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第5节 透镜和视觉（第3课时）教学设计
——放大镜、照相机、投影仪
【核心概念】
1.物质的运动和相互作用
【内容要求】
内容：
1.光的传播。
【教学目标】
1.认识透镜在日常生活和科学技术中的广泛应用，如放大镜、照相机、投影仪等常见光学仪器。
2.了解照相机、投影仪、放大镜的成像原理，包括成像的大小、正倒、虚实以及像距与物距的关系。3.通过学习生活中的透镜，学生应该养成观察思考的习惯，勇于发现问题并乐于进行探究
【教学思路】在复习凸透镜成像特点基础上，认识透镜在日常生活和科学技术中的广泛应用，了解照相机、投影仪、放大镜的成像原理，包括成像的大小、正倒、虚实以及像距与物距的关系。简单了解显微镜与望远镜以及光学仪器的发展。
【教学过程】
一、建立联系，引入任务
【复习】凸透镜成像特点。
【引入】放大镜、照相机、投影仪、显微镜、望远镜等都是光学仪器，它们的工作原理是什么？
二、围绕任务，素养内化
【探索活动】用放大镜观察物体。将放大镜放在书本上，让放大镜慢慢远离书本，注意不要离得太远！记录看到的像的变化。
看到的像逐渐变大，且正立的。
1.放大镜
放大镜是一种焦距较小的凸透镜。
（1）原理：根据u（2）使用方法：使用放大镜时，把放大镜放在被观察物体的上方，使物体在凸透镜 1 倍焦距以内，并通过调节放大镜与物体的距离来改变放大倍数
（注：在一倍焦距以内，物体离透镜越远，像越大）
2.投影仪
投影仪上有一个相当于凸透镜的镜头。
（1）原理：当把物体（投影片）放在1倍焦距与2倍焦距（f（2）使用方法：投影仪与电脑相连接，将电脑上的图文或视频通过投影仪放大。
3.照相机
数码照相机的镜头也相当于一个凸透镜，影像传感器相当于光屏。
（1）原理：将将景物放在离数码照相机镜头（凸透镜）2倍焦距以外（u>2f）时，能在影像传感器上成一个清晰、倒立、缩小的实像。如图所示：
（2）使用方法：让景物在照相机镜头的二倍焦距以外，按下快门后，来自景物的光线经过镜头聚集到影像传感器上。
【归纳总结】图解凸透镜成像特点的应用。
【实践活动】制作照相机模型
观看视频：简易照相机制作
阅读教材P43实践活动相关内容，布置课前活动，利用课余时间，评选优秀模型。
【科学拓展】显微镜和望远镜
两种光学仪器都是凸透镜组合，关键理解两者工作原理。有较高难度。
【科学技术工程】光学仪器的发展
三、归纳总结，应用迁移
（一）课堂小结
说说放大镜、照相机、投影仪的工作原理和使用方法。
（二）随堂例题
【例1】如图甲所示的公共宣传投影是利用装在高处的投影灯照在地面上出现图案，投影灯内部结构如图乙。下列说法正确的是（　　）
A．投影灯的成像原理与照相机相同
B．不同方向都能看到地面上的图案是由于光在地面发生了漫反射
C．投影灯成正立、放大的实像
D．要使地面上的像更大应将镜头向远离图片的方向调节
【答案】B
【解析】
AC．该投影灯的成像原理是物体位于凸透镜的一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立、放大的实像，这与投影仪的成像原理相同，故AC错误；
B．不同方向都能看到图案，是因为光在地面发生了漫反射。漫反射是光在粗糙不平的表面上发生反射时反射光线能够向各个方向传播，人们可以从不同方向看到图案，故B正确；
D．调小镜头与图片（即物体）的距离，物距减小。根据凸透镜成实像时“物近像远像变大”的规律，像会变大，故D错误。
【例2】小京通过焦距为5cm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5cm
D．提示牌上“关灯”两字到凸透镜的距离大于10cm
【答案】C
【解析】A、由图可知，物体通过凸透镜成正立放大的虚像，故A错误；BCD、当物体通过凸透镜成正立放大的虚像时，物距小于焦距，即提示牌上“关灯”两字到凸透镜的距离小于5cm，故BD错误、C正确。
