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第4讲 透镜及其应用
【回归教材】
知识清单
考点1 凸透镜和凹透镜
透镜 特点 对光的作用 三条特殊光线
平行于主光轴 过光心 过焦点
凸透镜 中间① ,边缘② 对光有③ 作用
凹透镜 中间④ ,边缘⑤ 对光有⑥ 作用
【答案】①厚　②薄　③会聚　④薄　⑤厚　⑥发散
考点2 凸透镜成像的规律及应用
物距u 变化 趋势 像的性质 像距v 变化 趋势 应用
正、倒 大、小 虚、实
u>2f 逐 渐 减 小 ① ② ③ fu=2f ④ ⑤ ⑥ v=2f 测焦距
f2f 投影仪、幻灯机
u=f 不成像 — 探照灯
u考点公关
例题 蜡烛、透镜、光屏的位置如图所示,此时光屏上恰有一个烛焰清晰的像。保持蜡烛和光屏的位置不变,下列说法正确的是 ( )
A.凸透镜的焦距可能是20 cm
B.向左移动凸透镜到某位置,在光屏上可以得到一个清晰倒立、放大的实像
C.向左移动凸透镜到某位置,在光屏上可以得到一个清晰倒立、等大的实像
D.向左移动凸透镜到某位置,在光屏上可以得到一个清晰正立、放大的实像
思路点拨
(1)u>v,且成实像,由图可知,u=30 cm>2f,2f>v=15 cm>f,由此可得焦距的范围;(2)在光的折射中,光路是可逆的。
【答案】①倒立　②缩小　③实像　④倒立　⑤等大　⑥实像
⑦倒立　⑧放大　⑨实像　⑩正立　放大　虚像
例题　B
考点3 实像和虚像
原理 正、倒 特点 举例
实像 实际光线会聚而成 倒立 能用光屏承接 照相机、投影仪、眼睛、小孔成像
虚像 实际光线的反向延长线相交而成 正立 不能用光屏承接 平面镜、放大镜
考点4 眼睛和眼镜
1.正常眼睛及其成像
(1)眼球结构如图甲所示,晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜,把来自物体的光会聚在视网膜上,形成物体的像。
(2)成像特点:倒立、缩小的实像。
(3)正常眼睛的成像图(如图乙、丙所示)。
2.近视眼、远视眼及其矫正
类型 特点 成因 成像图 矫正
近视眼 只能看清① 的物体,看不清② 的物体 晶状体太厚,折光能力太强 矫正方法:戴③ 矫正原理:凹透镜④ 光线
远视眼 只能看清⑤ 的物体,看不清⑥ 的物体 晶状体太薄,折光能力太弱 矫正方法:戴⑦ 矫正原理:凸透镜⑧ 光线
【答案】①近处　②远处　③凹透镜　④发散　⑤远处　⑥近处　⑦凸透镜　⑧会聚
核心突破
凸透镜成像规律及应用
例题 购物支付可使用“刷脸”支付,消费者结账时站在摄像头(相当于一个凸透镜)前约1 m的位置,面对镜头,经系统自动拍照、扫描等确认信息后,即可进行后续工作。下列说法正确的是 ( )
A.摄像头的焦距可能是2 m
B.人脸通过摄像头成像是光的反射现象
C.“刷脸”时,面部经摄像头成正立、缩小的实像
D.“刷脸”时,面部应位于摄像头的二倍焦距之外
解题思维导图
变式训练
1.重阳节小亮送给奶奶一个台式放大镜(如图),放大镜的焦距为25 cm,奶奶正确使用这个放大镜看书时 ( )
A.书与放大镜之间的距离应等于25 cm
B.书与放大镜之间的距离应小于25 cm
C.看到的是倒立、放大的虚像
D.看到的是正立、放大的实像
2.班主任用照相机拍摄毕业照,同学们在相机底片上成 (选填“放大”或“缩小”)的实像;若两个同学的像出现在照相机取景框外,要拍摄所有同学完整的像,照相机应 (选填“远离”或“靠近”)同学们,同时将镜头向后缩。
【答案】例题　D
变式训练　1.B　2.缩小　远离
【实验探究】
回归教材——图说物理
教材图片 考查内容
一个圆柱形的玻璃瓶内装满水,把一支铅笔放在玻璃瓶的后方,透过玻璃瓶,可以看到这支笔。铅笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动的过程中,到某一位置时,铅笔尖会突然改变方向,“改变方向”后的像为 (选填“实”或“虚”)像
小明用凸透镜观察邮票,看到如图所示的情景,则他看到的是正立、放大的 (选填“实”或“虚”)像
放大镜是 镜,要想看到的蚂蚁更大一些,应该让放大镜离蚂蚁更 (选填“远”或“近”)一些
