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第五章　透镜及其应用
一级主题 内容要求 情境素材
运动和 相互作用 声和光 1.了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。 2.了解凸透镜成像的规律。 3.了解凸透镜成像规律的应用 1.了解凸透镜成像规律在放大镜、照相机中的应用。
2.了解人眼成像的原理,了解近视眼和远视眼的成因与矫正方法。具有保护视力的意识
实验探究 探究类学生必做实验 探究凸透镜成像的规律 一、透镜
种类 凸透镜 凹透镜 概念 中间　 　,边缘　 　的透镜 中间　 　,边缘　 　的透镜 对光的作用 　 　作用 　 　作用 主光轴 通过两个球面　 　的直线叫主光轴,简称主轴 光心 主轴上有个特殊的点,通过这个点的光传播方向　 　,这个点叫透镜的光心 焦点 平行于主光轴的光线,经过凸透镜后会聚在主光轴上的一点,这个点叫做凸透镜的焦点,用字母F表示 平行于主光轴的光线经凹透镜发散后,其反向延长线的交点叫做凹透镜的焦点,用字母F表示
焦距 焦点到　 　的距离叫焦距,用字母f表示 厚
薄
薄
厚
会聚
发散
球心
不变
透镜光心
几条特 殊光线 (1)过光心的光线传播方向不变。 (2)平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过　 。 (3)过焦点的光线经凸透镜折射后 　 　射出
(1)过光心的光线传播方向　 　。
(2)平行于主光轴的光线经凹透镜折射后其反向延长线过焦点。
(3)射向对侧焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴射出
焦点　
平行于主光轴
不变
注意:会聚光线和发散光线
(1)会聚光线不一定相交,只是相对于入射光线更靠近主光轴。
(2)发散光线不一定发散,可能会相交于一点,只是相对于入射光线更远离主光轴。
1.让透镜正对太阳光,如图所示,此透镜是　 　透镜,对光有　 　作用;若最小最亮的光斑到透镜的距离为10 cm,则该透镜的焦距为　 　cm
凸
会聚
10
二、凸透镜成像的规律及应用
1.凸透镜成像的规律及应用
倒立、缩小
物距(u) 像距(v) 像的性质 像物 位置 应用
u>2f fu=2f v=2f 的 像 异侧 测焦距
f2f 的 像 异侧 .
u=f 平行光,不成像 uu 的 像 同侧 .
实
照相机
倒立、等大
实
倒立、放大
实
投影仪
正立、放大
虚
放大镜
2.实像与虚像
名称 实像 虚像
不同点 概念 实际光线的交点 实际光线反向延长线的交点
倒立或正立 　 　立 　 　立
能否被光屏承接 　 　
实例 小孔成像、照相机、幻灯机、投影仪成像 平面镜成像、放大镜成像
相同点 不管是实像还是虚像,都能用眼睛看到,都能用照相机拍成照片 倒
正
能
不能
注意:透镜成像特点
一焦分虚实,二焦分大小;实像异侧倒,物远像变小;虚像同侧立,物远像变大;像大像距大,像小像 距小。
3.显微镜和望远镜
目镜和物镜:靠近　 　的透镜叫做目镜,靠近　 　的透镜叫做物镜。
眼睛
被观察物体
应用 物距 像的特点
显微镜 物镜:f目镜:u望远镜 物镜:u>2f 　 　立、　 　的实像
目镜:u倒
正
放大
倒
缩小
正
放大
2.如图所示是照相机的成像原理。当　 时,成　 　像。摄影师拍照时,如果胶片上的像太大,可使照相机　 　景物,　 　物距,同时镜头向后缩,　 　像距
3.如图所示是凸透镜成虚像的情景,要使看到的像大一些,应使蜡烛　 　(选填“靠近”或“远离”)凸透镜一些,所成的像　 　(选填“能”或“不能”)呈现在光屏上,利用此成像特点可制成　 　
4.(1)蜡烛到凸透镜的距离称为　 　(u),光屏到凸透镜的距离称为　 (v);
(2)实验时,蜡烛的烛焰、凸透镜的中心和光屏中心要在　 ,这是保证像呈现在光屏中心的条件
5.望远镜的物镜和目镜都是　 　透镜,物镜相当于　 　,其作用是使远处的物体在焦点附近成　 　的实像,目镜相当于　 ,其作用是把这个像放大
u>2f　
倒立缩小的实
