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3.7 眼睛与光学仪器
导学目标
1.了解眼睛看见物体的原理，了解近视眼和远视眼的成因及矫正方法。
2.了解照相机的基本原理。
3.认识显微镜和望远镜。
重点难点
重点：1.眼睛的视物原理。
2.照相机的工作原理。
难点：近视眼和远视眼的成因和矫正。
导学过程
【自主学习】
活动一 知识回顾
1.凸透镜对光线起 作用，凹透镜对光线起 作用
2.当u>2f时,成 , , ；
当f当u活动二 眼睛和照相机及其原理
自学教材，完成下列问题
(1)照相机是利用凸透镜能成_________、_________、___________的原理制成的，它的物距________ ，镜头相当于一个_________ ，来自物体的光经镜头后在胶片上成一个________立、________ 的________像。
(2)人的眼睛相当于一架神奇的照相机，__________ 相当于照相机的镜头，__________相当于照相机内的胶片，来自物体的光经________ _成像于__________上，再通过视觉神经把信息传到大脑，产生视觉。
【小结】
照相机与眼睛的工作原理_________（填“是”或“不是”）一致的，如果把照相机比作眼睛，那么照相机的镜头相当于____________，底片相当于____________。
眼睛与传统照相机的比较:
项目 照相机 眼睛
结构 镜头
胶片
调节作用 变焦距
成像性质
活动三 视力的缺陷
远眺时：睫状肌放松，晶状体较薄，焦距较_______（长/短），远处物体射来的光刚好会聚在视网膜上，人便能看清楚远处的物体；近观时：睫状肌收缩，晶状体较厚，焦距较_______（长/短），近处物体射来的光又会聚在视网膜上，人便能看清楚近处的物体。
现在有一个问题需要大家解决：假如我的眼睛的晶状体的调节功能不够理想，也就是晶状体过平或过凸，那又会出现什么问题呢？
活动四 视力的矫正
近视眼和远视眼是因为晶状体过平或过凸造成的，如果眼睛视力有了缺陷，我们应该如何想办法矫正呢？
那么是否可以设计一个实验来验证你们的猜测呢？首先我们应该怎样来模拟眼睛的结构？用 代替晶状体，用 代替视网膜。那么又如何来演示视力的矫正呢？
【小结】
（1）近视眼应戴_______ ，其作用是使光_______ ，使清晰的像相对于晶状体向______移，从而成在视网膜上。
（2）远视眼应戴_______ 。其作用是使光_______ ，使清晰的像相对于晶状体向______移，从而成在视网膜上。
活动五 自学教材，完成下列问题
1.靠近人眼的透镜叫作 镜，靠近物体的透镜叫作 镜。
2.望远镜的作用是使 处的物体在 处成像。（填“远”或“近”）
3.显微镜能将微小的物体经过物镜和目镜 次放大。
【合作探究】
1．（2023 宜昌）小华用弹性膜充水制作了一个水凸透镜，通过注射器注水或抽水改变透镜的厚度，如图是他用其模拟眼睛看物体的实验装置。模拟正常眼睛时，固定透镜，将一个F形光源放在合适的位置后，调节光屏得到清晰的像，下列说法正确的是（　　）
A．此时光源放在透镜2倍焦距以内
B．此时光屏上成倒立放大的实像
C．光源远离透镜时，要将光屏靠近透镜才能再次得到清晰的像
D．模拟近视眼的成因时需要从透镜向外抽水
2．（2024 胶州市一模）雨后天晴的午后，少海上空出现了美丽的彩虹，这是光的 　 　现象。正在少海游玩的小明发现后用照相机对彩虹拍照，彩虹在照相机上成一个 　 　、缩小的实像。小明由于不注意用眼卫生，患上了近视眼，他的晶状体成像光路图应为甲、乙两图中的 　 　，此时他应该佩戴 　 　透镜进行矫正。
