第五章 透镜及其应用（知识清单）物理新教材人教版八年级上册

第五章 透镜及其应用 第1节 透镜 一、透镜 1. 凸透镜和凹透镜 凸透镜 凹透镜 （1）凸透镜：中间 、边缘 的透镜； （2）凹透镜：中间 ，边缘 的透镜； （3）薄透镜：如果透镜的厚度远小于球面的 ，这种透镜叫作薄透镜。 2. 主光轴和光心 （1）主光轴：通过透镜两个球面球心的直线叫主光轴。如图的点划线CC＇。 凸透镜的主光轴和光心 凹透镜的主光轴和光心 （2）光心：主光轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向 ，叫作透镜的光心O。 二、透镜对光的作用 1. 凸透镜对光有 作用，又叫会聚透镜。 凸透镜对光有会聚作用，不是指光经凸透镜后一定会聚在一点上，而是指光经凸透镜折射后，折射光线向主光轴偏折，如图所示。 甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束 2. 凹透镜对光有 作用，又叫发散透镜。 凹透镜对光有发散作用，是指光经凹透镜折射后，折射光线偏离主光轴，经凹透镜折射后的光线也可能相交于一点，如图所示。 甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束 三、焦点、焦距及三条特殊光线 1. 凸透镜的焦点和焦距 （1）焦点：凸透镜使跟主光轴平行的光会聚在 上的点，用F表示。 （2）焦距：焦点到凸透镜 的距离叫作焦距，用f表示。 （3）凸透镜有 个焦点，并且关于 对称。 （4）凸透镜焦距的意义：凸透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短，凸透镜表面越凸，焦距越 ，对光的会聚作用越 （选填“强”或“弱”）。 凸透镜的焦点和焦距 利用阳光测量凸透镜的焦距 （5）粗略测量凸透镜焦距的方法——平行光聚焦法 如图所示，将凸透镜正对着太阳光（可看成是平行光），再拿一张纸放在它的另一侧，来回移动，直到纸上的光斑最 、最 ，测量这个光斑到凸透镜光心的距离，即为该凸透镜的焦距。 2. 凹透镜的焦点和焦距 （1）焦点：平行于主光轴的光线通过凹透镜后 ，发散光线的反向延长线相交于主光轴上，该点叫凹透镜的 ，它不是实际光线的会聚点。凹透镜有 个焦点，关于光心对称。 （2）焦距：焦点到凹透镜 的距离叫作焦距。凹透镜焦距的大小表示对光 能力的强弱，焦距越小，对光的发散能力越 （选填“强”或“弱”）。 凹透镜的焦点和焦距 3. 透镜的三条特殊光线 （1）凸透镜的三条特殊光线 ①通过凸透镜 的光线传播方向不发生改变，如图甲； ②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过 ，如图乙； ③经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于 ，如图丙。 甲 乙 丙 （2）凹透镜的三条特殊光线： ①通过凹透镜 的光线传播方向不发生改变，如图甲； ②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后发散，发散光线的 通过焦点，如图乙； ③射向凹透镜焦点的光线经凹透镜折射后平行于 射出，如图丙。 甲 乙 丙 第2节 生活中的透镜 一、照相机 1．照相机的主要结构及作用 （1）镜头：由一组透镜组成，相当于一个 ，起到成像作用。 （2）快门：是控制感光元件（如胶片或图像传感器）曝光时间的装置，相当于相机的“眼睛开关”，通过开合来决定光线进入的时间长短。 （3）光圈：通过调节大小来控制进入相机的光线多少。 （4）调焦环：调焦环的作用是调整镜头与成像介质（如胶片或传感器）之间的距离，使不同距离的被摄物体在成像介质上形成清晰的像‌。 （5）胶片：是摄影的载体，相当于涂有感光材料的光屏。 照相机结构示意图 照相机原理示意图 2. 照相机的成像原理 照相机的镜头由一组透镜组成，它们组合在一起相当于一个凸透镜。来自物体（人或景物）上每一点的光经过胶片照相机的镜头后都在胶片上会聚成一点，所有会聚的点就形成了被照物体的像。物体到镜头的距离远远大于镜头的焦距，在胶片上得到 、 的 像（填像的性质）。 3. 照相机的成像特点 （1）照相机成缩小、倒立的实像。 （2）像距 物距（选填“大于”或“小于”）。 （3）像与物体位于凸透镜的 侧（选填“同”或“异”）。 （4）物距、像距及像的大小变化规律：物体离镜头越近，像越 ，像距也变 ；反之，物体离镜头越远，像越 ，像距也变 。（均选填“小”或“大”）。 4．照相机的调节 为了使远近不同的景物在胶片上都能形成清晰的像，需要旋转镜头上的“调焦环”，调节镜头到胶片的距离。 拍摄远处景物时，镜头往后缩，离胶片 （选填“远”或“近”）一些，此时的像比较小。拍摄近处景物时，镜头往前伸，离胶片远一些，此时的像会变 （选填“大”或“小”）一些。 5. 自制模型照相机 （1）制作方法：用两个粗细相近的纸筒，使一个纸筒刚好能套入另一个，并能前后滑动（如图），将大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纸，把两个纸筒套在一起，就做成了一个模型照相机。 （2）成像特点：模型照相机成的是 、 的 （填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”、“实像/虚像”）；物体离镜头越近，像越 ，像离镜头越 。 