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愛迪生自然科學第 20 堂範例卷:透鏡成像

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愛迪生自然科學第 20 堂範例卷:透鏡成像

本卷練習凸透鏡、凹透鏡、焦點、物距與像距、實像與虛像、生活光學儀器。

學習目標

學習目標

1. 分辨凸透鏡與凹透鏡的形狀與聚散效果。 2. 判讀焦點、兩倍焦距與物體位置。 3. 連結凸透鏡成像與照相機、放大鏡、紙屏成像。 4. 判斷近視矯正、凹透鏡發散與透鏡應用。
觀念

觀念一:凸透鏡與凹透鏡

凸透鏡中央較厚、邊緣較薄,能使平行光會聚;凹透鏡中央較薄、邊緣較厚,能使平行光發散。透鏡成像主要來自折射,不是鏡面反射。
圖示

圖:凸透鏡與凹透鏡形狀

概念圖標出凸透鏡與凹透鏡形狀、主軸與焦點位置。

透鏡形狀 例題 1

下列關於凸透鏡與凹透鏡的敘述,何者正確?

凸透鏡聚光 例題 2

想用透明冰塊磨成透鏡,把陽光集中到一點以點燃火種,應磨成下列哪一種形狀?

凹透鏡光路 例題 3

平行光通過凹透鏡後,主要會呈現下列哪一種趨勢?

觀念

觀念二:焦點與特徵光線

平行於主軸的光通過凸透鏡後會經過另一側焦點;通過凹透鏡後會發散,反向延長線通過同側虛焦點。焦點與 2F 位置常用來判斷成像大小與正倒立。
圖示

圖:凸透鏡會聚平行光

概念圖呈現凸透鏡使平行光會聚於另一側焦點。
圖示

圖:凹透鏡發散平行光

概念圖呈現凹透鏡使平行光發散,虛線為反向延長線。

焦點判讀 例題 1

如圖,平行光通過凸透鏡後會聚於焦點。若改用一片焦距較短的凸透鏡,焦點位置與會聚能力會如何改變?

凹透鏡虛焦點 例題 2

如圖,平行光通過凹透鏡後向外發散,其反向延長線交於同側的虛焦點。下列關於這個虛焦點的敘述,何者正確?

特徵光線 例題 3

畫凸透鏡的成像光路時,下列哪一條特徵光線最常用?

觀念

觀念三:凸透鏡成像位置

凸透鏡的成像與物體位置有關。物體在 2F 外時,常在另一側 F 與 2F 間形成倒立縮小實像;物體在焦點內時,從同側可看到正立放大的虛像。

物距判讀 例題 1

如圖,物體放在凸透鏡左側 2F 以外。若在另一側形成實像,成像位置最可能在哪一區域?

紙屏成像 例題 2

如圖,物體、凸透鏡與紙屏排成一直線,物到透鏡與屏到透鏡的距離都是 30 cm。若紙屏上接到清楚的影像,該影像屬於哪一類?

放大鏡 例題 3

使用放大鏡看書上的小字時,若小字位於凸透鏡的焦點以內,眼睛看到的像通常為何?

觀念

觀念四:生活中的透鏡

照相機、投影機、眼睛、眼鏡都和透鏡有關。照相機與眼睛利用凸透鏡形成實像;近視矯正常用凹透鏡先使光發散,讓像回到視網膜上。

近視矯正 例題 1

如圖,遠方平行光先經過一片中央較薄的鏡片,再由眼睛會聚成清晰的像落在視網膜上。這片鏡片是哪一種透鏡?用來矯正哪一種視力問題?

照相機 例題 2

照相機鏡頭主要利用凸透鏡,讓遠方景物在感光元件上成像。這個像通常具有下列哪一種性質?

透鏡綜合 例題 3

某透鏡可使平行光會聚,另一透鏡可使平行光發散。這兩種透鏡最可能依序為下列何者?

觀念

觀念五:透鏡成像規律、遮光與凹透鏡成像

凸透鏡的成像由物距決定:物距大於兩倍焦距(2F)時成倒立縮小實像;等於 2F 成倒立等大實像;介於 F 與 2F 之間成倒立放大實像;物體在焦點(F)以內則成正立放大的虛像(放大鏡)。 把凸透鏡遮住一部分時,因為物體每一點發出的光都用到整個鏡面,所成的像仍然完整,只是變暗。 凹透鏡則無論物體放在哪裡,都只成正立縮小的虛像,必須從鏡後朝鏡內看,不能用紙屏接到。

遮住凸透鏡一部分 例題 1

有一物體放在凸透鏡前,在鏡後紙屏上得到一個清晰的像。若把凸透鏡的上半部用不透光的物體遮住,則紙屏上的像會如何變化?

凸透鏡成像規律與物距 例題 2

物體放在凸透鏡前 38 cm 處時,剛好在鏡後 38 cm 處成清晰的像。若把物體改放在鏡前 50 cm 處,則所成的像為下列何者?

凹透鏡成像與平面鏡比較 例題 3

關於凹透鏡與平面鏡的比較,下列敘述何者正確?

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