四、透镜的应用（教学课件）物理新教材苏科版八年级上册

物理八年级上册 •苏科版 第三章 光的折射 透镜 四、透镜的应用 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 了解照相机和眼球成像的原理，知道二者在结构和工作原理上的对应关系；知道近视眼和远视眼的成因及矫正方法；了解望远镜、显微镜的基本原理 02 科学思维 通过对比不同仪器的成像特点，培养归纳与对比分析能力；运用凸透镜成像规律解释生活中光学设备的工作原理 03 科学探究 尝试用光具座模拟近视眼的矫正，探究佩戴眼镜对视力矫正的作用 04 科学态度与责任 感受透镜技术对人类认知世界的推动作用；了解望远镜的发展历程，体验科技对社会的影响；增强保护视力的意识，养成良好的用眼习 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 用凸透镜成像规律解析照相机、人眼的成像过程 2. 近视眼和远视眼的成像特点、成因及矫正方法 3. 望远镜和显微镜的基本工作原理 1. 照相机成像的调节 2. 眼球的调节机制 3. 望远镜、显微镜的两级成像链条及视角放大概念 课堂引入 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？ 这是用数码相机拍摄的 一张新疆赛里木风光照片 数码相机 知识点1 照相机和眼球 探索新知 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 探索新知 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) 探索新知 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？ 探索新知 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。 探索新知 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 探索新知 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。 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？ 典例分析 例1 下仔细观察照相机你会发现，所有照相机的前面都有一个镜头，镜头就相当于一个______（选填“凸透镜”或“凹透镜”）。如图所示为照相机的原理图，则照相时所成的像是______、______的像。 凸透镜 【解析】照相机的镜头相当于凸透镜。照相时物体位于凸透镜二倍焦距以外，由凸透镜成像规律可知，此时成倒立、缩小的实像 倒立 缩小 典例分析 例2 如图所示是我们正常眼睛看远处物体的示意图，来自远处物体的光经过眼睛晶状体后在视网膜上形成一个_____立（选填“正”或“倒”）、______（选填“放大”或“缩小”）的实像；此时的像距______焦距（选填“大于”、“等于”或“小于”）。 倒 【解析】看远处物体时，物体到晶状体的物距远大于2倍焦距，根据凸透镜成像规律，会在视网膜上成倒立、缩小的实像；此时像距在一倍焦距和二倍焦距之间，所以像距大于焦距。 缩小 大于 探索新知 反光镜 1.投影仪的主要构造及作用 (1)镜头：是一个凸透镜，起成像作用。 (2)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。 (3)屏幕：相当于光屏，承接像。 (4)平面镜：反光镜，其作用是改变光的传播方向。 探索新知 投影仪成像的特点 (1)投影仪(或幻灯机)成放大、倒立的实像。 (2)投影片到透镜的距离(物距)小于像到透镜的距离(像距)。 (3)像与物体位于凸透镜的异侧。 (4)物体离镜头越近，屏幕上所成的像越大，像到镜头的距离越远。 探索新知 2.放大镜的成像原理 把放大镜放在物体跟眼睛之间，适当调整距离，我们就能看清物体的细微之处。放大镜实质是一个短焦距的凸透镜。 放大镜的成像特点 (1)放大镜成放大、正立的虚像。 (2)在一定范围内，放大镜离物体越近，所成的虚像越小，放大镜离物体越远，所成的虚像越大。 (3)像与物体位于凸透镜的同侧。 