3．（2024春 鼓楼区校级期中）小明把自己的近视眼镜和奶奶的老花镜都放在桌面的书上，透过眼镜看到了不同的像，如图甲、乙所示，结合透镜相关知识，他思考以下问题：
（1）图 　 　（选填“甲”或“乙”）是小明的近视眼镜；
（2）小明在桌子上点燃蜡烛，手持图甲所示眼镜在蜡烛和白墙之间移动直到在墙上成清晰的像，位置如图丙所示，这一成像规律可应用于 　 　；若保持蜡烛与白墙间距不变，向 　 　（选填“左”或“右”）移动眼镜可再次成像；
（3）小明在某次操作时发现成像在眼镜和白墙之间，若不改变蜡烛和眼镜的位置，要在白墙上成清晰的像，可在蜡烛和眼镜之间放置一个 　 　。（选填“凸透镜”或“凹透镜”）
当堂检测
1．（2023 长春）在人的眼球中，晶状体和角膜的共同作用相当于一个（　　）
A．平面镜 B．玻璃砖 C．凸透镜 D．凹透镜
2．（2023 仙桃）如图是近视眼及其矫正的光路图，下列说法不正确的是（　　）
A．近视眼的成像原理和小孔成像的原理相同
B．近视眼看远处的物体，像成于视网膜前
C．近视眼用凹透镜矫正
D．为预防近视，读写时眼睛与书本的距离应保持在25cm左右
3．（2023 陕西）如图，是我国自主研制的某新型战斗机上的光电搜索跟踪系统。该系统功能与人眼相似，能为战斗机提供感知外界的“视觉”，系统内置的光电传感器，相当于人眼的视网膜，最外层窗口和传感器之间的光学元件，相当于人眼的晶状体。关于该系统说法不正确的是（　　）
A．该系统的光学元件相当于一个凸透镜
B．该系统在光电传感器上成的是倒立、放大的实像
C．周围景物通过该系统成像时，景物到镜头的距离大于镜头的2倍焦距
D．该系统的成像原理与照相机的成像原理相同
4．（2024 黄岛区一模）如图是科技兴趣小组用手机、透镜和纸箱自制的简易投影仪，它能将手机上的画面放大投影到白墙上。下列说法正确的是（　　）
A．制作简易投影仪的透镜是凹透镜
B．手机到透镜的距离应大于透镜的二倍焦距
C．墙上呈现的是手机画面正立、放大的虚像
D．要使像变大，应减小手机与透镜间的距离
5．（2024春 秦都区校级月考）显微镜和天文望远镜都是科学观察工具，它们在各自的领域中揭示了自然界的不同层面，推动了人类对世界认知的不断深入。如图所示为实验室用显微镜和天文望远镜，关于图中两种仪器下列说法错误的是（　　）
A．显微镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立放大的实像
B．天文望远镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立缩小的实像
C．显微镜的目镜相当于凸透镜，物镜相当于凹透镜
D．天文望远镜的目镜和物镜都相当于凸透镜
6．（2024 文昌模拟）如图所示，据晋代张华的《博物志》记载，我国古代就把冰块制成透镜，利用透镜可以将物体点燃是因为其对光有 　 　作用。此类透镜应用非常广泛，用它制作的眼镜片可以用来矫正 　 　视眼。
7．（2024 金牛区模拟）2023年6月6日是全国“爱眼日”，班级开展了主题为“关注普遍的眼健康”的活动。小明同学认识到由于长期没有注意健康用眼，以至他戴上了近视眼镜；不戴眼镜时，远方物体在他眼中成像会在视网膜 　 　方，矫正近视眼应佩戴 　 　透镜（选填“凹”或“凸”）。