【例3】王老师在改作业时自言自语道：“老了，作业本上的字都看不清了，放远点就好了。”由此可知，能解释王老师视力障碍的模型和所需佩戴眼镜的镜片分别是如图中的（　　）
A．甲和丙 B．甲和丁 C．乙和丙 D．乙和丁
【答案】C
【解析】由题意“作业本上的字都看不清了，放远点就好了”可知，王老师患了远视眼，乙图的入射光线会聚在视网膜的后方，所以乙图表示了远视眼的成像情况，也是老花眼成像情况；为了使光线会聚在原来的会聚点前面的视网膜上，就需要在光线进入人的眼睛以前会聚一下，因此佩戴对光线具有会聚作用的凸透镜来矫正；丙透镜对光线具有会聚作用，是凸透镜；丁透镜对光线具有发散作用，是凹透镜；
由此可知，能解释王老师视力障碍的模型和所需佩戴眼镜的镜片分别是图中的乙和丙。
【板书设计】
第5节 透镜和视觉（第3课时）
【课后作业】
1.完成作业本上相应内容
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【新课标●新课堂】第5节 透镜和视觉（第3课时）同步作业
（教师版）
1．下列应用中涉及的光学元件，对光有发散作用的是（　　）
A．放大镜B．潜望镜 C．近视眼镜D．汽车前灯反光装置
【答案】C
【解析】
A、放大镜是利用物距小于凸透镜的一倍焦距时，物体成正立放大的虚像，凸透镜对光线起会聚作用，故A不符合题意；
B、平面镜成的是正立、等大的虚像，其原理是光的反射，平行光反射后仍是平行光，既不会聚也不发散，故B不符合题意；
C、近视镜片是凹透镜，凹透镜对光线具有发散作用，故C符合题意；
D、汽车前灯反光装置是一个凹面镜，凹面镜对光线起会聚作用，故D不符合题意。
2．如图所示，小宇同学正在用“自拍神器”摄影留念。与用手直接拿手机自拍相比，利用自拍杆可以（　　）
A．增大物距，减小像的大小，从而增大取景范围
B．减小物距，减小像的大小，从而减小取景范围
C．增大物距，增大像的大小，从而减小取景范围
D．减小物距，增大像的大小，从而增大取景范围
【答案】A
【解析】根据凸透镜成实像时，物距越大，像距越小，像越小，可知“自拍神器”与直接拿手机自拍相比，利用自拍杆可以增大物距，减小人像的大小，从而增大取景范围。故A正确。
3．如图所示为商场门口的广告投影灯及其内部结构，它主要由光源、广告片和某种透镜组成，下列说法正确的是（　　）
A．地面的广告图标是虚像
B．这种透镜为凸透镜
C．这种透镜为凹透镜
D．为了能从不同角度看见该广告图标，应选择光滑的地面
【答案】B
【解析】
ABC、由图可知，u＜v，此时2f＞u＞f，凸透镜成放大、倒立实像，此原理与投影仪成像原理相同，故B正确，AC错误；
D、各个方向都能看到地上的广告图标，这是因为发生了漫反射，故应选择粗糙的地面，故D错误。
4．小京通过焦距为5cm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5cm
D．提示牌上“关灯”两字到凸透镜的距离大于10cm
【答案】C
【解析】由图可知，物体通过凸透镜成正立放大的虚像；当物体通过凸透镜成正立放大的虚像时，物距小于焦距，即提示牌上“关灯”两字到凸透镜的距离小于5cm，故BD错误、C正确。
5．如图所示是专为老年人设计的指甲钳，手柄处嵌有辅助放大透镜。关于该指甲钳，下列说法正确的是（　　）
A．呈正立的虚像
B．该透镜为凹透镜
C．该透镜对光线具有发散作用
D．该透镜成像原理与平面镜相同
【答案】A
【解析】ABC、放大透镜是凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用，当物体在透镜的一倍焦距之内时，物体经透镜能成正立、放大的虚像，故A正确，BC错误；
D、平面镜成像是光的反射现象、凸透镜成像是光的折射现象，故D错误。
6．如图所示，普通数码相机的镜头相当于（　　）
A．凹透镜 B．凹面镜 C．凸透镜 D．平面镜
【答案】C
【解析】照相机是利用当u＞2f时，凸透镜成倒立、缩小的实像的规律，普通数码相机的镜头相当于凸透镜。