6. 照相机的应用 （1）数码相机：用电荷耦合器件代替胶片，把光信号转换成电信号，记录物体的像。 （2）摄像机，摄像头，电子眼，扫码支付，刷脸识别等都是利用了照相机成像的特点。 二、投影仪 1.投影仪的主要构造及各部分的作用 由镜头、光源（灯泡）、聚光镜（凸透镜）、平面镜等组成（如下图所示）。 （1）镜头：是一个 ，起成像作用。 （2）光源：是用来照亮投影片的。 （3）螺纹透镜：相当于凸透镜，其作用是会聚光，增加投影片的亮度。 （4）屏幕：相当于 ，承接像。 （5）平面镜：改变光的传播 。 2. 投影仪的成像原理：投影仪（幻灯机）上的镜头相当于一个凸透镜，能成 、 的 （填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”、“实像/虚像”）。 3. 投影仪成像的特点 （1）投影仪成 、 的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”）。 （2）物距 像距（选填“大于”或“小于”）。 （3）像与物体位于凸透镜的 侧（选填“同”或“异”）。 4．投影仪的调节 （1）要使屏幕上的图像大些，胶片 镜头，同时投影仪 屏幕；要使屏幕上的像小些，胶片远离镜头，同时投影仪 屏幕（以上均选填“远离”或“靠近”）。 （2）为了在屏幕上成正立的像，要把胶片 （选填“倒放”或“正放”）。 三、放大镜 1. 放大镜的成像原理：是利用了凸透镜能成放大的 （虚/实）像这一原理。放大镜实际是一个短焦距的凸透镜。 放大镜成像示意图 2. 放大镜的成像特点 （1）放大镜成 、 的 像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”、“虚/实”）。 （2）像距 物距（选填“大于”或“小于”）。 （3）像与物体位于凸透镜的 （选填“同侧”或“异侧”）。 3. 放大镜的调节：使像变大时，让放大镜与物体之间的距离适当 些。使像变小时，让放大镜与物体之间的距离适当 些（选填“增大”或“减小”）。 4. 生活中的放大镜 （1）鱼缸：若鱼在鱼缸左侧，则右侧部分相当于 ，看到的“鱼”比实际的大。 （2）小水滴：由于张力作用，形成半圆形，相当于 ，看到的物体比实际的大。 （3）体温计的直管：体温计的直管做得很细，而且水银是银白色的，很难看清楚液柱的高度。把玻璃外壁做成三棱柱的样子，从侧面看过去，相当于 ，起到放大的作用。 四、实像和虚像 1. 实像：由实际光会聚而成的像叫实像。实像 （选填“可用”或“不可用”）光屏承接，也可以用眼睛直接观察。例如照相机和投影仪所成的像是实像，小孔成的像也是实像。 2. 虚像：不是实际光会聚而成，是实际光线的反向延长线相交而成。虚像只能用眼睛观察， （选填“可用”或“不可用”）光屏承接。例如放大镜所成的像是虚像，平面镜成的像也是虚像。 第3节 凸透镜成像的规律 一、实验：探究凸透镜成像的规律 1. 物距与像距 （1）物距u：物体到透镜 的距离，如图所示。 （2）像距v： 到透镜光心的距离，如图所示。 2. 实验器材与实验装置图 （1）实验器材：光具座、凸透镜（焦距已知）、发光体（F形LED光源或烛焰）、光屏。 （2）实验装置（见上图）。 3. 实验过程 （1）调节发光物体、凸透镜和光屏，使它们的中心高度相同，研究发光物体的成像情况。中心高度相同的目的是为了使发光物体的像成在光屏的中央。 （2）将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处，把发光物体放在较远处，移动光屏，使光屏上呈现清晰的实像。观察实像的大小和正倒，测出物距u和像距v，将数据和观察的结果填入下表（下面的实验也要同样记录）。 （3）把发光物体向凸透镜移近几厘米，放好后重复以上操作。 （4）继续向凸透镜移动发光物体并调整光屏的位置，重复以上操作，你总能在光屏上得到发光物体的像吗？当在光屏上看不到发光物体的像时，可以撤去光屏，从光屏一侧向凸透镜方向看去，观察发光物体的像。此时发光物体和它的像在什么位置？ 记录凸透镜的焦距f，把实验中得到的数据和观察的结果填入下表。 数据和观察结果记录表（凸透镜的焦距f= 10 cm） 实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距 v/cm 虚实 大小 正倒 1 30 实像 缩小 倒立 15 2 20 实像 等大 倒立 20 3 15 实像 放大 倒立 30 4 10 不成像 5 6 正立 放大 虚像 —— 4. 分析与论证 （1）焦点（u=f）是成虚像和实像的分界点，当物距大于焦距时，凸透镜成 像，当物距小于焦距时，凸透镜成 像。即一倍焦距内外分虚实。（均选填“实”或“虚”） （2）二倍焦距处是成放大和缩小像的分界点。当物距大于2倍焦距时，凸透镜成 的像，当物距小于2倍焦距时，凸透镜成 的像。没有缩小的虚像。（均选填“缩小”或“放大”） （3）凸透镜所成的实像都是异侧 ，虚像都是同侧 。（均选填“正立”或“倒立”） （4）不论成实像还是虚像，成放大的像时必定像距 物距，成缩小的像时必定像距 物距。（均选填“大于”或“小于”） （5）成实像时，当物体从较远处向凸透镜靠近时（物距变小），像到凸透镜的距离（像距） 逐渐变 ，像也逐渐变 。（均选填“大”或“小”） 当物体成虚像时，物体逐渐靠近透镜，像逐渐变 。（选填“大”或“小”） 5. 