远离
增大
减小
远离
不能
放大镜
物距
像距　
同一高度　
凸
照相机
缩小
放大镜　
三、眼睛和眼镜
1.眼睛的成像原理:眼球好像一架　 　,晶状体和角膜的共同作用相当于一个　 　,来自物体的光在视网膜上成　 　、缩小的实像。
2.视力及矫正
照相机
分类 近视眼 远视眼
形成原因 晶状体太　 　,折光能力太　 　 晶状体太　 　,折光能力太　 　
成像结果 远处物体的像成在视网膜的　 　方 近处物体的像成在视网膜的　 　方
形成原理图
矫正图
矫正原理 凹透镜使光线发散 凸透镜使光线会聚
凸透镜
倒立
厚
强
薄
弱
前
后
注意:眼睛感知物体大小,与物体形成的视角有关,视角越大,在视网膜上所成的像就越大;视角的大小与物体的大小及距离物体的远近有关。
6.如图甲所示,远处物体的像成在视网膜的　 　面,是由于晶状体太　 　,折光能力太　 　,造成　 　视眼,需要戴
　 　透镜矫正;如图乙所示,近处物体的像成在视网膜的
　 　面,由于晶状体太　 　,折光能力太　　,造成　 　视眼,需要戴　 　透镜矫正
前
厚
强
近
凹
后
薄
弱
远
凸
考点一　利用透镜对光的作用作图
[典例1] (2022恩施州)请在图中完成光路图。
思路点拨:
(1)
(2)
答案:如图所示
易错点1:有些同学混淆光心和焦点,误把过光心的光线理解成过焦点的光线,导致把过光心的入射光线对应的折射光线画错。
易错点2:有些同学把入射光线和折射光线混淆,导致在画过焦点的折射光线对应的入射光线时箭头标错。
[变式1] (2022黔东南)如图所示,请分别画出AB的入射光线和CO的折射光线。
答案:如图所示
由光路判定光学元件的一般方法
连接光路图
→
判断反射还是折射
→
确定会聚或发散
→
判定所填光学元件
考点二　凸透镜成像规律的应用
[典例2](2021常德)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,当点燃的蜡烛、凸透镜及光屏处于如图所示的位置时,在光屏上得到烛焰清晰的像。下列说法正确的是(　 　)
A.该凸透镜的焦距范围为7.5 cmB.光屏上成倒立、放大的实像
C.透镜不动,蜡烛向右移动,光屏向左移动,可再次得到清晰的像
D.蜡烛和光屏不动,移动凸透镜到适当位置,光屏上可再次得到清晰的缩小的像
A
思路点拨:
[变式2-1] (2022潍坊二模)在进行“探究凸透镜成像的规律”的实验时,某小组测量出物距u和像距v的数据,并绘制成如图所示的图象,下列说法正确的是(　 　)
A.该凸透镜的焦距f=20 cm
B.当物距u=30 cm时,成倒立、放大的实像,投影仪利用了这条规律
C.当物距u=15 cm时,成倒立、缩小的实像,照相机利用了这条规律
D.物体从距凸透镜30 cm处向距凸透镜15 cm处移动过程中,所成的像会变大
D
[变式2-2] (2022山西)如图所示是创新小组的同学们自制的照相机。在较暗的教室内,让凸透镜对着明亮的室外,拉动纸筒,在半透明膜上可看到室外实验楼清晰的像,若想在半透明膜上看到实验楼更大且清晰的像,下列做法正确的是(　 　)
A.相机向前移,纸筒向前伸
B.相机向后移,纸筒向后缩
C.相机不移动,纸筒向后缩
D.相机和纸筒的位置均不变
A
凸透镜成像规律
考点三　视力的缺陷及矫正
[典例3] (2022自贡)现代生活,智能手机给人们带来了许多便利,但长时间盯着手机屏幕,容易导致视力下降。如图所示,关于近视眼及其矫正的原理图正确的是(　 　)
B
① ② ③ ④
A.①③　 B.②④　 C.①④　 D.②③
易错点:分不清近视眼和远视眼的矫正,认为近视眼用凸透镜矫正,远视眼用凹透镜矫正。
[变式3] (2022遂宁)小陈发现爷爷看书时将书拿得很远,根据所学知识想到人的眼睛与　 　(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)的成像原理相同,爷爷眼睛的问题是因为晶状体太薄造成的　 　(选填“近”或“远”)视眼。于是他建议父母带爷爷到眼镜店选配一副由　 　透镜制成的老花镜。
照相机
远
凸
实验　探究凸透镜成像的规律
