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第5节 透镜和视觉
考点一、透镜
1.凸透镜和凹透镜
种类 概念 图示 实例
凸透镜 中间厚、边缘薄的透镜 (放大镜)
凹透镜 中间薄、边缘厚的透镜 (近视眼镜)
2.关于透镜的几个科学术语
名称 概念 图示
主光轴 通过透镜的两个球面球心的直线叫主光轴，简称主轴，画主光轴应用点划线
光心 主轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫作透镜的光心，用字母“O”表示
焦点、焦距 凸透镜能使跟主轴平行的光会聚在主轴上的一点，这个点叫凸透镜的焦点，用字母“F”表示，凸透镜两侧各有一个焦点；焦点到凸透镜光心的距离叫焦距，用字母“f”表示
焦点、焦距 凹透镜能使跟主轴平行的光变得发散，且这些发散光线的反向延长线相交在主轴上的一点，这一点不是实际光线的会聚点，而是实际光线反向延长线的会聚点，所以叫凹透镜的虚焦点，凹透镜有两个虚焦点
(1)凸透镜表面越凸，焦距越小，会聚能力越强，反映在光路图上就是光通过凸透镜后偏折程度越大，如下图所示。
(2)凹透镜焦距越小，表面越凹，凹透镜对光的发散能力越强。
3.粗测凸透镜焦距的方法
如图所示，让凸透镜正对着太阳光(太阳离我们非常远，照射到地面的太阳光可看成平行光),再拿一张白纸放在它的另一侧，调整凸透镜到白纸的距离，直到白纸上的光斑最小、最亮(这个点就是凸透镜的焦点),测出这个光斑到凸透镜光心的距离，即为该凸透镜的焦距，这种测凸透镜焦距的方法称为平行光聚焦法。
注意：(1)凸透镜的镜面要正对太阳光，不是平行于地面。
(2)纸上形成最小、最亮的光斑后，不要长时间照射纸张，防止纸张被烤焦。
4.凸透镜和凹透镜对光的作用
(1)凸透镜对光有会聚作用，如图甲所示。
甲 乙 丙
由于光路可逆，若把光源放在焦点上，光源射向凸透镜的光，经凸透镜折射后将变为平行光，因此利用凸透镜可产生平行光，如图乙所示。
(2)凹透镜对光有发散作用，如图丙所示。
注意：凸透镜对光有会聚作用，并不是指光经过凸透镜后一定会聚到一点，而是指光通过凸透镜折射后，折射光线比原来的入射光线更靠近主光轴，如下图所示。
凹透镜对光有发散作用，并不是指光经过凹透镜后一定是发散的，而是指光通过凹透镜折射后，折射光线比原来的入射光线更远离主光轴，如下图所示。
5.透镜的三条重要光线
凸透镜 凹透镜
通过光心的光线经凸透镜折射后，折射光的传播方向不变 通过光心的光线经凹透镜折射后，折射光的传播方向不变
跟主光轴平行的光经凸透镜折射后，折射光线通过焦点 跟主光轴平行的光经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过虚焦点，注意作图时过虚焦点的虚线一定要画出
通过凸透镜焦点的光经凸透镜折射后，折射光线平行于主光轴 射向凹透镜的光，如果其延长线通过虚焦点，则该光经凹透镜折射后，折射光线平行于主光轴，注意作图时过虚焦点的虚线一定要画出
点拨：对凹透镜和凸透镜的三条重要光线，可概括为以下三点：
(1)过光心方向不变(即经过光心的光线传播方向不变)。
(2)平行必过焦点(即平行于主光轴的光线经透镜折射后，折射光线或其光线的反向延长线经过焦点或虚焦点)。
(3)过焦点必平行(即入射光线或其延长线经过焦点或虚焦点时，折射光线平行于主光轴)。
典例1：光学器件在生活中有很多应用：如图 (a)所示，盘山公路拐弯处的反光镜使用的是　 　镜，它对光具有　 　(填“发散”或“会聚”)作用，因此能增大驾驶员的观察范围；如图(b)所示为采集奥运圣火的画面，圣火采集器是一个　 　镜，它对太阳光具有　 　作用，从而把火炬点燃。
变式1：春节假期，小科同学一家自驾车到周边景点游玩。善于观察的他发现了小轿车中运用了许多的光学知识。
发现1：小轿车的前挡风玻璃都是倾斜安装的，而不是竖直安装（如图甲所示）。
发现2：小轿车两侧的观后镜都是凸面镜（如图乙），它们的可视范围比车内的观后镜（平面镜）要大。
发现3：小轿车的远光灯是凹面形，安装在车前方较低的位置，灯丝位于焦点，夜间开灯时，发现照射的距离特别远（如图丙所示）。
请你利用所学的光学知识和原理，解释小科同学的这三个发现。
变式2：（1）图①中，两条光线是由同一点光源S发出经平面镜反射后形成的，请完成光路图，并确定光源S的位置。
（2）如图②，两条入射光线分别过凸透镜的焦点F和光心O，分别画出经过凸透镜折射后的光线。
（3）如图③所示，一束光从玻璃斜射入空气中，请作出图中的反射光线和折射光线
（4）如图④，两条入射光线分别过凹透镜的焦点F和光心O，分别画出经过凹透镜折射后的光线。
考点二、凸透镜成像规律
1.物距和像距
(1)物距：物体到凸透镜的距离叫作物距，用字母u表示。
(2)像距：像到凸透镜的距离叫作像距，用字母v表示。
2.探究实践：探究凸透镜成像规律
【目标】通过改变物体相对于凸透镜的位置，探究凸透镜成像的特点。
【器材】凸透镜，光具座，光屏，蜡烛等。
【过程】(1)进行实验
①如图所示，把蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上。点燃蜡烛，调整蜡烛火焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度。
②把蜡烛分别放在与凸透镜的距离大于2倍焦距、等于2倍焦距、2倍焦距和1倍焦距之间的地方，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的蜡烛火焰的像。观察这个像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小的。改变物距，重复实验。
③把蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛在凸透镜的焦点上，移动光屏，看是否能够成像。
④把蜡烛移到凸透镜的焦点以内，移动光屏，在光屏上还能看到蜡烛火焰的像吗
从光屏这一侧透过凸透镜用眼睛直接观察蜡烛火焰(如图),是不是看到了一个正立、放大的蜡烛火焰的像 这个像不是由实际光线会聚成的，因此不能用光屏承接，是虚像。改变物距，重复实验。
(2)记录实验数据(凸透镜的焦距为10cm)
物距/cm 像距/cm 光屏上像的性质 像的其他性质
40 13.5 倒立的、缩小的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
30 15 倒立的、缩小的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
20 20 倒立的、等大的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
15 30 倒立的、放大的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
13.5 40 倒立的、放大的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
10 一 光屏上没有像 一
8 一 光屏上没有像，但通过凸透镜观察烛焰，能看到它正立的、放大的像 与物同侧，光屏不能承接
(3)实验结论：由实验表明，凸透镜成像规律如下表：
物距与焦距的关系 像距与焦距的关系 物与像的位置关系 像的性质
大小 正倒 虚实
u>2f fu=2f v=2f 异侧 等大 倒立 实像
f2f 异侧 放大 倒立 实像
u=f 不能成像
u一规律总结一
(1)凸透镜所成实像必倒立，且物、像异侧，可以是放大的、等大的或缩小的；而虚像必正立，且物、像同侧，一定是放大的。
(2)两个分界点：1倍焦距分虚实，2倍焦距分大小，即焦点是成实像、虚像的分界点，物体在焦点外成实像，在焦点内成虚像。2倍焦距点是实像放大、缩小的分界点，物体在2倍焦距外成缩小实像，在2倍焦距以内、1倍焦距以外成放大实像。
(3)凸透镜成实像时，像与物上下、左右都相反。当物距大于像距时，所成的像是倒立、缩小的；当物距等于像距时，所成的像是倒立、等大的；当物距小于像距时，所成的像是倒立、放大的。