实验结论 （1）凸透镜成像的规律： 当物距大于2倍焦距时，凸透镜成 、 的 像； 当物距等于2倍焦距时，凸透镜成 、 的 像； 当物距小于2倍焦距、大于焦距时，凸透镜成 、 的 像； 当物距小于焦距时，凸透镜成 、 的 像。（以上均选填像的性质：“倒立”、“正立”、“放大”、“缩小”、“实”或“虚”） （2）记忆口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，物近（离焦点）像远像变大；虚像（与物）同侧正，实像异侧倒，像物相互跟着跑。 （3）表格总结： 物距u 像的性质 物与像 的位置 像距v 光屏能 否承接 u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能 u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能 f<u<2f 倒立 放大 实像 异侧 v>2f 能 u＝f 不成像 u<f 正立 放大 虚像 同侧 |v|>u 不能 6. 交流讨论 （1）在做实验时, 无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像，可能原因有： ①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在 上； ②蜡烛的位置在透镜的 以内； ③蜡烛的位置在透镜的 上。 （2）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，也是完整的，但亮度会变 些。 （3）蜡烛长度变短时，像在光屏上将会向上移动。调节方法：①将光屏向 移动；②将蜡烛向 移动；③将透镜和光屏向 调节. 二、利用凸透镜三条特殊光线分析凸透镜成像规律 利用凸透镜三条特殊光线中的任意两条可以画出相应的光路图，从而判断出像距的大小和成像的具体情况，这是理解凸透镜成像规律的最好的方法。 （1）当物距u>2f 时，成倒立、缩小的实像，此时像距f<v<2f；光路如图甲所示。 甲 乙 （2）当物距u=2f 时，成倒立、等大的实像，此时像距v=2f；光路如图乙所示。 （3）当物距f<u<2f时，成倒立、放大的实像，此时像距v>2f；光路如图丙所示。 丙 丁 （4）当物距u=f时，折射光为一束平行光，不能相交，反向延长线也不能相交，所以不能成像；光路如图丁所示。 （5）当物距u<f时，成正立、放大的虚像，此时像距v>u；光路如图所示。 第4节 眼睛和眼镜 一、眼睛 1. 眼球的主要结构及各部分作用 眼球主要由玻璃体、 、 、瞳孔、角膜、 、视神经等组成。眼球好像一架照相机： （1）晶状体和角膜的共同作用相当于一个 ； （2）视网膜相当于照相机的 ； （3）睫状体可以改变晶状体的形状（改变焦距）； （4）瞳孔相当于照相机的光圈。 眼球的主要结构 眼睛的视物原理 2. 眼睛的视物原理 人的眼球好像一架 ，眼睛观看物体时，物距大于2倍焦距，物体发出或反射的光进入人眼，经晶状体和角膜折射后，在视网膜上形成一个 、 的实像。视网膜上感光细胞受到光的刺激，视神经把这个信号传输给大脑，大脑将倒立图像处理后翻转过来，我们就看到了物体。 3. 眼睛的调节 （1）正常眼睛的调节：眼睛通过睫状体改变 的形状，从而改变晶状体的折光能力。 当我们看远处的物体时，睫状体放松，晶状体比较 （选填“厚”或“薄”），对光的偏折能力变小，远处物体射来的光（近似平行光）刚好会聚在视网膜上，人们就可以看清远处的物体。 当人们看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变 （选填“厚”或“薄”），对光的偏折能力变大，近处物体射来的光（非平行光）照样能会聚在视网膜上，人们就可以看清近处的物体。 （2）远点、近点和明视距离 ①远点：眼睛的调节是有限度的，当睫状体完全松驰时，晶状体表面弯曲程度最小，此时晶状体最扁，能够看清的最远的极限点叫作远点。正常眼睛的远点在 处。 ②近点：当睫状体看近处物体时，晶状体变得最凸，表面弯曲程度最大，此时能看清的最近的极限点叫作近点。正常眼睛的近点在大约 处。 ③明视距离：正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离大约是 cm，该距离叫作明视距离。 二、近视眼及其矫正 1. 近视眼：如果长期不注意用眼卫生，睫状体疲劳过度，调节能力降低，会造成晶状体变厚，焦距变小，折光能力增强。这时像只能成在视网膜 方（选填“前”或“后”），而在视网膜上形成的是模糊不清的光斑，这样就形成了近视眼。 2. 近视眼的矫正：近视眼可以用凹透镜矫正，因为凹透镜能使光 。经矫正后，光会聚在视网膜上，就能得到清晰的像（见图乙）。 三、远视眼及其矫正 1. 远视眼：如果晶状体变薄，焦距变大，折光能力减弱，且睫状体不能自行调节，像成在视网膜后方（选填“前”或“后”）, 在视网膜上形成的也是模糊不清的光斑，这样就形成了远视眼。 2. 远视眼的矫正：远视眼可以用凸透镜矫正，因为凸透镜能使光 。经矫正后，光会聚在视网膜上，得到清晰的像。 四、眼镜的度数 1. 透镜焦度：透镜焦距 f 的长短标志着折光本领的大小。焦距越短，折光本领越大，通常把透镜 叫做透镜焦度，用Φ表示。透镜焦度： 2. 眼镜度数 （1）眼镜片的度数，就是镜片的透镜焦度乘 的值。眼镜度数： （2）远视镜片的度数用 数表示，近视镜片的度数用 数表示。 第5节 跨学科实践：制作望远镜 一、望远镜 1.