第三章 光和眼睛（透镜及其应用）（知识清单）物理新教材沪粤版八年级上册

第三章 光和眼睛（透镜及其应用） 3.5 奇妙的透镜 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，焦距越小，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。 3.6 凸透镜成像规律 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______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。 3.7 眼睛与光学仪器 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______镜； （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。 五、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。 六、显微镜 （1）组成：物镜、目镜两组凸透镜； （2）物镜：，成______、______的______像； （3）目镜：，成______、______的______像； （4）特点：两次放大，最终成倒立、放大的虚像，用于观察微小物体。 拓展 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______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______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。 本章核心实验全解 实验：探究凸透镜成像的规律 实验方法：控制变量法 核心思路：改变物距，观察成像的性质、测量像距，总结成像规律。 高频设问 （1）调节三者中心同一高度的目的？答：使像成在光屏的中央。 （2）光屏上找不到像的原因有哪些？答：①三者中心不在同一高度；②物体在焦点以内，成虚像；③物距太小，像距太大，光具座不够长。 （3）当时不成像的应用？答：获得平行光，制作探照灯。 （4）蜡烛燃烧变短，像如何移动？怎么调整？答：像向上移动；可将蜡烛上移，或凸透镜下移，或光屏上移。 （5）挡住透镜一半，像有什么变化？答：像仍然完整，只是亮度变暗。 核心公式与必记常量 1．眼镜度数公式： 2．凸透镜成像核心口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；物近像远像变大 3．视力矫正口诀：近前凹，远后凸 高频题型解题方法总结 1．透镜光路作图步骤 ① 确定主光轴、光心、焦点位置； ② 根据三条特殊光线对应作图：平行入射过焦点，过焦入射平行出，过光心向不变； ③ 注意：光线用实线，延长线用虚线，箭头标注传播方向。 2．凸透镜成像规律题解题技巧 第一步：找焦距（题目直接给出，或通过成等大实像的条件计算）； 第二步：确定物距范围，对应成像性质； 动态题：用 “物近像远像变大” 口诀判断像的大小和像距变化； 像偏位问题：像偏向哪一侧，光屏就向哪一侧移；或透镜向反方向移。 3．视力矫正题快速判断 近前凹：近视眼像在视网膜前，戴凹透镜； 远后凸：远视眼像在视网膜后，戴凸透镜。 4．光学仪器原理辨析 照相机：，倒立缩小实像； 投影仪：，倒立放大实像； 放大镜：，正立放大虚像； 显微镜：两次放大，物镜成实像、目镜成虚像； 望远镜：物镜成缩小实像，目镜成放大虚像，增大视角。 易错点01 凸透镜对光有会聚作用，所以光线一定会相交 错因：把 “会聚作用” 绝对化，理解为光线一定会聚到一点相交。 深度辨析：会聚作用是指折射光线相对于入射光线，向主光轴方向偏折，比原来更 “靠拢”； 即使最终光线仍是发散的，只要比入射光线发散程度小，就是会聚作用； 只有平行于主光轴的光经凸透镜，才会会聚到焦点一点。 【对点训练】关于凸透镜对光的作用，下列说法正确的是（　　） A．凸透镜只对平行于主光轴的光有会聚作用 B．经过凸透镜会聚的光一定交于一点 C．凸透镜对发散光也有会聚作用 D．平行于主光轴的光经凸透镜折射后，折射光线的反向延长线交于焦点 易错点02 实像都是倒立的，虚像都是正立的 错因：以偏概全，把单个凸透镜的规律套用到所有光学仪器。 深度辨析：单个凸透镜成像时，实像倒立、虚像正立，是相对于正立的物体而言； 组合光学仪器不一定，比如显微镜、望远镜最终成的都是倒立的虚像。 【对点训练】实验小组的同学们在“探究凸透镜成像的规律”实验中，记录的实验数据如表。