(4)凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，且像变大，即物近像远像变大；物距增大，像距减小，且像变小，即物远像近像变小。成虚像时，物距减小，像距减小且像变小，即物近像近像变小。
(5)实像与物的三个关系
①移动方向：物像同向移。
②移动速度：成放大的像时，像的移动速度大于物的移动速度；成缩小的像时，像的移动速度小于物的移动速度。
③物像可对调：对调后像的性质发生变化。
典例1：如图所示小红在探究凸透镜成像规律时，光屏上出现一个清晰的像。下列说法正确的是（　　）
A．此时烛焰成正立、放大、实像
B．该凸透镜的焦距可能为13厘米
C．保持凸透镜位置不动，将蜡烛向右移动，则像的大小一直变小
D．只将凸透镜向右移动到60厘米刻度处，光屏上再次出现一个清晰的像
变式1：如图所示是小金通过实验得到的凸透镜的像距v和物距u的关系图像，根据图中信息，回答下列问题。
（1）该凸透镜的焦距是　 　cm；
（2）当物距从15cm变为40cm的过程中，像的大小将　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
变式2：在”探究凸透镜成像规律”实验中，小金先利用”平行光聚焦法”(如图甲所示)粗略测出凸透镜的焦距。根据操作完成下列问题：
（1）小金将测过焦距的凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙所示，欲使光屏上成一个清晰的实像，应将光屏　 　(选填“靠近”或”远离”，下同)凸透镜；
（2）通过调整，光屏上出现了清晰的像后，某同学将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上的像变模糊了，此时他应将光屏　 　凸透镜，光屏上才能再次成清晰的像。
变式3：在“探究凸透镜成像规律”实验中，有如下操作：（1）实验前，小科利用“平行光聚焦法”(如图甲所示)粗略测出凸透镜的焦距。焦距越小，凸透镜对光的会聚作用越　 　(选填“强”或“弱”)；
（2）小科将(1)中测过焦距的凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙所示，欲使光屏上成一个清晰的实像，应将光屏　 　(选填“靠近”或“远离”)凸透镜；
（3）通过步骤(2)的调整，光屏上出现了清晰的像后，小科将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上的像变模糊了，此时他应将光屏　 　(选填“靠近”或“远离”)凸透镜，光屏上才能再次成清晰的像。
考点三、放大镜、投影仪和照相机
1.放大镜、投影仪和照相机的工作原理和调节方法
项目 放大镜 投影仪(幻灯机) 照相机
工作原理 u2f时，物体经过凸透镜成倒立、缩小的实像
调节依据 成虚像时，物近像近像变小 成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小
调节方法 像偏小：物体稍微远离透镜，适当调整眼睛位置像偏大：物体稍微靠近透镜，适当调整眼睛位置 像偏小：投影片靠近镜头，投影仪远离屏幕像偏大：投影片远离镜头，投影仪靠近屏幕 像偏小：物体靠近相机，暗箱拉长像偏大：物体远离相机，暗箱缩短
2.实像和虚像
比较项目 实像 虚像
形成原因 由实际光线会聚而成的像 由实际光线的反向延长线相交而成的像
呈现形式 可以用光屏承接 不可以用光屏承接
图解
特点 倒立的，像、物异侧 正立的，像、物同侧
实例 照相机成像、投影仪成像 放大镜成像
相同点 都能被眼睛观察到，都能用照相机拍成照片
典例1：科学课上，同学们开展“制作照相机模型”项目化学习活动，活动包括学习原理、制作简易照相机、评价模型作品三个环节。
（1）【学习】制作模型前，通过探究凸透镜成像规律的实验，知道物距（u），像距（v）应该满足f＜v＜2f，胶片上成的像的特点是　 　。
（2）【制作】小组同学利用A4卡纸、半透明纸和凸透镜制作出简易相机模型，组内同学进行测试时，发现拍摄不同距离的景物，有时模糊，请你指出该模型可能存在的缺陷是　 　。
（3）【制作】评价量表是作品制作过程的指引，又是作品等级评定的依据，下表为某小组设计的量规，将表格补充完整。
自制照相机评价量规
评价指标 作品等级
优秀 合格 待改进
功能完善 ①　 　 ②　 　 ③　 　
结构完整 结构完整，能成像 结构较完整，能成像 结构不完整，不能成像
外形美观 有固定的外形，且美观 有固定的外形，较美观 无固定的外形，不美观
（4）【改进】小组同学根据“功能完善”评价指标，认为照相机模型存在功能上的缺陷，组内同学提出了改进的建议　 　。
变式1：照相机和放大镜都是凸透镜成像原理的具体应用。如图所示(P点为二倍焦距点)，下列关于照相机、放大镜使用和成像的说法正确的是(　　)
A．照相机：被拍物体应在甲区域内，成倒立、缩小的实像
B．照相机：被拍物体应在乙区域内，成倒立、缩小的实像
C．放大镜：被观察物体应在乙区域内，成正立、放大的虚像
D．放大镜：被观察物体应在丙区域内，成正立、放大的实像
变式2：如图甲为支付宝推出的扫脸支付装置， 顾客站在摄像头装置前，摄像头捕捉人脸即可在感光器上成像，进行顾客身份 识别。小科用凸透镜成像实验模拟支付装置的成像规律（如图乙）。请回答：
（1）该支付装置中的感光器相当于图乙中的　 　。
（2）人脸在感光器上成一个　 　（填像的性质）的实像。
（3）图乙中小科改变物距（u），移动光屏找到清晰的像，记录像距（v），得到下列一组数据：
u/cm 40 30 20 15 13.3 12.5
v/cm 13.3 15 20 30 40 50
①该凸透镜的焦距为　 　cm。
②实验过程中凸透镜始终固定在光具座上50cm刻度处，若某次记录时小科在光屏上看到了倒立放大的像，此时蜡烛在光具座上可能处于的刻度位置的范围是　 　。
变式3：投影仪是一种可以放大画面的投影式光学仪器，产生大而明亮的效果，因此被广泛使用于我们的生活当中，如电影院、教室等场所。而其中起到放大效果的元件其实就是我们所熟知的凸透镜，小光使用了家里面一面未知焦距的放大镜想要用其来放大手机上的照片，并成像在光屏上，三者摆放位置如下。
（1）小光可以通过什么方法测出焦距？　 　
（2）小光通过上述方法测出放大镜的焦距是10cm，那么手机和放大镜之间的距离应该在 　cm之间
（3）小光想选择一种材料作为自制投影仪的光屏，他在家里找到了形状相同的白色陶瓷盘子和白色泡沫塑料盒子，你认为更适合的是哪一种材料？为什么？　 　
（4）如果他想要继续放大光屏上所成的像，那么在他接下来的操作应该是　 　，像放大后，他发现光屏上的像不完整，导致这一现象的原因可能是？　 　，
考点四、眼睛
1.眼球的结构(如右图)和功能
结构 功能
巩膜 坚韧的外壳、保护眼球
虹膜 中央是瞳孔，可根据光的强弱调节瞳孔大小，瞳孔可以控制进光量
角膜、晶状体、玻璃体 一起组成折光系统
睫状肌 调节晶状体曲度，改变眼球的焦距
视网膜 有感光细胞，接受光刺激，产生兴奋
视神经 把感光细胞所产生的信息传入大脑
2.视觉的形成
眼睛的工作原理：眼睛中的晶状体和角膜共同作用，相当于一个凸透镜，折射后的光线在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。视网膜上有很多感光细胞，这些细胞受到光刺激后发出信息，信息沿着视神经传到大脑而形成视觉。即眼睛观察到物体的过程是光→眼球折光系统→视网膜→视神经→大脑皮层视觉中枢。
3.眼睛的调节
眼睛通过睫状肌改变晶状体的形状，使我们能够看清远近不同的物体。
(1)看近处的物体时，睫状肌收缩，晶状体变厚，焦距变小，对光的会聚能力变强，近处物体射来的光会聚在视网膜上，从而看清近处的物体，如图甲所示。
(2)看远处的物体时，睫状肌放松，晶状体变薄，焦距变大，对光的会聚能力变弱，远处物体射来的光会聚在视网膜上，从而看清远处的物体，如图乙所示。可见，眼睛是一种精巧的变焦系统.
