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第五章 透镜及其应用
第一节 透镜
凸透镜和凹透镜
透镜是利用光的折射原理制成的光学元件，由透明物质制成。
透镜的分类：凸透镜和凹透镜
凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜
凹透镜：中间薄、边缘厚的透镜
5、判断凸透镜和凹透镜的方法：
（1）摸厚度：中间厚、边缘薄是凸透镜；中间薄、边缘厚是凹透镜。
（2）正对太阳光：能得到最小最亮的点的是凸透镜；出现暗圈的是凹透镜。
（3）通过透镜看字：若放大是凸透镜，若缩小是凹透镜；
6.透镜的两个表面至少一个是球面的一部分。
7.薄透镜：透镜厚度远小于球面的半径，叫做薄透镜，现在所学的凸透镜和凹透镜都是薄透镜。
透镜的四个概念
1.主光轴：通过两个球面球心的直线叫主光轴，每个透镜都有一条主光轴，如图所示。
2.光心：主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不改变，这个点叫做透镜的光心，如图所示，用字母“O”表示，可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。
3.焦点：
（1）凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这一点叫凸透镜的焦点。
（2）凹透镜能使跟主光轴平行的光线通过凹透镜后变得发散，且这些发散光线的反向延长线叫在主光轴上一点，叫作凹透镜的焦点，这一点不是实际光线的会聚点，所以也叫凹透镜的虚焦点。
（3）透镜两侧各有一个焦点，且对称，用字母“F”表示。
4.焦距：焦点到透镜光心的距离叫焦距，透镜两侧焦距相等，用字母“f”表示。
5.厚度与焦距：同种透镜，透镜越厚，透镜的焦距越小，透镜对光的会聚（发散）作用越强。
6.经过透镜的光是折射光，是光的折射现象，光经过透镜发生两次折射。
透镜对光的作用
1.凸透镜：凸透镜对光有会聚作用，凸透镜又叫做会聚透镜。
2.会聚作用：折射光比原入射光的延长线更靠近主光轴。
3.凹透镜：凹透镜对光有发散作用，凹透镜又叫做发散透镜。
4.发散作用：折射光比原入射光的延长线更远离主光轴。
判断透镜“会聚”“发散”作用的简单方法是将原光线延长，若通过透镜后的光线相对于原光线的延长线向主光轴偏折，即会聚；向外偏折，即发散。
6.拓展：（1）会聚作用与会聚光线是不同的，会聚光线指的是能够会聚成一点的光线，凸透镜对所有光都起会聚作用，但会聚后的光线不一定相交。而且会聚作用是作用，会聚光线是光线也不同。
（2）发散作用与发散光线是不同的，发散光线指的是反向延长线能够相交与一点的光线，凹透镜对所有光都起发散作用，但发散后的光线不一定都散开。而且发散作用是作用，发散光线是光线也不同。
透镜的三条特殊光（记）
凸透镜 凹透镜
1.过心不变 过光心的光线传播方向不变
2.平行过焦 平行于主光轴的光线经过透镜后过焦点 平行于主光轴的光线过透镜后反向延长线过焦点
3.过焦平行 过焦点的光线过透镜后平行于主光轴 延长线过焦点的光线经过透镜后平行于主光轴
第二节 生活中的透镜
照相机
1、主要构造
（1）镜头：相当于凸透镜。
（2）胶片：相当于光屏。
（3）调节控制系统：
①取景窗：观察所拍景物；
②光圈环：控制进入镜头的光的多少；
③快门：控制曝光时间。
④调焦环：调节镜头到胶片间的距离，即像距。
2、照相机成像特点
①照相机成倒立、缩小的实像。
②像距小于物距。
③像与物位于凸透镜的异侧。
3、照相机成像原理
原理：照相机是利用凸透镜能成倒立、缩小的实像的原理工作的。照相机的镜头相当于一个凸透镜，胶卷相当于光屏。
4、照相机的使用：若想使拍摄景物的像大一些，应使相机靠近物体，同时使镜头远离胶片。
投影仪
1、主要构造
投影仪的镜头相当于一个凸透镜，屏幕相当于光屏。
（1）镜头：凸透镜，起成像作用。
（2）投影片：投影片上有文字或图案，相当于用来成像的物体。
（3）螺纹透镜：相当于凸透镜，其作用是会聚光，用来增加投影片的亮度。
（4）光源：一般采用碘钨灯，用来照亮投影片。
（5）凹面镜：利用其对光的会聚作用，光源位于凹面镜焦点，光线经凹面镜反射，使照在投影片上的光增强。
（6）平面镜：改变光路（改变光的传播方向），使射向天花板的光能在屏幕上成像。
2、投影仪成像特点及原理
（1）投影仪成像特点：
①投影仪（或幻灯机）成倒立、放大的实像。
②像距大于物距。
③像与物位于凸透镜的异侧。
原理：投影仪、幻灯机的原理是利用凸透镜能成倒立、放大的实像。
放大镜
1、放大镜成像特点及原理
（1）放大镜成像特点：
①放大镜成正立、放大的虚像。
②像与物体位于凸透镜的同侧。
（2）原理：放大镜的原理是利用凸透镜能使物体成正立、放大的虚像。
2、放大镜的使用：让放大镜与物体之间的距离适当增大些，观察到像变大一些；
3、照相机、投影仪和放大镜的成像比较
第三节 凸透镜成像规律
焦距、物距、像距
1.物距u：物体到凸透镜光心的距离；
2.像距v：像到凸透镜光心的距离；
3.焦距 f：焦点到凸透镜光心的距离。
实验：探究凸透镜成像的规律
1、实验器材：蜡烛、凸透镜、光屏、火柴、光具座
2、凸透镜成像规律表格
凸透镜成像规律（静态）（三个区间和两个特殊点）
类型 物距u 像的性质 应用举例
倒立或正立 放大或缩小 实像或虚像 同侧或异侧 像距v与焦距f的关系 像距v与物距u的关系
区间 u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 f特殊点 u=2f 倒立 等大 实像 异侧 u=2f v=u 测焦距
区间 f2f v>u 投影仪
特殊点 u=f 不成像，光经过凸透镜成平行光源 测焦距
区间 uu 放大镜
3.凸透镜成像特点口诀：
①一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小。
②物近焦点像远大；或实像时，物近像远像变大；虚像时，物远像远像变大。
③实像倒立并异侧，虚像正立且同侧。
说明：（1）一倍焦距分虚实：u＝f是成实像和虚像、正立像和倒立像以及像物同侧和异侧的分界点。
（2） 二倍焦距分大小：u＝2f是像放大和缩小的分界点。成像特点：倒立、等大的实像。
（3）“物近焦点像远大”：物体越靠近焦点，像距越大，同时像也越大。
①凸透镜成实像时，“物近像远像变大” 物体离凸透镜由远移近时，成的像逐渐变大，像离凸透镜的距离也变大。
② 凸透镜成虚像时，“物远像远像变大。”物体离凸透镜由近移远时，成的像逐渐变大，像离凸透镜的距离也变大。
（5）“实像异侧并倒立，虚像同侧且正立”：对于一步成像的光现象，包括小孔成像、光的反射、平面镜成像、光的折射、凸透镜成像，都满足实像必然倒立和异侧，虚像必然是正立并且同侧的。
（4）物距和像距关系： 像距大于物距时，成放大的实像（或虚像）；像距小于物距时，成倒立缩小的实像。
（6）物像移动同向：如果只考虑物体移动和像的移动，物体左移，像就左移；物体右移，像就右移。