知识点2 视力的缺陷与矫正 探索新知 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 探索新知 活动3.6 模拟探究近视眼的缺陷 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 做一做 探索新知 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 说一说 探索新知 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 探索新知 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 探索新知 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： 探索新知 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 探索新知 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。 典例分析 例3 现代生活，智能手机给人们带来了许多便利，但长时间盯着手机屏幕，容易导致视力下降。下列关于近视眼及其矫正的原理图正确的是（     ） A．甲乙 B．甲丁 C．丙乙 D．丙丁 A 【解析】甲图平行光会聚在视网膜前方，为近视眼成因；乙图佩戴凹透镜使光线发散后会聚在视网膜上，为近视眼矫正；丙图光线会聚在视网膜后方，为远视眼成因；丁图佩戴凸透镜使光线会聚在视网膜上，为远视眼矫正。近视眼及其矫正的原理图分别对应甲乙。 故选A。 典例分析 例4 如图所示，小华在做“探究凸透镜的成像规律”实验时，把周老师的眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上烛焰的像变模糊了，接着，他将光屏远离凸透镜，又能在光屏上看到烛焰的清晰的像，周老师是______视眼，戴______透镜 近 凹 【解析】[1][2]将眼镜放在蜡烛和凸透镜之间后，需将光屏远离凸透镜才能再次看到清晰的像，这说明该透镜对光线起到了发散作用，推迟了光线的会聚点，因此是凹透镜。近视眼的成因是晶状体太厚，折光能力太强，导致像成在视网膜前方，矫正近视眼需佩戴对光线有发散作用的凹透镜，因此周老师是近视眼。 知识点3 望远镜和显微镜 探索新知 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！ 探索新知 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 探索新知 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 探索新知 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？ 探索新知 （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。 探索新知 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 探索新知 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。 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。 探索新知 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 典例分析 例5 学生在跨学科实践活动中，开展自制望远镜活动。如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．物镜的作用是使远处物体成实像 B．目镜的作用相当于一个放大镜 C．学生制作望远镜的物镜和目镜都是采用凸透镜 D．制作完成的望远镜的物镜和目镜会两次放大远处的物体，增大人的视角 D 【解析】在A．望远镜的物镜相当于照相机，其作用是使远处物体成倒立、缩小的实像，故A正确，不符合题意； B．望远镜的目镜相当于放大镜，用来把像放大，故B正确，不符合题意； C．学生制作望远镜的物镜和目镜都是采用凸透镜，故C正确，不符合题意； D．望远镜的物镜成倒立、缩小的实像，这个实像在目镜的焦点以内，通过目镜成正立、放大的虚像，并不是物镜和目镜两次放大远处的物体，故D错误，符合题意。故选D。 典例分析 例6 “工欲善其事，必先利其器。”人们对微观世界的观察离不开显微镜，如图甲。显微镜的物镜成________（选填“正”或“倒”）立、________（选填“缩小”“放大”或“等大”）的像。图乙中与它属于同一类透镜的是________（填序号）。 倒 【解析】[1][2][3]由图甲的光路图可知，显微镜的物镜其成像原理与投影仪相似，投影仪成倒立、放大的实像，故其也是成倒立、放大的实像。显微镜的物镜为凸透镜。图乙中，a为凹透镜，b、c为凸透镜，故与它属于同一类透镜的是b、c。 放大 bc 课堂小结 课堂小结 透镜的 应用 照相机和眼球 角膜和晶状体，共同相当于凸透镜 视力的缺陷与矫正 镜头相当于凸透镜 近视眼 远视眼 成因：晶状体太厚或眼球前后径太长，折光能力太强，成像在视网膜前方 矫正：佩戴凹透镜 成因：晶状体太薄，或眼球前后径太短，折光能力太弱，成像在视网膜后面 矫正：佩戴凸透镜 望远镜和显微镜 望远镜 显微镜 物镜：相当于投影仪成放大倒立实像；目镜：相当于放大镜成放大正立虚像 物镜：相当于照相机成缩小倒立实像；目镜：相当于放大镜成放大正立虚像 课堂练习 课堂练习 1．