1.实验时,蜡烛的烛焰、凸透镜的中心和光屏中心要在　 　,使像成在光屏的正中央。
2.用平行光垂直照射凸透镜,在凸透镜的另一侧用光屏承接到最小最亮的光斑,光斑到凸透镜光心的距离即为　 　。
3.光屏承接不到像的可能原因:①烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在　 　高度;②蜡烛在　 　处不成像;③蜡烛在　 　之内成虚像,用光屏承接不到;④蜡烛到光屏的距离太短(光具座太短)。
同一高度
焦距
同一水平
一倍焦距
一倍焦距
4.判断成像特点:根据物距与焦距的关系判断或根据物距和像距的关系判断。
5.用纸板遮住凸透镜的一部分,光屏上的像会变　 　,但像仍然　 　。
6.光屏移动方向的判断:成实像时,若蜡烛靠近凸透镜,则光屏　 　凸透镜;若蜡烛远离凸透镜,则光屏　 　凸透镜,即成实像时有“物近像远”的特点。
7.如果烛焰的像成在光屏的上方,其原因可能是烛焰太低或凸透镜太高或光屏太低,对应三种调整方法:①将蜡烛向　 　移动;②将凸透镜向　 　移动;③将光屏向　 　移动。
8.蜡烛位于一倍焦距之内时眼睛观察像的位置:应在　 　一侧,透过凸透镜观察到蜡烛正立、放大的虚像。
9.验证光路的可逆性:将蜡烛与光屏互换位置后,光屏上仍能成　 　的像。
10.模拟人眼观察远近不同的物体:看远处物体时,应换用较　 　的凸透镜;看近处物体时,应换用较　 　的凸透镜。
暗
完整
远离
靠近
上
下
上
光屏
清晰
薄
厚
11.若在物体和凸透镜之间加一个透镜:①加近视镜(或凹透镜)时,像距变　 　,像变　 　;②加远视镜(或凸透镜)时,像距变　 　,像变　 　。
12.物、像移动距离的比较:当u>2f时,物体移动的距离　 　像移动的距离;当f13.用发光二极管代替蜡烛的优点:所成的像稳定,并容易对比像与物的　 　关系。
14.实验结论:①成实像时(u>f),物距减小,像距　 　,像变　 　;物距增大,像距　 　,像变　 　。
②成虚像时(u大
大
小
小
大于
小于
大小
增大
大
减小
小
虚
[例题] 某实验小组进行“探究凸透镜成像规律”的实验。
[基础练]
(1)由图甲可知,该凸透镜的焦距是　 cm。
(2)实验时凸透镜与光屏的高度已调好,但烛焰在光屏上像的位置偏高,说明此时烛焰处于透镜主光轴的　 　(选填“上”或“下”)方;要调整凸透镜、光屏和烛焰的高度,使它们的中心在同一高度,目的是　 　,调整后,光屏上恰好得到倒立、等大的像,此时光屏和蜡烛之间的距离是　 cm。
(3)如图乙所示,此时人眼应该在　 (选填“A”“B”或“C”)处才能观察到蜡烛的像。
10.0　
下
使像成在光屏的中央
40　
B　
(4)接着该小组同学调节装置如图丙所示,发现光屏上得到一个倒立、　 　(选填“放大”“缩小”或“等大”)的清晰实像,生活中的　 (选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这样的成像原理。
(5)保持图丙中凸透镜位置不变,当向左移动蜡烛时,应该向　 　(选填“左”或“右”)移动光屏,才能再次得到清晰的像。
(6)实验中,燃烧的蜡烛在不断变短,光屏上的像会　 　(选填“向上”或“向下”)移动,为了使烛焰的像能成在光屏中央,在不更换实验器材的情况下,请写出一种可行的办法:　 _
　。
(7)如图丙所示,将蜡烛和光屏位置互换以后,光屏上　 (选填“能”或“不能”)成清晰的像。
放大
投影仪　
左
向上
将凸透镜位
置下调
能
[拓展练]
(8)光屏上得到烛焰清晰的像时,小明不小心用手指尖触摸到凸透镜,此时光屏上　 　。
A.会有指尖的像
B.会出现指尖的影子
C.烛焰的像暗了一些
(9)当光屏上出现蜡烛清晰的像时,如果用遮光板尽可能靠近烛焰,并挡住烛焰的上半部分,我们观察光屏时,将会在光屏上看到　 　。
A.蜡烛像的下半部分
B.蜡烛像的上半部分
C.蜡烛完整的像,像的亮度变暗
D.蜡烛完整的像,像的亮度不变
C
A
(10)撤去蜡烛,调节光屏,发现在光屏上出现了窗外远处彩灯的像,则此时光屏与凸透镜的距离在
　 。
A.一倍焦距以内
B.一倍到二倍焦距之间
C.二倍焦距以外
(11)透镜位置不变,若将印有字母“F”的纸片放在离凸透镜8 cm的地方,我们能看到的像是下图中　 　(请填序号)。
B　
A
(12)如图丁所示,在烛焰和凸透镜之间放一副眼镜,发现光屏上原来清晰的像变模糊了,将光屏远离透镜适当距离后,光屏上再次呈现清晰的像,则该眼镜是　 　(选填“近视”或“远视”)眼镜。
(13)如图丙所示,保持蜡烛和透镜的位置不变,换用一个焦距　 　(选填“小一些”或“大一些”)的凸透镜,向右适当移动光屏,会在屏上再次得到清晰的像。
近视
大一些
1.(2022长沙)我国出土的文物“水晶饼”为中部鼓起的透明圆饼,古籍记载“正午向日,以艾承 之,即火燃”。关于“水晶饼”利用太阳光生火,下列说法正确的是(　 　)
A.这是光的反射现象
B.这是光的色散现象
C.“水晶饼”对光有会聚作用
D.“水晶饼”对光有发散作用
C
2.(2022北京)小京通过焦距为10 cm的凸透镜看到了提示牌上“关灯”两字放大的像,如图所示。下列说法正确的是(　 　)
A.“关灯”两字放大的像是实像
B.提示牌上“关灯”两字在凸透镜的焦点上
C.提示牌上“关灯”两字到凸透镜的距离小于10 cm
D.提示牌上“关灯”两字到凸透镜的距离大于20 cm
C
3.(2022枣庄)在“探究凸透镜成像的规律”的实验中,蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示,这时烛焰在光屏上能成等大清晰的像。下列关于本实验的说法正确的是(　 　)
A.凸透镜的焦距是20.0 cm
B.把蜡烛移至10 cm刻度线处,凸透镜不动,移动光屏,能在光屏上得到清晰的像
C.把蜡烛移至32 cm处刻度线,凸透镜不动,移动光屏,能在光屏上得到清晰的像,这与照相机的成像原理相同
D.把蜡烛移至45 cm刻度线处,凸透镜不动,移动光屏,会再次在光屏上得到清晰的像
B
4.(2022绍兴)如图所示,小敏在家中做凸透镜成像实验,墙上出现一个倒立缩小清晰的像。下列说法正确的是(　 　)
A.墙上所成的烛焰像是虚像
B.手和透镜的影子是光的反射形成的
C.若透镜不动,蜡烛远离透镜,手和透镜的影子大小不变
D.若蜡烛不动,透镜靠近蜡烛,能再次呈现清晰的烛焰像
5.(2022贺州)如图所示的四个透镜,属于凸透镜的有　 　,属于凹透镜的有　 　。(均填序号)
D
① ② ③ ④
②③
①④
6.(2020黑龙江)如图所示,下列有关眼睛的示意图中,远视眼是图　　,远视眼矫正是图　 　。
丁
甲 乙 丙 丁
乙
7.(2021益阳)如图所示,把一支铅笔紧靠装满水的玻璃瓶一侧,透过玻璃瓶可以看到铅笔的像是
　 　(选填“放大的”“等大的”或“缩小的”),列举一个生活中与它成像性质相同的应用:
　 　。
放大的
放大镜
8.(2022毕节)如图所示,凸透镜与凹透镜的一个焦点重合,请根据入射光线,画出相应的折射光线。
答案:如图所示
9.(2022辽宁)大威利用光具座、蜡烛、光屏和直径相同、焦距不同的两个同种材料制成的凸透镜A(焦距未知)、B(焦距为20 cm)等器材探究“凸透镜成像规律”。
(1)将蜡烛、凸透镜A、光屏依次安装在光具座上,点燃蜡烛后发现烛焰的像成在光屏上方。此时应向　 　调节蜡烛,使烛焰的像成在光屏中央。
(2)正确调节后,蜡烛、凸透镜A、光屏的位置如图所示。此时光屏上成倒立、等大的像,凸透镜A的焦距为　 　cm。
(3)凸透镜A固定不动,将蜡烛移动到　 　(选填“35”“25”或“15”)cm刻度线处,移动光屏,直到光屏上出现清晰的倒立、缩小的像。生活中的　 　(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是根据这个原理制成的。
上
10.0
15
照相机
(4)在(3)的基础上,保持凸透镜A位置不动,将蜡烛和光屏的位置对调,发现光屏上成倒立、　　 的实像。
(5)为了模拟眼睛看清远近不同的物体时,晶状体形状的变化情况,他应选用凸透镜　 　(选填“A”或“B”)来模拟眼睛看远处时的晶状体。
放大
B

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