四、透镜的应用（教学课件）物理苏科版2024八年级上册

第三章 光的折射 透镜 物理八年级上册 •苏科版 四、透镜的应用 学习目标 01 物理观念 了解照相机、眼睛的成像原理。知道近视眼、远视眼的成像特点和产生原因。知道近视眼、远视眼的矫正原理。了解望远镜和显微镜的组成和简单的基本成像原理。 02 科学思维 通过对透镜应用的分析，培养学生的逻辑思维能力和分析问题、解决问题的能力。 03 科学探究 模拟探究近视眼的缺陷。 04 科学态度与责任 通过阅读相关资料，培养提取有效信息的能力，形成将科学技术应用于日常生活的意识，培养对物理学科的热爱。 重点难点 教学重点 教学难点 照相机、眼睛的成像原理，知道近视眼、远视眼的成像特点和产生原因。 知道用凸透镜或凹透镜对近视眼、远视眼的矫正原理，望远镜和显微镜的组成透镜及原理。 课堂导入 照相机能记录美好风景，我们的眼睛也能看到美丽的世界。那么照相机和眼睛成像原理相同吗？ 探究新知 照相机和眼球 照相机是利用凸透镜能成缩小实像的原理制成的。 如图数码相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光通过镜头成像在感光器件上，如图所示，感光器件将光信号转换为电信号，可在显示屏上显示出来。 数码相机 探究新知 照相机成像原理图 u >2f f< v <2f 照相机成倒立缩小的实像。 镜头（凸透镜） 胶片或其他感光器件(光屏) 探究新知 思考：第一张照片变成了第二张照片，拍照的人是怎样做到的？ 探究新知 分析：要拍第二张照片，就得让成像变大，画出光路图进行分析 O F F 要想使成像变大，应该让相机靠近物体，同时使镜头远离底片。反之，要想使成像变小应该让相机远离物体，同时使镜头靠近底片。 探究新知 人的眼球像一架神奇的照相机，晶状体相当于照相机的镜头，视网膜相当于照相机的感光器件。来自物体的光通过晶状体成像于视网膜上，如图所示，视觉神经把信息传递给大脑，人就产生了视觉。 眼球 照相机和眼球 探究新知 照相机可以通过改变像距使远近不同的物体都在底片上成清晰的像，那么人眼如何看清远近不同的物体呢？ 眼睛通过改变晶状体的弯曲度（晶状体的焦距），来看清楚近处和远处的物体。 当看远处的物体时，睫状体放松，晶状体变薄，远处来的光线恰好会聚在视网膜上，眼球可以看清远处的物体。 当看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变厚，近处来的光线恰好会聚在视网膜上，眼球可以看清近处的物体。 探究新知 远点、近点和明视距离 1.远点：人能看清物体的最远距离。正常眼睛的远点在无限远处。 2.近点：人能看清物体的最近距离。正常眼睛的近点在大约10cm处。 3.明视距离：观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离。正常眼睛为25cm。 探究新知 【学习任务一】照相机和眼球 人眼能看到远处的物体是因为物体在眼睛的视网膜上形成了（    ） A．倒立、等大的实像 B．正立、放大的实像 C．倒立、缩小的实像 D．正立、放大的虚像 C 解：人的眼球好像一架照相机，外界物体在视网膜上所成的像是倒立、缩小的实像。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 探究新知 视力的缺陷和矫正 我看远处物体模糊不清，不知眼睛出了什么问题，怎么办呢? 可用模拟实验找出你眼球的缺陷 探究新知 活动3.6 模拟探究近视眼的缺陷 做一做 如图所示，将凸透镜看作眼球的晶状体、光屏看作视网膜，给“眼睛”戴上近视眼镜，使烛焰在“视网膜”上成像，并标出此时光屏的位置。移去近视眼镜，光屏上的像变得模糊了，这就是近视眼所看到的景象。移动光屏，使光屏上烛焰的像重新变清晰，标出光屏的位置。 