。
二、光的折射规律
1. 描述光折射的基本概念
（1）入射光线：从光源射向两透明介质分界面的光线；
（2）折射光线：从入射点射向另一介质的光线；
（3）法线：过入射点垂直与两分界面的虚线；
（4）入射点：入射光线与两介质分界面的交点；
（5）入射角：入射光线与法线之间的夹角；
（6）折射角：折射光线与法线之间的夹角。
简称“一点”（入射点）、“一面”（分界面）、“二角”（入射角和折射角）、“三线”（入射光
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 1 / 13线、折射光线和法线）。
2. 光的折射规律
当光从一种介质斜射入另一种介质时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光
线分别位于法线两侧；入射角增大（或减小）时，折射角也随之增大（或减小）。折射时光路可逆。
3. 对光的折射规律的理解
（1）折射角随入射角的增大（减小）而增大（减小），但不是正比例关系，叙述时应先说折射角后
说入射角。
（2）无论光是从空气斜射入水中或其他介质中，还是光从水或其他介质斜射入空气中，在空气中的
角（入射角或折射角）总是大于在水中或其他介质中的角（折射角或入射角）。
三、生活中的折射现象
1. “池水变浅”：从岸上看水中的物体，例如岸上的人看水中的鱼位置“变高”。
如图所示，从鱼身上A点反射出的光线经折射后射入人眼，因为光从水中斜射入空气中，折射角大于
入射角，所以折射光线远离法线，人眼逆着折射光线看，感觉光好像是从S点发出的，S点就是人看到的
鱼的虚像，它比鱼的实际位置偏高。
在岸边看水里的物体 在水中看岸上的物体
2. 从水中看岸上的物体“变高”，例如水中的人看岸上的树或建筑物“变高”。
如图所示，从昆虫上点A射出的光线经折射后射入鱼眼，因为光由空气中斜射入水中，折射角小于入
射角，所以折射光线靠拢法线，鱼眼逆着折射光线看，感觉光好像是从A′点发出的，A′点就是鱼看到的
昆虫的虚像，它比鱼的实际位置偏高。
3. 海市蜃楼和幻日
海市蜃楼的成因 幻日现象
（1）海市蜃楼多发生在夏天的海面上或沙漠上。夏天空气较热，但是海水比较凉，海面附近空气的温
度比较低。海面地表上方不同高度的空气层相当于一层层密度不同的透明介质。密度大的空气层为光密介
质，密度小的空气层为光疏介质。远方景物射出的光在层与层之间连续发生折射。从整体来看，光逐渐向
地面弯曲进入观察者的眼中。在观察者看来，光好像是从海面上空的物体射出的。
（2）幻日：高空中悬浮着许多形状规则的小冰晶，当太阳光经过它们时，会发生反射和折射，在特定
的环境下就会产生幻日现象。
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 2 / 13四、探究光折射时的特点
【设计实验】
如图所示，让激光笔发出的一束光从空气以不同的角度射入玻璃砖中，观察光束在空气和玻璃砖中的
径迹，并比较折射角和入射角的大小。
让激光笔发出的一束光从玻璃斜射入空气中，重复上述实验。
让激光笔发出的一束光从空气垂直射入玻璃中（或从玻璃垂直射到空气中），观察光的传播路线。同
时改变介质进行多次实验寻找普遍规律。
【进行实验】
1. 让光从空气斜射入玻璃中，观察光的整个传播路径，比较折射角和入射角的大小，记录在表格中。
2. 改变入射角的大小，观察并记录折射角的变化情况。
3. 让光从玻璃斜射入空气中，观察光的整个传播路径，比较折射角和入射角的大小，记录在表格中。
4. 改变入射角的大小，观察折射角的变化情况。
5. 让光垂直射入玻璃，观察光的整个传播路径。
6. 让光从空气斜射入玻璃砖，同时逆着折射光射入另一束光，观察两束光在空气中的传播途径。
实验数据记录表格：
实验次数 介质 入射角 折射角
光从空气斜射入玻璃
1
2 光从空气斜射入玻璃
3 光从空气斜射入玻璃
4 光从空气垂直入玻璃
【分析论证】
1. 当光从空气斜射入玻璃中时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角。当入射角增大时，折射角
也增大；当入射角减小时，折射角也减小。
2. 当光从空气垂直射入玻璃中时，传播方向不变。
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 3 / 133. 光从玻璃斜射入空气中时，可以看到，进入空气中的折射光线就逆着原来入射光线的方向射出，就
是说，在折射中光路也是可逆的，这时的折射角大于入射角。
综合以上分析，归纳出实验结论：
当光从一种介质斜射入另一种介质时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光
线分别位于法线两侧；入射角增大（或减小）时，折射角也随之增大（或减小）。折射时光路可逆。
第2节 透镜
一、透镜
1. 凸透镜和凹透镜
凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜；凹透镜：中间薄，边缘厚的透镜叫凹透镜；
凸透镜 凹透镜
2. 主光轴和光心
（1）主光轴：透镜上通过两个球面球心的直线叫主光轴，简称主轴。如图的点划线CC＇。
凸透镜的主光轴和光心 凹透镜的主光轴和光心
（2）光心：主光轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，叫做透镜的光心O。
二、透镜对光的作用
1. 凸透镜对光有会聚作用，又叫会聚透镜。
凸透镜对光有会聚作用，不是指光经凸透镜后一定会聚在一点上，而是指光经凸透镜折射后，折射光
线向主光轴偏折，如图所示。