4.近视与远视
项目 近视 远视
特点 能看清近处的物体，看不清远处的物体 能看清远处的物体，看不清近处的物体
形成原因 眼球的前后径过长或晶状体曲度过大，来自远处物体的光会聚在视网膜前，使视网膜上的物像模糊不清 眼球的前后径过短或晶状体曲度过小，使来自近处物体的光会聚在视网膜的后面
矫正方法 配戴凹透镜可矫正近视 配戴凸透镜可矫正远视
典例1：6月6日是全国爱眼日，为了预防近视，我们要做好眼保健操，保护好自己的眼睛。
（1）当我们看一个物体时，晶状体和角膜的共同作用相当于一个　 　。它把来自物体的光会聚在视网膜上，形成一个倒立的、　 　的实像。
（2）过度用眼会导致眼睛近视，甲、乙两图中表示近视眼成像原理的是　 　图。近视眼可通过佩戴丙图中的　 　(填字母)透镜来矫正。
变式1：鱼类为了能够在水中看物，鱼眼的晶状体几乎圆得可以“混珠”，以此来保证有足够的折射力。传说中生活在海洋里的美人鱼，上岸后，如图能正确表示它的眼睛的成像情况和矫正方法的是（　　）
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
变式2：图甲为眼球的结构模式图。长时间的近距离工作或过度使用眼睛使睫状肌持续收缩，处于痉挛状态，造成晶状体过厚，焦距过　 　（选填“大”或“小”），使来自远处物体的光聚焦在视网膜　 　(选填“前”或“后”)，称为假性近视。长此以往，眼球前后径变大，即使睫状肌完全放松，远处物体的所成像的像距仍然　 　（选填“大于”或“小于”)眼球前后径，此时就发展为真性近视。矫正近视需配戴的镜片是　 　（选填“乙”或“丙”）。
变式3：为了研究眼的成像原理，小科用水透镜模拟眼的晶状体，通过注水或抽水可改变水凸透镜凸度大小。光屏和水透镜固定在光具座如图所示的位置。请回答：
（1）点燃蜡烛后，调节水透镜凸度，直至光屏上成一个清晰的　 　像（填像的具体特点）。
（2）若将点燃的蜡烛向左移动一小段距离，要使光屏上重新得到清晰的像，应采用下列　 　（填字母编号）两种方法的组合。
A．光屏应向靠近透镜的方向移动 B．对水凸透镜抽水
C．光屏应向远离透镜的方向移动 D．对水凸透镜注水
1.透镜部分被遮挡后的成像情况
当凸透镜部分破损或部分被遮挡时，通过透镜的折射光比原来少了，像会变暗，但像的形状不会改变。以凸透镜成实像为例。如图所示，物体所成的像A'点的形成，实际上是由物体上A点发出的无数条光经凸透镜后会聚在A′点形成的，如果凸透镜的上端破损，经过这一部分的光不再经过凸透镜折射后会聚在A'点，但是其他的光仍然可以通过凸透镜的其他部分成像在A'点；由于会聚在A'点上的光少了，像就显得暗了；同理，物体所成的像上的其他点也发生了同样的变化。这样，物体通过凸透镜所成的像仍是完整的，只是稍微变暗了。
1．早在我国西汉时期成书的《淮南万毕术》中就有关于冰透镜的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”下列关于该记载解释的光路图正确的是（　　）
A． B． C． D．
2．（2025八下·慈溪期中）为满足特殊人群的需求，有一种眼镜的镜片可以改变(如图甲)，它的改变是通过在透明的薄膜中注入或抽出光学液体来实现。图乙是某人看远处物体时的成像情况，此时该人的视力缺陷和矫正时应选择的镜片是（　　）
A．近视眼，镜片I B．近视眼，镜片Ⅱ
C．远视眼，镜片I D．远视眼，镜片Ⅱ
3．为研究近视眼的形成和矫正方法，小明用凸透镜、凹透镜和光屏制作了如图所示的模型，使像恰好成在光屏上。不改变光屏和凸透镜的位置，去掉凹透镜，则像会（　　）
A．成像在光屏左边 B．成像在光屏右边
C．无法成像 D．成像在光屏上
4．学习了透镜的知识以后，小明借来了爸爸的眼镜片进行探究。使太阳光经过镜片在光屏上形成了一个最小最亮的光斑如图甲所示；把镜片放置在桌子上，调节到如图乙所示的位置，墙上出现了窗户清晰的像(像未画出)。下列说法正确的是（　　)
A．爸爸的镜片是凸透镜，焦距为35cm
B．乙图中的像是倒立放大的实像
C．乙图中成像和照相机的原理是一样的
D．乙图中小明将镜片上移，窗户的像将向下移动
5．（2024七下·余杭期末）如图是一款人脸识别取款机，它通过摄像机的镜头成像，然后分析人脸的信息。以下说法正确的是（　　）
A．该摄像机镜头的原理是小孔成像
B．这种镜头的镜片是边缘薄中间厚
C．镜头所成的像是一个正立、缩小的虚像
D．若人脸较大，应适当靠近镜头以便能拍摄脸的全貌
6．（2025八下·宁波期中）某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v跟物体到凸透镜的距离u之间关系的图象，如图所示，下列判断正确的是（　　）
A．该凸透镜的焦距是16cm
B．当u=12cm时，在光屏上能得到一个缩小的像
C．当u=20cm时成放大的像．投影仪就是根据这一原理制成的
D．把物体从距凸透镜12cm处移动到24cm处的过程中，像逐渐变小
7．（2024七下·平湖期末）为探究凸透镜成像规律，小科通过移动蜡烛，记录蜡烛的像到凸透镜的距离v，物体到凸透镜的距离u，并绘制成图甲。
（1）根据图像可知，凸透镜的焦距是　 　cm；
（2）在某次实验中小科将凸透镜固定在长度为1m的光具座中点，蜡烛放在35cm刻度线处，如图乙；
①小科将光屏移至　 　刻度线处得到一个清晰的像；
②小科将蜡烛以0.01m/s的速度向左移至30cm刻度线处，光屏移至　 　刻度线处时，光屏上再次承接到清晰的像。这段时间内蜡烛的像移动的平均速度为　 　。
8．（2024七下·椒江期末）小科利用图甲装置探究凸透镜成像规律，将实验所得数据绘制成图像，如图乙所示；
（1）根据图乙可知，该实验所用凸透镜的焦距为　 　厘米；
（2）实验过程中，蜡烛燃烧长度变短，光屏上烛焰的像会向　 　移动；
（3）利用凸透镜成像规律可制成投影仪，投影仪的部分结构和成像原理可简化为图丙；u表示物距，v表示像距，要使投影仪所成的像变大，u应适当　 　（选填“变大”或“变小”）。
9．（2024七下·诸暨期末）在“探究凸透镜成像规律”的实验中，小科同学依次进行了如下操作：
（1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，并调整蜡烛火焰、凸透镜及光屏三者的中心，使其大致在　 　；
（2）当蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示时，小科看到光屏上出现一个清晰的像，生活中应用该成像原理制作的光学仪器是　 　（选填“照相机”、“放大镜”或“投影仪”）；接着他保持蜡烛和光屏位置不动，将凸透镜移到　 　cm刻度线处时，光屏上能再次观察到烛焰清晰的像；
（3）上述实验完成后，小科借用科学老师的眼镜继续探究，他将眼镜放在蜡烛和凸透镜之间发现像变模糊了，接着保持蜡烛和凸透镜位置不动，将光屏远离凸透镜后又能观察到清晰的像，则可判断科学老师的眼镜是　 　眼镜（填“近视”或“远视”）。
10．（2024七下·浦江期末）如图所示，为小明在探究凸透镜成像规律实验中的部分图示，请回答下列问题；
（1）如图甲所示，平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则小明所用凸透镜的焦距为　 　厘米；
（2）实验时，由于实验时间较长，蜡烛变短，为使像仍能成在光屏的中央，以下操作可达到目的的是　 　（选填字母）；
A．将凸透镜往上移　　B．将光屏往下移 C．将蜡烛往上移　　D．将蜡烛往下移
（3）图乙光屏上已经得到一个清晰的像，若此时保持凸透镜位置不变，将蜡烛向左移动一段距离后，要想在光屏上再次成清晰的像，则光屏必须　 　（选填“向左移”、“向右移”或“不移动”）。
思维导图
思维导图
举一反三
思维导图
举一反三
思维导图
举一反三
思维导图
举一反三
易错点与提高
课后巩固
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第5节 透镜和视觉
考点一、透镜
1.凸透镜和凹透镜
种类 概念 图示 实例
凸透镜 中间厚、边缘薄的透镜 (放大镜)
凹透镜 中间薄、边缘厚的透镜 (近视眼镜)
2.关于透镜的几个科学术语
名称 概念 图示
主光轴 通过透镜的两个球面球心的直线叫主光轴，简称主轴，画主光轴应用点划线
光心 主轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫作透镜的光心，用字母“O”表示