8．（2024 武侯区模拟）每年6月6日是全国“爱眼日”，眼睛是心灵的窗户，我们应该保护好自己的眼睛。与视力正常的眼睛相比，近视眼的晶状体更 　 　；老年人易患远视眼，看不清近处物体，看近处物体时，物体成像在视网膜的 　 　面。
9．（2024 贵溪市一模）如图所示，是小明在显微镜下观察到的洋葱表皮细胞。显微镜的目镜是一个 　 　镜，装有洋葱表皮的玻片到显微镜物镜的距离u与其焦距f之间的关系是 　 　。
10．（2024 松江区二模）小明发现自己戴的近视眼镜的镜片是一块凹透镜，于是他查阅相关资料得知：①物体通过凹透镜成缩小的像，且物距越大、像距越大、像越小；②同一物体，物距相同时，通过焦距越小的凹透镜，所成的像越小；③近视眼镜的镜片度数与其焦距的关系如表：
焦距（米） 镜片度数
2 50
1 100
0.5 200
0.2 500
（1）分析表格数据中近视眼镜的镜片度数与其焦距的数量关系，可得结论：　 　。
（2）小明将近视眼镜逐渐靠近纸上文字时，看到的文字大小将逐渐 　 　（选填“增大”或“减小”）。
（3）小明分别将A、B两副不同度数的近视眼镜，放置在书籍前相同位置，通过镜片观察到不同的像，如图（a）、（b）所示，请判断哪副眼镜的镜片度数较高，并说明理由：　 　。
11．（2022秋 许昌期末）如图在“自制水滴显微镜”的实验中。
（1）应使红箭头、小水滴、凸透镜在同一竖直直线上，且始终保持凸透镜是水平的，眼睛离凸透镜不要太近。
（2）图中的水滴相当于凸透镜，透过它应该能看到一个　 　（选填“正立”或“倒立”）、　 　（选填“放大”或“缩小”）的箭头，人眼通过显微镜观察红色箭头时看到的是　 　像（选填“实”或“虚”）。
（3）若要使看到的像更大，应该适当　 　（选填“增大”或“减小”）水滴与箭头的距离，并调整凸透镜的位置。
12．（2023 杨浦区三模）如图甲所示，眼球中晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏，晶状体与视网膜间距是不变的，一般情况下人能看清远近不同的物体。小明为了探究人眼成像原理，制作了一个口径不变的“注水凸透镜”，通过注水或抽水改变凸透镜的厚度，来模拟眼睛中晶状体的变化。实验装置如图乙（a）所示，在透镜的两侧摆放点燃的蜡烛和光屏，在光屏中央能看到清晰的像。将蜡烛移至离透镜较近或较远位置时，小明发现光屏上的像模糊了，他一边注入或抽出水，一边观察光屏上像直到最清晰为止，实验过程和现象如图乙（b）（c）所示。（u3＞u1＞u2＞v）
①分析比较图乙（a）（b）（c）现象中物距与像距的大小关系，可得初步结论：当凸透镜成倒立缩小的实像时，　 　。
②分析比较图乙（a）（b）（c）现象中“注水凸透镜”厚度变化与物距关系，可得初步结论：凸透镜成清晰实像时，像距相同，　 　。
③根据上述信息，试分析人看远处物体和看近处物体时晶状体厚度情况。 　 　。
参考答案及解析
【自主学习】
活动一 知识回顾
1.会聚 发散
2.倒立 缩小 实像
倒立 放大 实像
正立 放大 虚像
活动二 眼睛和照相机及其原理
自学教材，完成下列问题
（1）倒立 缩小 实像 大于2f 倒立 缩小 实
(2)晶状体 视网膜 晶状体 视网膜
【小结】
是 晶状体 视网膜
眼睛与传统照相机的比较:
项目 照相机 眼睛
结构 晶状体
视网膜
调节作用 变物距
成像性质 U>2f，成倒立缩小的实像 U>2f，成倒立缩小的实像
活动三 视力的缺陷
长 短
现在有一个问题需要大家解决：假如我的眼睛的晶状体的调节功能不够理想，也就是晶状体过平或过凸，那又会出现什么问题呢？
晶状体过平，像成在视网膜后方；过凸，像成在视网膜前方
