基礎(chǔ)科學(xué)與數(shù)學(xué)探討透鏡的成像觀察課件

探討透鏡的成像1探討透鏡的成像1研究動(dòng)機(jī)：什麼是傻瓜相機(jī)？2傻瓜相機(jī)不只拍到主角，連背景都清晰得不得了！傻瓜相機(jī)看來並不傻瓜，他全部都給你清楚地拍進(jìn)來了!圖片來源：WIKI知識(shí)分享http://wikipps.hk/%e5%82%bb%e7%93%9c%e7%9b%b8%e6%a9%9f/研究動(dòng)機(jī)：什麼是傻瓜相機(jī)？2傻瓜相機(jī)不只拍到主角，連背景都清3為何傻瓜相機(jī)拍出來的照片，不同景深的物體，都可清晰地成像在底片上呢？為何不像單眼相機(jī)一樣，只有某固定距離的物體可以清晰成像？入射光透鏡的焦距是固定的，如何辦到不同距離皆可聚焦的成像方式呢？你想過這些問題嗎？3為何傻瓜相機(jī)拍出來的照片，不同景深的物體，都可清晰地成像在4研究的問題：傻瓜相機(jī)的成像原理？假設(shè)：假設(shè)像距是固定的，移動(dòng)的是物距，即是利用物體距離鏡頭的遠(yuǎn)近來調(diào)整影像的清晰度。理由：一般相機(jī)配備可以移動(dòng)的變焦鏡頭，即是用來調(diào)整鏡頭與底片的距離(像距)；但較低價(jià)位的機(jī)型甚至只具備結(jié)構(gòu)較簡單的定焦鏡頭以減少重量與成本。4研究的問題：傻瓜相機(jī)的成像原理？5將像距固定，採用移動(dòng)蠟燭(物體)和透鏡(相機(jī)鏡頭)間的距離探討傻瓜相機(jī)的成像原理實(shí)驗(yàn)，裝置如下圖。P為燭火至透鏡的距離，q為紙屏上得到最清晰圖像時(shí)，紙屏至透鏡的距離。5將像距固定，採用移動(dòng)蠟燭(物體)和透鏡(相機(jī)鏡頭)間的距6實(shí)驗(yàn)步驟：以點(diǎn)燃的蠟燭為物，蠟燭到凸透鏡中心點(diǎn)的距離為物距，經(jīng)凸透鏡成像，所成的像到凸透鏡中心點(diǎn)的距離為像距。先測(cè)量燭火的長度(物長=3.5cm)，找到與燭火長度相同的物距與像距。固定像距，再分別將物距每次減少或增加5公分測(cè)量所成像的性質(zhì)及測(cè)量像的大小。在物距為24公分和19公分時(shí)，不易找到所成的像，所以沒有紀(jì)錄。