焦点、焦距 凸透镜能使跟主轴平行的光会聚在主轴上的一点，这个点叫凸透镜的焦点，用字母“F”表示，凸透镜两侧各有一个焦点；焦点到凸透镜光心的距离叫焦距，用字母“f”表示
焦点、焦距 凹透镜能使跟主轴平行的光变得发散，且这些发散光线的反向延长线相交在主轴上的一点，这一点不是实际光线的会聚点，而是实际光线反向延长线的会聚点，所以叫凹透镜的虚焦点，凹透镜有两个虚焦点
(1)凸透镜表面越凸，焦距越小，会聚能力越强，反映在光路图上就是光通过凸透镜后偏折程度越大，如下图所示。
(2)凹透镜焦距越小，表面越凹，凹透镜对光的发散能力越强。
3.粗测凸透镜焦距的方法
如图所示，让凸透镜正对着太阳光(太阳离我们非常远，照射到地面的太阳光可看成平行光),再拿一张白纸放在它的另一侧，调整凸透镜到白纸的距离，直到白纸上的光斑最小、最亮(这个点就是凸透镜的焦点),测出这个光斑到凸透镜光心的距离，即为该凸透镜的焦距，这种测凸透镜焦距的方法称为平行光聚焦法。
注意：(1)凸透镜的镜面要正对太阳光，不是平行于地面。
(2)纸上形成最小、最亮的光斑后，不要长时间照射纸张，防止纸张被烤焦。
4.凸透镜和凹透镜对光的作用
(1)凸透镜对光有会聚作用，如图甲所示。
甲 乙 丙
由于光路可逆，若把光源放在焦点上，光源射向凸透镜的光，经凸透镜折射后将变为平行光，因此利用凸透镜可产生平行光，如图乙所示。
(2)凹透镜对光有发散作用，如图丙所示。
注意：凸透镜对光有会聚作用，并不是指光经过凸透镜后一定会聚到一点，而是指光通过凸透镜折射后，折射光线比原来的入射光线更靠近主光轴，如下图所示。
凹透镜对光有发散作用，并不是指光经过凹透镜后一定是发散的，而是指光通过凹透镜折射后，折射光线比原来的入射光线更远离主光轴，如下图所示。
5.透镜的三条重要光线
凸透镜 凹透镜
通过光心的光线经凸透镜折射后，折射光的传播方向不变 通过光心的光线经凹透镜折射后，折射光的传播方向不变
跟主光轴平行的光经凸透镜折射后，折射光线通过焦点 跟主光轴平行的光经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过虚焦点，注意作图时过虚焦点的虚线一定要画出
通过凸透镜焦点的光经凸透镜折射后，折射光线平行于主光轴 射向凹透镜的光，如果其延长线通过虚焦点，则该光经凹透镜折射后，折射光线平行于主光轴，注意作图时过虚焦点的虚线一定要画出
点拨：对凹透镜和凸透镜的三条重要光线，可概括为以下三点：
(1)过光心方向不变(即经过光心的光线传播方向不变)。
(2)平行必过焦点(即平行于主光轴的光线经透镜折射后，折射光线或其光线的反向延长线经过焦点或虚焦点)。
(3)过焦点必平行(即入射光线或其延长线经过焦点或虚焦点时，折射光线平行于主光轴)。
典例1：光学器件在生活中有很多应用：如图 (a)所示，盘山公路拐弯处的反光镜使用的是　 　镜，它对光具有　 　(填“发散”或“会聚”)作用，因此能增大驾驶员的观察范围；如图(b)所示为采集奥运圣火的画面，圣火采集器是一个　 　镜，它对太阳光具有　 　作用，从而把火炬点燃。
【答案】凸面；发散；凹面；会聚
【解析】（1）凸面镜对光线有发散作用，成正立缩小的虚像，能够扩大视野；
（2）凹面镜对光线有会聚作用，据此分析解答。
【解答】（1）如图 (a)所示，盘山公路拐弯处的反光镜使用的是凸面镜，它对光具有发散作用，因此能增大驾驶员的观察范围；
（2）如图(b)所示为采集奥运圣火的画面，圣火采集器是一个凹面镜，它对太阳光具有会聚作用，从而把火炬点燃。
变式1：春节假期，小科同学一家自驾车到周边景点游玩。善于观察的他发现了小轿车中运用了许多的光学知识。
发现1：小轿车的前挡风玻璃都是倾斜安装的，而不是竖直安装（如图甲所示）。
发现2：小轿车两侧的观后镜都是凸面镜（如图乙），它们的可视范围比车内的观后镜（平面镜）要大。
发现3：小轿车的远光灯是凹面形，安装在车前方较低的位置，灯丝位于焦点，夜间开灯时，发现照射的距离特别远（如图丙所示）。
请你利用所学的光学知识和原理，解释小科同学的这三个发现。
【答案】发现1：小汽车前面的挡风玻璃相当于平面镜，如果竖直安装，所成的像会在正前方，干扰司机观察路况，倾斜安装可以成像在斜上方，不干扰司机观察路况。
发现2：汽车后视镜是凸面镜，凸面镜对光线有发散作用，能扩大视野。
发现3：凹面镜对光有会聚作用，照得远是因为车头的远光灯发光点位于焦点处时，灯泡发出的光经凹面镜反射后会聚成平行光射出，光能集中易射得远；车灯装的较低，可使强光照在地面上或坑洼处等物体上，通过物体反射，司机就容易看清照到的物体。
【解析】发现1：根据平面镜成像的对称性分析车内物体在前风挡内成像的位置，从而说明是否会对水平方向上的车外物体产生影响即可。
发现2：凸面镜对光线有发散作用，物体在凸面镜内成正立缩小的虚像；
发现3：从焦点射出的光线，经过凹面镜的反射后反射光线与主轴平行，据此分析解答。
变式2：（1）图①中，两条光线是由同一点光源S发出经平面镜反射后形成的，请完成光路图，并确定光源S的位置。
（2）如图②，两条入射光线分别过凸透镜的焦点F和光心O，分别画出经过凸透镜折射后的光线。
（3）如图③所示，一束光从玻璃斜射入空气中，请作出图中的反射光线和折射光线
（4）如图④，两条入射光线分别过凹透镜的焦点F和光心O，分别画出经过凹透镜折射后的光线。【答案】（1）（2）
（3）（4）
【解析】（1）平面镜所成的像是所有反射光线反向延长线的交点；物体和像关于平面镜对称，据此完成作图；
（2）根据凸透镜的特殊光线解答；
（3）根据光的反射定律和折射规律完成作图；
（4）根据凹透镜的特殊光线解答。
【解答】（1）①将两条反射光线反向延长，它们的交点为像点S'；
②通过像点S’作镜面的垂线，然后根据“物像等距”在这条直线上镜面另一侧找到对应的发光点S；
③将发光点S与入射点连接，从而得到对应的入射光线，如下图所示：
（2）①从焦点射出的光线，经过凸透镜后，折射光线与主轴平行；
②射向凸透镜光心的光线，传播方向不变，如下图所示：
（3）①通过入射点作垂直界面的法线，然后根据“反射角等于入射角”在法线上侧画出对应的反射光线；
②光从玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角，如下图所示：
（4）①与主轴平行的光线，经过凹透镜后，折射光线的反向延长线经过入射光线同侧的虚焦点；
②射线光心的光线，传播方向不变，如下图所示：
考点二、凸透镜成像规律
1.物距和像距
(1)物距：物体到凸透镜的距离叫作物距，用字母u表示。
(2)像距：像到凸透镜的距离叫作像距，用字母v表示。
2.探究实践：探究凸透镜成像规律
【目标】通过改变物体相对于凸透镜的位置，探究凸透镜成像的特点。
【器材】凸透镜，光具座，光屏，蜡烛等。
【过程】(1)进行实验
①如图所示，把蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上。点燃蜡烛，调整蜡烛火焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度。
②把蜡烛分别放在与凸透镜的距离大于2倍焦距、等于2倍焦距、2倍焦距和1倍焦距之间的地方，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的蜡烛火焰的像。观察这个像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小的。改变物距，重复实验。
③把蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛在凸透镜的焦点上，移动光屏，看是否能够成像。
④把蜡烛移到凸透镜的焦点以内，移动光屏，在光屏上还能看到蜡烛火焰的像吗
从光屏这一侧透过凸透镜用眼睛直接观察蜡烛火焰(如图),是不是看到了一个正立、放大的蜡烛火焰的像 这个像不是由实际光线会聚成的，因此不能用光屏承接，是虚像。改变物距，重复实验。
(2)记录实验数据(凸透镜的焦距为10cm)
物距/cm 像距/cm 光屏上像的性质 像的其他性质
40 13.5 倒立的、缩小的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
30 15 倒立的、缩小的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
20 20 倒立的、等大的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