开普勒望远镜 望远镜示意图 望远镜成像光路图（开普勒望远镜） （1）望远镜的构造：望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较长，叫作 镜。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫作 镜。 （2）望远镜的原理 ①物镜：相当于 的镜头，远处的物体AB通过物镜在焦点附近成 、 的实像A′B′，这个像处于目镜的 以内。 ②目镜：相当于 镜，把物镜所成的像A′B′再放大一次，成 、 的虚像A"B"。两次成像，先 ，后 。 2．视角 （1）视角的概念：从眼睛的中心向 所引的两条直线的夹角。 （2）影响视角的因素 ①视角与 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视角与离物体 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。 （3）望远镜对视角的放大 望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得 。望远镜物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像更加明亮，这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大，以便观测到更暗的星。 二、设计简易望远镜 1. 确定望远镜的放大倍率：自制的望远镜可以采用单片的凸透镜作为目镜和物镜。为了让成像质量好一些，其放大倍率不宜过大，取放大倍率为 倍即可。 2. 选择物镜和目镜：应选择焦距较 、直径较大的凸透镜作为物镜；焦距较 、直径较小的凸透镜作为目镜（均选择“长”或“短”）。 3. 设计镜筒：观察最远处的物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的 之和；观察较近处的物体时，两块凸透镜间的距离要稍大一些。 4. 制作及调试望远镜 （1）制作：根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒。把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。 （2）试用与调整：把目镜镜筒插入物镜镜筒内，把目镜放到眼前，通过望远镜观察远处的物体。在观察时要通过对镜筒长度的调节，改变物镜与目镜间的距离，直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。 5. 通过望远镜看到正立的像的方法 （1）第一种方法：物镜使用 透镜，目镜使用 透镜，望远镜所成的像就是正立的了，这种望远镜叫作伽利略望远镜（均选择“凸”或“凹”）。 （2）第二种方法：使用两块平面镜呈90°夹角放置，利用平面镜镜像对称的成像特点完成像的翻转。 三、望远镜与宇宙探索 1. 使用望远镜探索宇宙的历程 （1）伽利略与望远镜：意大利天文学家、物理学家 是第一位把望远镜指向天空的人。1609年伽利略用自制的望远镜观察天体，以确凿的证据支持了哥白尼的“ ”。第一个观测到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。 伽利略望远镜 哈勃太空望远镜 （2）“海王星”的发现：1846年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜想天王星外还存在一颗未知的行星。不久，人们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星，它被命名为“ ”。 （3）哈勃太空望远镜：为改进对星体的观察，1990年美国向太空发射了一台望远镜，叫 望远镜，可以排除大气层的干扰，使人类观测宇宙的能力空前提高。 （4）射电望远镜：除光学望远镜外，人们还发明了 望远镜，这使得人类对宇宙的了解越来越深入。现代天文望远镜都是力求把物镜口径加大，这样它可以会聚更多的 ，以求观测到更暗的星。 （5）郭守敬望远镜与中国天眼 我国不仅古代在天文观测上取得了丰硕的成果，在现代也对宇宙探索作出了很大贡献。2009年，郭守敬望远镜建成，并于2011年启动光谱巡天任务，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的望远镜。2020年，中国天眼正式开放运行，它是目前全球单口径最大、灵敏度最高的射电天文望远镜。 郭守敬望远镜 中国天眼 银河系与太阳系 2. 宇宙：宇宙是一个有层次的天体结构系统。 （1）宇宙：宇宙中拥有上千亿个 ；银河系只是宇宙中上千亿个星系中的一个。银河系异常巨大，一束光穿越银河系需要10万年的时间。 （2）太阳系：太阳不过是 中几千亿颗 星中的一员。太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行。地球在离太阳比较近的第 条轨道上，是太阳系中的一颗 。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 透镜及其应用 第1节 透镜 一、透镜 1. 凸透镜和凹透镜 凸透镜 凹透镜 （1）凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜； （2）凹透镜：中间薄，边缘厚的透镜； （3）薄透镜：如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫作薄透镜。 