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5.2 生活中的透镜 （导学案）
【学习目标】
1. 了解透镜在日常生活中的应用。知道凸透镜在三种常见仪器上所成像的不同，能初步区分照相机、投影仪、放大镜的成像特点。
2. 经历制作简易模型照相机的过程，获得成功的愉悦，并初步了解照相机的成像原理。
3. 能简单描述凸透镜成实像和虚像的主要特征。
4. 通过了解生活中多种多样的透镜，培养乐于利用所学知识解释现象的习惯，初步形成将科学技术应用于实际的意识。
【学习重点】照相机、投影仪、放大镜的成像特点。
【学习难点】实像和虚像的区别。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 照相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光经过照相机镜头后会聚在胶卷上，形成被照物体的像，物体经过照相机形成的像是缩小（放大/缩小）、倒立（倒立/正立）的、实（虚/实）像。
2. 投影仪的镜头相当于一个凸透镜，来自投影片上物体的光，通过镜头后会聚在光屏上，形成物体的像，物体经过投影仪形成的像是放大（放大/缩小）、倒立（倒立/正立）的、实（虚/实）像。
3. 放大镜实际上是一个短（长/短）焦距的凸透镜，物体经放大镜形成的像是放大（放大/缩小）、倒立（倒立/正立）的、实（虚/实）像。
4. 实像是由实际光会聚而成的，能用光屏承接（选填“能”或“不能”），物体和像位于镜头的异侧（选填“同侧”或“异侧”）；虚像是由通过镜头的折射光（或反射光）的反向延长线形成的，不能（选填“能”或“不能”）用光屏承接，物体和像位于镜头的同侧（选填“同侧”或“异侧”）。
【合作探究】
探究一、照相机
1．照相机的主要结构及作用
主要构造有：镜头、快门、光圈、调焦环、胶片等。
照相机结构示意图
（1）镜头：由一组透镜组成，相当于一个凸透镜，起到成像作用。
（2）快门：控制曝光时间。
（3）光圈: 控制进光量的多少.
（4）调焦环：调节镜头到胶片间的距离，即调节像距。
（5）胶片：相当于涂有感光材料的光屏。
2.照相机的成像原理
来自物体的光经过镜头后会聚在胶片上，形成被照物体的像。物体到镜头的距离要远远大于（大于/小于）镜头的焦距，在胶卷上得到倒立（倒立/正立）、缩小（放大/缩小）的实（虚/实）像。
照相机原理示意图
3. 照相机的信息（图像）存储
（1）传统相机用胶片（胶卷）
传统相机用胶片，涂着一层对光敏感的物质，光在胶片上曝光后发生化学变化，物体的像被记录在胶片上。
（2）数码相机用电荷耦合器件
数码相机用电荷耦合器件（CCD感光元件）替代胶片作为成像的光屏并记录像的信息，把光信号转为电信号。
4.照相机的成像特点
【想一想】根据生活经验，猜一猜照相机成的像有什么特点？
【总结】
（1）照相机成缩小（放大/缩小）、倒立（正立/倒立）的像。
（2）像距小于（大于/小于）物距。
（3）像与物体位于凸透镜的异（同/异）侧。
（4）照相机成像时，物距、像距及像的大小变化规律：物远像近像变小；物近像远像变大（以上均选填“小”或“大”）。
5．照相机的调节
【做一做】使用照相机拍摄远、近不同物体的像，观察镜头的伸缩情况。
【分析】为了使远近不同的景物在胶片上都能形成清晰的像，需要旋转镜头上的“调焦环”，调节镜头到胶片的距离。
【结论】拍摄远处景物时，镜头往后缩（后缩/前伸），离胶片近（远/近）一些，此时的像比较小。拍摄近处景物时，镜头往前伸，离胶片远一些，此时的像要变大一些。