如图所示,某同学让太阳光通过透明的镜片照射到白纸上,从图中现象可以看出,此镜片对光有 作用,所以此镜片是 (选填“凸透镜”或“凹透镜”)
【答案】实　虚　凸透　远　会聚　凸透镜
围绕课标——课标重点实验
实验导航
实验:探究凸透镜成像的规律
实验装置
进行实验
(1)将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上,调整烛焰的中心、凸透镜的中心和光屏的中心,使三者在同一高度。
(2)把蜡烛放在距凸透镜尽量远的位置上,调整光屏到凸透镜的距离,使烛焰在光屏上成一个清晰的像,观察像的大小、正倒和虚实,分别测量物距和像距。
(3)将蜡烛逐渐向凸透镜移近,重复上述操作,直到光屏上得不到蜡烛的像,继续把蜡烛向凸透镜靠近,探究放大镜成像的规律。
实验结论
物距u 像距v 像的性质
u>2f fu=2f v=2f 倒立、等大的实像
f2f 倒立、放大的实像
u=f 不成像
u实验母题串考点
母题 某实验小组用一凸透镜做“探究凸透镜成像规律”的实验。
进行实验与收集证据
(1)如图甲所示,将一束平行光正对凸透镜照射,光屏上出现一个最小、最亮的光斑,则凸透镜的焦距f= cm。
(2)如图乙所示,将光具座上点燃的蜡烛的火焰、透镜、光屏三者的中心调节在 ,目的是使像成在 。
(3)将蜡烛移到A处,并移动光屏,可得到 (选填“放大”或“缩小”)的像,日常生活中利用这一原理制成的光学仪器是 (选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”)。要使烛焰在光屏上所成的像变大,应保持透镜的位置不动,调节蜡烛的位置,同时将光屏 (选填“靠近”或“远离”)透镜,直至得到清晰的像。
分析与论证
(4)实验中多次读取数据,并根据记录的数据绘制了物距u与像距v之间的关系图像,如图丙所示。分析图像可知,凸透镜成实像时,物距越大,像距越 。
(5)实验中,若用纸遮住凸透镜一部分,光屏上 (选填“能”或“不能”)得到完整的像。
(6)蜡烛燃烧一段时间后会变短,烛焰的像会往 (选填“上”或“下”)移动,偏离光屏中心。
评估
(7)本实验应该在亮度 (选填“较暗”或“较亮”)的环境下进行比较好。
(8)某次实验时移动光屏始终找不到像,可能是因为透镜与蜡烛的距离 (选填“大于”或“小于”)10 cm,此时烛焰通过凸透镜成的是 像。
交流与合作
(9)如图丁所示,当烛焰通过凸透镜在光屏上成清晰的像时,小明取了一副眼镜放在凸透镜前,观察到光屏上的像变模糊了,将光屏向远离透镜的方向移动适当距离后,像又变清晰了,则该眼镜是 视眼镜。
【答案】(1)10.0
(2)同一高度　光屏中央
(3)缩小　照相机　远离
(4)小
(5)能
(6)上
(7)较暗
(8)小于　虚
(9)近
【真题精粹】
考向1 探究凸透镜成像规律(6年5考)
1.(2023·江西)某同学探究凸透镜成像规律时,光屏上得到了烛焰清晰的像(像未画出),如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.光屏上的像是正立的
B.光屏上的像是放大的
C.投影仪是利用此成像原理制成的
D.撤去光屏,烛焰的像仍然在原处
2.(2021·江西)小明同学在探究凸透镜成像规律时,把蜡烛和凸透镜固定在如图所示的位置,移动光具座上的光屏得到一清晰像(光屏未画出),则该透镜的焦距可能是 ( )
A.10 cm B.20 cm
C.30 cm D.40 cm
3.(2022·江西)物理创新实验小组的同学探究凸透镜成像的规律。
【实验器材】蜡烛、凸透镜、光屏、光具座等。
【进行实验与收集证据】
(1)测焦距:如图1所示,让凸透镜正对着太阳光,在它的另一侧找到最小、最亮的光斑,说明凸透镜对光具有 作用,该凸透镜的焦距为 cm。
(2)组装实验装置:将蜡烛、凸透镜和光屏放在光具座上,并对三者进行调节。如图2所示,这是他们分别调节完的实验装置,其中调节正确的是 装置(填写字母序号),理由是 ,使像清晰地呈现在光屏的中央。
(3)设计实验表格:请将表格中①和②的内容补充到横线上:① ;② 。
物距u跟焦距f的关系 像的性质
① 大小 ②
【分析与论证】略
【拓展】在实验过程中,光屏上呈现了一个清晰的像,此时,某同学将焦距相同、直径更大的凸透镜替换原凸透镜,则光屏上呈现的像比原来的像 (选填“更大”、“更小”或“更亮”)。
