资源简介

七年级下册科学竞赛辅导教学案
第4讲透镜和视觉
一、知识梳理：
一、透镜
1.透镜分为凸透镜和凹透镜。透镜的主光轴指通过两个球面球心的直线；光心（O）即薄透镜的中心。通过光心的光线传播方向不改变。焦点（F）指凸透镜能使与主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点。焦距（f）是焦点到凸透镜光心的距离。
2.凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。基本光路图如下：

二、凸透镜成像规律
1.凸透镜成像实验：实验时点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，目的是使烛焰的像成在光屏中央。
实验时，无论怎样移动光屏，都得不到实像的原因可能有：①蜡烛在焦点以内；②烛焰在焦点上；③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度；④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置。
2.凸透镜成像规律
物距 像的性质 像距 应用
倒立、正立 放大、缩小 虚像、实像

u>2f 倒立 缩小 实像 ff2f 幻灯机
uu 放大镜
三、凸透镜的应用
1.放大镜
放大镜的工作原理是当u2.照相机
照相机的工作原理是当u>2f时，影像传感器上成倒立、缩小的实像。相机的镜头为凸透镜；影像传感器相当于光屏，其作用是将影像转化为电信号；镜头到影像传感器的距离为像距v；利用光圈可调节进入相机的光亮度。现在多数相机的光圈、快门时间、像距均可自动调节。
3.投影仪（幻灯机、电影放映机的工作原理相同）。
投影仪的工作原理是当f四、眼睛和眼镜
1.眼睛的结构。
（1）晶状体相当于凸透镜，可通过睫状肌调节其曲度，即可调节其焦距，相当于照相机的镜头。
（2）虹膜中间的瞳孔大小可调，以控制进入眼的光亮度，相当于相机的光圈。
（3）视网膜相当于光屏，即相当于相机的影像传感器，其感光细胞可将图像信息转化为神经信息由视神经传至大脑。
（4）球状的玻璃体前后径长度即为像距，相当于相机中的暗箱长度（镜头到影像传感器的距离）。
2.视觉的形成。
从物体发出的光线经过晶状体等在视网膜上形成倒立、缩小的实像，分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传输给大脑，形成视觉。
3.视力的矫正。
近视的成因是由于晶状体曲度过大（焦距过小）且可调节范围变小，玻璃体前后径距离过大，使像成于视网膜前。近视眼要戴凹透镜进行矫正。远视眼的成因及矫正方法与近视眼正好相反。
4.爱护眼晴，保护视力。
易考点
1.凸透镜成像规律及其探究，照相机、投影仪的光学原理分析。
2.近视和远视的成因及其矫正方法。
二、经典例题简析
例题精析
考点一 凸透镜和凹透镜的判别
例1、凸透镜和凹透镜的光学性质不同，为辨别直径相同的两个透镜的种类，现分别将它们正对太阳光，再把一张纸放在它们的下方，在纸上分别得到大小不同的甲、乙两个光斑。透镜与光斑的大小如图所示（d1＜d＜d2）。下列判断中，正确的是（ ）。
透镜大小 甲 乙
A．能准确判断形成甲、乙两光斑的透镜种类
B．能准确判断形成甲光斑的透镜种类，但不能判断形成乙光斑的透镜种类
C．能准确判断形成乙光斑的透镜种类，但不能判断形成甲光斑的透镜种类
D．不能判断形成甲、乙两光斑的透镜种类
思路点拨：因为凸透镜对光线起会聚作用，凹透镜对光线起发散作用，根据图示可知，甲一定是对光线起了会聚作用；而乙可能是对光线起了发散作用，也可能是形成放大的实像，因此形成甲光斑的一定是凸透镜，而形成乙光斑的可能是凹透镜，也可能是凸透镜。
参考答案：B
方法归纳：凸透镜对光线起会聚作用，凹透镜对光线起发散作用。
易错误区：注意形成乙光斑的可能是凹透镜对光线的发散作用，也可能是凸透镜形成的放大的实像。
考点二 凸透镜成像规律的探究