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 4 / 13甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束
2. 凹透镜对光有发散作用，又叫发散透镜。
凹透镜对光有发散作用，是指光经凹透镜折射后，折射光线偏离主光轴，经凹透镜折射后的光线也可
能相交于一点，如图所示。
甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束
三、焦点、焦距及三条特殊光线
1. 凸透镜的焦点和焦距
（1）焦点：凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫做焦点，用F表示。
（2）焦距：焦点到光心的距离叫做焦距，用f表示。
（3）凸透镜有2 个焦点，并且关于光心对称。
（4）凸透镜焦距的意义：凸透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短，凸透镜表面越凸，焦距越
小，对光的会聚作用越强（选填“强”或“弱”）。
凸透镜的焦点和焦距
（5）粗略测量凸透镜焦距的方法——平行光聚焦法
如图所示，将凸透镜正对着太阳光（可看成是平行光），再拿一张纸放在它的另一侧，来回移动，直
到纸上的光斑最小、最亮，测量这个光斑到凸透镜光心的距离，即为该凸透镜的焦距。
2. 凹透镜的焦点和焦距
（1）焦点：平行于主光轴的光线通过凹透镜后发散，发散光线的反向延长线相交于主光轴上，叫凹
透镜的焦点。它不是实际光线的会聚点，凹透镜有2 个焦点，关于光心对称。
（2）焦距：焦点到凹透镜光心的距离叫做焦距。凹透镜焦距的大小表示对光发散能力的强弱，焦距
越小，对光的发散能力越强（选填“强”或“弱”）。
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 5 / 13凹透镜的焦点和焦距
3. 透镜的三条特殊光线
（1）凸透镜的三条特殊光线
①通过凸透镜光心的光线传播方向不发生改变；
②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点；
③经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴。
（2）凹透镜的三条特殊光线：
①通过凹透镜光心的光线传播方向不发生改变；
②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线通过焦点；
③射向凹透镜焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴射出。
第3节 凸透镜成像的规律
一、实验：探究凸透镜成像的规律
1. 相关概念
（1）物距u：物体到透镜光心的距离，如图所示。
（2）像距v：像到透镜光心的距离，如图所示。
（3）焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
2. 实验器材与实验装置图
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 6 / 13（1）实验器材：凸透镜（焦距为10cm）、蜡烛、光屏、火柴、光具座。
（2）实验装置
将蜡烛、凸透镜和光屏依次排列在一条直线上，调整蜡烛、凸透镜进行实验和光屏的高度，使烛焰、
透镜和光屏三者的中心在同一高度上，如图所示。
3. 实验步骤
（1）点燃蜡烛，并使之远离凸透镜。 调整光屏位置，直至光屏上呈现烛焰的像。测量物距和像距，
并将成像的情况 记录在下表中。
（2）逐次减小物距，重复上述操作并记录，直至在光屏上无法呈现烛焰的像。
（3）当物距小到一定程度时，就不能从光屏上观察到像，此时物距是多大？回顾用放大镜观察邮票
的情景，移开光屏，用眼睛通过凸透镜观察，你看到了什么？
（4）在逐次减小物距的过程中，像的大小如何变化？由此推测，是否存在像和物大小相等的情况？
如果有，这时像距、物距和焦距的大小有什么关系？试一试，你的推测正确吗？
像与物距的关系 凸透镜的焦距f= 10 cm
像的性质
实验 物距 物距与焦距 像距
次数 u/cm 的关系 v/cm
虚实 大小 正倒
1 30 u > 2f 实像 缩小 倒立 15
2 20 u = 2f 实像 等大 倒立 20
3 15 2f >u >f 实像 放大 倒立 30
u =f
4 10 不成像
5 6 u 2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能
u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能
f2f 能
u＝f 不成像
uu 不能
5. 交流讨论
（1）在做实验时, 某同学无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可能原
因有：
①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上；
②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以内；
③蜡烛的位置在透镜的焦点上。
（2）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，也是完整的，但亮度会变暗些。
（3）蜡烛长度变短时，像在光屏上将会向上移动。调节方法：①将光屏向上移动；②将蜡烛向上移
动；③将透镜和光屏向下调节.