下列说法正确的是（　　） 次序 蜡烛到凸透镜的距离 像的性质 1 24cm 倒立、缩小的实像 2 20cm 倒立、放大的实像 3 4cm 正立、放大的虚像 A．实像与虚像都可以呈现在光屏上 B．为了更好地观察实验现象，应选择较明亮的地方进行实验 C．实验中所用凸透镜的焦距取值范围为10cm<f<12cm D．在第2次实验中只将点燃的蜡烛和光屏互换位置，光屏上不能成像 易错点03 近视眼戴凸透镜矫正 错因辨析：记混近视、远视的矫正镜片类型。 深度辨析：近视眼：晶状体太厚，折光能力太强，像成在视网膜前方；需要让光先发散，再经晶状体会聚，所以戴凹透镜； 远视眼：晶状体太薄，折光能力太弱，像成在视网膜后方；需要让光先会聚，再经晶状体会聚，所以戴凸透镜； 巧记：近视戴凹，远视戴凸。 【对点训练】平时我们看远近不同的物体时，是通过睫状体的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，改变晶状体的焦距，使物体都能在像距相同的视网膜上生成清晰的像（如图甲所示），图乙是不同位置处的两个物体的成像示意图。 （1）我们人眼能根据观察对象，自动通过调节晶状体可以实现是（ ） A．看清不同亮度的物体           B．看清不同颜色的物体 C．看清不同大小的物体           D．看清不同距离的物体 （2）由图乙得出：减小晶状体的弯曲程度，使晶状体的焦距变大，此时眼睛能看清______处的物体，我们人眼若长期观察______处物体（两空选填“近”、“远”），会造成晶状体过度弯曲，形成______ （选填“远视眼”或“近视眼”），当他看远处物体时，像会成在视网膜的______（选填“前”或“后”）方，此时应佩戴______（选填“凸透镜”或“凹透镜”）矫正看清物体。 易错点04 物体靠近凸透镜，像一定变大 错因：不分实像虚像，一概而论。 深度辨析：成实像时（u>f）：物体靠近透镜，像变大，符合 “物近像远像变大”； 成虚像时（u<f）：物体靠近透镜，像变小；物体远离透镜（仍在焦点内），像变大。 【对点训练】某同学学习了凸透镜的相关知识后，利用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律。当向水透镜里注水时水透镜的焦距将变小；当从水透镜里抽水时，水透镜的焦距将变大。 （1）（作图）请在图1中画出对应的入射光线或折射光线； （2）将蜡烛、水透镜与光屏依次摆放到水平光具座上，调整烛焰、水透镜和光屏，使它们的中心大致在______； （3）如图2所示，烛焰在光屏上成清晰的像，则这个像是倒立______（选填“放大”或“缩小”）的实像，与______（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）的成像原理相同； （4）保持图2中蜡烛位置不动，向水透镜内注水，若仍想在光屏上形成清晰的像，可以将光屏向______（选填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动；或者可以在水透镜前“戴上”一种眼镜，“戴”的应该是______（填“凹”或“凸”）透镜； （5）随后他固定水透镜的厚度，又做了几组实验，并绘制出了像距与物距的关系图像，图3中、、三点分别与蜡烛在光具座上移动过程中的三个位置相对应。下列判断正确的是（　　） A．该凸透镜的焦距是 B．蜡烛在点对应位置时，成倒立、缩小的实像 C．蜡烛从点对应位置移动到点对应位置的过程中，成的像逐渐变小 D．蜡烛处于点对应的位置时，成正立、放大的虚像 易错点05 光屏上像变小，一定是物体离透镜远了 错因：只考虑物距变化，忽略透镜焦距的影响。 深度辨析：物距增大，像距减小，像变小，这是常见情况； 但如果换用焦距更小的透镜，物距不变，会聚能力变强，像距变小，像也会变小。 【对点训练】某小组做探究“凸透镜成像规律”的实验，实验装置如图甲所示。 （1）为了便于观察，本实验应在光线较___________（填“亮”或“暗”）的环境中进行。 （2）将烛焰、凸透镜和光屏的中心大致调整在同一高度，目的是___________。 （3）如图乙所示，一束平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小、最亮的光斑，则凸透镜的焦距f=___________cm。 （4）调整各元件在光具座上的位置，当各元件位置如图丙所示时，光屏上恰好呈现清晰的像（像未画出）。 ①此时物距是___________cm，像距是___________cm，像的性质是___________（填像的正倒、大小特点）的实像。生活中___________（填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一成像原理制成的。 ②保持凸透镜位置不动，小红将蜡烛移至30cm刻度线处时，要想得到清晰的像，光屏应移至___________cm刻度线处，此时成___________（填像的正倒、大小特点）的实像。 ③小红保持凸透镜位置不变，将蜡烛从10cm刻度线处移至35cm刻度线处时应将光屏向___________（填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动，光屏上可以成___________（填“放大”或“缩小”）的像。 ④保持凸透镜位置不动，小红将蜡烛移动至45cm刻度线处时，无论怎么移动光屏，光屏上都无法承接到像，原因是___________。此时烛焰发出的光经凸透镜折射后成___________（填像的正倒、大小特点）的___________（填“虚”或“实”）像，应从___________（填“光屏”或“蜡烛”）一侧透过凸透镜观察这个像。 （5）如图丙所示，若将蜡烛与光屏的位置互换，光屏上会呈现___________（填像的正倒、大小特点）的像，此时成像特点符合___________（填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）的原理。 （6）实验过程中，蜡烛由于燃烧而逐渐变短，此时烛焰的像在光屏上的位置会向___________方移动，为了能让烛焰的像回到光屏的中央，可将凸透镜向___________调节。（均填“上”或“下”） 【能力设问】 （7）在图丙的实验中，若在凸透镜和蜡烛之间放置一凹透镜，则需要将光屏向___________（填“左”或“右”）移动才能在光屏上得到清晰的像。 （8）如图丁所示，在烛焰和凸透镜之间放一副眼镜，发现光屏上的像由清晰变模糊了，将光屏向靠近透镜方向移动适当距离后，光屏上再次呈现清晰的像，则该眼镜是___________（填“近视”或“远视”）眼镜。 （9）在图丙的实验中，若保持蜡烛和凸透镜位置不变，更换凸透镜，在光具座上向左移动光屏，光屏上又出现了清晰的像。这表明像距变___________（填“大”或“小”）了，由此可推断出更换的凸透镜对光的会聚能力__________（填“增强”或“减弱”），此透镜的焦距___________（填“大于”“小于”或“等于”）10.0cm。 【拓展设问】 （10）在图丙的实验中，若用不透明的硬纸板挡住凸透镜的上半部分，则光屏上___________（填选项序号）。 A．只出现烛焰像的上半部分 B．只出现烛焰像的下半部分 C．出现烛焰完整的像，但像更小了 D．烛焰的像仍然是完整的，且大小不变，只是变暗了 （11）在图丙实验中，小红保持凸透镜在50cm位置处不变，当蜡烛移动到38cm刻度线处时，发现在凸透镜右侧无论怎样移动光屏，光屏上都无法成清晰的像，请你判断产生此现象的原因可能是___________。 （12）如图甲所示，当光屏上呈现清晰的像时，不改变图甲中蜡烛和透镜位置： ①若将凸透镜换成焦距相同、镜面较小的凸透镜，再次做实验，光屏上所成的像与原来相比___________（填“变小”“变暗”或“变不完整”）了。 ②若将凸透镜换成镜面大小相同、焦距稍小的凸透镜，再次实验，则需将光屏___________（填“向左”或“向右”）移动才能成清晰的像，光屏上所成的像与原来的像相比___________（填“变大”“不变”或“变小”）。 （13）如图戊所示，若切除凸透镜中间的阴影部分，再将剩余部分靠拢合在一起，蜡烛在P点时将成___________个像。 （14）小红认为凸透镜成实像时，不但像与物上下是颠倒的，而且左右也是相反的。请你设计一种简单的方法验证小红的观点：___________。 易错点06 显微镜和望远镜都是把物体放大 错因：误以为望远镜能把远处物体本身放大。 深度辨析：显微镜是对微小物体进行两次放大，最终像比物体大； 望远镜的物镜成缩小的实像，目镜再放大，最终像也比物体小；但它增大了视角，所以人感觉物体被拉近、变大了，实际物体本身大小没有改变。 【对点训练】如图所示，显微镜和普通的折射式天文望远镜都是由两块焦距不同的透镜组成的，一块是物镜，另一块是目镜，下列关于它们的一些说法错误的是（    ） A．显微镜的物镜成倒立，放大的实像，望远镜的物镜成倒立，缩小的实像 B．显微镜的目镜成正立，放大的虚像，望远镜的目镜成正立，放大的虚像 C．显微镜的放大倍数等于物镜的放大倍数乘目镜的放大倍数 D．通过显微镜和望远镜所观察到的像与物体相比都是放大的 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 光和眼睛（透镜及其应用） 3.5 奇妙的透镜 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。 