模拟探究近视眼的缺陷 探究新知 说一说 近视眼看远处的物体时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜前方还是后方？ A F 物体 光屏（视网膜） A 薄 o 正常眼睛看远处物体成像情况： A F 物体 光屏（视网膜） A' 厚 o 近视眼睛看远处物体成像情况： 像落在视网膜的前方 探究新知 近视眼的成因 近视眼的晶状体太厚，折光能力太强；或者眼球在前后方向上太长。使得来自远处的光会聚在视网膜前，到达视网膜时一个模糊的光斑，得不到清晰的像。 来自远处某点的光会聚在视网膜前面 探究新知 近视眼的矫正 凹透镜对光有发散作用，使像向后移到视网膜上。佩戴凹透镜可以矫正近视眼。 矫正后 探究新知 厚 A 物体 光屏（视网膜） F A' o A 物体 光屏（视网膜） F A' 薄 o 正常眼睛看近处物体成像情况： 近处物体来的光在视网膜后会聚 远视眼睛看近处物体成像情况： 探究新知 远视眼的成因 远视眼的晶状体太薄，折光能力太弱；或者眼球在前后方向上太短，来自近物的像成在视网膜的后面，在视网膜上形成一个模糊的光斑，人眼就只能看到模糊不清的物体。 来自近处某点的光在视网膜后方会聚成一点 探究新知 远视眼的矫正 矫正后 凸透镜对光有会聚作用，使像向前移到视网膜上。佩戴凸透镜可以矫正远视眼。 探究新知 眼镜的读数 眼镜的度数表示的是镜片（透镜）折光本领的大小。我们知道，近视或远视程度越严重，所配眼镜的度数越高。镜片的度数越高， 焦距就越短， 发散或会聚光的本领就越大。 眼镜的度数在数值上等于镜片焦距（以米为单位）倒数的100 倍。远视镜片（凸透镜）度数为正，近视镜片（凹透镜）度数为负。例如，焦距为 0.5m的远视镜片度数为 200 度，焦距为 0.2 m 的近视镜片度数为 -500 度。 探究新知 【学习任务二】视力的缺陷和矫正 正常人眼通过调节晶状体薄厚来看清远近不同的物体，如果不注意用眼卫生，可能使晶状体薄厚的调节能力减弱，导致晶状体变厚，看不清远处的物体，形成 眼，应用 透镜矫正。 近视 解：[1][2]近视眼是晶状体曲度变大，会聚能力增强，即折光能力增强，像呈在视网膜的前方，应佩戴发散透镜，使光线推迟会聚。 凹 探究新知 【学习任务二】视力的缺陷和矫正 小彤的爷爷能看清远处的物体，却看不清近处的物体，是因为来自近处某点的光会聚在他视网膜的 （选填“前”或“后”）方，小彤推断爷爷可能患上了 （选填“近”或“远”）视眼，需要配戴 （选填“凸”或“凹”）透镜进行矫正。 后 解：[1][2][3]只能看清远处的物体，而看不清近处的物体，来自近处某点的光会聚在他的视网膜后方，是远视眼，俗称老花眼，这是因为晶状体对光线会聚作用减弱，应佩戴对光线具有会聚作用的凸透镜。 远 凸 探究新知 望远镜和显微镜 仅凭我们的肉眼根本无法看到极其细小的物体的内部结构和广袤而深邃的太空的，随着科技的发展，人们发明了一双神奇的“眼睛”——显微镜和望远镜，帮助人们探索神秘的微观和宏观世界。 探究新知 望远镜能使远处的物体在近处成像。观看演出时，借助望远镜可以清晰地看到远处舞台上的精彩表演；旅行时，也可用望远镜来欣赏远处的风景。图所示是一架双筒望远镜。 双筒望远镜 切勿用望远镜直接观察太阳或其他强光源！ 探究新知 望远镜的构造 如图所示，一般的单筒天文望远镜可看作是由两个透镜组成的，靠近人眼的透镜叫作目镜，靠近被观察物体的透镜叫作物镜。 望远镜的原理 物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。目镜相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像。两次成像，先缩小，后放大。 单筒天文望远镜 探究新知 望远镜的光路图 O F物 O F目(F物) F目 第一次成像 远处物体 第二次成像 探究新知 思考：物体距离物镜很远,它的像却离物镜很近,这样的像应该是缩小的，为什么用望远镜观察物体时会感到像被放大了？ 