活动四 视力的矫正
利用凸透镜或者凹透镜矫正
凸透镜 光屏 用水透镜及凸透镜和凹透镜演示视力的矫正
【小结】
（1）凹透镜 发散 后
（2）凸透镜 会聚 前
活动五 自学教材，完成下列问题
1.目 物
2.远 近
3.2
【合作探究】
1．【解析】AB、人的眼睛相当于一架照相机，成的是倒立、缩小的实像；根据图示可知，此时的像是倒立、缩小的实像，此时光源在二倍焦距之外，故AB错误；
C、光源远离透镜时，物距变大，像距变小，要将光屏靠近透镜才能再次得到清晰的像，故C正确；
D、近视眼的成因是像成在了视网膜的前方，此时会聚能力变强，所以应该向透镜内注水，故D错误。
【答案】C。
2．【解析】雨过天晴，天空出现了美丽的彩虹，这是由于太阳光照到空气中的小水滴上，被分解为绚丽的七色光，即光的色散。
拿出手机对彩虹拍照，物体在凸透镜二倍焦距以外，成倒立、缩小的实像，
不注意用眼卫生，患上近视是因为晶状体变厚，对光线的会聚能力增强，像成在视网膜的前方，形成了近视眼，图乙是近视眼成像光路图，要矫正近视眼需要使光线发散一些，由于凹透镜对光线有发散作用，故用凹透镜来矫正。
【答案】色散；倒立；乙；凹。
3．【解析】（1）小明把自己的近视眼镜和同学晓宇的眼镜都放在桌面的书上，通过甲透镜，书上的字变大了，说明甲是凸透镜，通过乙透镜书上的字变大小，说明乙是凹透镜，凹透镜对光线有发散作用，可以矫正近视眼，所以乙是小明的近视眼镜；
（2）由图丙可知，物距小于像距，可以成倒立、放大的实像，其应用是投影仪；
若保持蜡烛与白墙间距不变，向右移动眼镜，当物距等于原来的像距，像距大于一倍焦距小于二倍焦距时，等于原来的物距，成倒立缩小实像；
（3）小明将图中另一副眼镜放置在蜡烛和眼镜之间，凹透镜对光线有发散作用，使会聚的光线推迟会聚，若不改变蜡烛和眼镜的位置，要在白墙上成清晰的像，可在蜡烛和眼镜之间放置一个凹透镜。
【答案】（1）乙；（2）投影仪；右；（3）凹透镜。
【当堂检测】
1．【解析】人眼的晶状体和角膜相当于凸透镜，视网膜相当于光屏，外界物体在视网膜上成倒立缩小的实像，故ABD错误，C正确。
【答案】C。
2．【解析】A、近视眼的成像原理是光的折射，小孔成像的原理是光的直线传播，原理不同，故A错误；
BC、近视眼是因为晶状体太厚折光能力太强，或者眼球前后半径太长，使远处物体的像落在视网膜前，看不清远处的物体，需要配戴凹透镜进行矫正，故BC正确；
D、正常人眼的明视距离是25厘米，为预防近视，读写时眼睛与书本的距离应保持在25cm左右，故D正确。
【答案】A。
3．【解析】A、该系统的光学元件相当于一个凸透镜，故A正确；
B、系统功能与人眼相似，成的是倒立、缩小的实像，故B错误；
C、周围景物通过该系统成像时，景物到镜头的距离大于镜头的2倍焦距，故C正确；
D、该系统的成像原理与照相机的成像原理相同，故D正确。
【答案】B。
4．【解析】A、投影仪的透镜为凸透镜，故A错误；
B、投影仪成像规律是物距处于一倍焦距和二倍焦距之间，像距大于二倍焦距，所以手机到透镜的距离为一倍焦距和二倍焦距之间，故B错误；
C、投影仪成倒立、放大的实像，故C错误；
D、根据凸透镜成像规律“物近像远，像变大”，所以要使像变大，需要减小手机到透镜间的距离，故D正确。
【答案】D。
5．【解析】AC、显微镜的目镜和物镜都是凸透镜，目镜相当于放大镜，成正立的放大的虚像，物镜相当于投影仪，成倒立的放大的实像，故A正确，C不正确；