例2、【雅安】如图所示为用来探究凸透镜成像规律的实验装置示意图（屏未画出），当蜡烛和透镜放在图示位置时，通过移动光屏，可以在光屏上得到与物体等大的像；若凸透镜位置不变，将蜡烛移到刻度为40cm处，则（ ）。
A.移动光屏，可以在光屏上得到倒立、放大的像
B.移动光屏，可以在光屏上得到倒立、缩小的像
C.移动光屏，可以在光屏上得到正立、放大的像
D.不论光屏移到什么位置，都不能在光屏上得到蜡烛的像
思路点拨：物距u=50cm-20cm=30cm时，成倒立、等大的实像，u=2f，即2f=30cm，所以凸透镜的焦距f=15cm。若凸透镜位置不变，将蜡烛移到刻度为40cm处，此时物距为u=50cm-40cm=10cm，u＜f时，成正立、放大的虚像，所以不论光屏移到什么位置，都不能在光屏上得到蜡烛的像，故选D。
参考答案：D
方法归纳：理解并熟记凸透镜成像的规律：当u＞2f时，成倒立、缩小的实像；当u=2f时，成倒立、等大的实像；当f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像，对应应用如幻灯机；当u=f时，无像，因为经凸透镜折射后的光线是平行的，没有会聚点；当u＜f时，成正立、放大的虚像。
易错误区：没有正确得出凸透镜的焦距就无法判断像的位置和虚、实。
考点三 凸透镜成像光路图
例3、2013年6月20日，我国第一位“太空教师”王亚平在“天宫一号”完成太空授课。如图所示为王亚平在“天宫一号”中授课时做的水球透镜实验，通过水球我们可以看到她的像。下列各图能说明这种现象的成像原理的是（ ）。
A. B.
C. D.
思路点拨：图中所成的像为倒立、缩小的实像，因此水珠相当于凸透镜，并且物距大于两倍焦距，像距在一倍焦距和两倍焦距之间，故选A。
参考答案：A
方法归纳：凸透镜成像光路图中，三条特殊光线：①平行过焦点（平行于主光轴的光线经凸透镜后过焦点）；②过焦点平行（经焦点的光线过凸透镜后平行于主光轴）；③过光心不变（经过凸透镜光心的光线方向不变）。作凸透镜光路图时，选用其中的两条特殊光线即可。
易错误区：作凸透镜成像光路图，一倍焦距的F点和两倍焦距的2F点务必准确。
考点四 凸透镜的应用
例4、【随州】如图所示为正常人眼看远近不同的物体时眼睛的自动调节。下列分析中，正确的是（ ）。

正常的眼睛调节
A.这不可能是同一个人的眼
B.这说明眼睛是一个自动变焦（距）系统
C.看近处的物体晶状体应扁平一些
D.看远处的物体常常需要眯起眼睛看
思路点拨：晶状体在睫状肌的作用下能自动调节曲度，正常眼看远处和近处的物体都清晰，眼睛是一个自动变焦（距）系统，图中是同一个人的眼观察远近不同的物体时的情况；看近处的物体，要使得像成在视网膜上，应该让晶状体会聚能力变强，其曲度应该变大，焦距变小；近视眼的晶状体曲度过大，远处物体的像成在视网膜的前方，常通过眯眼的方式让晶状体在一定程度上变薄，有利于看清远处的物体。
参考答案：B
方法归纳：人的眼睛很像一架照相机，眼球内的晶状体相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏。看物体时通过睫状肌的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，改变晶状体的焦距，使不同远近的物体都能在像距相同的视网膜上形成清晰的倒立的实像。
易错误区：容易混淆晶状体的曲度（厚薄）、焦距和成像前后的位置关系。
探究提升
例、实验课中，某同学利用光具座、凸透镜、蜡烛、火柴、光屏做“探究凸透镜成像规律”的实验。请根据所学知识，回答下列问题：

甲 乙 丙
（1）某次实验时，凸透镜、蜡烛和光屏在光具座上的位置如图甲所示，此时烛焰在光屏上成倒立、缩小的像，则图中C位置上放置的是 。
（2）由于蜡烛的燃烧，使烛焰在光屏上的像偏高。若只调节蜡烛，使烛焰的像成在光屏中心，则应将蜡烛向 调节。
（3）某同学在透明玻璃板上用黑色笔画了个画像（如图乙所示）。他把玻璃板有画像的这一面面向凸透镜，用平行光源对着玻璃板上的画像照射，如图丙所示。移动光屏找到像，此时画像在光屏上所成的像应是 （填字母）。