15 30 倒立的、放大的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
13.5 40 倒立的、放大的 与物分居凸透镜的两侧，光屏能承接
10 一 光屏上没有像 一
8 一 光屏上没有像，但通过凸透镜观察烛焰，能看到它正立的、放大的像 与物同侧，光屏不能承接
(3)实验结论：由实验表明，凸透镜成像规律如下表：
物距与焦距的关系 像距与焦距的关系 物与像的位置关系 像的性质
大小 正倒 虚实
u>2f fu=2f v=2f 异侧 等大 倒立 实像
f2f 异侧 放大 倒立 实像
u=f 不能成像
u一规律总结一
(1)凸透镜所成实像必倒立，且物、像异侧，可以是放大的、等大的或缩小的；而虚像必正立，且物、像同侧，一定是放大的。
(2)两个分界点：1倍焦距分虚实，2倍焦距分大小，即焦点是成实像、虚像的分界点，物体在焦点外成实像，在焦点内成虚像。2倍焦距点是实像放大、缩小的分界点，物体在2倍焦距外成缩小实像，在2倍焦距以内、1倍焦距以外成放大实像。
(3)凸透镜成实像时，像与物上下、左右都相反。当物距大于像距时，所成的像是倒立、缩小的；当物距等于像距时，所成的像是倒立、等大的；当物距小于像距时，所成的像是倒立、放大的。
(4)凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，且像变大，即物近像远像变大；物距增大，像距减小，且像变小，即物远像近像变小。成虚像时，物距减小，像距减小且像变小，即物近像近像变小。
(5)实像与物的三个关系
①移动方向：物像同向移。
②移动速度：成放大的像时，像的移动速度大于物的移动速度；成缩小的像时，像的移动速度小于物的移动速度。
③物像可对调：对调后像的性质发生变化。
典例1：如图所示，小红在探究凸透镜成像规律时，光屏上出现一个清晰的像。下列说法正确的是（　　）
A．此时烛焰成正立、放大、实像
B．该凸透镜的焦距可能为13厘米
C．保持凸透镜位置不动，将蜡烛向右移动，则像的大小一直变小
D．只将凸透镜向右移动到60厘米刻度处，光屏上再次出现一个清晰的像
【答案】D
【解析】（1）比较像距和物距的大小，从而确定成像的特点；
（2）根据成像特点确定焦距的范围；
（3）根据“物近像远大，物远像近小”的规律判断；
（4）根据光路的可逆性可知，将物体和光屏互换位置后，光屏上仍然成清晰的实像，只是像的大小相反。
【解答】A.根据图片可知，此时像距大于物距，则光屏上成倒立、放大的实像，故A错误；
B.根据凸透镜成像的特点可知，此时物距u=50cm-35cm=15cm，像距v=75cm-50cm=25cm，则f<15cm<2f，25cm>2f，解得：7.5cmC.蜡烛向右移动时，物距减小，根据“物近像远大”可知，所成的像会增大，故C错误；
D.根据光路的可逆性可知，将物距和像距互换，即此时物距为25cm时，光屏上仍然成清晰的实像，那么凸透镜的位置为：35cm+25cm=60cm，故D正确。
变式1：如图所示是小金通过实验得到的凸透镜的像距v和物距u的关系图像，根据图中信息，回答下列问题。
（1）该凸透镜的焦距是　 　cm；
（2）当物距从15cm变为40cm的过程中，像的大小将　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】（1）10 （2）变小
【解析】（1）物距等于焦距等于两倍焦距时所成的是倒立等大的实像；
（2）物体李焦点越近，所成的像越大。
【解答】（1）物距等于焦距等于20cm时，成像，故焦距为10cm；
（2） 物距从15cm变为40cm的过程中 ，逐渐远离焦点，故像将变小。
变式2：在”探究凸透镜成像规律”实验中，小金先利用”平行光聚焦法”(如图甲所示)粗略测出凸透镜的焦距。根据操作完成下列问题：
（1）小金将测过焦距的凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙所示，欲使光屏上成一个清晰的实像，应将光屏　 　(选填“靠近”或”远离”，下同)凸透镜；
（2）通过调整，光屏上出现了清晰的像后，某同学将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上的像变模糊了，此时他应将光屏　 　凸透镜，光屏上才能再次成清晰的像。
【答案】（1）靠近（2）远离
【解析】（1）根据图甲确定凸透镜焦距，利用，，成倒立、缩小的实像，确定光屏移动方向；
（2）近视眼镜是凹透镜，凹透镜对光线具有发散作用。
【解答】（1）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚在主光轴上一点，这点是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离是凸透镜的焦距，所以凸透镜的焦距是：；
当凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙所示，此时，凸透镜到光屏的距离，根据，，成倒立、缩小的实像，故欲使光屏上成一个清晰的实像，应将光屏靠近凸透镜；
（2）通过调整，光屏上出现了清晰的像后，某同学将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间，近视眼镜是凹透镜，凹透镜对光线具有发散作用，会将光线推迟会聚成像，故此时他应将光屏远离凸透镜，光屏上才能再次成清晰的像。
变式3：在“探究凸透镜成像规律”实验中，有如下操作：（1）实验前，小科利用“平行光聚焦法”(如图甲所示)粗略测出凸透镜的焦距。焦距越小，凸透镜对光的会聚作用越　 　(选填“强”或“弱”)；
（2）小科将(1)中测过焦距的凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙所示，欲使光屏上成一个清晰的实像，应将光屏　 　(选填“靠近”或“远离”)凸透镜；
（3）通过步骤(2)的调整，光屏上出现了清晰的像后，小科将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上的像变模糊了，此时他应将光屏　 　(选填“靠近”或“远离”)凸透镜，光屏上才能再次成清晰的像。
【答案】（1）强（2）靠近（3）远离
【解析】凸透镜对光有会聚作用，能将平行光线会聚在凸透镜焦点上。凸透镜成像的规律牢记两句口诀：物近像远像变大，一倍焦距分虚实两倍焦距分大小。
【解答】（1）凸透镜对光具有会聚作用，凸透镜的焦距越小，说明焦点距离光心越近，透镜对光线的折射作用越强。
（2）由图甲可知，凸透镜的焦距为f=60cm-50cm=10cm
当凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙时，物距为u=50cm-10cm=40cm
则物距与焦距的关系是u>2f，根据凸透镜的成像规律可知：u>2f， 则f（3）将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间，由于近视眼镜是凹透镜，对光线起发散作用，成像远离凸透镜，所以应将光屏远离凸透镜，光屏上才能再次成清晰的像。
考点三、放大镜、投影仪和照相机
1.放大镜、投影仪和照相机的工作原理和调节方法
项目 放大镜 投影仪(幻灯机) 照相机
工作原理 u2f时，物体经过凸透镜成倒立、缩小的实像
调节依据 成虚像时，物近像近像变小 成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小
调节方法 像偏小：物体稍微远离透镜，适当调整眼睛位置像偏大：物体稍微靠近透镜，适当调整眼睛位置 像偏小：投影片靠近镜头，投影仪远离屏幕像偏大：投影片远离镜头，投影仪靠近屏幕 像偏小：物体靠近相机，暗箱拉长像偏大：物体远离相机，暗箱缩短
2.实像和虚像
比较项目 实像 虚像
形成原因 由实际光线会聚而成的像 由实际光线的反向延长线相交而成的像
呈现形式 可以用光屏承接 不可以用光屏承接
图解
特点 倒立的，像、物异侧 正立的，像、物同侧
实例 照相机成像、投影仪成像 放大镜成像
相同点 都能被眼睛观察到，都能用照相机拍成照片
典例1：科学课上，同学们开展“制作照相机模型”项目化学习活动，活动包括学习原理、制作简易照相机、评价模型作品三个环节。
（1）【学习】制作模型前，通过探究凸透镜成像规律的实验，知道物距（u），像距（v）应该满足f＜v＜2f，胶片上成的像的特点是　 　。