3.6 凸透镜成像规律 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。 3.7 眼睛与光学仪器 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。 五、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。 六、显微镜 （1）组成：物镜、目镜两组凸透镜； （2）物镜：，成倒立、放大的实像； （3）目镜：，成正立、放大的虚像； （4）特点：两次放大，最终成倒立、放大的虚像，用于观察微小物体。 拓展 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。 本章核心实验全解 实验：探究凸透镜成像的规律 实验方法：控制变量法 核心思路：改变物距，观察成像的性质、测量像距，总结成像规律。 高频设问 （1）调节三者中心同一高度的目的？答：使像成在光屏的中央。 （2）光屏上找不到像的原因有哪些？答：①三者中心不在同一高度；②物体在焦点以内，成虚像；③物距太小，像距太大，光具座不够长。 （3）当时不成像的应用？答：获得平行光，制作探照灯。 （4）蜡烛燃烧变短，像如何移动？怎么调整？答：像向上移动；可将蜡烛上移，或凸透镜下移，或光屏上移。 （5）挡住透镜一半，像有什么变化？答：像仍然完整，只是亮度变暗。 核心公式与必记常量 1．眼镜度数公式： 2．凸透镜成像核心口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；物近像远像变大 3．视力矫正口诀：近前凹，远后凸 高频题型解题方法总结 1．透镜光路作图步骤 ① 确定主光轴、光心、焦点位置； ② 根据三条特殊光线对应作图：平行入射过焦点，过焦入射平行出，过光心向不变； ③ 注意：光线用实线，延长线用虚线，箭头标注传播方向。 2．凸透镜成像规律题解题技巧 第一步：找焦距（题目直接给出，或通过成等大实像的条件计算）； 第二步：确定物距范围，对应成像性质； 动态题：用 “物近像远像变大” 口诀判断像的大小和像距变化； 像偏位问题：像偏向哪一侧，光屏就向哪一侧移；或透镜向反方向移。 3．视力矫正题快速判断 近前凹：近视眼像在视网膜前，戴凹透镜； 远后凸：远视眼像在视网膜后，戴凸透镜。 4．光学仪器原理辨析 照相机：，倒立缩小实像； 投影仪：，倒立放大实像； 放大镜：，正立放大虚像； 显微镜：两次放大，物镜成实像、目镜成虚像； 望远镜：物镜成缩小实像，目镜成放大虚像，增大视角。 易错点01 凸透镜对光有会聚作用，所以光线一定会相交 错因：把 “会聚作用” 绝对化，理解为光线一定会聚到一点相交。 深度辨析：会聚作用是指折射光线相对于入射光线，向主光轴方向偏折，比原来更 “靠拢”； 即使最终光线仍是发散的，只要比入射光线发散程度小，就是会聚作用； 只有平行于主光轴的光经凸透镜，才会会聚到焦点一点。 【对点训练】关于凸透镜对光的作用，下列说法正确的是（　　） A．凸透镜只对平行于主光轴的光有会聚作用 B．经过凸透镜会聚的光一定交于一点 C．凸透镜对发散光也有会聚作用 D．平行于主光轴的光经凸透镜折射后，折射光线的反向延长线交于焦点 【答案】C 【解析】AC．凸透镜对任何光都有会聚作用，包括发散光线，故C正确，A错误； B．只有平行于主光轴的光经凸透镜折射后才会聚于焦点，其他光线不一定交于一点，故B错误； D．平行于主光轴的光经凸透镜折射后，折射光线本身交于焦点，而非反向延长线，故D错误。 故选 C。 易错点02 实像都是倒立的，虚像都是正立的 错因：以偏概全，把单个凸透镜的规律套用到所有光学仪器。 深度辨析：单个凸透镜成像时，实像倒立、虚像正立，是相对于正立的物体而言； 组合光学仪器不一定，比如显微镜、望远镜最终成的都是倒立的虚像。 【对点训练】实验小组的同学们在“探究凸透镜成像的规律”实验中，记录的实验数据如表。下列说法正确的是（　　） 次序 蜡烛到凸透镜的距离 像的性质 1 24cm 倒立、缩小的实像 2 20cm 倒立、放大的实像 3 4cm 正立、放大的虚像 A．实像与虚像都可以呈现在光屏上 B．为了更好地观察实验现象，应选择较明亮的地方进行实验 C．实验中所用凸透镜的焦距取值范围为10cm<f<12cm D．在第2次实验中只将点燃的蜡烛和光屏互换位置，光屏上不能成像 【答案】C 【解析】A．实像是实际光线会聚成的像，虚像不是实际光线会聚成的，所以实像能呈现在光屏上，虚像则不能，故A错误； B．因凸透镜所成的像较暗，为避免环境光太强导致看不到所成的像，故应选择在较暗环境中进行实验，故B错误； C．