原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要，视角越大，对物体观察越清楚。 视角：从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角叫做视角。 a a 视角大小与什么因素有关？ 探究新知 （1）视角与物体大小有关。物体到眼睛的距离一定时，大物体的视角大，小物体的视角小。 （2）视角与物体到眼睛远近有关。物体大小一定时，看近处的物体，视角大，远处的物体视角小。 用望远镜观察物体时，望远镜所成的像离我们的眼睛很近，增大了视角，因而通过望远镜能清楚地看到远处的物体。 探究新知 光学天文望远镜的发展 第一位把望远镜用于天文观测的是意大利物理学家伽利略。他用自制的望远镜观察天体，并以确凿的证据支持了哥白尼的“日心说”。伽利略制作的望远镜是用一块凸透镜作为物镜、用一块凹透镜作为 目镜制成的，通常叫作伽利略望远镜。 1611 年，德国天文学家开普勒用两个凸透镜 组成望远镜。这种望远镜更适宜于观察天体， 通 常称为开普勒望远镜。 伽利略望远镜 探究新知 光学天文望远镜的发展 1668 年，牛顿用金属磨成的凹面镜代替凸透镜作为物镜，制成了第一架反射式望远镜，如图所示。由于这种望远镜可以 使接收光的口径更大并能较好地消除色差，因此现代大型天文望远镜大多采用这种结构。 1990 年，哈勃空间望远镜被送入太空，它避免了大气层的干扰，将人们的视觉范围扩展到遥远的宇宙深处。 牛顿制造的反射式望远镜 哈勃空间望远镜 探究新知 显微镜可以帮助我们看清肉眼看不见的微小物体，如微生物、动植物的细胞等。如图所示是光学显微镜和光学显微镜下的洋葱鳞片叶表皮。 光学显微镜 光学显微镜下的洋葱鳞片叶表皮 探究新知 显微镜的构造 显微镜有两组位于镜筒两端的凸透镜。靠近眼睛的凸透镜叫做目镜，靠近物体的凸透镜叫做物镜。 目镜焦距长，其作用相当于一个普通的放大镜。成正立放大的虚像。 物镜焦距短，其作用相当于投影仪的镜头。成倒立放大的实像。 探究新知 显微镜的成像原理图 O F物 O 2F F物 F目 F目 第一次成像 微小物体 第二次成像 探究新知 南极巡天望远镜和月基光学望远镜 南极巡天望远镜是我国自主研发的可远程遥控、无人值守运行的天文光学望远镜。它安装在位于南极大陆最高点冰穹 A 的昆仑站，包括三台通光口径为 50 cm 的望远镜。冰穹 A 所处位置大气层透过率高、受大气湍 流影响小，且全年有数月连续黑夜，因此它是地球上最理想的 天文观测点之一。 2017 年，南极巡天望远镜克服极寒、暴风雪等恶劣天气， 首次实现无人值守的越冬运行和连续观测，发现了大量高置信 度的系外行星候选体，并于当年 8 月18—28日开展有效观测， 成功追踪探测到国际上双中子星并合引力波事件的首例光学信 号，为本次引力波的全球探测提供了重要观测数据。 南极巡天望远镜 探究新知 南极巡天望远镜和月基光学望远镜 我国在月球上的天文观测也取得突破性进展。月球上没有大气层，进行天文观测不受大气层干扰，且月球自转较慢，可利用望远镜对同一天体进行持续观测。因此，月球表面具有得天独厚的天文观测条件。 2013 年，我国“嫦娥三号”月球探测器成功发射并着陆月球表面，它携带的月基光学望远镜首次从月球观测太空，获得了大量第一手科学探测数据。月基光学望远镜实现了人类首次依托地外天体平台开展自主天文观测，使我国在恒星演化、高能天体等领域的研究水平得到进一步提高。月基光学望远镜的研制和运行，为人类在月球开展更复杂的重大天文观测奠定了良好基础。 探究新知 【学习任务三】望远镜和显微镜 一般天文望远镜的目镜和物镜使用的都是 镜，物镜的焦距较大；当被观察物体在物镜的2倍焦距以外时，物体成一个倒立的 （选填“放大”或“缩小”） （选填“实”或“虚”）像，然后这个像再经过目镜 （选填“放大”或“缩小”），观察者就能看清楚远处的物体。 凸透 解：[1]根据望远镜的结构特点可知，一般天文望远镜的目镜和物镜使用的都是凸透镜。 [2][3]根据凸透镜成像特点可知，当被观察物体在物镜两倍焦距以外时，远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。 [4]然后这个像在目镜的焦点以内，根据凸透镜成像特点可知，成正立、放大的虚像，所以经过目镜放大，观察者就能看清楚远处的物体。 缩小 实 放大 探究新知 【学习任务三】望远镜和显微镜 下列关于显微镜和望远镜的说法中，不正确的是（　　） A．望远镜的物镜成倒立缩小的实像，目镜成正立放大的虚像 B．显微镜由两个凸透镜组成，目镜成倒立放大的实像，物镜成正立放大的虚像 C．显微镜和各种形式的望远镜，目镜都成虚像 D．显微镜的目镜和物镜都是凸透镜 B 解：A．望远镜的物镜成倒立、缩小的实像，目镜成正立、放大的虚像，故A正确，不符合题意； B．显微镜的物镜成倒立、放大的实像，目镜成正立、放大的虚像，故B错误，符合题意； C．显微镜和各种形式的望远镜，目镜都成正立、放大的虚像，故C正确，不符合题意； D．显微镜的目镜和物镜都是凸透镜，利用凸透镜成像原理工作，故D正确，不符合题意。 故选B。 探究新知 透镜的其他应用 1.投影仪：利用凸透镜来成像的。 投影仪 成像原理：f＜u＜2f 时 ，成倒立、放大的实像，像距 v>2f F 2F F 2F 2f 2f f f 探究新知 f 2f F 2F F 2F 放大镜成像原理：当物距 u<f 时，成正立、放大的虚像。 2. 放大镜 课堂小结 透镜的应用 照相机和眼球 眼球：晶状体相当于照相机的镜头，视网膜相当于照相机的感光器件 照相机原理：利用凸透镜能成缩小实像的原理制成的 视力的缺陷和矫正 远视眼及其矫正：像成在视网膜的后方；佩戴凸透镜 近视眼及其矫正：像成在视网膜的前方；佩戴凹透镜 望远镜和显微镜 显微镜 望远镜 构造：物镜、目镜 原理 视角 构造：物镜、目镜 原理 课堂练习 1．人的眼睛像一架神奇的照相机，晶状体相当于照相机的镜头， 相当于照相机内的胶片。当人由远到近地观赏景物时，晶状体对光线的偏折能力 （选填“变强”、“变弱”或“不变”），其厚度 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 解：[1][2]人的眼睛的成像原理与照相机是相同的，晶状体相当于照相机的镜头（凸透镜），视网膜相当于照相机内的胶片。 [3]当人由远到近地观赏景物时，由凸透镜成实像的规律“物近像远像变大”可知，物距变小时，像距变大，但眼睛晶状体与视网膜的距离几乎不变，因此为使像呈在视网膜上，晶状体会变厚，对光线的偏折能力变强。 视网膜 变强 变大 课堂练习 2．在电影院观看电影时，我们能看到银幕上的画面，这是因为画面的光会聚在视网膜上形成 （选填“倒立”或“正立”）的像。而有些同学观看时需要戴上近视眼镜，才能更清楚地看到银幕上的画面，这是因为近视眼镜是一个 透镜（填“凸”或“凹”）。 倒立 解：[1]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，视网膜相当于光屏，外界物体在视网膜上所成的像是倒立、缩小的实像。 [2]近视眼是晶状体曲度变大，会聚能力增强，即折光能力增强，像呈在视网膜的前方，应佩戴发散透镜，使光线推迟会聚。由于凹透镜对光线有发散作用，所以近视眼应该配戴凹透镜才能看清远处的物体。 凹 课堂练习 3．珍爱双眼，健康同行。若长时间玩手机、电子游戏会导致眼睛自我调节能力减弱，晶状体折光能力增强而形成近视。图中 （选填“甲”或“乙”）是近视眼看远处物体成像的示意图，应配戴 透镜矫正。 乙 解：[1][2]近视眼的形成原因是晶状体太厚，或折光能力太强，来自远处点的光会聚在视网膜的前面，人就只能看清近处的物体，看不清远处的物体，所以如图所示的乙是近视眼看远处物体的成像情况；因凹透镜对光线有发散作用，在近视眼睛前面放一个凹透镜，就能使来自远处物体的光会聚在视网膜上。 