【想想议议】小明用照相机拍摄照片时，发现一部分同学没有进入镜头内（如图甲所示）；后来他对照相机进行了调节后就照出了“全家福”（如图乙），他是怎样进行调节的呢？
【解析】甲图中同学的像比乙图的大，所以为了照出“全家福”，应该使像变小；则需要使照相机远离同学（远离/靠近），同时镜头后缩（后缩/前伸）。
6.自制模型照相机
【做一做】用两个粗细相近的纸筒，使一个纸筒刚好能套入另一个，并能前后滑动（如图），将大纸筒的一端嵌上一个焦距为5～10cm的凸透镜，另一个纸筒的一端蒙上一层半透明纸，把两个纸筒套在一起，就做成了一个模型照相机。
【试一试】①把模型相机的镜头对准窗外远处景物，前后滑动纸筒，直到在半透明纸上得到一清晰的像，观察像的特点。
②从拍摄远处景物到近处景物，应如何调节透镜到半透明纸之间的距离，纸上的像如何改变？
【总结】模型照相机成的是倒立、缩小的像；物体离镜头越近，像越大，离镜头越远。
指出实物照相机在拍照时把半透明纸换成感光胶片，通过感光就可以获得照相底片了。
【例题1】照相机镜头的作用相当于一个_____镜，来自物体的光经过照相机镜头后，会在胶卷上形成一个____（选填“放大”或“缩小”）、____（选填“倒立”或“正立”）的_____像（选填“实”或“虚”）。
【答案】凸透，缩小，倒立，实。
【解析】照相机的成像原理是物距大于二倍焦距，像距在一倍焦距与二倍焦距之间，成倒立、缩小的实像，照相机的镜头相当于凸透镜。
教学中的投影仪镜头相当于一个凸透镜，投影时，物距在一倍焦距与二倍焦距之间，像距大于二倍焦距，成倒立、放大的实像。
【例题2】如图，在“自制照相机模型”时，用硬纸板做两个粗细相差很少的纸筒，使一个纸筒刚好能够套入另一个纸筒内，并能前后滑动。
（1）在取材时，另一个纸筒的一端蒙上的材料是_______（填“透明”、“半透明”或“不透明”）膜；
（2）观察时，应选择____（填“亮”或“暗”）的物体作为观察对象；
（3）小明用自制的照相机先拍摄到了远处的物体清晰的像，再拍摄近处物体时，应将两筒间的距离变______；观察到膜上的像变 ______。（两空填“小”“大”或“不变”）
【答案】（1）半透明；（2）亮；（3）大，大。
【解析】（1）自制照相机模型时，为了既能承接像，又能观察到像，应用半透明薄膜做光屏。
（2）为了能在半透明膜上成清晰的像，选择亮的物体做观察对象较好。
（3）小明用自制的照相机先拍摄到了远处的物体，再拍摄近处物体时，即物距减小，像距应增大，薄膜上的像变大，则应将两筒间的距离变大。
探究二、投影仪
【看一看】观察常用的投影仪（或幻灯机），看看它的结构，想想它成的像有什么特点？
1. 投影仪简介
是提供大尺寸画面的投影式光学仪器。可用于放映事先制作或现场书写的各种大尺寸投影单片或卷片，以及用透明材料制作的投影教具等。
现在会议室、教室用的投影仪，可以通过不同的接口同计算机、VCD、DVD、游戏机、DV等相连接，电脑上的字图或视频通过投影仪被放大。
2.投影仪的主要构造及各部分的作用
由镜头、灯泡、投影片、平面镜、屏幕等组成（如下图所示）。
（1）镜头：是一个凸透镜，起成像作用。
（2）螺纹透镜：相当于凸透镜，起作用是会聚光，增加投影片的亮度。
（3）反光镜：使光集中向一个方向射出，使屏幕上像较亮。
（4）屏幕：相当于光屏，承接像。
（5）平面镜：改变光的传播方向。
3. 投影仪的成像原理
【实验】把投影仪上的平面镜（反光镜）取下，投影片放到载物台上，调节镜头，在天花板上就能得到投影片上图案清晰的像，观察像的大小、倒正。
【实验现象】像是放大的（和投影片上的人物相比）；像是倒立的（以像上人物头脚朝向和投影片上人物头脚朝向比较得出）。