6實(shí)驗(yàn)步驟：7物距p(cm)79746964595449443934292419像距q(cm)54545454545454545454545454物長(cm)3.5像長(cm)4.76.289.4xx正立或倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立xx放大或縮小縮小縮小縮小縮小縮小相等放大放大放大放大放大xx實(shí)像或虛像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像xx實(shí)驗(yàn)結(jié)果：調(diào)整P值測(cè)量相對(duì)應(yīng)的結(jié)果如下表。物距p=像距q=54cm時(shí)，物長=像長=3.5cm，且為倒立、相等、實(shí)像。由此可知兩倍焦距為54cm，則此透鏡的焦距為27cm。物距p=59cm~79cm時(shí)，像長=3cm~2.1cm，像長變化不大(相差在1cm以內(nèi))；且為倒立、縮小、實(shí)像。物距p=49cm~29cm時(shí)，像長=4.3cm~9.4cm，像長變化較大。7物距p(cm)7974696459544944393429結(jié)論8傻瓜相機(jī)的光學(xué)原理就是透鏡成像的巧妙應(yīng)用。利用物距遠(yuǎn)大於焦距時(shí)，物距發(fā)生很大變化，而像距變化很小。且物距越大引起的像距變化越小，這樣就可近似地認(rèn)為像距沒變化，即像的位置幾乎不改變。以往傻瓜相機(jī)使用3.5cm底片，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)物距遠(yuǎn)大於焦距時(shí)，幾乎都可在設(shè)定的焦距(54cm)附近成像，但對(duì)於很近距離的照相(如物距小於50cm)不適用。結(jié)論8傻瓜相機(jī)的光學(xué)原理就是透鏡成像的巧妙應(yīng)用。延伸問題：那麼什麼是變焦傻瓜相機(jī)呢？9不用人為地調(diào)整焦距就能把照片拍攝清楚對(duì)於傻瓜相機(jī)來說非常必要，所以現(xiàn)代的傻瓜相機(jī)大都聲稱具有自動(dòng)調(diào)焦功能，但運(yùn)用不好仍然會(huì)出現(xiàn)焦點(diǎn)不實(shí)的現(xiàn)象。圖片來源：WIKI知識(shí)分享http://wikipps.hk/%e5%82%bb%e7%93%9c%e7%9b%b8%e6%a9%9f/延伸問題：那麼什麼是變焦傻瓜相機(jī)呢？9不用人10變焦=對(duì)焦？變焦=調(diào)焦？調(diào)焦=對(duì)焦？調(diào)焦是根據(jù)不同距離的物體在鏡頭後部清晰成像的位置的不同而改變成像面與透鏡距離來達(dá)到對(duì)焦的，如此可改變圖像的清晰度。變焦是改變鏡頭焦距的屬性。10變焦=對(duì)焦？調(diào)焦是根據(jù)不同距離的物體在鏡頭後部清11研究的問題：如何讓傻瓜相機(jī)的影像變清晰呢？假設(shè)：假設(shè)當(dāng)拍攝物體距離透鏡(物距)不同時(shí)，想要成像清晰，必須移動(dòng)鏡頭與感光元件間的相對(duì)距離(像距)。理由：鏡頭在相機(jī)的成本中佔(zhàn)有很高的比例，那麼要使影像清晰先來對(duì)焦吧！11研究的問題：如何讓傻瓜相機(jī)的影像變清晰呢？12實(shí)驗(yàn)裝置：實(shí)驗(yàn)步驟：分別測(cè)量物距為79公分、74公分，每次減少5公分到29公分，所成像的性質(zhì)及測(cè)量像的大小。在物距為29公分時(shí)，不易找到所成的像，所以沒有紀(jì)錄。

12實(shí)驗(yàn)裝置：13實(shí)驗(yàn)結(jié)果：調(diào)整P值測(cè)量相對(duì)應(yīng)的q值，結(jié)果如下表。

物距p(cm)7974696459544944393429像距q(cm)

(實(shí)驗(yàn)值)4446484951546485102137x像距q(cm)

(理論值)41.0242.5144.3646.749.785460.1469.8887.75131.1391.5物長(cm)66666666666像長(cm)2.733.43.8567911.414x正立或倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立x放大或縮小縮小縮小縮小縮小縮小相等放大放大放大放大x實(shí)像或虛像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像x13實(shí)驗(yàn)結(jié)果：調(diào)整P值測(cè)量相對(duì)應(yīng)的q值，結(jié)果如下表。

物距p141415物距、像距、焦距的關(guān)係可近似用：1/焦距=1/物距+1/像距來表示1/物距0.0130.0140.0140.0160.0170.0190.020.0230.0260.0290.0341/像距(實(shí)驗(yàn)值)0.0230.0220.0210.020.020.0190.0160.0120.010.007x1/像距(理論值)0.0240.0240.0230.0210.020.0190.0170.0140.0110.0080.0031/焦距0.0370.0370.0370.0370.0370.0370.0370.0370.0370.0370.03715物距、像距、焦距的關(guān)係可近似用：1/焦距=1/物距+1/若光沒有通過透鏡的中央16物距(cm)7974696459544944393429像距(cm)

(實(shí)驗(yàn)值)4648515457547177106137x像距(cm)

