第5节 透镜和视觉（第2课时）（培优教学课件）科学浙教版2024八年级上册

第5节 透镜和视觉 （第2课时） 第1章 对环境的察觉 浙教版八年级科学上册(2024浙教版) 学习目录 凸透镜成像规律 1 放大镜、投影仪和照相机 2 学习目标 科学观念 科学思维 探索实践 态度责任 掌握凸透镜所成像的性质，并学会凸透镜的一些应用实例,建立完整的光科学观念。 利用凸透镜成像实验总结、归纳凸透镜成 像规律，建立和提升解题思维，并能用凸透镜成像 规律解释相关的实际问题； 通过实验探究,了解凸透镜成像规律，提升学生动手、动脑、观察、分析和概括的能力。 培养尊重客观数据、严谨的态度责任 教学重难点 教学重点 教学难点 两种透镜的特点以及凸透镜成像规律 凸透镜成像规律 课堂导入 同学们，你们有没有用过放大镜？试试用放大镜对着课本上的字，慢慢移动放大镜，观察字的大小和正倒有什么变化？ 请一位同学到讲台前操作，其他同学观察现象。 课堂导入 当放大镜离课本很近时，字是放大的、正立的； 但慢慢把放大镜移远后，字会变得倒立，甚至模糊——这是为什么？ 总结：凸透镜（放大镜）能成像，但像的大小、正倒会随位置变化，这节课我们一起来探索其中的规律！ PART 01 凸透镜成像规律 新知讲解 如图1.5-5所示，在桌上放一块凸透镜，在凸透镜的一侧点燃一支蜡烛，调节蜡烛与凸透镜的距离，使蜡烛在光屏上得到倒立的像。 在光屏上所成的像，是来自蜡烛的光通过凸透镜会聚而形成的，这样的像叫作实像(real image)。凸透镜成的实像可以用光屏来承接，实像和蜡烛分别位于凸透镜的两侧，如图1.5-6所示。 一、凸透镜成像规律 图1.5-6凸透镜成像光路 我们用放大镜观察物体时，看到的像跟物体位于凸透镜的同一侧。这是因为通过凸透镜射出的光没有会聚成像，只是人眼逆着射出光的方向看去，能看到像，如图1.5-6所示，这样的像叫作虚像。 一、凸透镜成像规律 图1.5-6凸透镜成像光路 物距：我们把物体到凸透镜的距离叫作物距(subject distance),用字母u表示。 像距：像到凸透镜的距离叫作像距(image distance),用字母v表示。 一、凸透镜成像规律 探究凸透镜成像的特点 凸透镜能够成倒立的实像，像和蜡烛分别位于凸透镜的两侧。放大镜其实是凸透镜，用放大镜观察种子的结构，能够看到一个正立、放大的像。那么,物体经凸透镜所成的像有什么规律可循?让我们通过实验来探究凸透镜成像的规律。 凸透镜 1.探究问题。 物体经凸透镜所成像的大小、正倒、虚实跟物距有什么关系? 2.设计实验。 对探究问题，物距是自变量，实验中需要改变物距。我们可以把物体放在距凸透镜比较远的位置开始实验，然后逐渐减小物距，观察物体所成像的情况。由于凸透镜对光的会聚程度跟它的焦距有关系，我们可以重点观察物距小于、等于或大于1倍焦距、2倍焦距……时，物体成像的情况。 3.进行实验。 选择一块焦距f= 的凸透镜，用点燃的蜡烛烛焰做物体，用白色硬纸板做光屏来承接蜡烛烛焰的像，研究蜡烛烛焰所成的像。 把蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，调节它们的高度，使它们的中心大致处于同一高度。想一想，为什么要这样做? 使蜡烛的像呈现在光屏中央 三者中心大致处于同一高度 把蜡烛放在离凸透镜较远的位置上，调整光屏到凸透镜的距离，使蜡烛烛焰在光屏上成一个清晰的像。观察像的大小、正倒，测出物距u和像距v。 将蜡烛逐次移近凸透镜，重复上面操作。 当蜡烛移近凸透镜，在光屏上观察不到蜡烛烛焰的像时，撤去光屏，试着从光屏一侧向凸透镜方向观察，能否观察到蜡烛烛焰的像?像的大小、正倒怎样?像的位置在哪里? 4.