【结论】投影仪的成像原理：是利用了凸透镜成倒立（倒立/正立）、放大（放大/缩小）的 实 （虚/实）像。
投影仪结构示意图 投影仪原理示意图
4.投影仪成像的特点
（1）投影仪(或幻灯机)成放大、倒立的实像。
（2）物距（投影片到透镜的距离）小于像距（像到透镜的距离）。
（3）像与物体位于凸透镜的异侧。
（4）物体离镜头近，像变大，离镜头远；物体离镜头远，像变小，变近。
5．投影仪的调节
【想一想】要使屏幕上的图像大些，应怎样做？要使屏幕上的图像小些，应怎样做？为了在屏幕上成正立的像，胶片应怎样放？
【归纳】
（1）要使屏幕上的图像大些，胶片靠近镜头，同时投影仪远离屏幕；要使屏幕上的像小些，胶片远离镜头，同时投影仪靠近屏幕（以上均选填“远离”或“靠近”）。
（2）为了在屏幕上成正立的像，要把胶片倒放（选填“倒放”或“正放”）。
【例题3】如图所示，若要增大屏幕上的像，则像距要增大，屏幕固定时投影仪要向____（“左”或“右”）移；同时物距要减小，镜头要向_____（“上”或“下”）调。投影仪上的平面镜的作用是_______，使像成在屏幕上，不改变像的大小。
【答案】右，下，改变光路。
【解析】成实像时，物距减小，像距增大，像变大，所以，要使屏幕上的像变大，则需要减小物距，增大像距，即屏幕固定时投影仪要向后移；物距要减小，镜头要向下调。
投影仪中的平面镜可以将透镜会聚的光反射到屏幕上，起到改变光的传播方向的作用。
探究三、放大镜
放大镜是凸透镜，是常用的光学仪器之一。放大镜成的像有什么特点？
【进行实验】
①用放大镜看书上的字，并改变放大镜到字间的距离（由近逐渐变远），观察字的放大情况。
②在放大镜后面放一张白纸，观察白纸上是否会出现像。
【实验现象】①开始移动放大镜，离书越远，字越大（大/小），到了一定距离以后，字变模糊，再继续移远凸透镜，不能(选填“能”或“不能”)看到字放大的像。
②在放大镜后面放一张白纸，白纸上不会（会/不会）出现像。
【结论】放大镜能使书上的字放大（放大/缩小），字是正立（正立/倒立）的，说明放大镜能成正立、放大的像。
1. 放大镜的成像原理
把放大镜放在物体跟眼睛之间，适当调整距离，当物体在焦点以内，我们就能看清物体的细微之处。它是利用了凸透镜能成放大的虚（虚/实）像这一原理,实际上是一个短焦距的凸透镜。
放大镜成像 放大镜成像原理图
2. 放大镜的成像特点
（1）放大镜成放大、正立（正立/倒立）的像。
（2）像距大于物距。
（3）像与物体位于凸透镜的同侧（同侧/侧异）。
3. 放大镜的调节
使像变大时，让放大镜与物体之间的距离适当增大些。使像变小时，让放大镜与物体之间的距离适当减小些。
4. 生活中的放大镜
【想一想】在生活中，有哪些放大镜？列举几例？
【归纳】以下面几例进行分析。
鱼缸 水滴 体温计外壁做成三棱柱
（1）若鱼在鱼缸左侧，则右侧部分相当于放大镜，看到的“鱼”比实际的大。
（2）水滴滴在树叶上，由于张力作用，形成半圆形，相当于放大镜，看到的物体比实际的大。
（3）体温计的直管做得很细，而且水银是银白色的，很难看清楚液柱的高度。把玻璃外壁做成三棱柱的样子，从侧面看过去，相当于凸透镜，起到放大的作用。
【例题4】透过球形的透明玻璃鱼缸看水中的鱼要比真实的鱼_____（填“大”或“小”），其原因是装水的球形鱼缸相当于一个________，所看到的“鱼”是鱼的____像。（填“实”或“虚”）
【答案】大，凸透镜，虚。
【解析】 因为球形鱼缸盛水后鱼的身体和鱼缸壁之间形成了水凸透镜，鱼在水凸透镜的一倍焦距以内，成正立、放大的虚像；此时凸透镜相当于放大镜，所以从球形鱼缸的外侧看缸里养的金鱼比真实的鱼要大得多。
探究四、 实像和虚像