2. 主光轴和光心 （1）主光轴：通过透镜两个球面球心的直线叫主光轴。如图的点划线CC＇。 凸透镜的主光轴和光心 凹透镜的主光轴和光心 （2）光心：主光轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，叫作透镜的光心O。 二、透镜对光的作用 1. 凸透镜对光有会聚作用，又叫会聚透镜。 凸透镜对光有会聚作用，不是指光经凸透镜后一定会聚在一点上，而是指光经凸透镜折射后，折射光线向主光轴偏折，如图所示。 甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束 2. 凹透镜对光有发散作用，又叫发散透镜。 凹透镜对光有发散作用，是指光经凹透镜折射后，折射光线偏离主光轴，经凹透镜折射后的光线也可能相交于一点，如图所示。 甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束 三、焦点、焦距及三条特殊光线 1. 凸透镜的焦点和焦距 （1）焦点：凸透镜使跟主光轴平行的光会聚在主光轴上的点，用F表示。 （2）焦距：焦点到凸透镜光心的距离叫作焦距，用f表示。 （3）凸透镜有2个焦点，并且关于光心对称。 （4）凸透镜焦距的意义：凸透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短，凸透镜表面越凸，焦距越小，对光的会聚作用越强（选填“强”或“弱”）。 凸透镜的焦点和焦距 利用阳光测量凸透镜的焦距 （5）粗略测量凸透镜焦距的方法——平行光聚焦法 如图所示，将凸透镜正对着太阳光（可看成是平行光），再拿一张纸放在它的另一侧，来回移动，直到纸上的光斑最小、最亮，测量这个光斑到凸透镜光心的距离，即为该凸透镜的焦距。 2. 凹透镜的焦点和焦距 （1）焦点：平行于主光轴的光线通过凹透镜后发散，发散光线的反向延长线相交于主光轴上，该点叫凹透镜的焦点，它不是实际光线的会聚点。凹透镜有2个焦点，关于光心对称。 （2）焦距：焦点到凹透镜光心的距离叫作焦距。凹透镜焦距的大小表示对光发散能力的强弱，焦距越小，对光的发散能力越强（选填“强”或“弱”）。 凹透镜的焦点和焦距 3. 透镜的三条特殊光线 （1）凸透镜的三条特殊光线 ①通过凸透镜光心的光线传播方向不发生改变，如图甲； ②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点，如图乙； ③经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴，如图丙。 甲 乙 丙 （2）凹透镜的三条特殊光线： ①通过凹透镜光心的光线传播方向不发生改变，如图甲； ②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线通过焦点，如图乙； ③射向凹透镜焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴射出，如图丙。 甲 乙 丙 第2节 生活中的透镜 一、照相机 1．照相机的主要结构及作用 （1）镜头：由一组透镜组成，相当于一个凸透镜，起到成像作用。 （2）快门：是控制感光元件（如胶片或图像传感器）曝光时间的装置，相当于相机的“眼睛开关”，通过开合来决定光线进入的时间长短。 （3）光圈：通过调节大小来控制进入相机的光线多少。 （4）调焦环：调焦环的作用是调整镜头与成像介质（如胶片或传感器）之间的距离，使不同距离的被摄物体在成像介质上形成清晰的像‌。 （5）胶片：是摄影的载体，相当于涂有感光材料的光屏。 照相机结构示意图 照相机原理示意图 2. 照相机的成像原理 照相机的镜头由一组透镜组成，它们组合在一起相当于一个凸透镜。来自物体（人或景物）上每一点的光经过胶片照相机的镜头后都在胶片上会聚成一点，所有会聚的点就形成了被照物体的像。物体到镜头的距离远远大于镜头的焦距，在胶片上得到倒立、缩小的实像（填像的性质）。 3. 照相机的成像特点 （1）照相机成缩小、倒立的实像。 （2）像距小于物距（选填“大于”或“小于”）。 （3）像与物体位于凸透镜的异侧（选填“同”或“异”）。 （4）物距、像距及像的大小变化规律：物体离镜头越近，像越大，像距也变大；反之，物体离镜头越远，像越小，像距也变小。（均选填“小”或“大”）。 4．照相机的调节 为了使远近不同的景物在胶片上都能形成清晰的像，需要旋转镜头上的“调焦环”，调节镜头到胶片的距离。 拍摄远处景物时，镜头往后缩，离胶片近（选填“远”或“近”）一些，此时的像比较小。拍摄近处景物时，镜头往前伸，离胶片远一些，此时的像会变大（选填“大”或“小”）一些。 5. 自制模型照相机 （1）制作方法：用两个粗细相近的纸筒，使一个纸筒刚好能套入另一个，并能前后滑动（如图），将大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纸，把两个纸筒套在一起，就做成了一个模型照相机。 （2）成像特点：模型照相机成的是倒立、缩小的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”、“实像/虚像”）；物体离镜头越近，像越大，像离镜头越远。 6. 