7．照相机上有一个黑点（在镜头上），则照出的相片上（　　）
A．无墨点 B．一片漆黑 C．有方大的墨点 D．有缩小的墨点
【答案】A
【解析】由凸透镜成像的特点可知，当照相机的镜头上沾上一个墨点，还有另外的部分光线，经凸透镜折射会聚成像，像的大小不发生变化，折射光线减少，会聚成的像变暗；
8．2023年4月7日，时值暖春时节，以老一辈著名法学家、人民教育家高铭暄先生名字命名的“高铭暄学术馆”在浙江玉环正式落成开馆，成为文化新地标。
如图所示是小玉在参观过程中用相机记录的学术馆正面的样子。用相机拍照时，镜头与被拍摄对象之间的距离应 　 　 二倍焦距；照相机底片上的像是 　 　 （填像的性质）；小玉想拍摄范围更大的远景照，镜头、底片、学术馆三者的相对位置变化情况是：镜头远离学术馆，底片 　 　 镜头（填“靠近”或“远离”）。
【答案】大于；倒立、缩小的实像；靠近
【解析】用相机拍照时，镜头与被拍摄对象之间的距离应大于二倍焦距，照相机底片上成的像是倒立、缩小的实像，小玉想拍摄范围更大的远景照，可将照相机的镜头远离学术馆，增大物距，减小像距，则底片靠近镜头。
9．现在许多手机都用上了双摄像头，即广角（焦距短）+长焦镜头（焦距长）组合来实现光学变焦。想要拍摄广角照片，可以使用 　 　 （填“左”或“右”）摄像头取景，此时如果不改变手机与景物之间的距离，想要拍摄长焦照片，除要切换摄像头外，还需要 　 　 （填“增大”或“减小”）镜头与感光板之间的距离。
【答案】左；增大。
【解析】
（1）由图可知，左摄像头拍摄的角度较大（即拍摄范围较大），为广角镜头；右摄像头拍摄的角度小，为长焦镜头；
所以，当想要拍摄广角照片时，需要使用拍摄范围大的广角镜头，即使用左摄像头；
（2）如果不改变手机与景物的距离，想要拍摄长焦照片，需要切换为长焦像头；因物距不变，焦距增大，相当于物距减小，则由凸透镜成实像的规律可知，需要增大像距，即增大镜头与感光板之间的距离。
10．在不远的将来，自动驾驶汽车将大大降低交通事故的发生率。目前新推出的某品牌新车中安装了8个摄像头12个超声波传感器，用来识别车道、计算与前车距离、并测量250米范围内的物体。
（1）摄像头的镜头相当于一个 　 　 。A、B是一辆汽车经过时，先后拍下的两张照片，可以看出汽车是 　靠近　 摄像头（选填“靠近”、“远离”）。
（2）下列关于超声波说法错误的是 　 　 。
A．超声波是由物体振动产生的 B．人的耳朵不能听到超声波
C．超声波是频率很高的声波 D．超声波的传播速度超过一般的声音
【答案】（1）凸透镜；靠近；（2）D。
【解析】
（1）摄像头的镜头相当于一个凸透镜；同一辆汽车经过十字路口时，先后拍下的两张照片甲、乙，可知汽车的像变大，根据凸透镜成像的规律（物近像远像变大）可知汽车是靠近摄像头。
（2）A．超声波属于声波，根据声音是由于物体的振动产生的，超声波也是由物体振动产生的，故A正确；BC．高于20000Hz的声音叫超声波，人耳听不见，故BC正确；D．超声波的传播速度与一般的声 音传播速度相同，故D错误。
11．在探究“近视眼的形成原因和矫正方法”时，冰蓉同学选择了如下器材：
蜡烛（模拟所视物）、水凸透镜（模拟人眼晶状体，并与注射器相连）、光屏（模拟人眼视网膜）、光具座等。
（注：水凸透镜的凸起程度可以通过注射器注入或吸取水的多少来调节。）
（1）她安装并调整好实验装置，如图所示，将点燃的蜡烛置于透镜前某一位置时，在光屏上得到了烛焰清晰的像；当向水凸透镜内注入水，使透镜更凸后，发现光屏上已无烛焰清晰的像，若要在光屏上再次得到烛焰清晰的像，应在水凸透镜前放置一块 　 　 透镜；若撤去放置的透镜，应将光屏 　 　 （选填：“靠近”或“远离”）水凸透镜，才能得到清晰的像。
（2）根据上述实验，可知近视眼的形成原因是：　 　 。
【答案】（1）凹，靠近；（2）晶状体较正常人眼更凸或变厚（或像成在了视网膜之前）或晶状体偏折能力强或对光线的会聚能力强。