【想一想】照相机、投影仪、放大镜所成的像有什么不同吗？
【归纳】照相机和投影仪成的像能（能/不能）用光屏承接，物体和像分别位于凸透镜的异侧（同侧/异侧），像是倒立（倒立/正立）的。
放大镜所成的像不能（能/不能）用光屏承接，物体和像分别位于凸透镜的同侧（同侧/异侧），像是正立（倒立/正立）的。
1. 实像：
是实际光会聚而成的。如果把光屏放在像的位置，就能够承接到所成的像。这种像叫作实像。
例如，照相机和投影仪所成的实像，是由实际光会聚而成的，能成在光屏上（能/不能），物、像分别位于凸透镜的两侧，且像是倒立的（倒立/正立）的。。
凸透镜成实像情景 凸透镜成虚像情景
成实像的实例：小孔成像、照相机成像、投影仪成像、电影银幕上的像。
2. 虚像
平面镜所成的像是虚像，放大镜所成的像也是虚像。凸透镜成虚像时，通过凸透镜出射的光没有会聚，光屏不能承接到所成的像。只是人眼逆着出射光的方向看去，感到光是从虚像的位置发出的，物体和虚像位于凸透镜的同侧（选填“同侧”或“异侧”）。
成虚像的实例：平面镜所成的像是虚像；光的折射所成的像；放大镜所成的像。
3. 实像和虚像的区别
实像 虚像
共同点 都能用眼看到
不同点 ① 能在光屏上呈现 ②由实际光线会聚而成 ①不能在光屏上呈现 ②由光的反向延长线 会聚而成的像
【例题5】如图所示的是小东使用放大镜欣赏邮票时的情境。下列光路图能反映其成像原理的是（　　）
【答案】C。
【解析】使用放大镜欣赏邮票时的情境属于凸透镜成像，物体在1倍焦距以内成正立放大的虚像。
A．图中为小孔成像，属于光的直线传播，故A不符合题意；
B．图中为平面镜成像原理，属于光的反射现象，故B不符合题意；
C．图中蜡烛位于凸透镜1倍焦距以内，成正立放大的虚像。故C符合题意；
D．图中蜡烛位于凸透镜1倍焦距与2倍焦距之间，成倒立放大的实像，故D不符题意。
故选C.
【精讲点拨】
1．重视模型照相机的制作。在学习照相机原理时，往往由于看不到照相机的实际结构而感到索然无味。这时，通过自制模型照相机，对利用凸透镜成倒立缩小的实像有较直观、深刻的印象，同时培养学生的动手能力。模型照相机的制作过程比较简单，材料也容易准备。
2. 对照相机的结构大体了解即可，重点是知道成像的特点，并且会“调焦”，即在对物体进行照相时，如果物体到照相机的距离改变，那么胶卷到镜头的距离也要随之改变，这样胶卷上的像才会清晰。
3．正确理解投影仪成“倒立的像”：投影仪成倒立的像，不仅物像之间上下是相对颠倒的，左右也是相对颠倒的，要得到正立的像，需要把投影片倒放。
4．放大镜工作时，物体在焦点以内，物体和像在凸透镜的同侧，眼睛应在透镜的另一侧观察。物体离焦点越近，所成的像越大。
5．实像既能显示在光屏上，又可以用眼睛看到；虚像不能显示在光屏上，只能用眼睛看到。
【归纳整理】
器材 成像特点 照相机 投影仪 放大镜
放大或缩小 缩小 放大 放大
正立或倒立 倒立 倒立 正立
实像或虚像 实像 实像 虚像
同侧或异侧 异 异 同
像距与物距 像距小于物距 像距大于物距 像距大于物距
成像示意图
【课堂练习】
1．如图所示是用放大镜观察一只蚂蚁的情形，下列说法正确的是（　　）
A．放大镜与近视眼镜用同种透镜
B．放大镜靠近蚂蚁时像变大
C．此时物距小于一倍焦距
D．此时看到蚂蚁的像是实像
【答案】C。
【解析】A．放大镜是一个凸透镜，对光线具有会聚作用，近视眼镜是凹透镜，对光线具有发散作用，故A错误；
BCD．用放大镜观察小蚂蚁的形体时，观察到蚂蚁的像是正立的，所以蚂蚁到放大镜的距离要小于焦距，这样才可以成放大、正立的虚像；根据凸透镜的成像特点知，凸透镜成虚像时，物近像近像变小，所以放大镜靠近蚂蚁时，物距变小，像距变小，所成的像变小，故BD错误，C正确。所以选C。