照相机的应用 （1）数码相机：用电荷耦合器件代替胶片，把光信号转换成电信号，记录物体的像。 （2）摄像机，摄像头，电子眼，扫码支付，刷脸识别等都是利用了照相机成像的特点。 二、投影仪 1.投影仪的主要构造及各部分的作用 由镜头、光源（灯泡）、聚光镜（凸透镜）、平面镜等组成（如下图所示）。 （1）镜头：是一个凸透镜，起成像作用。 （2）光源：是用来照亮投影片的。 （3）螺纹透镜：相当于凸透镜，其作用是会聚光，增加投影片的亮度。 （4）屏幕：相当于光屏，承接像。 （5）平面镜：改变光的传播方向。 2. 投影仪的成像原理：投影仪（幻灯机）上的镜头相当于一个凸透镜，能成放大、倒立的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”、“实像/虚像”）。 3. 投影仪成像的特点 （1）投影仪成放大、倒立的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”）。 （2）物距小于像距（选填“大于”或“小于”）。 （3）像与物体位于凸透镜的异侧（选填“同”或“异”）。 4．投影仪的调节 （1）要使屏幕上的图像大些，胶片靠近镜头，同时投影仪远离屏幕；要使屏幕上的像小些，胶片远离镜头，同时投影仪靠近屏幕（以上均选填“远离”或“靠近”）。 （2）为了在屏幕上成正立的像，要把胶片倒放（选填“倒放”或“正放”）。 三、放大镜 1. 放大镜的成像原理：是利用了凸透镜能成放大的虚（虚/实）像这一原理。放大镜实际是一个短焦距的凸透镜。 放大镜成像示意图 2. 放大镜的成像特点 （1）放大镜成放大、正立的虚像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”、“虚/实”）。 （2）像距大于物距（选填“大于”或“小于”）。 （3）像与物体位于凸透镜的同侧（选填“同侧”或“异侧”）。 3. 放大镜的调节：使像变大时，让放大镜与物体之间的距离适当增大些。使像变小时，让放大镜与物体之间的距离适当减小些（选填“增大”或“减小”）。 4. 生活中的放大镜 （1）鱼缸：若鱼在鱼缸左侧，则右侧部分相当于放大镜，看到的“鱼”比实际的大。 （2）小水滴：由于张力作用，形成半圆形，相当于放大镜，看到的物体比实际的大。 （3）体温计的直管：体温计的直管做得很细，而且水银是银白色的，很难看清楚液柱的高度。把玻璃外壁做成三棱柱的样子，从侧面看过去，相当于放大镜，起到放大的作用。 四、实像和虚像 1. 实像：由实际光会聚而成的像叫实像。实像可用（选填“可用”或“不可用”）光屏承接，也可以用眼睛直接观察。例如照相机和投影仪所成的像是实像，小孔成的像也是实像。 2. 虚像：不是实际光会聚而成，是实际光线的反向延长线相交而成。虚像只能用眼睛观察，不可用（选填“可用”或“不可用”）光屏承接。例如放大镜所成的像是虚像，平面镜成的像也是虚像。 第3节 凸透镜成像的规律 一、实验：探究凸透镜成像的规律 1. 相关概念 （1）物距u：物体到透镜光心的距离，如图所示。 （2）像距v：像到透镜光心的距离，如图所示。 2. 实验器材与实验装置图 （1）实验器材：光具座、凸透镜（焦距已知）、发光体（F形LED光源或烛焰）、光屏。 （2）实验装置（见上图）。 3. 实验过程 （1）调节发光物体、凸透镜和光屏，使它们的中心高度相同，研究发光物体的成像情况。中心高度相同的目的是为了使发光物体的像成在光屏的中央。 （2）将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处，把发光物体放在较远处，移动光屏，使光屏上呈现清晰的实像。观察实像的大小和正倒，测出物距u和像距v，将数据和观察的结果填入下表（下面的实验也要同样记录）。 （3）把发光物体向凸透镜移近几厘米，放好后重复以上操作。 （4）继续向凸透镜移动发光物体并调整光屏的位置，重复以上操作，你总能在光屏上得到发光物体的像吗？当在光屏上看不到发光物体的像时，可以撤去光屏，从光屏一侧向凸透镜方向看去，观察发光物体的像。此时发光物体和它的像在什么位置？ 记录凸透镜的焦距f，把实验中得到的数据和观察的结果填入下表。 数据和观察结果记录表（凸透镜的焦距f= 10 cm） 实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距 v/cm 虚实 大小 正倒 1 30 实像 缩小 倒立 15 2 20 实像 等大 倒立 20 3 15 实像 放大 倒立 30 4 10 不成像 5 6 正立 放大 虚像 —— 4. 分析与论证 （1）焦点（u=f）是成虚像和实像的分界点，当物距大于焦距时，凸透镜成实像，当物距小于焦距时，凸透镜成虚像。即一倍焦距内外分虚实。（均选填“实”或“虚”） （2）二倍焦距处是成放大和缩小像的分界点。当物距大于2倍焦距时，凸透镜成缩小的像，当物距小于2倍焦距时，凸透镜成放大的像。没有缩小的虚像。（均选填“缩小”或“放大”） （3）凸透镜所成的实像都是异侧倒立，虚像都是同侧正立。（均选填“正立”或“倒立”） （4）不论成实像还是虚像，成放大的像时必定像距大于物距，成缩小的像时必定像距小于物距。（均选填“大于”或“小于”） （5）成实像时，当物体从较远处向凸透镜靠近时（物距变小），像到凸透镜的距离（像距） 逐渐变大，像也逐渐变大。（均选填“大”或“小”） 当物体成虚像时，物体逐渐靠近透镜，像逐渐变小。（选填“大”或“小”） 5. 