BD、天文望远镜的目镜和物镜都是由凸透镜组成，目镜相当于放大镜，成正立的放大的虚像，物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，故B、D正确；
【答案】C。
6．【解析】由于凸透镜对光有会聚作用，可以把冰块削成凸透镜，把太阳光会聚在焦点上，就可以点燃物体。
远处物体通过人眼所成的像成在视网膜的后方，为远视眼。为了使像成在视网膜上，需要佩戴对光线具有会聚作用的凸透镜。
【答案】会聚；远。
7．【解析】与视力正常的眼睛相比，近视眼的晶状体，对光线的会聚能力较强，使像成在视网膜的前方，要想看清远处的物体，让光线发散一些，使用凹透镜进行矫正，使像成在视网膜上。
【答案】前；凹。
8．【解析】与视力正常的眼睛相比，近视眼的晶状体更厚，折光能力更强；
老年人易患远视眼，看不清近处物体，看近处物体时，眼球晶状体的曲度过小，光线通过晶状体折射后形成的像，就会落在视网膜的后方造成远视眼。
【答案】厚；后。
9．【解析】（1）显微镜的两个镜头都装有凸透镜，故显微镜的目镜是一个凸透镜；
（2）显微镜的物镜成倒立、放大的实像，相当于投影仪，故物距在一倍焦和二倍焦距以内，即装有洋葱表皮的玻片到显微镜物镜的距离u与其焦距f应该满足：f＜u＜2f。
【答案】凸透；f＜u＜2f。
10．【解析】（1）根据表格中数据，眼镜的度数变大，透镜的焦距变小，且二者的乘积均等于100，即Df＝100，为定值，则D100；
（2）近视眼镜是凹透镜，凹透镜对光线有发散作用，使原来会聚成像的光线推迟会聚，将近视眼镜逐渐靠近纸上文字时，看到的文字大小将逐渐增大；
（3）分别将近视眼镜A、B放置在书籍前相同位置，由图可知通过眼镜B所成的像较小，则根据题意可知其焦距较小，由D100可知眼镜B的镜片度数较高。
【答案】（1）D100；（2）增大；（3）B；相同条件下通过眼镜B所成的像较小，说明其焦距较小，由D100可知该眼镜的镜片度数较高。
11．【解析】（2）由图可知，凸透镜在上面，应该是目镜；水滴靠近物体，应该是物镜，成的是倒立、放大的实像；凸透镜相当于一个放大镜，成的是一个正立、放大的虚像；所以人眼通过显微镜看到的红色箭头是虚像；
（3）若要使看到的像更大，则像距变大，物距减小，应该适当减小水滴与箭头的距离，并调整凸透镜的位置。
【答案】（2）倒立；放大；虚；（3）减小。
12．【解析】①分析比较图乙（a）（b）（c）现象中物距与像距都有一个共同之处，那就是物距都大于像距，而像的性质都是倒立缩小的实像；
②已知（u3＞u1＞u2＞v），则凸透镜成清晰实像时，像距相同，物距越大，像越小。
③根据上述信息，我们看远处物体时，通过睫状体改变晶状体的形状，当睫状体放松时，晶状体变薄，远处物体射来的光线刚好落在视网膜上，相当于抽出水；
我们看近处物体时，通过睫状体改变晶状体的形状，当睫状体收缩时，晶状体变厚，近处物体射来的光线刚好落在视网膜上，相当于注入水，
因此我们看物体是通过睫状体的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，改变晶状体的焦距，使不同远近的物体都能在像距相同的视网膜上生成清晰的倒立实像。
【答案】①物距大于像距；②物距越大，像越小；③通过睫状体的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，改变晶状体的焦距，使不同远近的物体都能在像距相同的视网膜上生成清晰的倒立实像。
我的收获

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