（2）【制作】小组同学利用A4卡纸、半透明纸和凸透镜制作出简易相机模型，组内同学进行测试时，发现拍摄不同距离的景物，有时模糊，请你指出该模型可能存在的缺陷是　 　。
（3）【制作】评价量表是作品制作过程的指引，又是作品等级评定的依据，下表为某小组设计的量规，将表格补充完整。
自制照相机评价量规
评价指标 作品等级
优秀 合格 待改进
功能完善 ①　 　 ②　 　 ③　 　
结构完整 结构完整，能成像 结构较完整，能成像 结构不完整，不能成像
外形美观 有固定的外形，且美观 有固定的外形，较美观 无固定的外形，不美观
（4）【改进】小组同学根据“功能完善”评价指标，认为照相机模型存在功能上的缺陷，组内同学提出了改进的建议　 　。
【答案】（1）倒立、缩小的实像
（2）不能调节像距
（3）能调节像距，成像清晰；不能调节物距，成像清晰；不能调节物距，成像模糊
（4）做一个可伸缩的镜头，来调节像距。
【解析】（1）根据物距和焦距的大小关系，确定凸透镜的成像特点；
（2）在凸透镜成像时，如果物距发生改变，那么像距也会相应发生改变，只有将光屏调到最佳位置才能看到清晰的实像，据此分析解答；
（3）可从成像的清晰度和是否能够调节像距的角度设计评价量规的指标。
（4）可从调节像距的角度分析解答。
【解答】（1）根据凸透镜成像的特点可知，当f2f，那么光屏上成倒立缩小的实像。
（2）根据图片可知，镜头和影响传感器之间的距离是固定不变的，即像距不变，那么该模型可能存在的缺陷是：不能调节像距。
（3）根据成像的清晰度和是否调节像距，将表格补充如下：
自制照相机评价量规
评价指标 作品等级
优秀 合格 待改进
功能完善 ①能调节像距，成像清晰 ②不能调节物距，成像清晰 ③不能调节物距，成像模糊
结构完整 结构完整，能成像 结构较完整，能成像 结构不完整，不能成像
外形美观 有固定的外形，且美观 有固定的外形，较美观 无固定的外形，不美观
（4）小组同学根据“功能完善”评价指标，认为照相机模型存在功能上的缺陷，组内同学提出了改进的建议：做一个可伸缩的镜头，来调节像距。
变式1：照相机和放大镜都是凸透镜成像原理的具体应用。如图所示(P点为二倍焦距点)，下列关于照相机、放大镜使用和成像的说法正确的是(　　)
A．照相机：被拍物体应在甲区域内，成倒立、缩小的实像
B．照相机：被拍物体应在乙区域内，成倒立、缩小的实像
C．放大镜：被观察物体应在乙区域内，成正立、放大的虚像
D．放大镜：被观察物体应在丙区域内，成正立、放大的实像
【答案】A
【解析】根据图像可知，F为焦点，而P为二倍焦距处。
照相机的成像原理为：当u>2f时，成倒立、缩小的实像，物体在甲区域内，故A正确，B错误；
放大镜的成像原理为：当u变式2：如图甲为支付宝推出的扫脸支付装置， 顾客站在摄像头装置前，摄像头捕捉人脸即可在感光器上成像，进行顾客身份 识别。小科用凸透镜成像实验模拟支付装置的成像规律（如图乙）。请回答：
（1）该支付装置中的感光器相当于图乙中的　 　。
（2）人脸在感光器上成一个　 　（填像的性质）的实像。
（3）图乙中小科改变物距（u），移动光屏找到清晰的像，记录像距（v），得到下列一组数据：
u/cm 40 30 20 15 13.3 12.5
v/cm 13.3 15 20 30 40 50
①该凸透镜的焦距为　 　cm。
②实验过程中凸透镜始终固定在光具座上50cm刻度处，若某次记录时小科在光屏上看到了倒立放大的像，此时蜡烛在光具座上可能处于的刻度位置的范围是　 　。
【答案】（1）光屏（2）倒立、缩小（3）10；30cm～40cm
【解析】（1）根据感光器的作用分析；（2）根据照相机的成像特点解答；
（3）①当物距等于像距时，物体和像恰好在二倍焦距上，即u=v=2f；
②根据凸透镜的成像特点分析解答。
【解答】（1）感光器是用来成像的，相当于实验乙中的光屏；
（2）摄像头其实就是照相机，因此人脸在感光器上成一个倒立、缩小的实像。
（3）①根据表格可知，u=v=2f=20cm，解得：f=10cm；
②当f变式3：投影仪是一种可以放大画面的投影式光学仪器，产生大而明亮的效果，因此被广泛使用于我们的生活当中，如电影院、教室等场所。而其中起到放大效果的元件其实就是我们所熟知的凸透镜，小光使用了家里面一面未知焦距的放大镜想要用其来放大手机上的照片，并成像在光屏上，三者摆放位置如下。
（1）小光可以通过什么方法测出焦距？　 　
（2）小光通过上述方法测出放大镜的焦距是10cm，那么手机和放大镜之间的距离应该在 　cm之间
（3）小光想选择一种材料作为自制投影仪的光屏，他在家里找到了形状相同的白色陶瓷盘子和白色泡沫塑料盒子，你认为更适合的是哪一种材料？为什么？　 　
（4）如果他想要继续放大光屏上所成的像，那么在他接下来的操作应该是　 　，像放大后，他发现光屏上的像不完整，导致这一现象的原因可能是？　 　，
【答案】（1）用凸透镜对准平行光，在凸透镜后面前后移动白纸，在白纸上找到一个最小最明亮的光斑，光斑到凸透镜的距离就是焦距或者使用凸透镜在光屏上成一个倒立等大的像，焦距是物距一半。
（2）10～20
（3）白色泡沫塑料盒子，因为泡沫塑料比较粗糙，会发生漫反射，就可以在所有的方向上都看到像
（4）向右移动手机或者向左移动放大镜；可能原因是三者中心没有在同一高度
【解析】①凸透镜对光的会聚作用：经过凸透镜焦点的光线折射后平行主光轴射出；平行主光轴的光线折射后经过凸透镜的焦点；经过凸透镜光心的光线不发生偏折。
②凸透镜成像规律：
u>2f，fu=2f，v=2f，倒立等大的实像，应用是测焦距；
f2f，倒立放大的实像，应用是投影仪、幻灯机；
u=f，不成像；
u<2，正立放大的虚像，应用是放大镜；
凸透镜成像物与像的变化特点：大象走大步，小象走小步；物近像远像变大。
③陶瓷盘子的表面很光滑，射到平面镜表面上的阳光产生镜面反射，只有在特定位置的人才能看到反射光线，而泡沫的表面比较粗糙，会进行漫反射，把射来的光向四面八方反射，我们的眼睛能从不同的方向看到周围不发光的物体，就是因为光照在物体表面发生漫反射的缘故。
④物体靠近凸透镜，像会远离凸透镜，像会变大，即“物近像远像变大”；在凸透镜成像实验中，要求蜡烛烛焰的中心、凸透镜中心、光屏中心在同一高度，使像能成在光屏中央。实验中出现像不完整的现象，即像为成在光屏中央，可能是三者的中心未在同一高度。
【解答】（1）凸透镜对光线具有会聚作用，平行主光轴的光线经过凸透镜折射后，折射光线会经过凸透镜的焦点。在凸透镜成像中，当物距等于凸透镜的两倍焦距时，会成一个倒立等大的实像。
（2）物体在凸透镜的一倍焦距到两倍焦距之间成倒立放大的实像，该凸透镜的焦距为10cm，故物距在10cm-20cm之间。
（3）陶瓷盘子的表面很光滑，射到平面镜表面上的阳光产生镜面反射，只有在特定位置的人才能看到反射光线，而泡沫的表面比较粗糙，会进行漫反射，把射来的光向四面八方反射，我们的眼睛能从不同的方向看到周围不发光的物体，就是因为光照在物体表面发生漫反射的缘故。
（4）物体靠近凸透镜，像会远离凸透镜，像会变大，即“物近像远像变大”；在凸透镜成像实验中，要求蜡烛烛焰的中心、凸透镜中心、光屏中心在同一高度，使像能成在光屏中央。实验中出现像不完整的现象，即像为成在光屏中央，可能是三者的中心未在同一高度。
考点四、眼睛
1.眼球的结构(如右图)和功能
结构 功能
巩膜 坚韧的外壳、保护眼球
虹膜 中央是瞳孔，可根据光的强弱调节瞳孔大小，瞳孔可以控制进光量
角膜、晶状体、玻璃体 一起组成折光系统
睫状肌 调节晶状体曲度，改变眼球的焦距
视网膜 有感光细胞，接受光刺激，产生兴奋
视神经 把感光细胞所产生的信息传入大脑
2.视觉的形成
眼睛的工作原理：眼睛中的晶状体和角膜共同作用，相当于一个凸透镜，折射后的光线在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。视网膜上有很多感光细胞，这些细胞受到光刺激后发出信息，信息沿着视神经传到大脑而形成视觉。即眼睛观察到物体的过程是光→眼球折光系统→视网膜→视神经→大脑皮层视觉中枢。
3.眼睛的调节
眼睛通过睫状肌改变晶状体的形状，使我们能够看清远近不同的物体。
(1)看近处的物体时，睫状肌收缩，晶状体变厚，焦距变小，对光的会聚能力变强，近处物体射来的光会聚在视网膜上，从而看清近处的物体，如图甲所示。
(2)看远处的物体时，睫状肌放松，晶状体变薄，焦距变大，对光的会聚能力变弱，远处物体射来的光会聚在视网膜上，从而看清远处的物体，如图乙所示。可见，眼睛是一种精巧的变焦系统.
4.近视与远视
项目 近视 远视
特点 能看清近处的物体，看不清远处的物体 能看清远处的物体，看不清近处的物体
形成原因 眼球的前后径过长或晶状体曲度过大，来自远处物体的光会聚在视网膜前，使视网膜上的物像模糊不清 眼球的前后径过短或晶状体曲度过小，使来自近处物体的光会聚在视网膜的后面
矫正方法 配戴凹透镜可矫正近视 配戴凸透镜可矫正远视
典例1：6月6日是全国爱眼日，为了预防近视，我们要做好眼保健操，保护好自己的眼睛。
（1）当我们看一个物体时，晶状体和角膜的共同作用相当于一个　 　。它把来自物体的光会聚在视网膜上，形成一个倒立的、　 　的实像。
（2）过度用眼会导致眼睛近视，甲、乙两图中表示近视眼成像原理的是　 　图。近视眼可通过佩戴丙图中的　 　(填字母)透镜来矫正。
【答案】（1）凸透镜；缩小 （2）乙；C、E、F
【解析】图中甲像成在视网膜后，是远视眼的成因，用凸透镜矫正。乙像成在视网膜前，是近视眼的成因，用凹透镜矫正。丙中ABD是凸透镜，CEF是凹透镜。人的眼球好像一架照相机，晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜，外界物体在视网膜上所成的像是倒立缩小的实像。近视眼由于眼球晶状体曲度过大或者是前后径过长导致像成在了视网膜前。可通过佩戴凹透镜矫正。
【解答】（1）我们看一个物体时，晶状体和角膜的共同作用相当于一个 凸透镜，外界物体在视网膜上成一个倒立缩小的实像。
（2）表示近视眼成像原理的是乙，像成在了视网膜的前面，要用凹透镜矫正，所以选CEF。
变式1：鱼类为了能够在水中看物，鱼眼的晶状体几乎圆得可以“混珠”，以此来保证有足够的折射力。传说中生活在海洋里的美人鱼，上岸后，如图能正确表示它的眼睛的成像情况和矫正方法的是（　　）
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
【答案】B
【解析】（1）凸透镜的凸起程度越大，它对光线的会聚能力越强；
（2）根据凸透镜会聚能力的变化确定成像位置的改变，再确定要看清物体是需要光线会聚还是发散，进而确定矫正方法。
【解答】根据“ 鱼眼的晶状体几乎圆得可以“混珠””可知，鱼眼对光线的会聚能力增大，因此成像在视网膜前面。如果要使像成在视网膜上，那么像必须向后移动，即需要光线发散，应该用凹透镜矫正，故B正确，而A、C、D错误。
变式2：图甲为眼球的结构模式图。长时间的近距离工作或过度使用眼睛使睫状肌持续收缩，处于痉挛状态，造成晶状体过厚，焦距过　 　（选填“大”或“小”），使来自远处物体的光聚焦在视网膜　 　(选填“前”或“后”)，称为假性近视。长此以往，眼球前后径变大，即使睫状肌完全放松，远处物体的所成像的像距仍然　 　（选填“大于”或“小于”)眼球前后径，此时就发展为真性近视。矫正近视需配戴的镜片是　 　（选填“乙”或“丙”）。
【答案】小；前；小于；丙
【解析】近视眼原理与矫正图如下
【解答】晶状体过厚，会导致晶状体的折光率要大，焦距过小，使得成的像往前移动，使来自远处物体的光聚焦在视网膜前；长此以往，眼球前后径变大，即使睫状肌完全放松，远处物体的所成像的像距仍然小于眼球前后径；矫正近视眼是用凹透镜，因此佩戴的镜片是丙。
变式3：为了研究眼的成像原理，小科用水透镜模拟眼的晶状体，通过注水或抽水可改变水凸透镜凸度大小。光屏和水透镜固定在光具座如图所示的位置。请回答：
（1）点燃蜡烛后，调节水透镜凸度，直至光屏上成一个清晰的　 　像（填像的具体特点）。
（2）若将点燃的蜡烛向左移动一小段距离，要使光屏上重新得到清晰的像，应采用下列　 　（填字母编号）两种方法的组合。
A．光屏应向靠近透镜的方向移动 B．对水凸透镜抽水
C．光屏应向远离透镜的方向移动 D．对水凸透镜注水
【答案】（1）倒立、缩小的实（2）A、B
【解析】（1）比较像距和物距的大小，从而确定成像的特点；
（2）根据“物近像远大，物远像近小”的规律分析判断。
【解答】（1）根据图片可知，此时像距小于物距，那么光屏上成倒立缩小的实像。
（2）若将点燃的蜡烛向左移动一小段距离，此时物距增大，根据“物远像近小”可知，此时像距减小，即光屏向靠近凸透镜的方向移动，故A正确，C错误；
根据前面的分析可知，此时像距减小，要使像向后移动到光屏上，就需要使光线发散，即减小水透镜的凸度，那么应该对水透镜抽水，故B正确，D错误。
1.透镜部分被遮挡后的成像情况
当凸透镜部分破损或部分被遮挡时，通过透镜的折射光比原来少了，像会变暗，但像的形状不会改变。以凸透镜成实像为例。如图所示，物体所成的像A'点的形成，实际上是由物体上A点发出的无数条光经凸透镜后会聚在A′点形成的，如果凸透镜的上端破损，经过这一部分的光不再经过凸透镜折射后会聚在A'点，但是其他的光仍然可以通过凸透镜的其他部分成像在A'点；由于会聚在A'点上的光少了，像就显得暗了；同理，物体所成的像上的其他点也发生了同样的变化。这样，物体通过凸透镜所成的像仍是完整的，只是稍微变暗了。
1．早在我国西汉时期成书的《淮南万毕术》中就有关于冰透镜的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”下列关于该记载解释的光路图正确的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】根据凸透镜对光线的作用，以及特殊光线的知识判断。
【解答】根据“ 举以向日，以艾承其影，则火生 ”可知，冰透镜对着太阳能聚光，使艾绒着火，由此可知冰透镜是凸透镜，故B、D错误；
此时描述的是平行于主光轴的太阳光线，经凸透镜折射后会聚成一点，故A正确，C错误。
故选A。
2．（2025八下·慈溪期中）为满足特殊人群的需求，有一种眼镜的镜片可以改变(如图甲)，它的改变是通过在透明的薄膜中注入或抽出光学液体来实现。图乙是某人看远处物体时的成像情况，此时该人的视力缺陷和矫正时应选择的镜片是（　　）
A．近视眼，镜片I B．近视眼，镜片Ⅱ
C．远视眼，镜片I D．远视眼，镜片Ⅱ
【答案】A
【解析】近视眼是晶状体过厚使得对光线的偏折能力过强导致的，像成在视网膜的前方，应该佩戴凹透镜进行校正。
【解答】图可知，某人看远处物体时的成像情况时，像成在了视网膜的前方，所以是近视眼，需要佩戴凹透镜矫正，由图可知，镜片Ⅰ是凹透镜。故选A。
3．为研究近视眼的形成和矫正方法，小明用凸透镜、凹透镜和光屏制作了如图所示的模型，使像恰好成在光屏上。不改变光屏和凸透镜的位置，去掉凹透镜，则像会（　　）
A．成像在光屏左边 B．成像在光屏右边
C．无法成像 D．成像在光屏上
【答案】A
【解析】（1）凸透镜和凹透镜的光学性质：凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。
（2）近视眼的矫正原理：近视眼是晶状体太厚，折光能力太强，像成在视网膜前方。矫正时需佩戴凹透镜，凹透镜先对光线发散，再经晶状体折射后，使像成在视网膜上。
【解答】去掉凹透镜，就如同近视的人摘掉眼镜，像成在视网膜之前，即成像在光屏左边，故A符合题意，BCD不符合题意。故答案为：A。
4．学习了透镜的知识以后，小明借来了爸爸的眼镜片进行探究。使太阳光经过镜片在光屏上形成了一个最小最亮的光斑如图甲所示；把镜片放置在桌子上，调节到如图乙所示的位置，墙上出现了窗户清晰的像(像未画出)。下列说法正确的是（　　)
A．爸爸的镜片是凸透镜，焦距为35cm
B．乙图中的像是倒立放大的实像
C．乙图中成像和照相机的原理是一样的
D．乙图中小明将镜片上移，窗户的像将向下移动
【答案】C
【解析】凸透镜对光线起会聚作用，凹透镜对光线起发散作用。太阳经过凸透镜后会聚在焦点，焦点到光心的距离叫焦距。凸透镜成像规律：u>2f，此时2f>v>f。成倒立缩小的实像，应用是照相机；2f>u>f，此时v>2f，成倒立放大的实像，应用是投影仪。uB.窗户到凸透镜的距离大于像到凸透镜的距离，所以一定成倒立放大的实像，故B正确；
C.照相机的原理是物距大于像距，成倒立缩小的实像，故C错误；
D.因为凸透镜成的是倒立的像，所以将镜片上移，像将向下移，故D正确。故答案为：C。
5．（2024七下·余杭期末）如图是一款人脸识别取款机，它通过摄像机的镜头成像，然后分析人脸的信息。以下说法正确的是（　　）
A．该摄像机镜头的原理是小孔成像
B．这种镜头的镜片是边缘薄中间厚
C．镜头所成的像是一个正立、缩小的虚像
D．若人脸较大，应适当靠近镜头以便能拍摄脸的全貌
【答案】B
【解析】根据凸透镜成像的规律和应用分析判断。