实验结论 （1）凸透镜成像的规律： 当物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像； 当物距等于2倍焦距时，凸透镜成倒立、等大的实像； 当物距小于2倍焦距、大于焦距时，凸透镜成倒立、放大的实像； 当物距小于焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像。（以上均选填像的性质：“倒立”、“正立”、“放大”、“缩小”、“实”或“虚”） （2）记忆口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，物近（离焦点）像远像变大；虚像（与物）同侧正，实像异侧倒，像物相互跟着跑。 （3）表格总结： 物距u 像的性质 物与像 的位置 像距v 光屏能 否承接 u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能 u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能 f<u<2f 倒立 放大 实像 异侧 v>2f 能 u＝f 不成像 u<f 正立 放大 虚像 同侧 |v|>u 不能 6. 交流讨论 （1）在做实验时, 无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像，可能原因有： ①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上； ②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以内； ③蜡烛的位置在透镜的焦点上。 （2）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，也是完整的，但亮度会变暗些。 （3）蜡烛长度变短时，像在光屏上将会向上移动。调节方法：①将光屏向上移动；②将蜡烛向上移动；③将透镜和光屏向下调节. 二、利用凸透镜三条特殊光线分析凸透镜成像规律 利用凸透镜三条特殊光线中的任意两条可以画出相应的光路图，从而判断出像距的大小和成像的具体情况，这是理解凸透镜成像规律的最好的方法。 （1）当物距u>2f 时，成倒立、缩小的实像，此时像距f<v<2f；光路如图甲所示。 甲 乙 （2）当物距u=2f 时，成倒立、等大的实像，此时像距v=2f；光路如图乙所示。 （3）当物距f<u<2f时，成倒立、放大的实像，此时像距v>2f；光路如图丙所示。 丙 丁 （4）当物距u=f时，折射光为一束平行光，不能相交，反向延长线也不能相交，所以不能成像；光路如图丁所示。 （5）当物距u<f时，成正立、放大的虚像，此时像距v>u；光路如图所示。 第4节 眼睛和眼镜 一、眼睛 1. 眼球的主要结构及各部分作用 眼球主要由玻璃体、晶状体、睫状体、瞳孔、角膜、视网膜、视神经等组成。眼球好像一架照相机： （1）晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜； （2）视网膜相当于照相机的胶片； （3）睫状体可以改变晶状体的形状（改变焦距）； （4）瞳孔相当于照相机的光圈。 眼球的主要结构 眼睛的视物原理 2. 眼睛的视物原理 人的眼球好像一架照相机，眼睛观看物体时，物距大于2倍焦距，物体发出或反射的光进入人眼，经晶状体和角膜折射后，在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。视网膜上感光细胞受到光的刺激，视神经把这个信号传输给大脑，大脑将倒立图像处理后翻转过来，我们就看到了物体。 3. 眼睛的调节 （1）正常眼睛的调节：眼睛通过睫状体改变晶状体的形状，从而改变晶状体的折光能力。 当我们看远处的物体时，睫状体放松，晶状体比较薄（选填“厚”或“薄”），对光的偏折能力变小，远处物体射来的光（近似平行光）刚好会聚在视网膜上，人们就可以看清远处的物体。 当人们看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变厚（选填“厚”或“薄”），对光的偏折能力变大，近处物体射来的光（非平行光）照样能会聚在视网膜上，人们就可以看清近处的物体。 （2）远点、近点和明视距离 ①远点：眼睛的调节是有限度的，当睫状体完全松驰时，晶状体表面弯曲程度最小，此时晶状体最扁，能够看清的最远的极限点叫作远点。正常眼睛的远点在无限远处。 ②近点：当睫状体看近处物体时，晶状体变得最凸，表面弯曲程度最大，此时能看清的最近的极限点叫作近点。正常眼睛的近点在大约10cm处。 ③明视距离：正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离大约是25cm，该距离叫作明视距离。 二、近视眼及其矫正 1. 近视眼：如果长期不注意用眼卫生，睫状体疲劳过度，调节能力降低，会造成晶状体变厚，焦距变小，折光能力增强。这时像只能成在视网膜前方（选填“前”或“后”），而在视网膜上形成的是模糊不清的光斑，这样就形成了近视眼。 2. 近视眼的矫正：近视眼可以用凹透镜矫正，因为凹透镜能使光发散。经矫正后，光会聚在视网膜上，就能得到清晰的像（见图乙）。 三、远视眼及其矫正 1. 远视眼：如果晶状体变薄，焦距变大，折光能力减弱，且睫状体不能自行调节，像成在视网膜后方（选填“前”或“后”）, 在视网膜上形成的也是模糊不清的光斑，这样就形成了远视眼。 2. 