凹 课堂练习 4．如图所示，这是小明同学戴上眼镜前、后观察到的远处帆船的情形，下列相关说法正确的是(   ) A．小明的眼镜对光有会聚作用 B．不戴眼镜时，小明看远处物体时，成像在视网膜前方 C．小明是远视眼 D．戴眼镜后小明的视网膜上成的是正立、缩小的实像 B 解：小明不戴眼镜时看远处的帆船不清晰，所以小明是近视眼，是因为他的眼睛晶状体对光的会聚能力过强，不戴眼镜时，看远处物体，成像在视网膜前方；他应该戴对光有发散作用的凹透镜来进行矫正，戴眼镜后小王的视网膜上成的是倒立、缩小的实像。 故选B。 课堂练习 5．通过显微镜和天文望远镜（天文望远镜目镜是短焦距的凸透镜，物镜是长焦距的凸透镜）观察物体时，你注意过像的正倒吗？如果还没注意过，请你通过实际观察，然后做出判断。以下说法中正确的是（　　） A．用显微镜观察时像是正立的，用天文望远镜观察时像是倒立的 B．用显微镜观察时像是正立的，用天文望远镜观察时像是正立的 C．用显微镜观察时像是倒立的，用天文望远镜观察时像是正立的 D．用显微镜观察时像是倒立的，用天文望远镜观察时像是倒立的 解：显微镜的物镜相当于投影仪成倒立、放大的实像，目镜相当于放大镜，将显微镜成倒立、放大的实像再次放大，成倒立、放大的虚像。望远镜物镜相当于照相机，成倒立、缩小的实像，这个实像正好落在目镜的焦点以内，这跟放大镜的成像原理相同，所以目镜起到将物镜成的倒立、缩小的实像再次放大的作用。故ABC错误，D正确。 故选D。 D 课堂练习 6．在完成探究“凸透镜成像的规律”的实验后，利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成水凸透镜（凸起程度可以通过注射器对水透镜注水或吸水的多少来调节）探究视力缺陷的成因及矫正方法。 （1）如图-1所示，经过调节，光屏上恰好呈现烛焰倒立、 （选填“缩小”“等大”或“放大”）的像； 缩小 课堂练习 （2）向水凸透镜内 （选填“注入”或“吸出”）适量的水可模拟近视眼的成因，光屏上的像变模糊后； ①保持水凸透镜和蜡烛的位置不变，将光屏向左移动，再次得到清晰的像，说明近视眼在观察远处的物体时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜的 （选填“前”或“后”）方； ②如图-2所示，保持水透镜、蜡烛和光屏的位置均不变，老师将自己的眼镜放于蜡烛和凸透镜之间，光屏上的像又变清晰了，老师的眼镜是用 （选填“凸”或“凹”）透镜制成的。 注入 前 凹 课堂练习 解：（1）[1]由图-1可知，物距大于像距，因此物距大于二倍焦距，物距在一倍焦距到二倍焦距之间，根据凸透镜成像的特点可知，此时成倒立、缩小的实像。 （2）[2]由近视眼的成因可知，晶状体过厚，对光的折射能力较强，使像成在视网膜的前方，因此可以向水凸透镜内注入适量的水模拟近视眼的成因。 [3]根据题意，保持水凸透镜和蜡烛的位置不变，将光屏向左移动，再次得到清晰的像，说明像变近了，因此可以说明近视眼在观察远处的物体时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜的前方。 [4]保持水透镜、蜡烛和光屏的位置均不变，老师将自己的眼镜放于蜡烛和凸透镜之间，光屏上的像又变清晰了，说明此眼睛对光具有发散作用，延迟了像的形成，因此老师的眼镜是凹透镜。 布置作业 1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。 2.实践应用作业：（1）小水滴相当于一个焦距较短的凸透镜，再选用一个焦距较长的凸透镜作为目镜，自制一个水滴显微镜，如图所示，并用它观察细盐粉、头发丝、昆虫翅膀等。 （2）调查班上同学的视力状况和用眼习惯(如连续看电视、看手机、看书、做作业的时间)。查阅资料，了解保护视力的方法，对用眼卫生等提出合理的建议。 谢谢聆听 谢谢聆听 $$