A. B. C. D.
思路点拨：（1）根据凸透镜成像的规律，烛焰在光屏上成倒立、缩小的像，说明此时物距大于像距，所以图中C位置放置蜡烛，B位置放置凸透镜，A位置放置光屏。（2）实验中，当蜡烛烧短后，根据过光心的光线传播方向不变，其像的位置会变高，若只调节蜡烛，则应将蜡烛向上调节。（3）由图丙可知，物距小于像距，因此物体所成的像是倒立、放大的实像，此时要注意物与像的左右是相反的。
参考答案：（1）蜡烛 （2）上 （3）A
方法归纳：当物体在两倍焦距之外时，才会成倒立、缩小的实像；根据过光心的光线传播方向不变，当蜡烛变短时，像会变高；物距小于像距时，成倒立、放大的像，而且像与物是左右相反的。
易错误区：注意凸透镜所成的实像不但是倒立的，而且是左右相反的。
考点范围：探究凸透镜成像规律。
三、课堂精炼
1.在研究凸透镜成像规律时做了如下记录：当物距u1=30cm时，在光屏上得到倒立、缩小的像；当物距u2=20cm时，在光屏上得到倒立、放大的像。下列判断该凸透镜的焦距f中，最精确的是（ ）。
A.10cm2.某同学在“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与物体到凸透镜的距离u之间的关系图像如图所示。下列判断中，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

（第2题） （第3题）
四、易错题专练
1在探究“凸透镜成像规律”时，提出的探究问题应该是（ ）
A．凸透镜对光是否有会聚作用 B．凸透镜对光是否有发散作用
C．像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系 D．凸透镜是否能成像
2小丽同学用焦距为10cm的凸透镜做“探究凸透镜成像规律”的实验，装置如图13所示。在实验过程中保持凸透镜的位置不变，请你根据所学知道回答下列问题。
（1）实验前应首先调节蜡烛的焰心、 、光屏的中心，在同一高度。
（2）改变蜡烛的位置，使其位于20cm刻度线外，再移动光屏，使烛焰在光屏上成清晰的倒立、 的实像（选填“放大”、“等大”或“缩小”）
（3）在实验（2）的基础上，将蜡烛和光屏互换位置，此时烛焰在光屏上成清晰 的实像（选填“倒立”或“正立”）
（4）改变蜡烛的位置，使其位于56cm刻度线处，小丽从透镜的左侧通过透镜可以看到一个清晰的正立的像。利用这种成像规律可制成 镜。
3把高2 cm的发光棒立于焦距为5 cm的凸透镜前，在凸透镜后的光屏上成了4 cm高的 像，物体离凸透镜的距离可能是 （ ）
A．7.5 cm B．12.5 cm C．4.5 cm D． 10 cm
4将物体放在离凸透镜30cm处，恰好能在光屏上得到一个等大的清晰的像；当物体放在 离凸透镜10cm，并移动光屏，在光屏上成（ ）
A．倒立的缩小实像 B．倒立的放大实像
C．正立的放大虚像 D．无像
5在做观察“凸透镜成像”的实验时，物体放在距离凸透镜60cm处，在光屏上得到一个倒立、缩小的实像，则该凸透镜的焦距可能是（ ）
A、20cm B、30cm C、60cm D、80㎝
6在做凸透镜成像的实验时，小明把物体放在距离凸透镜40cm处时，能在光屏上得到一个倒立缩小的实像，则该凸透镜的焦距可能是（ ）
A、30cm B、25cm C、20cm D、15cm
7投影仪在现代教学中已经得到广泛的应用，投影仪的镜头相当于是一块焦距不变的凸透镜，下列有关说法正确的是（ ）
A．无论物距多大，凸透镜均可成清晰的像
B．投影仪所成的像可以是实像，也可以是虚像
C．要使投影仪清晰成像在更远的屏幕上，投影仪的镜头要距投影片更近一些
D．放大镜就是一个凸透镜，它和投影仪所成像的特点是一样的
8、在做“探究凸透镜成像”的实验中
（l）将凸透镜正对太阳光，在透镜的另一侧移动光屏，在距透镜10cm处，屏上呈现出最小最亮的光斑，则此凸透镜焦距约是__________cm。
（2）小莉同学做实验时，发现烛焰在光屏上的像偏高，如图9所示，若要使烛焰成像在光屏中心，只调节光屏，应将光屏向__________（填“上”、“下”）调节。
（3）若将烛焰移至距凸透镜 15cm 处，移动光屏，使烛焰在屏上得到倒立、_______清晰的实像，_______就是应用这一原理制成的（填“照相机”、“幻灯机”或“放大镜”）。
9、小周同学在探究“凸透镜成像规律”实验时，在光屏上得到清晰的与烛焰等大的像．保持凸透镜位置不变，为了在光屏上得到清晰的缩小的像，他必须( )
A.让蜡烛远离透镜，同时让光屏也远离透镜 B.让蜡烛远离透镜．同时让光屏靠近透镜
C.让蜡烛靠近透镜，同时让光屏也靠近透镜 D.让蜡烛靠近透镜，同时让光屏远离透镜
10、在凸透镜主轴上距透镜1.5f处到2.5f处横卧一根粗细均匀的接力棒AB，红端A位于2倍焦距外，白端B位于2倍焦距内，如图所示，关于AB成像，下列说法正确的是（ ）
A．红端细而长，白端粗而短 B．红端细而短，白端粗而长
C．红端粗而长，白端细而短 D．红端粗而短，白端细而长
五、中考真题
1、一凸透镜的焦距是10cm，将点燃的蜡烛从离凸透镜50cm处移到15cm处的过程中，像的大小和像距的变化情况是（ ）
A．像变大，像距变小 B．像变大，像距变大
C．像变小，像距变小 D．像变小，像距变大
2、小丽用照相机对远处的同学进行拍照，拍出的底片如图乙所示，若相机的焦距不变，要使底片的像如图甲所示，则（ ）
A．小丽离被拍同学的距离远些，镜头要往前伸
B．小丽离被拍同学的距离近些，镜头要往后缩
C．小丽离被拍同学的距离远些，镜头要往后缩
D．小丽离被拍同学的距离近些，镜头要往前伸
3、老奶奶用放大镜看报时，为了看到更大的清晰的像 ，她常常这样做（ ）
Ａ、报与放大镜不动，眼睛离报远一些； Ｂ、报与眼睛不动，放大镜离报远一些； ?
Ｃ、报与放大镜不动，眼睛离报近一些； Ｄ、报与眼睛不动，放大镜离报近一些
4.如图所示为幻灯机的工作原理示意图。使用幻灯机时，要使屏幕上的像大一些，幻灯片到镜头（放映镜）的距离、幻灯机到屏幕的距离的调节方法是（ ）。
A.同时缩小幻灯片到镜头的距离、幻灯机到屏幕的距离
B.同时增大幻灯片到镜头的距离、幻灯机到屏幕的距离
C.增大幻灯片到镜头的距离、缩小幻灯机到屏幕的距离
D.缩小幻灯片到镜头的距离、增大幻灯机到屏幕的距离
5. 如图所示为某款数码相机的成像原理，镜头相当于一个凸透镜，影像传感器相当于光屏，拍照时，将镜头对准景物，相机通过自动调节，就能得到清晰的像。下列说法中，正确的是（ ）。
A.为拍摄到更大的像应将镜头远离景物 B.为扩大拍摄范围应将镜头靠近景物
C.影像传感器上成的是正立的实像 D.景物在两倍焦距以外才能成缩小的像
6.（1）从牛顿的色散实验中可知，不同的色光通过三棱镜后的偏折能力是不同的。小明用红光和紫光分别做实验，请在图甲中画出红光和紫光折射后的光路图（图甲中的A、B点分别为两种色光经过透镜后的焦点）。
甲 乙

（2）如图乙所示为小丽探究凸透镜成像规律时的实验装置。适当移动光具座上蜡烛和透镜的位置，在光屏上得到一个缩小的像；保持蜡烛和光屏的位置不变，使透镜向(填“左”或“右”，下同)移动，在光屏上得到一个放大的像，然后，保持蜡烛和透镜的位置不变，将原来的透镜换成一个焦距较小的凸透镜，使光屏向 移动，得到一个清晰的像，此像大小变 （填“大”或“小”）。
7.不同的凸透镜对光的折射程度是不相同的，即每一个凸透镜的焦距不一定相同。
（1）焦距的长短由凸透镜的什么因素决定呢？我的猜想是：① ；② ；③材料。
（2）某同学用同种材料制成的两个凸面程度一样、横截面积不同的凸透镜会聚平行光线，如图所示，测得会聚点到光心的距离都是10cm，由此可推断 。
（3）某同学用同种材料制成的横截面积相同、凸面程度不同的凸透镜会聚平行光线，测量较凸的那个凸透镜会聚点到光心的长度是5cm，另一个是8cm，你的推测是 。
（4）请你设计实验证明第三种猜想，并写出简要的实验方法。 。
8. 小马发现金属图钉的光亮表面可以看成是一种称作凸面镜的光学镜子，于是他对凸面镜探究如下：
（1）他用多支激光手电筒正对着一只凸面镜照射时，情况如图所示，可见凸面镜对光线有
（填“会聚”或“发散”）作用。
（2）小马设计如下方案研究凸面镜成的像：
①器材；透明弧形（球冠形）玻璃、光屏、长短不同的多支蜡烛、光具座。
②步骤：在光具座上，在透明弧形玻璃前某位置放一支点燃的蜡烛，先用光屏进行像的承接；然后再选择另一支与这个像长短 的蜡烛，放在玻璃后面，与像的位置 。改变蜡烛的位置进行多次实验。
③实验记录如下表所示：
蜡烛离弧形玻璃的距离 光屏上的像 玻璃后的像
很近 无 缩小 正立
较远 无 缩小 正立
很远 无 缩小 正立
（3）小马得出结论：凸面镜只能成 、 的 像。
（4）日常生活中能看到的凸面镜有：金属图钉面、 等。凸面镜的主要优点是：相同面积的凸面镜比平面镜观察到的范围 。
9. 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，所用凸透镜的焦距是10cm，用米尺在水平桌面上画一直线并标明刻度，将透镜固定在50cm处，实验装置如图甲所示。
甲 乙
（第10题）
（1）当把点燃的蜡烛放在20cm刻度处保持蜡烛、凸透镜的位置不变，为了找到清晰的像，应将光屏在光具座上移到 cm的刻度范围内，才能在光屏上得到一个倒立、缩小的实像。
（2）当把蜡烛移到35cm刻度处时，移动光屏可得到一个清晰的实像。照相机、投影仪、放大镜这三种光学仪器正常使用时，与这种成像规律相同的是 。
（3）小明做完实验后，想进一步研究透镜成像的情况，他又在透明的玻璃板上用黑色笔画了个表盘及指针的位置，然后把这个玻璃板放在蜡烛的位置上，并用平行光源对着玻璃板上的表盘照射，如图乙所示。移动光屏直到成清晰的像为止，此时表盘在光屏上所成的像应是
（填字母）。
A B C D
六、自我挑战
1.如图所示，AC为入射光线，CB为折射光线，且AO＜OB。已知AO=10cm，则该凸透镜的焦距f可能是（ ）。
A.f=10cm B.f=5cm C.f=8cm D.f=12cm
（第1题） （第2题）
2.如图所示，有一个圆柱体PQ，放在凸透镜前图示位置，它所成的像的形状是（ ）。
A. B. C. D.
（第3题）
3.如图所示，一束光线与主光轴平行且宽度为a，照射到一个凹透镜上，经过折射后在距透镜L的光屏上形成一个宽度为b的光斑，则此凹透镜的焦距为 。
4.透镜的焦距越短折射光本领越大，透镜的这种折射光本领可用焦距f的倒数（焦度D）来表示，即：D=1f。式中f的单位是m，D的单位是m-1。平时我们所说的度数就是透镜的焦度D乘以100的值。凸透镜（远视镜片）的度数是正数，凹透镜（近视镜片）的度数是负数。请根据以上内容，回答下列问题：
（1）－200°、－500°、+100°、+200°四种眼镜片中，属于远视镜片的是 ，属于近视镜片的是 ，上述镜片的焦距分别是 。
（2）通过分析（1）中的数据可知，近视镜片和远视镜片度数深浅与透镜焦距大小的关系是
。
（3）请找一副老花镜，设计测量出该镜片度数的最简单方法。（写出测量步骤即可）
。

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