【解答】A．摄像机镜头的原理是凸透镜成像原理，故A错误；
B．摄像机镜头相当于凸透镜，则镜片是边缘薄中间厚，故B正确；
C．摄像机相当于照相机，因此成倒立、缩小的实像的原理工作的，故C错误；
D．根据凸透镜成像“物远像近小”的规律可知，适当远离镜头，使物距变大，人脸的像变小，以便能拍摄脸的全貌，故D错误。故选B。
6．（2025八下·宁波期中）某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v跟物体到凸透镜的距离u之间关系的图象，如图所示，下列判断正确的是（　　）
A．该凸透镜的焦距是16cm
B．当u=12cm时，在光屏上能得到一个缩小的像
C．当u=20cm时成放大的像．投影仪就是根据这一原理制成的
D．把物体从距凸透镜12cm处移动到24cm处的过程中，像逐渐变小
【答案】D
【解析】此题主要考查了凸透镜成像的应用，要熟记凸透镜成像的规律，特别搞清像的特点及像距与物距之间的关系，解决此题的关键是通过图象确定凸透镜的焦距。要解决此题，首先要通过图象分析出该凸透镜的焦距。要掌握凸透镜成像的规律。凸透镜成像规律：物距小于焦距成正立、放大的虚像。物距大于一倍焦距小于二倍焦距成倒立、放大的实像。物距等于二倍焦距成倒立等大实像。物距大于二倍焦距成倒立、缩小的实像。成实像时：物像异侧，物距变大，像距变小，像变小，若物距减小，像距增大，像变大。
【解答】A、由图知，当物距为16cm时，像距也为16cm，根据凸透镜成像的规律，物距等于2倍焦距时，成倒立等大的实像，此时像距与物距相等，所以2f=16cm，则f=8cm，故A错误；
B、f=8cm，2f=16cm，当u=12cm时，物距处于f和2f之间，所以成倒立、放大的实像，投影仪是根据这一原理制成的，故B错误；
C、当物距u=20cm时，物距大于2倍焦距，所以此时成倒立、缩小的实像．照相机是根据这一原理制成的，故C错误；
D、把物体从距凸透镜12cm处移到24cm处的过程中，物距逐渐增大，所以成的像逐渐减小，故D正确。故选D
7．（2024七下·平湖期末）为探究凸透镜成像规律，小科通过移动蜡烛，记录蜡烛的像到凸透镜的距离v，物体到凸透镜的距离u，并绘制成图甲。
（1）根据图像可知，凸透镜的焦距是　 　cm；
（2）在某次实验中小科将凸透镜固定在长度为1m的光具座中点，蜡烛放在35cm刻度线处，如图乙；
①小科将光屏移至　 　刻度线处得到一个清晰的像；
②小科将蜡烛以0.01m/s的速度向左移至30cm刻度线处，光屏移至　 　刻度线处时，光屏上再次承接到清晰的像。这段时间内蜡烛的像移动的平均速度为　 　。
【答案】10.0；80cm；70cm；2cm/s
【解析】 （1）根据u=v=2f，成倒立、等大的实像，据此确定凸透镜的焦距；
（2）①根据图甲确定像距，据此确定光屏的位置；
②根据u=v=2f，成倒立、等大的实像；根据速度公式求出像移动的平均速度。
【解答】 （1）由图甲可知，u=v=20cm，根据u=v=2f，成倒立、等大的实像，即2f=20cm，故该凸透镜的焦距f=10cm；
（2）①在某次实验中小科将凸透镜固定在长度为1m的光具座的中点，蜡烛放在35cm刻度线处，此时物距u=50cm-35cm=15cm，由图甲可知，此时像距v=30cm，故小科应将光屏移至80cm刻度线处得到一个清晰的像；
②小科将蜡烛以0.01m/s的速度向左移至30cm刻度线处，此时物距u=50cm-30cm=20cm=2f，根据u=v=2f，成倒立、等大的实像，故光屏移至70cm刻度线处时，光屏上再次承接到清晰的像；
蜡烛移动的时间为：，则像移动的速度为：。
8．（2024七下·椒江期末）小科利用图甲装置探究凸透镜成像规律，将实验所得数据绘制成图像，如图乙所示；
（1）根据图乙可知，该实验所用凸透镜的焦距为　 　厘米；
（2）实验过程中，蜡烛燃烧长度变短，光屏上烛焰的像会向　 　移动；
（3）利用凸透镜成像规律可制成投影仪，投影仪的部分结构和成像原理可简化为图丙；u表示物距，v表示像距，要使投影仪所成的像变大，u应适当　 　（选填“变大”或“变小”）。
【答案】10；上；变小
【解析】（1）当凸透镜成等大的实像时，u=v=2f，据此计算焦距；
（2）根据分析“通过光心的光线方向不变”解答；
（3）根据凸透镜成像时“物近像远大”的规律解答。
【解答】（1）根据乙图可知，u=v=2f=20cm，解得：f=10cm，所以凸透镜的焦距为10cm。
（2）燃烧蜡烛长度变短，根据“通过光心的光线方向不变”规律可知，光屏上烛焰的像会向上移动。
（3）根据“物近像远大”的规律可知，要使投影仪的像变大，应该减小物距，即u应适当减小。
9．（2024七下·诸暨期末）在“探究凸透镜成像规律”的实验中，小科同学依次进行了如下操作：
（1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，并调整蜡烛火焰、凸透镜及光屏三者的中心，使其大致在　 　；
（2）当蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示时，小科看到光屏上出现一个清晰的像，生活中应用该成像原理制作的光学仪器是　 　（选填“照相机”、“放大镜”或“投影仪”）；接着他保持蜡烛和光屏位置不动，将凸透镜移到　 　cm刻度线处时，光屏上能再次观察到烛焰清晰的像；
（3）上述实验完成后，小科借用科学老师的眼镜继续探究，他将眼镜放在蜡烛和凸透镜之间发现像变模糊了，接着保持蜡烛和凸透镜位置不动，将光屏远离凸透镜后又能观察到清晰的像，则可判断科学老师的眼镜是　 　眼镜（填“近视”或“远视”）。
【答案】同一高度上；照相机；35；近视
【解析】（1）将蜡烛、凸透镜、光屏三者中心调到同一高度，能使像成在光屏的中央；
（2）当物距大于像距，成倒立缩小的实像，应用于照相机；凸透镜成像时，光路是可逆的
（3）凹透镜对光线有发散作用，凸透镜对光线由会聚作用。
【解答】（1）点燃蜡烛后，调节烛焰、凸透镜、光屏的中 心在同一高度，这样才能使像成在光屏的中央。
（2）物体到凸透镜的距离是物距，像到凸透镜的距离 是像距。如图物距大于像距，成倒立、缩小的实 像，照相机就是利用此原理制成的。
折射现象中光路是可逆的，所以把蜡烛和光屏的位 置互换后，光屏上能成清晰的像，即将蜡烛移至35cm刻度线处。
（3）小明借用物理老师的眼镜继续探究，他将眼镜放 在蜡烛和凸透镜之间，发现像变模糊了，接着保持 蜡烛和凸透镜位置不动，将光屏远离凸透镜后又能 观察到清晰的像，说明像距增大了，也就是眼镜对 光线有发散作用，因此这副眼镜是凹透镜，判断物理老师的眼镜是近视眼镜。
10．（2024七下·浦江期末）如图所示，为小明在探究凸透镜成像规律实验中的部分图示，请回答下列问题；
（1）如图甲所示，平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则小明所用凸透镜的焦距为　 　厘米；
（2）实验时，由于实验时间较长，蜡烛变短，为使像仍能成在光屏的中央，以下操作可达到目的的是　 　（选填字母）；
A．将凸透镜往上移　　B．将光屏往下移 C．将蜡烛往上移　　D．将蜡烛往下移
（3）图乙光屏上已经得到一个清晰的像，若此时保持凸透镜位置不变，将蜡烛向左移动一段距离后，要想在光屏上再次成清晰的像，则光屏必须　 　（选填“向左移”、“向右移”或“不移动”）。
【答案】10.0；C；向左移
【解析】（1）凸透镜的光心到焦点的距离为焦距；
（2）根据“通过凸透镜光心的光线传播方向不变”分析；
（3）根据凸透镜成像时“物近像远大，物远像近小”的规律分析。
【解答】（1）根据题意可知，光屏到光心的距离是凸透镜的焦距，所以凸透镜的焦距f=20.0cm-10.0cm =10.0cm；
（2）蜡烛变短，相当于火焰向下移动，根据过光心的光线传播方向不变可知，烛焰的像在光屏上的位置会向上方移动。为了使像回到光屏的正中央，可以将凸透镜向下调节、光屏向上移，或者将蜡烛向上移动，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。
（3）若将蜡烛向左移动，即物距增大，根据“物近像远大”的规律可知，此时像距会减小，则必须将光屏向左移。
思维导图
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举一反三
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