5.探究凸透镜成像的规律考点：
（1）实验前，应把烛焰中心、光心、光屏中心调到同一高度，目的使像呈在光屏中心。（否则找不到像）
（2）找不到像的另一原因：
①物距小于或等于一倍焦距。
②像距过远，像在光具座外，光屏移动不到。
③烛焰中心、光心、光屏中心不在同一高度上，成像在光屏的上方或者下方。
（3）实验环境要求：为了使实验现象更明显，应在较暗的环境中进行实验。
（4）测凸透镜焦距的方法：①将凸透镜正对太阳光，调节凸透镜位置，使镜后出现最小最亮的光斑，此时光斑到光心的距离即为焦距；
②调节蜡烛和光屏，呈倒立、等大的实像，且像距等于物距，此时蜡烛到光心的距离为二倍焦距。
（5）遮住凸透镜一部分后，依然在光屏上成完整的像，只是会变暗些。
（6）光屏成清晰的像时，蜡烛与光屏位置对调，依然能成清晰的像；依据是：光路可逆。
（7）蜡烛变短后，像在光屏位置变高，此时应①将光屏上移；②将蜡烛上移；③将凸透镜和光屏下移
（8）用LED灯替代蜡烛的好处：①成像更清晰、更稳定；②准确比较物与像的大小（换成带方格的光屏）。
（9）凸透镜有会聚作用，可使像变近；凹透镜有发散作用，可使像变远。
举例：
光屏上成实像时，换一个焦距小的凸透镜或者加一个凸透镜，则像变近，光屏靠近凸透镜移动，才能重新得到清晰的像。
光屏上成实像时，在蜡烛和凸透镜之间加一个凹透镜，则像变远，光屏远离凸透镜才能重新得到清晰的像。
保持透镜和光屏位置不变，将蜡烛右移，应在透镜和蜡烛之间凸透镜，才能在光屏上呈清晰的像。
6.凸透镜成像规律作图：（记）
① 大于二倍焦距（u>2f）
② 等于二倍焦距（u=2f）
③ 大于一倍焦距小于二倍焦距（f④ 等于一倍焦距（u=f）
⑤ 小于一倍焦距（u像距v和物距u图像：这类图像解题思路是找像距等于物距的点，该点即是特殊点u=2f的点。
第四节 眼睛和眼镜
眼睛
1. 眼球的结构
2. 眼睛的视物原理
（1）视物原理：眼睛观察物体时，物距大于2倍焦距，从而形成物体倒立、缩小的实像（同照相机）。
（2）正常眼睛的调节
看远处物体：睫状体放松，晶状体变薄，对光的折射能力弱（焦距变远）。
看近处物体：睫状体收缩，晶状体变厚，对光的折射能力强（焦距变近）。
远处 近处
晶状体变化特点：正常眼睛看近的物体晶状体比较厚，看远处的物体晶状体比较薄
3. 远点、近点和明视距离
①远点：正常眼睛能看清的最远地方叫远点，正常眼睛能看清的最远地方是无限远。
②近点：正常眼睛能看清的最近地方叫近点，正常眼睛能看清的最近地方在大约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是大约25cm，这个距离叫做明视距离。
近视眼及其矫正
症状：能看清近处的物体，看不清远处的物体。
成因：晶状体太厚导致折光能力太强，或眼球前后方向太长。
矫正：凹透镜
看远处时：
远视眼及其矫正
症状：能看清远处的物体，看不清近处的物体。
成因：晶状体太薄导致折光能力太弱，或眼球前后方向太短。
矫正：凸透镜
看近处时：
眼镜的度数
（1）透镜的焦距f，单位为米；
（2）透镜焦度：焦距的倒数，Φ=1/f，单位：m-1；
（3）镜片的度数：透镜焦度乘以角度，D=100Φ，单位：度；
（4）公式：透镜的度数D=100Φ=100/f
（5）眼镜度数的正负：远视眼镜（凸透镜）的度数用正数表示，近视眼镜（凹透镜）的度数用负数表示。（填“正数”、“负数”）。

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