远视眼的矫正：远视眼可以用凸透镜矫正，因为凸透镜能使光会聚。经矫正后，光会聚在视网膜上，得到清晰的像。 四、眼镜的度数 1. 透镜焦度：透镜焦距 f 的长短标志着折光本领的大小。焦距越短，折光本领越大，通常把透镜焦距的倒数叫做透镜焦度，用Φ表示。透镜焦度： 2. 眼镜度数 （1）眼镜片的度数，就是镜片的透镜焦度乘100的值。眼镜度数： （2）远视镜片的度数用正数表示，近视镜片的度数用负数表示。 第5节 跨学科实践：制作望远镜 一、望远镜 1.开普勒望远镜 望远镜示意图 望远镜成像光路图（开普勒望远镜） （1）望远镜的构造：望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较长，叫作物镜。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫作目镜。 （2）望远镜的原理 ①物镜：相当于照相机的镜头，远处的物体AB通过物镜在焦点附近成倒立、缩小的实像A′B′，这个像处于目镜的1倍焦距以内。 ②目镜：相当于放大镜，把物镜所成的像A′B′再放大一次，成正立、放大的虚像A"B"。两次成像，先缩小，后放大。 2．视角 （1）视角的概念：从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。 （2）影响视角的因素 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视角与离物体远近有关。物体大小一定时，看近处的物体，视角大，远处的物体视角小。 （3）望远镜对视角的放大 望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大。望远镜物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像更加明亮，这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大，以便观测到更暗的星。 二、设计简易望远镜 1. 确定望远镜的放大倍率：自制的望远镜可以采用单片的凸透镜作为目镜和物镜。为了让成像质量好一些，其放大倍率不宜过大，取放大倍率为2~3倍即可。 2. 选择物镜和目镜：应选择焦距较长、直径较大的凸透镜作为物镜；焦距较短、直径较小的凸透镜作为目镜（均选择“长”或“短”）。 3. 设计镜筒：观察最远处的物体时，两块凸透镜间的距离约等于两块凸透镜的焦距之和；观察较近处的物体时，两块凸透镜间的距离要稍大一些。 4. 制作及调试望远镜 （1）制作：根据所选凸透镜的焦距和直径制作镜筒。把物镜和目镜方便地固定在镜筒上。 （2）试用与调整：把目镜镜筒插入物镜镜筒内，把目镜放到眼前，通过望远镜观察远处的物体。在观察时要通过对镜筒长度的调节，改变物镜与目镜间的距离，直到在望远镜中看到远处物体清晰的像为止。 5. 通过望远镜看到正立的像的方法 （1）第一种方法：物镜使用凸透镜，目镜使用凹透镜，望远镜所成的像就是正立的了，这种望远镜叫作伽利略望远镜（均选择“凸”或“凹”）。 （2）第二种方法：使用两块平面镜呈90°夹角放置，利用平面镜镜像对称的成像特点完成像的翻转。 三、望远镜与宇宙探索 1. 使用望远镜探索宇宙的历程 （1）伽利略与望远镜：意大利天文学家、物理学家伽利略是第一位把望远镜指向天空的人。1609年伽利略用自制的望远镜观察天体，以确凿的证据支持了哥白尼的“日心说”。第一个观测到了木星的卫星、太阳黑子和月球上的环形山。 伽利略望远镜 哈勃太空望远镜 （2）“海王星”的发现：1846年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜想天王星外还存在一颗未知的行星。不久，人们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星，它被命名为“海王星”。 （3）哈勃太空望远镜：为改进对星体的观察，1990年美国向太空发射了一台望远镜，叫哈勃太空望远镜，可以排除大气层的干扰，使人类观测宇宙的能力空前提高。 （4）射电望远镜：除光学望远镜外，人们还发明了射电望远镜，这使得人类对宇宙的了解越来越深入。现代天文望远镜都是力求把物镜口径加大，这样它可以会聚更多的光，以求观测到更暗的星。 （5）郭守敬望远镜与中国天眼 我国不仅古代在天文观测上取得了丰硕的成果，在现代也对宇宙探索作出了很大贡献。2009年，郭守敬望远镜建成，并于2011年启动光谱巡天任务，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的望远镜。2020年，中国天眼正式开放运行，它是目前全球单口径最大、灵敏度最高的射电天文望远镜。 郭守敬望远镜 中国天眼 银河系与太阳系 2. 宇宙：宇宙是一个有层次的天体结构系统。 （1）宇宙：宇宙中拥有上千亿个星系；银河系只是宇宙中上千亿个星系中的一个。银河系异常巨大，一束光穿越银河系需要10万年的时间。 （2）太阳系：太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员。太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行。地球在离太阳比较近的第三条轨道上，是太阳系中的一颗行星。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $