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第3章　透镜及其应用
第1部分　依“标”据“本”全面复习
【本章课标要求及素材】
内容要求 2.3.5 了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。探究并了解凸透镜成像的规律。了解凸透镜成像规律的应用。
例1 了解凸透镜成像规律在放大镜、照相机中的应用。
例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。
活动建议 用凸透镜制作简易望远镜，用其观察远处的景物。
情景素材建议
讨论分析放大镜的成像原理和近视眼镜矫正视力的原理。
学生必做实验
4.2.8 探究凸透镜成像的规律。
例1 用蜡烛(或F形光源)、凸透镜、光具座、光屏等，探究凸透镜成像时，像的正倒、大小、位置、虚实等与物距的关系。
活动建议 用可变焦距的眼睛模型，演示并说明近视眼、远视眼看不清物体的原因。
实验器材建议
在探究凸透镜成像规律的实验中，可用发光二极管等光源做成F形作为发光物屏，以判断像的正倒和测量像的长度。
【本章知识结构】
知识点一　透镜（10年2考，2021、2016年考）
1．透镜对光的作用的原理是光的________。一般透镜的两个表面中至少有一个表面是球面的一部分。
折射
2．凸透镜与凹透镜对比
类型 外形特征 相关概念 对光的作用 实际应用
凸透镜 中间______、 边缘______ ________作用（折射光相对入射光靠近主光轴） 照相机、投影仪、放大镜、老花镜
凹透镜 中间______、 边缘______ ________作用（折射光相对入射光远离主光轴） 近视镜
厚
薄
会聚
薄
厚
发散
3．凸透镜和凹透镜的三条特殊光路
类型 平行于主光轴的光 通过焦点（射向焦点）的光 射向光心的光
凸透镜 折射光通过________ 折射光________于主光轴

折射光传播方向不变
焦点
平行
类型 平行于主光轴的光 通过焦点（射向焦点）的光 射向光心的光
凹透镜 折射光的_____________通过焦点 折射光________于主光轴


折射光传播方向不变
反向延长线
平行
1．【透镜类型判断】图1是两束光分别射向并通过甲、乙两透镜的光路图。由图可知：甲透镜是______透镜，乙透镜是______透镜。
凸
图1（HK图片）
2．【凸透镜的焦距与厚度的关系】在材料和直径相同时，凸透镜越厚，其焦距越______，对光的会聚作用越______。
凹
小
强
知识点二　凸透镜成像的规律及应用（10年9考，除2016年）
物的 位置 成像光路图（请补画光路图及像） 像的 位置 物距与像 距的关系 成像特点 应用
①u＞2f f＜v＜2f u____v 成倒立、______的实像 照相机
②u＝2f v＝2f u____v 成倒立、______的实像 计算
焦距
＞
缩小
＝
等大
物的 位置 成像光路图（请补画光路图及像） 像的 位置 物距与像 距的关系 成像特点 应用
③f＜u ＜2f v＞2f u____v 成倒立、______的实像 投影仪
幻灯机
④u＜f 不易 测量 u＜v 成____立、放大的____像 放大镜
＜
放大
正
虚
物的 位置 成像光路图（请补画光路图及像） 像的 位置 物距与像 距的关系 成像特点 应用
⑤u＝f 不成像 探照灯
物、像位置图 结合实际应用，巧记不同区域物体成像特点 3．【动态规律总结】
（1）凸透镜成实像时：
物体远离凸透镜→像________凸透镜→像的大小变______；
物体靠近凸透镜→像________凸透镜→像的大小变______。
规律速记：物近像远像变大，物远像近像变小。
靠近
小
远离
大
（2）凸透镜成虚像时：
物体远离凸透镜→虚像远离凸透镜→虚像的大小________。
（3）【总结】无论成实像还是成虚像，像与物沿主光轴的移动方向总相同，且像越靠近凸透镜就越小。
变大
1．正常眼睛的成像原理：如图2所示，眼球好像一架__________，晶状体和角膜的共同作用相当于一个______透镜，把来自物体的光会聚在视网膜上，形成物体______立、________的______像。
知识点三　眼睛和眼镜（10年3考，2024、2021、2016年考）
照相机
图2
凸
倒
缩小
实
2．近视眼、远视眼及其矫正
近视眼 远视眼
特点 看不清______处的物体 看不清______处的物体
成因 晶状体太厚，折光能力太______，或者眼球在前后方向上太______ 晶状体太薄，折光能力太______，或者眼球在前后方向上太______
远
近
强
长
弱
短
近视眼 远视眼 成像 位置 像成在视网膜之______　 像成在视网膜之______
矫正 方法 佩戴对光有________作用的______透镜 佩戴对光有________作用的______透镜
前
后
发散
凹
会聚
凸
4．【健康用眼】正常眼睛观察近处物体时最清晰而又不易疲劳的距离叫作明视距离，该距离大约为 25 cm。
5．图3为青少年眼病患者眼球与正常眼球对比图。
图3
由图可知：该患者眼球的晶状体比正常眼球的晶状体______，对光的会聚能力比正常眼球______，该患者患的是______视眼，需要佩戴度数合适的______透镜矫正。
厚
强
近
凹
1．望远镜：
（1）开普勒式望远镜（物镜与目镜均为凸透镜）：
知识点四　显微镜和望远镜（10年未考）
照相机
放大镜
（2）伽利略式望远镜：物镜为凸透镜，目镜为凹透镜。
实验　★探究凸透镜成像的规律【10年3考，2023、2020、2018年考】
实验梳理表（课标要求必做类实验）
猜想 1．[2023河南，17题（1）]用凸透镜看远处物体时，可以看见倒立、缩小的像；用该凸透镜看自己的指纹时，能看见正立、放大的像。由此猜想：凸透镜成像的特点可能与________有关
物距
实验 思路 2．（1）将发光物体由远到近置于凸透镜前不同位置，调整光屏的位置，使光屏上呈现清晰的像；当在光屏上不能看到发光物体的像时，透过凸透镜观察发光物体的像；
（2）将物距、像距及观察到的像的性质记录在表格中，分析得出凸透镜成像的规律
实验 过程 3．测量凸透镜焦距的方法
①如图甲所示，用平行光正对凸透镜照射，当光屏上恰好承接到最小、最亮的光斑时，光斑到凸透镜中心的距离即为焦距，则该凸透镜的焦距f＝________cm（要求估读）；
②如图乙，当光屏上恰好承接到倒立、等大的实像时，物距u和像
距v均为2f，则凸透镜的焦距
10.0
实验 过程 4．实验过程
（1）（2023河南，17题（2）改编）在光具座上，将F形LED光源（或蜡烛）、光屏安装在凸透镜两侧，调整光源、凸透镜和光屏，使它们的中心在____________；调节三者的高度时，________（选填“需要”或“不需要”）点亮光源；调节三者高度的目的是使像能呈现在______________
（2）将光源放在离凸透镜2倍焦距以外的位置，调整光屏位置，使光屏上呈现清晰的像，将物距、像距和像的性质记录在下表中。请将表中①②③处所缺内容补充完整；
同一高度
需要
光屏的中央
实验 过程 （3）依次减小物距，重复上述操作，记录每一次成清晰像时的物距、像距和像的性质；
（4）将光源移到焦点处（u＝f＝10.0 cm），观察能否成像；将光源继续靠近凸透镜（u＜f＝10.0 cm），此时光屏上观察不到像，应撤去光屏，从________（选填“光源”或“光屏”）一侧透过凸透镜观察光源的像
凸透镜的焦距f＝10.0 cm
光屏
实验 过程
实验 次数 物距u/cm ①__________ 像的性质 正倒 ②________ ③________
1 40.0 13.3 倒立 缩小 实像
2 30.0 15.0 倒立 缩小 实像
3 20.0 20.0 倒立 等大 实像
4 15.0 30.0 倒立 放大 实像
5 10.0 / 找不到像 6 8.0 / 正立 放大 虚像
像距v/cm
大小
虚实
实验结论 5．分析表中记录的数据和实验现象，总结凸透镜成像的规律：
（1）当u＞2f时，f＜v＜2f，成倒立、缩小的______像；
（2）当u＝2f时，v＝2f，成倒立、________的实像；
（3）当f＜u＜2f时，v＞_______，成倒立、放大的实像；
（4）当u＜f时，像距不易测量，成________、放大的______像，像与物在凸透镜的______侧
实
等大
2f
正立
虚
同
交流 评估 6．无论怎样移动光屏都无法承接到清晰的像的原因
（1）光源、凸透镜、光屏三者中心________________；
（2）像距太______，超出了光具座测量范围；
（3）光源在____________以内，或在焦点上，不能成实像
不在同一高度
大
一倍焦距
交流 评估 7．使用蜡烛作为光源的不足与解决方案
（1）实验中，随着蜡烛越烧越短，光屏上的像将向______移。使像重新成在光屏中央的调节原则：使烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度，具体方法：①将蜡烛向______调节；②将凸透镜和光屏同时向______调节；（均选填“上”或“下”）
（2）用蜡烛作为光源，还存在的不足之处是___________________ ___________________________________________________（写出一条即可）
上
上
下
烛焰容易受气流的影响，成像不稳定（或不方便探究像与物是否左右颠倒）
交流 评估 8．遮挡问题
（1）若凸透镜被遮挡一部分，则光屏上的像______（选填“是”或“不是”）完整的，其亮度________（选填“变亮”“变暗”或“不变”）；
（2）若烛焰被遮挡一部分，则光屏上的像________（选填“是”或“不是”）完整的
9．物距与像距调换：根据表中第2、4两次实验数据可知，当光屏承接到清晰的像时，将光源和光屏互换位置，光屏上______（选填“能”或“不能”）承接到清晰的像，这是因为在折射现象中，光路是________的
是
变暗
不是
能
可逆
交流 评估 10．凸透镜成像的动态规律分析：（1）光屏上成清晰的像时，将光源靠近透镜，为了使光屏上再次成清晰的像，应将光屏________（选填“靠近”或“远离”）透镜，像的大小将变______；反之，光屏应________（选填“靠近”或“远离”）透镜，像的大小将变______；
（2）透过凸透镜观察虚像时，将光源远离凸透镜，观察到的虚像将________（选填“靠近”或“远离”）透镜，虚像的大小将变______
远离
大
靠近
小
远离
大
精选考法通关练
例题　在“探究凸透镜成像的规律”实验中，小明对实验装置进行了一系列创新：光具座上凸透镜所在位置为零刻度线，数值向左、向右依次增大；在网格纸上用LED灯制作“F”形光源代替蜡烛，用相同的网格纸作为光屏，所用凸透镜的焦距为10 cm，如图4所示。
图4
【基础新设问】
（1）实验前，小明猜想像的大小可能与物距有关，请你写出能够支持他猜想的一个现象：________________________________________ _______________________。
用放大镜分别观察自己的手指和远方的树木，所成像的大小不同
（2）实验中，当光源、凸透镜和光屏的位置如图4所示时，光屏上承接到清晰的像（像未画出）。
①小明按图中角度观察到的像应是图5中的______（选填字母）；
②[2023河南，17题（3）改编]这个实验现象可以说明__________（选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”）的成像特点。
A
图5
图4
照相机
（3）（创新考法）若小明用材料和焦距相同、直径更大的凸透镜替换图中的凸透镜，则光屏上呈现的像比原来的像________（选填“更大”“更远”或“更亮”）。
更亮
（4）（RJ习题改编）保持（2）中光源位置不动，将光屏稍向左移动，观察到光屏上的像变模糊，此时成像特点与__________（选填“近视眼”或“远视眼”）的成像情况相同，在凸透镜前再放置一个焦距合适的__________（选填“凸透镜”或“凹透镜”），光源在光屏上的像会重新变得清晰。
远视眼
凸透镜
【提升与创新】
（5）保持图中光源和光屏的位置不动，将凸透镜移动到光具座______（选填“左”或“右”）侧______cm刻度处时，光屏上将再次呈现清晰的像，此时成的是________（选填“放大”“缩小”或“等大”）的像。
左
15
放大
（6）实验结束后，老师对小明的实验装置进行了评估：
①使用LED灯代替蜡烛作为光源的好处是____________；
②小明所使用的光具座的好处是____________________________；
③光源和光屏使用相同的网格纸的好处是______________________ _______________；
④LED灯制作成F形，而不制成A形或E形的原因是______________ _______________________。
成像稳定
可以直接读出物距以及像距
可以更准确地比较像与物的大小关系
便于探究像与物是否上下、左右颠倒
（7）（RJ新增习题改编）小华用高度为6 cm 的光源进行实验，下表是成实像时的部分实验数据。
分析表中数据可知，小华使用的凸透镜的焦距f＝______cm。当物距_______________________________时，实像高度将小于光源高度的一半。
物距/cm 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0
像高/cm 18.0 9.0 6.0 4.5 3.6 3.0 2.6
15
大于45 cm（或大于三倍焦距）
（8）小红用蜡烛作为光源进行实验，也得到了凸透镜成像的规律。利用实验得到的凸透镜成像规律分析，如图6中的蜡烛通过凸透镜不可能形成的像是______。（选填字母）
B
考点　 　透镜的识别及其对光的作用（10年2考）
例1　（RJ、HK素材）（1）如图7所示，我国西汉时期的《淮南万毕术》记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”“削冰令圆”就是把冰块制成______透镜，使其对光有________作用；若要“火生”，应把“艾”放在该透镜的________位置。
凸
图7
会聚
焦点
（2）小明将一副眼镜放在太阳底下，使镜片正对太阳光，在地面上观察到如图8所示的现象，则该镜片是______透镜；小明发现镜片下方区域比周围暗，这是因为________________________。
凹
凹透镜对光有发散作用
图8
考点　 　凸透镜成像规律的应用（10年9考）
例2　（RJ、HK、BS素材）图9甲是自制照相机的成像原理示意图，请完成下列问题：
甲　　　　　　　　乙　　　　　　　丙
图9
（1）【成像原理】用照相机拍照时，物距________（选填“大于”“小于”或“等于”）镜头的2倍焦距，胶片上成倒立、________的实像。
大于
甲　　　　　　　　乙　　　　　　　丙
缩小
（2）【动态调节】若图乙、丙是站在不同位置拍摄的同一盆花的照片，则从图乙到图丙，照相机应________（选填“靠近”或“远离”）景物，同时镜头________（选填“前伸”或“后缩”）。
靠近
甲　　　　　　　　乙　　　　　　　丙
前伸
（3）【动态调节】站在原地拍摄逐渐远去的行人，为使感光元件上始终成清晰的像，照相机的镜头应逐渐________（选填“前伸”或“后缩”），行人在照相机中的像的大小将逐渐变______。
后缩
甲　　　　　　　　乙　　　　　　　丙
小
例3　（RJ、BS素材）图10是自制投影仪的成像原理示意图，请完成下列问题：
（1）【成像原理】若投影仪镜头的焦距为10 cm，则投影时镜头到投影片的距离（物距）应在______～______cm之间，屏幕上成倒立、________的实像。
（2）【动态调节】要使屏幕上的像变大，应________（选填“增大”或“减小”）镜头到投影片的距离，同时将投影仪________（选填“靠近”或“远离”）屏幕。
10
图10
20
放大
减小
远离
例4　（RJ、HK、BS素材）如图11，小明用焦距为8 cm的放大镜观察邮票的细节。
（1）小明看到的是邮票______立、放大的______像，邮票到放大镜的距离u______8 cm（选填“＞” “＜”或“＝”）。
正
图11
（2）小明想看清更微小的细节，应使放大镜适当________邮票，此时邮票的像的大小会变______。
虚
＜
远离
大
1．（2022河南，9题）小明用透明塑料盒设计了一个昆虫标本观察器，如图12所示。盒底上放标本，盒盖上嵌入一凸透镜。有焦距为 5 cm和10 cm 的两种凸透镜，为了在盒盖上方附近，通过凸透镜观察到标本正立、放大的像，凸透镜焦距f与盒高h选择合理的是 （　　）
A．f＝5 cm、h＝10 cm
B．f＝10 cm、h＝12 cm
C．f＝5 cm、h＝12 cm
D．f＝10 cm、h＝6 cm
D
图12
2．（RJ、BS素材）（双选）如图13所示，学校运动会期间，航模小组的同学用无人机进行航拍。若该无人机摄像机镜头的焦距为10 mm，下列说法中正确的是 　（　　）
A．该无人机的摄像机镜头是一个凹透镜
B．操场上的学生经镜头成倒立、缩小的实像
C．底片到镜头的距离在10～20 mm之间
D．降低无人机的飞行高度，拍摄的范围会增大
BC
图13
3．（RJ习题改编）如图14所示，把一支笔紧贴在装满水的圆柱形玻璃瓶的一侧，透过玻璃瓶可以看到笔______立的虚像；把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢地移动，可以看到笔尖的像逐渐变______（选填“长”或“短”）；当看到笔尖的像突然反向时，其成像原理与__________（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）相同；继续向远处移动笔，笔尖的像的长度会变______。
正
图14
长
投影仪
短
考点　 　眼睛及视力的矫正（10年3考）
例5　（课标素材）（2024河南，9题改编）在“爱眼日”宣传活动中，小明用图15所示的装置研究眼睛的成像，此时烛焰在光屏上成清晰的像，用此装置模拟正常眼睛的成像。
图15
（1）向水透镜中注水，水透镜的焦距变______，烛焰的像成在光屏的______（选填“左”或“右”）侧，此时模拟的是________（选填“近视”或“远视”）眼。要使光屏上再次成清晰的像，可以进行的操作：①将光屏向______移动；②将蜡烛向______移动；③在蜡烛与水透镜之间放一个焦距合适的______透镜。
小
左
近视
左
右
凹
（2）从水透镜中抽水，水透镜的焦距变______，烛焰的像成在光屏的______侧，此时模拟的是________（选填“近视”或“远视”）眼。要使光屏上成清晰的像，可以进行的操作：____________________ ____________________________________________________________。（写出一条）
大
右
远视
将光屏向右移动（或将蜡烛向左移动；或在蜡烛与水透镜之间放一个焦距合适的凸透镜）
方法指导　凸透镜焦距变化及加放透镜问题
注：在凸透镜前加凸透镜相当于凸透镜变厚；在凸透镜前加凹透镜相当于凸透镜变薄。
4．（RJ、HK新增习题改编）小明发现平时不戴眼镜的门卫大爷在看报纸时却要戴着眼镜才能看清。小明推断门卫大爷可能患有______视眼，图16中表示其成像原理的是______。门卫大爷佩戴的眼镜应该是______透镜。
远
图16
乙
凸
5．（BS新增习题改编）如图17所示，小红在做“探究凸透镜成像的规律”实验时，将同学小华的眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上烛焰清晰的像变模糊了；将光屏远离凸透镜，又能在光屏上看到清晰的像。分析上述现象可知：小华的眼镜镜片是__________（选填“凸透镜”或“凹透镜”），他患有__________（选填“近视眼”或“远视眼”）。
凹透镜
图17
近视眼

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