小红看黑板时可以不戴眼镜，但看课本时却必须戴眼镜，则小红不戴眼镜看课本时眼睛的成像原理图为____ 图，因为小红晶状体的焦距不能正常_____ （选填“变小”、“变大”）图_______ 给出了这种眼睛的矫正方法。（均选填字母） B 变小 【解析】小红能看清远处的黑板，看不清近处的课本，属于远视眼；远视眼看近处物体时，成像在视网膜后方，四个图中只有B图符合“近处物体成像在视网膜后方”的特点，因此不戴眼镜的成像原理图是B图；正常人眼看近处物体时，晶状体会变厚，焦距变小，使像落在视网膜上，远视眼晶状体太薄，折光能力偏弱，焦距不能正常变小；远视眼需要配戴对光线有会聚作用的凸透镜矫正，使像前移到视网膜上，图D符合远视眼的矫正特点，因此矫正方法对应D图。 D 课堂练习 2．小华利用遥控器控制照相机进行自拍，如图所示。小华到照相机镜头的距离_______________（大于两倍焦距/一倍到两倍焦距之间/小于一倍焦距），此时在光学传感器（底片）上成倒立、___________的实像。若要使所成的像变大，则镜头应___________（伸长/缩短）一些。 大于两倍焦距 【解析】照相机的成像原理是：物体到镜头的距离（物距）大于两倍焦距时，会在光学传感器（底片）上成倒立、缩小的实像。 根据凸透镜成像规律“物近像远像变大”：要让像变大，需要增大像距（镜头到传感器的距离），因此镜头应该伸长。 缩小 伸长 课堂练习 3．小明用图示装置研究眼睛成像，此时烛焰在光屏上成清晰像，水透镜的焦距范围______________。接着模拟远视眼，操作注射器使活塞在筒内向________移动，此时若再将蜡烛向________移动适当距离，又能在光屏上看到清晰像。 12cm<f<21cm 左 左 课堂练习 4．把带双箭头的图片分别放在圆柱形甲、乙玻璃杯后适当位置，并在玻璃杯中加入适量的水，看到的情景如图所示，则（    ） A．甲杯中水下的箭头是一个放大的实像 B．乙杯放置时比甲杯距离双箭头的图片近一些 C．甲杯中水下箭头利用了投影仪成像原理 D．乙杯中水下箭头利用了照相机原理 【解析】A．甲杯中水下的箭头呈现正立、放大的像，根据凸透镜成像规律，此时物距小于焦距，成的是虚像而非实像，故A不符合题意； B．甲杯成正立的像说明物距小于焦距，乙杯成倒立的像说明物距大于焦距，因此乙杯放置时距离图片应比甲杯更远，故B不符合题意； C．甲杯中成正立、放大的虚像，这利用的是放大镜的成像原理，而投影仪成的是倒立、放大的实像，故C不符合题意； D．乙杯中水下箭头呈现出倒立、缩小的实像，这符合物距大于二倍焦距时的凸透镜成像特点，利用了照相机的成像原理，故D符合题意。故选D。 D 课堂练习 5．小明用两块透镜组合，成功做出了望远镜。来自月亮的光经过甲、乙透镜时的光路如图所示。以下说法正确的是（     ） A．甲透镜是目镜 B．P是甲透镜的焦点 C．甲是凸透镜，乙是凹透镜 D．甲、乙都是凸透镜 D 【解析】A．望远镜中，靠近被观测物体的是物镜，靠近眼睛的是目镜；甲靠近被观测的月亮，因此甲是物镜，不是目镜，故A错误； B．凸透镜焦点的定义是：平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚在主光轴上的点才是焦点；本题中入射到甲的光线不平行于主光轴，因此P不是甲透镜的焦点，故B错误； CD．凸透镜对光线有会聚作用，即折射光线比原入射光线更靠近主光轴，凹透镜对光线有发散作用。甲使入射光线向主光轴偏折，是凸透镜；入射到乙的光线原本会继续向下偏折，经过乙后变为沿主光轴传播，同样向主光轴偏折，对光线也有会聚作用，因此乙也是凸透镜，故C错误，D正确。故选D。 课堂练习 6．实验小组利用 水透镜“探究凸透镜成像的规律”。 (1)如图甲所示，平行于主光轴的平行 光经过水透镜后，在光屏上得到了一个________的光斑，则此点就是焦点； (2)将蜡烛、水透镜和光屏调整至图乙所示位置时，光屏上出现清晰的像，此时成像原理与________（投影仪/照相机）相同；若只移动水透镜位置，光屏上________（能/不能）再次成清晰的像； (3)保持蜡烛位置不动，向水透镜内继续注水，将光屏向靠近水透镜的方向移动，又得到烛焰清晰的像，这一过程模拟了________眼的形成；若不移动光屏可在水透镜左侧放置合适的________透镜，可使光屏上成清晰的像； (4)如图丙，该同学想利用两个水透镜模拟开普勒望远镜，需要调节________（物镜a/目镜b）的焦距较长。 最小最亮 照相机 能 近视 凹 物镜a 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 $