记录实验数据。 把实验中测得的数据记录在表1.5-1中。 像的性质 实验序号 物距/cm 像距/cm 倒立、缩小的像 1 2 倒立、等大的像 1 1 倒立、放大的像 2 正立、放大的像 1 2 物距u与焦 距f的关系 物距 u/cm 像距 v/cm 像的性质 像的变化情况 u>2f   60 15 倒立、缩小 的实像  物距变小时，像距 变大，像(相对之前 的像，下同)变大  48 16 u=2f 24 24 倒立、等大 的实像   f<u<2f   18 36 倒立、放大 的实像 物距变小时，像距 变大，像变大  15 60 u=f 12   不成像     u<f   8   正立、放大 的虚像   物距变小时，像距 变小，虚像变小   6   5.分析与论证。 像的正倒。什么条件下蜡烛烛焰经凸透镜成倒立的像?什么条件下成正立的像? 像的虚实。什么条件下蜡烛烛焰经凸透镜成实像?什么条件下成虚像? 像的大小。什么条件下蜡烛焰烛经凸透镜成缩小的实像?什么条件下成放大的实像?能否成缩小的虚像? 6.实验结论。 当u_时，蜡烛烛焰在光屏上成倒立、缩小的_____像。 当f___u__2f时，蜡烛烛焰在光屏上成倒立、放大的___像。 当______时，蜡烛烛焰在光屏上成正立、放大的___像。 物距 像的性质 像距 物、像位 置关系 正倒 大小 虚实  u>2f 倒立 缩小 实像   f<v<2f 与物异侧  u=2f 倒立 等大 实像  v=2f 与物异侧  f<u<2f 倒立 放大 实像  v>2f 与物异侧 u=f 不成像 u<f  正立 放大 虚像   与物同侧 实验注意事项 一、凸透镜成像规律 （1）光具座的长度有限，做实验时最好选用焦距较小的凸透镜； （2）凸透镜最好放在光具座的中间位置，便于调节物距和像距； （3）调整光屏时不可再调整凸透镜的位置,否则会引起物距改变; （4）判断烛焰的像是否最清晰的方法:光屏在某位置时,向前或向 后移动光屏,像都会变模糊,则此位置即为像最清晰的位置。 拓展 一、凸透镜成像规律 利用凸透镜的两条特殊光线探究成像规律(为方便作图，用 表示凸透镜),如下所示。 u >2f时,成倒立、缩小的实像。 拓展 一、凸透镜成像规律 u =2f时,成倒立、等大的实像。 f<u<2f时,成倒立、放大的实像。 拓展 一、凸透镜成像规律 u=f时,折射光线是一束平行光线,不相交,不成像 u<f时,成正立、放大的虚像。 巧学妙记 一、凸透镜成像规律 一倍焦距分虚实； 二倍焦距分大小, 实像分居两侧倒, 虚像位于同侧正; 物近像远像越大, 物远像近像越小。 教材深挖 一、凸透镜成像规律 实验中无论如何移动光屏都找不到像的几种原因 (1)若烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度,烛焰的像将成在光屏 的上方或下方,甚至不在光屏上。 (2)当烛焰在凸透镜一倍焦距以外,但非常靠近焦点时,虽然能成实像,但 所成的像很大,像距也很大,而光具座长度和光屏的大小有限,光屏不能 承接到像。 (3)物距等于一倍焦距时,不成像。 (4)物距小于一倍焦距时,成虚像,虚像不能用光屏承接。 课堂练习 若空中有一竖直放置的大凸透镜，在主光轴位置上拉一根钢丝，一个小杂技演员从很远的地方沿着钢丝向焦点处匀速走来（始终保持u＞f）。下列叙述：①小演员每走一步，像也走一步；②像的脚步始终比小演员大；③像大时脚步大，像小时脚步小，即“大像”走大步，“小像”走小步；④像总朝远离小演员的方向运动，好像在逃离。其中正确的是（　　） A．只有②③正确 B．只有①③正确 C．只有①②④正确 D．