(理論值)41.0242.5144.3646.749.785460.1469.8887.75131.1x物長(cm)3.83.8像長(cm)1.31.5223.53.84557x正立或倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立x放大或縮小縮小縮小縮小縮小縮小相等縮小放大放大放大x實(shí)像或虛像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像x若光沒有通過透鏡的中央16物距(cm)79746964595171/物距0.0130.0140.0140.0160.0170.0190.020.0230.0260.0291/像距(實(shí)驗(yàn)值)0.0220.0210.020.0190.0180.0190.0140.0130.0090.0071/像距(理論值)0.0240.0240.0230.0210.020.0190.0170.0140.0110.008171/物距0.0130.0140.0140.0160.01探討透鏡的成像18探討透鏡的成像1研究動(dòng)機(jī)：什麼是傻瓜相機(jī)？19傻瓜相機(jī)不只拍到主角，連背景都清晰得不得了！傻瓜相機(jī)看來並不傻瓜，他全部都給你清楚地拍進(jìn)來了!圖片來源：WIKI知識(shí)分享http://wikipps.hk/%e5%82%bb%e7%93%9c%e7%9b%b8%e6%a9%9f/研究動(dòng)機(jī)：什麼是傻瓜相機(jī)？2傻瓜相機(jī)不只拍到主角，連背景都清20為何傻瓜相機(jī)拍出來的照片，不同景深的物體，都可清晰地成像在底片上呢？為何不像單眼相機(jī)一樣，只有某固定距離的物體可以清晰成像？入射光透鏡的焦距是固定的，如何辦到不同距離皆可聚焦的成像方式呢？你想過這些問題嗎？3為何傻瓜相機(jī)拍出來的照片，不同景深的物體，都可清晰地成像在21研究的問題：傻瓜相機(jī)的成像原理？假設(shè)：假設(shè)像距是固定的，移動(dòng)的是物距，即是利用物體距離鏡頭的遠(yuǎn)近來調(diào)整影像的清晰度。理由：一般相機(jī)配備可以移動(dòng)的變焦鏡頭，即是用來調(diào)整鏡頭與底片的距離(像距)；但較低價(jià)位的機(jī)型甚至只具備結(jié)構(gòu)較簡單的定焦鏡頭以減少重量與成本。4研究的問題：傻瓜相機(jī)的成像原理？22將像距固定，採用移動(dòng)蠟燭(物體)和透鏡(相機(jī)鏡頭)間的距離探討傻瓜相機(jī)的成像原理實(shí)驗(yàn)，裝置如下圖。P為燭火至透鏡的距離，q為紙屏上得到最清晰圖像時(shí)，紙屏至透鏡的距離。5將像距固定，採用移動(dòng)蠟燭(物體)和透鏡(相機(jī)鏡頭)間的距23實(shí)驗(yàn)步驟：以點(diǎn)燃的蠟燭為物，蠟燭到凸透鏡中心點(diǎn)的距離為物距，經(jīng)凸透鏡成像，所成的像到凸透鏡中心點(diǎn)的距離為像距。先測(cè)量燭火的長度(物長=3.5cm)，找到與燭火長度相同的物距與像距。固定像距，再分別將物距每次減少或增加5公分測(cè)量所成像的性質(zhì)及測(cè)量像的大小。在物距為24公分和19公分時(shí)，不易找到所成的像，所以沒有紀(jì)錄。