【解析】向水凸透镜内注入水时，透镜更凸，会聚能力较强，将像成在光屏的前面，为了使像正好呈在光屏上，应使光线推迟会聚，使所成的像相对于光屏后移，所以应在水凸透镜前放置一块凹透镜。或者将光屏前移靠近水凸透镜。
12．“刷脸支付”的方式已在多家超市和商店投入使用。消费者结账时只要面对摄像头眨眨眼等，系统便会自动拍摄、扫描，确认相关信息后，迅速完成交易。
（1）“刷脸支付”的成像原理需满足的条件是 　 　 。
A.u＜ B.2 ＞u＞ ，v＞2 C.u＝2 ，v＝2 D.u＞2 ，2 ＞v＞
（2）当人靠近摄像镜头，人的像会 　 　 （填“变大”、“变小”或“不变”）。
（3）“刷脸支付”的成像与平面镜成像原理不同，“刷脸支付”的成像是利用光的 　 　 。
【答案】（1）D；（2）变大；（3）折射
【解析】
（1）摄像头相当于一个凸透镜，当u＞2f时，成倒立、缩小的实像，所以，“刷脸”时，面部应位于摄像头两倍焦距之外，像距在一倍焦距和二倍焦距之间，故D正确；
（2）当人靠近摄像镜头，物距变小，像距变大，像变大；
（3）“刷脸支付”的成像是利用光的折射成像。
13．学完凸透镜成像规律后，某科学兴趣小组用凸透镜以及其他材料自制了如图所示的投影仪模型和照相机模型：
【模型思考】
（1）投影仪模型中需要控制投影片离B凸透镜的距离，不能太远也不能太近的原因是　 　 。
（2）完成模型制作后，小组成员用投影仪展示相关影像，发现成倒立的像。为了看到正立的像，应进行的操作是　 　 。
（3）照相机模型中充当胶片的膜（a位置）应该用下列素材中的　 　 （填字母）制作。
A.白色不透光卡纸 B.黑色不透光卡纸 C.全透明的塑料膜 D.绘画用的薄宣纸
（4）另一组的同学用相同材料制作出新的照相机模型，发现无论怎么拉动纸筒，都不能在胶片膜上看到清晰的像，请写出一个可能的原因：　 　 。
【模型对比】
（5）投影仪模型和照相机模型在制作原理上都是利用光的　 　 （选填“反射”或“折射”）。
【答案】（1）2f＞u＞f；（2）将投影片倒着插；（3）D；（4）纸筒的长度小于焦距；（5）折射。
【解析】
（1）投影仪模型中需要控制投影片离B凸透镜的距离，不能太远也不能太近的原因是2f＞u＞f，成倒立、放大的实像；
（2）由于投影仪在光屏上成倒立的像，可以将投影片倒着插，就会看到正立的像；
（3）照相机模型使用的凸透镜，为了既能承接像，又能观察到像，应用半透明纸做光屏，所以充当胶片的膜需要选用绘画用的薄宣纸，故D正确；
（4）用相同材料制作出的照相机模型观察远处景物时，像距在一倍焦距和二倍焦距之间，当纸筒的长度小于焦距（10cm）时，无法在半透明膜上看到清晰的像；
（5）投影仪模型和照相机模型在制作原理上都是利用光的折射。
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【新课标●新课堂】第5节 透镜和视觉（第3课时）同步作业
（学生版）
1．下列应用中涉及的光学元件，对光有发散作用的是（　　）
A．放大镜 B．潜望镜 C．近视眼镜 D．汽车前灯反光装置
2．如图所示，小宇同学正在用“自拍神器”摄影留念。与用手直接拿手机自拍相比，利用自拍杆可以（　　）
A．增大物距，减小像的大小，从而增大取景范围
B．减小物距，减小像的大小，从而减小取景范围
C．增大物距，增大像的大小，从而减小取景范围
D．减小物距，增大像的大小，从而增大取景范围
3．如图所示为商场门口的广告投影灯及其内部结构，它主要由光源、广告片和某种透镜组成，下列说法正确的是（　　）
A．地面的广告图标是虚像
B．这种透镜为凸透镜
C．这种透镜为凹透镜
D．为了能从不同角度看见该广告图标，应选择光滑的地面
4．小京通过焦距为5cm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5cm
D．提示牌上“关灯”两字到凸透镜的距离大于10cm
5．如图所示是专为老年人设计的指甲钳，手柄处嵌有辅助放大透镜。关于该指甲钳，下列说法正确的是（　　）
A．呈正立的虚像
B．该透镜为凹透镜