4.(2020·江西节选)探究凸透镜成像的规律。
【设计实验与进行实验】
(1)实验器材:刻度尺、凸透镜、光屏、三个底座、蜡烛及火柴。
(2)如图1所示,为保证像能成在光屏中央,将装有底座的蜡烛、凸透镜、光屏从左到右摆放在水平桌面上,调整位置,使它们排列在 上,再调节凸透镜和光屏的高度,使它们的中心跟烛焰的中心大致在同一高度。
(3)如图2所示,F为凸透镜的焦点,A'B'为某次实验时物体AB通过凸透镜在光屏上成的像,则物体AB在图中 区域,箭头方向竖直向 ,其大小比像A'B' 。
5.(2023·临沂)在探究凸透镜成像规律的实验中,当蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示时,光屏上恰能承接到烛焰清晰的像。下列判断正确的是 ( )
A.实验用凸透镜的焦距为15.0 cm
B.光屏上的像是烛焰放大的实像
C.仅将凸透镜左移不能再次成像
D.仅将光屏右移可模拟近视眼成像
考向2 凸透镜成像规律的应用(6年2考)
6.(2019·江西)校园内安装了许多监控探头,监控探头中的镜头相当于一个 透镜,它能成倒立、缩小的 像。
7.(2023·日照)某兴趣小组开展“创新服务生活,科技改变未来”的科技创新活动,模拟制作一款“智能”行驶玩具车。该玩具车利用车载传感器(摄像头、雷达)采集生成道路特征数据,完成“自动”驾驶。作为传感器之一的摄像头,下列说法正确的是( )
A.摄像头的镜头是凹透镜
B.遇障碍物时,要想生成更大的像,镜头应该向前伸
C.摄像头成的像是正立的虚像
D.成像时障碍物位于镜头的二倍焦距以内
考向3 眼睛与视力矫正　
8.(2017·江西)人的眼睛是一架精密的照相机。如图所示,这是描述人眼看物体的成像图,其中看远处景物的是 图,景物在视网膜上成的是 (选填“实”或“虚”)像。
【答案】1.D　【解析】由图可知,此时物距大于像距,根据凸透镜成实像时,物距大于像距,成倒立、缩小的实像,照相机就是利用此原理制成的,故A、B、C错误;由于此时成的是实像,所以即使实验中撤去光屏,烛焰的像仍然在原处,故D正确。
2.A　【解析】从图中可看出蜡烛到凸透镜的距离为30.0 cm,而此时在光屏上能成清晰的像,说明物距大于一倍焦距,故可排除30 cm和40 cm;若f=10 cm,则30 cm在凸透镜的二倍焦距之外,像在一倍焦距与二倍焦距之间,像距在10 cm~20 cm之间,即光屏在刻度70 cm~80 cm之间,符合题意,故选项A正确;若f=20 cm,则30 cm在凸透镜的一倍焦距与二倍焦距之间,像在凸透镜的二倍焦距之外,像距大于40 cm,即光屏在刻度100 cm以外,不符合题意,故选项B错误。
3.(1)会聚　5
(2)C　三者的中心大致在同一高度
(3)①正倒　②虚实
【拓展】更亮
【解析】(1)凸透镜对光线有会聚的作用;最小、最亮的光斑就是该凸透镜焦点的位置,焦点到透镜光心的距离就是焦距,焦距f=5 cm。
(2)蜡烛、凸透镜、光屏三者在同一条直线上,三者的中心大致在同一高度,像才能呈现在光屏的中心,由图可知,C装置符合要求。
(3)像的性质包括像的大小、正倒、虚实,由此可知,①为正倒,②为虚实。
(4)用另一个与原实验中焦距相同但镜面直径更大的凸透镜替代原来的凸透镜再次实验,经过凸透镜的光线变多,所成的像与原来的像相比更亮些。
4.(2)同一直线
(3)④　上　大
【解析】(2)为了使像成在光屏的中央,需要将蜡烛、凸透镜、光屏排列在同一直线上。(3)由图可知,像距在一倍焦距和二倍焦距之间,物距应该大于二倍焦距,所以物体AB在图中的④区域,此时像是倒立、缩小的实像,像A'B'箭头方向竖直向下,物体AB箭头方向竖直向上,像是缩小的,所以物体AB比像A'B'大。
5.D
6.凸　实
【解析】监控探头实质是一个凸透镜,它的成像原理与照相机的成像原理相同,成倒立、缩小的实像。
7.B
8.甲　实
【解析】远处景物的光比近处景物的光更为发散些,故可判断出甲是看远处景物的光路图;人眼的晶状体相当于凸透镜,物体在其二倍焦距以外时,在视网膜上成倒立、缩小的实像。
2

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