2．周末小琳陪妈妈逛商城时，看到许多商场店家把广告用灯打到地面上。她查阅得知这是一款投影灯，其内部结构如图所示。由图中信息可知，地面上的像是 （选填“正立”或“倒立”）、 （选填“放大”或“缩小”）的实像
【答案】 倒立 放大
【详解】投影灯的镜头相当于凸透镜，相当于投影仪的成像情况。根据凸透镜成像规律可知，此时物距f2f，成倒立、放大的实像，投影灯就是利用这一原理制成的。
3. 现在的教室作为标准化考场，都安装了如图所示的电子监控器，其主要由光学系统和光电转换系统两部分组成。光学系统收集监控区域内的景物信息，经光电转换系统转换成电信号并输送到监控中心。其中光学系统的工作原理是利用（　　）
A．凸透镜成正立放大实像 B．凹透镜成正立放大虚像
C．凸透镜成倒立缩小实像 D．凹透镜成到立放大虚像
【答案】C
【详解】光学系统的工作原理实际上是一个凸透镜，其成像原理与照相机的成像原理是相同的，成倒立、缩小的实像。故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。
4. 小明同学把照相机、投影仪和放大镜成像情况进行了比较后，他认为这三种仪器所成的像具有如下特点，其中错误的是（ ）
A. 实像都和物体分别居于透镜两侧
B. 虚像都和物体在透镜的同一侧
C. 实像都是倒立的，虚像都是正立的
D. 虚像都是放大的，实像都是缩小的
【答案】D.
【解析】照相机、投影仪及放大镜的成像特点是：实像都是倒立，且像与物位于透镜的异侧；虚像是正立的，且像与物位于透镜的同侧；虚像是放大的；实像有缩小的也有放大的。所以D项说法错误。
故选D。
5. 2022年2月，第24届冬奥会在北京成功举办，小红得到了冬奥会吉祥物“冰墩墩”。他和“冰墩墩”一起完成了几个光学实验，下列描述与实验情景不相符的是（　　）
A．平面镜中的像由光的反射形成 B．通过放大镜看到的像是虚像
C．小孔成像是因为光沿直线传播 D．岸上看到水中的实像比物体位置高
【答案】D
【详解】A．平面镜所成的像是光的反射光线的反向延长线会聚而成的，所以平面镜成像是光的反射形成的，与实验情景相符，故A不符合题意；
B．物体与凸透镜的距离小于一倍焦距时，成的是正立、放大的虚像，这是放大镜的成像原理，与实验情景相符，故B不符合题意；
C．物体的光线直线传播经过小孔时，成倒立的实像，与实验情景相符，故C不符合题意；
D．岸上看到水中的物体，是因为物体反射的光线由水中斜射入空气中时在水面发生折射，人逆着折射光线看去，看到的是物体的虚像，虚像的位置比物体的实际位置偏高了，故D符合题意。
故选D。
6. 在我国首次“太空授课”中，宇航员王亚平制做了一个水球，我们看到了她在水球中的“倒影”，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.“倒影”是光的折射形成的
B.“倒影”不能成在光屏上
C. 若王亚平距水球变近，“倒影”会变小
D. 若王亚平距水球变远，“倒影”会变大
【答案】A。
【解析】水球相当于一个凸透镜，她在水球中的“倒影”，是凸透镜成的实像，是由光的折射形成的，故A正确。“倒影”是实像，可呈现在光屏上，故B错误。当她距水球变近时，物距减小，则像距增大，像变大，即“倒影”会变大；反之，“倒影”会变小，故C、D错误。所以选A.
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？

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