只有①③④正确 课堂练习 【解析】解：因将物体从较远处接近凸透镜焦点的移动时，物距变小，所以像距变大，实像也变大。所以一个小杂技演员从很远的地方沿着钢丝向焦点处匀速走来，①②③像大时脚步大，像小时脚步小，即“大像”走大步，“小像”走小步；故①③正确、②错误；④因为物距越小，像距越大，像总朝远离小演员的方向运动，好像在逃离，④正确。 故选：D。 PART 02 放大镜、投影仪和照相机 新知讲解 1.放大镜 二、放大镜、投影仪和照相机 实质：放大镜是 一种焦距较小的凸透镜 原理：u<f时，物体经过凸透 镜成正立、放 大的虚像 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 2.投影仪 二、放大镜、投影仪和照相机 实质：投影仪上 有一个相当于凸透 镜的镜头 原理：当把物体(投影片)放在1倍焦距与2倍焦距之间， 并距投影仪镜头比较近的位置时，来自物体(投影片) 的光，通过凸透镜后会聚在屏幕上，形成放大、倒立 的像。 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.数码照相机 二、放大镜、投影仪和照相机 实质：数码照相机 的镜头相当 于一个凸透镜，影像传感器相当于 光屏 原理：景物在镜头(凸透镜)2倍焦距之外时，能在影 像传感器上成一个清晰的倒立、缩小的实像 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 当按下照相机的快门后，来自景物的光线经过镜头聚集到影像传感器上，影像传感器会将这些光信号转换为电信号，然后将电信号转变成数字信号，数字信号经过处理器处理，形成特定的图像文件，保存到存储器中。这样，一张数码相片就拍摄完成了。 二、放大镜、投影仪和照相机 归纳总结 凸透镜成像规律及其应用 二、放大镜、投影仪和照相机 用硬纸板做两个直径相差很小的纸筒，使一个纸筒刚好能够套入另一个纸筒内，并能前后滑动，如图1.5-12。在一个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薄膜。这样就做成了照相机模型。在较暗的室内，把凸透镜对着明亮的室外，拉动纸筒，改变透镜和薄膜间的距离，就可以在薄膜上看到室外景物清晰的像。如果把薄膜换成感光胶片，就可以得到照相底片了。观察时，薄膜上的景物是不是倒立的? 显微镜 显微镜镜筒的两端各有一组透镜，每组透镜的作用都相当于一个凸透镜，靠近眼睛的一组凸透镜叫作目镜，靠近被观察物体的一组凸透镜叫作物镜。来自被观察物体的光经过物镜后成一个放大的实像。目镜的作用则像一个普通的放大镜，被物镜放大后的像再由目镜放大一次，这样，经过两次放大，我们就能看见肉眼看不见的小物体。 望远镜 如图所示为折射望远镜，它由两组凸透镜(目镜和物镜)组成。物镜的作用是使远处的物体在焦点附件成实像，目镜的作用是把这个实像再放大。望远镜物镜的口径比我们眼睛的瞳孔大得多，它可以会聚更多的光。这样的结构在天文观测中非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大，以便观测到更暗的天体。 光学仪器的发展 光学仪器的发展已经改变了我们观察周围世界的方式，导致了一系列重大的科学发现。 眼镜 意大利工匠制作圆形玻璃片，装在框上，可戴在眼睛前，辅助阅读。 1609年 望远镜 伽利略自制望远镜，现察天体。 1826年 照相机 法国人达盖尔 制成的单孔照 相机。 1960年 激光 美国人梅曼用红宝石制造了第一台激光器。 2012年 郭守敬望远镜 我国建成世界上口 径最大的大视场望 远镜——郭守敬望 远镜正式巡天。 举例说明在生活中凸透镜还有哪些用处。 