二、凸透镜成像规律的应用
1. 照相机
成像原理：物距大于二倍焦距，即u＞2f 时，成倒立、缩小的实像，像距 f＜v＜2f。
成像光路图：
2. 投影仪
成像原理：物距大于二倍焦距小于一倍焦距，即f＜u＜2f 时，成倒立、放大的实像，像距 v >2f。
成像光路图：
3. 放大镜
成像原理：物距小于焦距，即u2f。
（3）物距u＜f 时，凸透镜成正立、放大的虚像。
u＜f u=2f
（4）物距u=2f 时，成倒立、等大的实像，像距v=2f
（5）物距u=f 时，不成像。
第4节 透镜的应用
一、照相机和眼球
1. 照相机原理：照相机是利用凸透镜能成缩小实像的原理制成的。以现在最常用的数码相机为例，数
码相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光通过镜头成像在感光器件上。
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 9 / 13数码相机 眼球
2. 眼球的主要结构及各部分作用
人的眼球像一架神奇的照相机，晶状体相当于照相机的镜头，视网膜相当于照相机的感光器件。来自
物体的光通过晶状体成像于视网膜上。
3. 眼睛的调节
（1）正常眼睛的调节
眼睛通过睫状体改变晶状体的厚薄，来看清楚近处和远处的物体。
当我们看远处的物体时，睫状体放松，晶状体比较薄，远处物体射来的光刚好会聚在视网膜上，眼睛
可以看清远处的物体。
当看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变厚，对光的偏折能力变大，近处物体射来的光会聚在视网
膜上，眼睛就可以看清近处的物体。
（2）远点、近点和明视距离
①远点：眼睛的调节是有限度的，当睫状体完全松驰时，晶状体表面弯曲程度最小，此时晶状体最扁，
能够看清的最远的极限点叫做远点。正常眼睛的远点在无限远处。
②近点：当睫状体看近处物体时，晶状体变得最凸，表面弯曲程度最大，此时能看清的最近的极限点
叫做近点。正常眼睛的近点在大约10cm处。
③明视距离：正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离大约是25cm，这个距离叫明视距离。
二、近视眼及其矫正
1. 近视眼的特征：近视眼只能看清近处的物体，看不清远处的物体。
2. 近视眼的成因
近视眼的晶状体太厚，折光能力太强；或者眼球在前后方向上太长。使得来自远处的光会聚在视网膜
前，到达视网膜时一个模糊的光斑，得不到清晰的像，如图甲所示。
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 10 / 133. 近视眼的矫正
矫正近视眼，应使眼睛的成像点后移，利用凹透镜的发散作用，使入射的光线先经凹透镜变得发散些
再射入眼睛，会聚点能够后移到视网膜上，所以近视眼患者应该佩戴凹透镜制成的眼镜，如图乙所示。
三、远视眼及其矫正
1. 远视眼的特征：远视眼只能看清远处的物体，看不清近处的物体。
2. 远视眼的成因
远视眼的晶状体太薄，折光能力太弱；或者眼球在前后方向上太短，来自近物的像成在视网膜的后面，
在视网膜上形成一个模糊的光斑，人眼就只能看到模糊不清的物体，如图甲所示。
（3）远视眼的矫正
远视眼成像在视网膜之后，要矫正远视眼，应使会聚点前移，可以佩戴用凸透镜制成的眼镜。使入射
的光线先经凸透镜变得会聚一些再射入眼睛，会聚点能够前移到视网膜上，如图乙所示。
3. 眼镜的度数
眼镜的度数在数值上等于镜片焦距（以米为单位）倒数的 100 倍。远视镜片（凸透镜）度数为正，