C．该透镜对光线具有发散作用
D．该透镜成像原理与平面镜相同
6．如图所示，普通数码相机的镜头相当于（　　）
A．凹透镜 B．凹面镜 C．凸透镜 D．平面镜
7．照相机上有一个黑点（在镜头上），则照出的相片上（　　）
A．无墨点 B．一片漆黑 C．有方大的墨点 D．有缩小的墨点
8．2023年4月7日，时值暖春时节，以老一辈著名法学家、人民教育家高铭暄先生名字命名的“高铭暄学术馆”在浙江玉环正式落成开馆，成为文化新地标。
如图所示是小玉在参观过程中用相机记录的学术馆正面的样子。用相机拍照时，镜头与被拍摄对象之间的距离应 　 　 二倍焦距；照相机底片上的像是 　 　 （填像的性质）；小玉想拍摄范围更大的远景照，镜头、底片、学术馆三者的相对位置变化情况是：镜头远离学术馆，底片 　 　 镜头（填“靠近”或“远离”）。
9．现在许多手机都用上了双摄像头，即广角（焦距短）+长焦镜头（焦距长）组合来实现光学变焦。想要拍摄广角照片，可以使用 　 　 （填“左”或“右”）摄像头取景，此时如果不改变手机与景物之间的距离，想要拍摄长焦照片，除要切换摄像头外，还需要 　 　 （填“增大”或“减小”）镜头与感光板之间的距离。
10．在不远的将来，自动驾驶汽车将大大降低交通事故的发生率。目前新推出的某品牌新车中安装了8个摄像头12个超声波传感器，用来识别车道、计算与前车距离、并测量250米范围内的物体。
（1）摄像头的镜头相当于一个 　 　 。A、B是一辆汽车经过时，先后拍下的两张照片，可以看出汽车是 　靠近　 摄像头（选填“靠近”、“远离”）。
（2）下列关于超声波说法错误的是 　 　 。
A．超声波是由物体振动产生的 B．人的耳朵不能听到超声波
C．超声波是频率很高的声波 D．超声波的传播速度超过一般的声音
11．在探究“近视眼的形成原因和矫正方法”时，冰蓉同学选择了如下器材：
蜡烛（模拟所视物）、水凸透镜（模拟人眼晶状体，并与注射器相连）、光屏（模拟人眼视网膜）、光具座等。
（注：水凸透镜的凸起程度可以通过注射器注入或吸取水的多少来调节。）
（1）她安装并调整好实验装置，如图所示，将点燃的蜡烛置于透镜前某一位置时，在光屏上得到了烛焰清晰的像；当向水凸透镜内注入水，使透镜更凸后，发现光屏上已无烛焰清晰的像，若要在光屏上再次得到烛焰清晰的像，应在水凸透镜前放置一块 　 　 透镜；若撤去放置的透镜，应将光屏 　 　 （选填：“靠近”或“远离”）水凸透镜，才能得到清晰的像。
（2）根据上述实验，可知近视眼的形成原因是：　 　 。
12．“刷脸支付”的方式已在多家超市和商店投入使用。消费者结账时只要面对摄像头眨眨眼等，系统便会自动拍摄、扫描，确认相关信息后，迅速完成交易。
（1）“刷脸支付”的成像原理需满足的条件是 　 　 。
A.u＜ B.2 ＞u＞ ，v＞2 C.u＝2 ，v＝2 D.u＞2 ，2 ＞v＞
（2）当人靠近摄像镜头，人的像会 　 　 （填“变大”、“变小”或“不变”）。
（3）“刷脸支付”的成像与平面镜成像原理不同，“刷脸支付”的成像是利用光的 　 　 。
13．学完凸透镜成像规律后，某科学兴趣小组用凸透镜以及其他材料自制了如图所示的投影仪模型和照相机模型：
【模型思考】
（1）投影仪模型中需要控制投影片离B凸透镜的距离，不能太远也不能太近的原因是　 　 。
（2）完成模型制作后，小组成员用投影仪展示相关影像，发现成倒立的像。为了看到正立的像，应进行的操作是　 　 。
（3）照相机模型中充当胶片的膜（a位置）应该用下列素材中的　 　 （填字母）制作。
A.白色不透光卡纸 B.黑色不透光卡纸 C.全透明的塑料膜 D.绘画用的薄宣纸
（4）另一组的同学用相同材料制作出新的照相机模型，发现无论怎么拉动纸筒，都不能在胶片膜上看到清晰的像，请写出一个可能的原因：　 　 。
【模型对比】
（5）投影仪模型和照相机模型在制作原理上都是利用光的　 　 （选填“反射”或“折射”）。
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