生活中用到凸透镜的地方 比较多，如智能手机的镜 头、城市中的各种监控的镜 头、各种投影仪、望远镜、各 种显微镜等，这些工具给我 们的生活带来了极大的方便 课堂练习 如图所示是小华同学制作的模型照相机。通过调整内外纸筒的相对距离，可以在半透明膜上看到远处景物倒立的像。下列说法正确的是（　　） A．看到远处景物的像的虚像 B．凸透镜与半透明膜之间的距离相当于凸透镜的焦距 C．使用时，应把内纸筒朝明亮的室外，凸透镜朝较暗的室内 D．看近景时，她应把内纸筒向右拉一些 课堂练习 【解析】解：A、根据远处景物的像能成在光屏上，根据实像与虚像的区别，可以确定这是实像，故A错误。 B、凸透镜与半透明膜之间的距离即镜头与像之间的距离，这是像距，不是凸透镜的焦距，故B错误； C、要使室外远处或者近处的物体通过凸透镜成像在半透膜上，所以，使用时应使凸透镜明亮的室外，故C错误。 D、看近景时，物体靠近镜头，即物距减小，根据凸透镜成像规律可知，物近像远像变大，所以要把内筒向右拉，使像距增大，故D正确。 故选：D。 PART 02 课堂总结 课堂总结 PART 03 练习与应用 小丽利用水透镜探究凸透镜成像规律，实验装置如图所示，此时在光屏上得到一个等大的像。接着小丽向水透镜中注水使其变厚（水透镜越厚，焦距越小），然后保持水透镜和蜡烛的位置不变，移动光屏使屏上再次出现一个清晰的像。关于第二次所成像的大小及光屏的移动情况，下列选项中正确的是（　　） A．像一定是放大的 B．像可能是等大的 C．光屏靠近水透镜 D．光屏远离水透镜 练习与应用 解：小丽向水透镜中注水使其变厚，此时水透镜凸度变大，焦距变小，对光的会聚能力变强，会将光线提前会聚成像，光屏应靠近水透镜才能成清晰的实像；由于此时像距变小，因此像变小，故ABD错误，C正确。 故选：C。 某校开展“投影灯的设计和制作”活动，如图甲为投影灯结构，包括光源、透明图标、凸透镜，通过凸透镜将透明图标上的图案呈现在地面上。由于图标本身不发光，需要光源照射到图标上。图乙为图标所成的像，则图标的放置方式为（　　） 练习与应用 A B C D 解：投影仪是利用凸透镜成倒立、放大的实像原理工作的，像与物体，上下、左右都相反，观察各图可知，C选项中的图标与乙图中的像符合此特点，故C符合题意、ABD不符合题意。 故选：C。 如图所示的“梦想成真”是投影灯中图片在地上所成的像。当图片处于凸透镜一倍焦距和两倍焦距之间时，地面上所成像的性质为倒立、 的实像。人们能从各个方向看见粗糙地面上的像，这是因为光发生了 （填光的反射类型）。 练习与应用 解：（1）由凸透镜成像的规律可知，当图片处于凸透镜一倍焦距和两倍焦距之间时，地面上所成像的性质为倒立、放大的实像 （2）反射分为漫反射和镜面反射，人们能从各个方向看见粗糙地面上的像，这是因为光发生了漫反射。 故答案为：放大；漫反射。 PART 04 提升训练 如图所示，平面镜水平放置且镜面朝上，在镜面上方竖直放置一凸透镜，在凸透镜左侧主光轴上两倍焦距处有一点光源S，则该点光源在该光具组中可以成 个虚像， 个实像。 提升训练 （1）由题知，凸透镜主光轴上两倍焦距处有一点光源S；首先可以确定点光源S在凸透镜右侧两倍焦距处可以成一个等大的实像S1，这个实像又可以通过平面镜成一个虚像S2（平面镜成像） （2）点光源S通过平面镜可以成一个虚像S3，形成的这个虚像S3（相当于一个发光点）又可以通过凸透镜再成一个等大的实像S4（因S3在两倍焦距处的正下方，且过光心的光线传播方向不变）。 由于通过S4的光线不能被平面镜反射（或不能再射向平面镜），所以S4不能在平面镜中再成一个虚像； 所以，会出现两个实像，两个虚像，即S能成四个像。如下图所示： 2 2 $$