近视镜片（凹透镜）度数为负。例如，焦距为0.5 m 的远视镜片度数为 200 度，焦距为 0.2 m 的近视镜
片度数为 -500 度。
四、望远镜
1.望远镜
（1）望远镜的构造：望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透
镜，焦距比较长，叫物镜。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫做目镜。
望远镜示意图 望远镜成像光路图
（2）望远镜的原理
①物镜：相当于照相机的镜头，远处的物体AB通过物镜在焦点附近成倒立、缩小的实像A′B′，这个
像处于目镜的 1 倍焦距 以内。
②目镜：相当于放大镜，把物镜所成的像A′B′再放大一次，成正立、放大的虚像A"B"。
两次成像，先缩小，后放大。
2．视角
（1）视角的概念
视角是指从物体两端向眼的光心引出的两条光线的夹角。当远处的物体移近时，视角增大，因此能更
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 11 / 13清楚地看到物体。
物体移近，视角增大
（2）望远镜对视角的放大
用望远镜观察物体时，望远镜所成的像离我们的眼睛很近，增大了视角，因而通过望远镜能清楚地看
到远处的物体。
五、显微镜
1. 显微镜的构造：主要由物镜、目镜、载物台、反光镜等组成。
（1）物镜：靠近被观察物体的凸透镜，焦距短，相当于投影仪的镜头。
（2）目镜：靠近被观察物体的凸透镜，焦距长，相当于一个普通的放大镜。
（3）载物台：承载被观察物体。
（4）反光镜：增加光的强度，照亮被观察的物体。
显微镜示意图 显微镜成像光路图
2. 显微镜成像的基本原理
（1）物镜：物镜的作用相当于投影仪的镜头，被观察物体AB首先通过物镜成倒立、放大的实像AB
1 1
（选填像的性质），这个实像落在了目镜的一倍焦距以内；
（2）目镜：目镜的作用相当于一个放大镜，把物镜形成的放大的实像AB 再次放大，得到正立、放
1 1
大的虚像AB（选填像的性质）。
2 2
（3）物体通过整个显微镜所成的像是：倒立、放大的虚像（选填像的性质）。
（4）显微镜的成像光路图（见上图）。
3. 显微镜的放大倍数
微小的物体通过显微镜后被两次放大，因此，显微镜的放大倍数=物镜的放大倍数×目镜的放大倍数。
一般在镜头上标有“n×”字样，例如n=5，即为放大5 倍。
4. 显微镜的应用
显微镜通过物镜和目镜的两次放大，成倒立、放大的虚像，使我们能观察到肉眼无法看清的细微物体。
可利用显微镜观察到细胞的结构，如细胞质、细胞核、细胞膜等。
第5节 人眼看不见的光
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 12 / 13一、红外线
1. 红外线
（1）在色散光带红光外侧能使物体发热的不可见光，称为红外线。
（2）特征：红外线具有比较显著的热效应。
（3）应用
①测温。例如红外热成像仪、烤箱、理疗仪、夜视仪、浴室暖灯、红外线体温计等。
②穿透云雾的能力比较强。可以进行红外线高空摄像机、红外线遥感仪等。
③遥控。利用红外线进行遥控。
2. 紫外线
（1）在光谱中，紫光以外还有一种看不见的光，叫做紫外线。
（2）特征与应用
①紫外线能使荧光物质发光。如验钞机利用紫外线的这种性质鉴别人民币的真伪。
②灭菌。例如，医院、厨房 等常用紫外线进行灭菌。
③光刻设备。生产电子芯片的光刻设备中也能见到紫外线的身影。
学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司 13 / 13