6實(shí)驗(yàn)步驟：24物距p(cm)79746964595449443934292419像距q(cm)54545454545454545454545454物長(cm)3.5像長(cm)4.76.289.4xx正立或倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立xx放大或縮小縮小縮小縮小縮小縮小相等放大放大放大放大放大xx實(shí)像或虛像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像xx實(shí)驗(yàn)結(jié)果：調(diào)整P值測(cè)量相對(duì)應(yīng)的結(jié)果如下表。物距p=像距q=54cm時(shí)，物長=像長=3.5cm，且為倒立、相等、實(shí)像。由此可知兩倍焦距為54cm，則此透鏡的焦距為27cm。物距p=59cm~79cm時(shí)，像長=3cm~2.1cm，像長變化不大(相差在1cm以內(nèi))；且為倒立、縮小、實(shí)像。物距p=49cm~29cm時(shí)，像長=4.3cm~9.4cm，像長變化較大。7物距p(cm)7974696459544944393429結(jié)論25傻瓜相機(jī)的光學(xué)原理就是透鏡成像的巧妙應(yīng)用。利用物距遠(yuǎn)大於焦距時(shí)，物距發(fā)生很大變化，而像距變化很小。且物距越大引起的像距變化越小，這樣就可近似地認(rèn)為像距沒變化，即像的位置幾乎不改變。以往傻瓜相機(jī)使用3.5cm底片，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)物距遠(yuǎn)大於焦距時(shí)，幾乎都可在設(shè)定的焦距(54cm)附近成像，但對(duì)於很近距離的照相(如物距小於50cm)不適用。結(jié)論8傻瓜相機(jī)的光學(xué)原理就是透鏡成像的巧妙應(yīng)用。延伸問題：那麼什麼是變焦傻瓜相機(jī)呢？26不用人為地調(diào)整焦距就能把照片拍攝清楚對(duì)於傻瓜相機(jī)來說非常必要，所以現(xiàn)代的傻瓜相機(jī)大都聲稱具有自動(dòng)調(diào)焦功能，但運(yùn)用不好仍然會(huì)出現(xiàn)焦點(diǎn)不實(shí)的現(xiàn)象。圖片來源：WIKI知識(shí)分享http://wikipps.hk/%e5%82%bb%e7%93%9c%e7%9b%b8%e6%a9%9f/延伸問題：那麼什麼是變焦傻瓜相機(jī)呢？9不用人27變焦=對(duì)焦？變焦=調(diào)焦？調(diào)焦=對(duì)焦？調(diào)焦是根據(jù)不同距離的物體在鏡頭後部清晰成像的位置的不同而改變成像面與透鏡距離來達(dá)到對(duì)焦的，如此可改變圖像的清晰度。變焦是改變鏡頭焦距的屬性。10變焦=對(duì)焦？調(diào)焦是根據(jù)不同距離的物體在鏡頭後部清28研究的問題：如何讓傻瓜相機(jī)的影像變清晰呢？假設(shè)：假設(shè)當(dāng)拍攝物體距離透鏡(物距)不同時(shí)，想要成像清晰，必須移動(dòng)鏡頭與感光元件間的相對(duì)距離(像距)。理由：鏡頭在相機(jī)的成本中佔(zhàn)有很高的比例，那麼要使影像清晰先來對(duì)焦吧！11研究的問題：如何讓傻瓜相機(jī)的影像變清晰呢？29實(shí)驗(yàn)裝置：實(shí)驗(yàn)步驟：分別測(cè)量物距為79公分、74公分，每次減少5公分到29公分，所成像的性質(zhì)及測(cè)量像的大小。在物距為29公分時(shí)，不易找到所成的像，所以沒有紀(jì)錄。

12實(shí)驗(yàn)裝置：30實(shí)驗(yàn)結(jié)果：調(diào)整P值測(cè)量相對(duì)應(yīng)的q值，結(jié)果如下表。

物距p(cm)7974696459544944393429像距q(cm)

(實(shí)驗(yàn)值)4446484951546485102137x像距q(cm)

(理論值)41.0242.5144.3646.749.785460.1469.8887.75131.1391.5物長(cm)66666666666像長(cm)2.733.43.8567911.414x正立或倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立倒立x放大或縮小縮小縮小縮小縮小縮小相等放大放大放大放大x實(shí)像或虛像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像實(shí)像x13實(shí)驗(yàn)結(jié)果：調(diào)整P值測(cè)量相對(duì)應(yīng)的q值，結(jié)果如下表。

物距p311432物距、像距、焦距的關(guān)係可近似用：1/焦距=1/物距+1/像距來表示1/物距0.0130.0140.0140.0160.0170.0190.020.0230.0260.0290.0341/像距(實(shí)驗(yàn)值)0.0230.0220.0210.020.020.0190.0160.0120.010.007x1/像距(理論值)0.0240.0240.0230.0210.020.0190.0170.0140.0110.0080.0031/焦距0.0370.0370.03