根据凸透镜成像的规律可知，物距大于一倍焦距小于二倍焦距成倒立放大实像，物距大于二倍焦距成倒立缩小实像，则有u1=24cm>2f；f<u2=20cm<2f 解得，焦距的取值范围为10cm<f<12cm 故C正确； D．透镜不动，将蜡烛与光屏互换位置，根据光路的可逆性，光屏上仍能得到清晰的像，故D错误。 故选C。 易错点03 近视眼戴凸透镜矫正 错因辨析：记混近视、远视的矫正镜片类型。 深度辨析：近视眼：晶状体太厚，折光能力太强，像成在视网膜前方；需要让光先发散，再经晶状体会聚，所以戴凹透镜； 远视眼：晶状体太薄，折光能力太弱，像成在视网膜后方；需要让光先会聚，再经晶状体会聚，所以戴凸透镜； 巧记：近视戴凹，远视戴凸。 【对点训练】平时我们看远近不同的物体时，是通过睫状体的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，改变晶状体的焦距，使物体都能在像距相同的视网膜上生成清晰的像（如图甲所示），图乙是不同位置处的两个物体的成像示意图。 （1）我们人眼能根据观察对象，自动通过调节晶状体可以实现是（ ） A．看清不同亮度的物体           B．看清不同颜色的物体 C．看清不同大小的物体           D．看清不同距离的物体 （2）由图乙得出：减小晶状体的弯曲程度，使晶状体的焦距变大，此时眼睛能看清______处的物体，我们人眼若长期观察______处物体（两空选填“近”、“远”），会造成晶状体过度弯曲，形成______ （选填“远视眼”或“近视眼”），当他看远处物体时，像会成在视网膜的______（选填“前”或“后”）方，此时应佩戴______（选填“凸透镜”或“凹透镜”）矫正看清物体。 【答案】 D 远 近 近视眼 前 凹透镜 【解析】（1）[1]人眼调节晶状体，是改变晶状体的焦距，使远近不同的物体都能在相同像距的视网膜上成像，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 （2）[2]人眼看远近不同的物体时，像距不变，而通过调节晶状体焦距来使物距不同的物体都能在视网膜上成像。当减小晶状体的弯曲程度时，晶状体的焦距变大，会聚本领变小，此时可看清远处物体；当增大晶状体的弯曲程度时，晶状体的焦距变小，会聚本领变大，此时可看清近处物体。 [3][4][5][6]如果长时间观察近处物体，会使晶状体过度弯曲而无法恢复，形成近视眼；当看远处物体时，由于焦距过大而使像成在视网膜前方，此时应该佩戴凹透镜进行矫正。 易错点04 物体靠近凸透镜，像一定变大 错因：不分实像虚像，一概而论。 深度辨析：成实像时（u>f）：物体靠近透镜，像变大，符合 “物近像远像变大”； 成虚像时（u<f）：物体靠近透镜，像变小；物体远离透镜（仍在焦点内），像变大。 【对点训练】某同学学习了凸透镜的相关知识后，利用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律。当向水透镜里注水时水透镜的焦距将变小；当从水透镜里抽水时，水透镜的焦距将变大。 （1）（作图）请在图1中画出对应的入射光线或折射光线； （2）将蜡烛、水透镜与光屏依次摆放到水平光具座上，调整烛焰、水透镜和光屏，使它们的中心大致在______； （3）如图2所示，烛焰在光屏上成清晰的像，则这个像是倒立______（选填“放大”或“缩小”）的实像，与______（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）的成像原理相同； （4）保持图2中蜡烛位置不动，向水透镜内注水，若仍想在光屏上形成清晰的像，可以将光屏向______（选填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动；或者可以在水透镜前“戴上”一种眼镜，“戴”的应该是______（填“凹”或“凸”）透镜； （5）随后他固定水透镜的厚度，又做了几组实验，并绘制出了像距与物距的关系图像，图3中、、三点分别与蜡烛在光具座上移动过程中的三个位置相对应。下列判断正确的是（　　） A．该凸透镜的焦距是 B．蜡烛在点对应位置时，成倒立、缩小的实像 C．蜡烛从点对应位置移动到点对应位置的过程中，成的像逐渐变小 D．蜡烛处于点对应的位置时，成正立、放大的虚像 【答案】（1）；（2）同一高度；（3）缩小 照相机；（4）靠近 凹；（5）AC 【解析】（1）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点，过光心的光线经凸透镜后传播方向不变，作图如下： （2）将蜡烛、水透镜与光屏依次摆放到水平光具座上，为使得像成在光屏中央，应调整烛焰、水透镜和光屏，使它们的中心大致在同一高度。 （3）[1][2]如图2所示，烛焰在光屏上成清晰的像，物距大于像距，成的是倒立、缩小的实像，应用是照相机。 （4）[1][2]保持图2中蜡烛位置不动，向水透镜内注水，水透镜的焦距变小，折光能力变强，成像提前，若仍想在光屏上形成清晰的像，可以将光屏向靠近凸透镜的方向移动；或者可以在水透镜前“戴上”一种眼镜，“戴”的应该是凹透镜，利用其对光线的发散作用，使得成像延迟。 （5）A．根据凸透镜成像规律，时，成倒立、等大的实像。由图像可知，，解得该凸透镜的焦距，故A正确； B．蜡烛在点对应位置时，，成倒立、等大的实像，故B错误； C．蜡烛从点对应位置移动到点对应位置的过程中，物距始终大于焦距且物距变大，根据凸透镜成实像规律“物远像近像变小”，成的像逐渐变小，故C正确； D．蜡烛处于点对应的位置时，物距在一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立、放大的实像，故D错误。 故选AC。 易错点05 光屏上像变小，一定是物体离透镜远了 错因：只考虑物距变化，忽略透镜焦距的影响。 深度辨析：物距增大，像距减小，像变小，这是常见情况； 但如果换用焦距更小的透镜，物距不变，会聚能力变强，像距变小，像也会变小。 【对点训练】某小组做探究“凸透镜成像规律”的实验，实验装置如图甲所示。 （1）为了便于观察，本实验应在光线较___________（填“亮”或“暗”）的环境中进行。 （2）将烛焰、凸透镜和光屏的中心大致调整在同一高度，目的是___________。 （3）如图乙所示，一束平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小、最亮的光斑，则凸透镜的焦距f=___________cm。 （4）调整各元件在光具座上的位置，当各元件位置如图丙所示时，光屏上恰好呈现清晰的像（像未画出）。 ①此时物距是___________cm，像距是___________cm，像的性质是___________（填像的正倒、大小特点）的实像。生活中___________（填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一成像原理制成的。 ②保持凸透镜位置不动，小红将蜡烛移至30cm刻度线处时，要想得到清晰的像，光屏应移至___________cm刻度线处，此时成___________（填像的正倒、大小特点）的实像。 ③小红保持凸透镜位置不变，将蜡烛从10cm刻度线处移至35cm刻度线处时应将光屏向___________（填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动，光屏上可以成___________（填“放大”或“缩小”）的像。 ④保持凸透镜位置不动，小红将蜡烛移动至45cm刻度线处时，无论怎么移动光屏，光屏上都无法承接到像，原因是___________。此时烛焰发出的光经凸透镜折射后成___________（填像的正倒、大小特点）的___________（填“虚”或“实”）像，应从___________（填“光屏”或“蜡烛”）一侧透过凸透镜观察这个像。 （5）如图丙所示，若将蜡烛与光屏的位置互换，光屏上会呈现___________（填像的正倒、大小特点）的像，此时成像特点符合___________（填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）的原理。 （6）实验过程中，蜡烛由于燃烧而逐渐变短，此时烛焰的像在光屏上的位置会向___________方移动，为了能让烛焰的像回到光屏的中央，可将凸透镜向___________调节。（均填“上”或“下”） 【能力设问】 （7）在图丙的实验中，若在凸透镜和蜡烛之间放置一凹透镜，则需要将光屏向___________（填“左”或“右”）移动才能在光屏上得到清晰的像。 （8）如图丁所示，在烛焰和凸透镜之间放一副眼镜，发现光屏上的像由清晰变模糊了，将光屏向靠近透镜方向移动适当距离后，光屏上再次呈现清晰的像，则该眼镜是___________（填“近视”或“远视”）眼镜。 （9）在图丙的实验中，若保持蜡烛和凸透镜位置不变，更换凸透镜，在光具座上向左移动光屏，光屏上又出现了清晰的像。这表明像距变___________（填“大”或“小”）了，由此可推断出更换的凸透镜对光的会聚能力__________（填“增强”或“减弱”），此透镜的焦距___________（填“大于”“小于”或“等于”）10.0cm。 【拓展设问】 （10）在图丙的实验中，若用不透明的硬纸板挡住凸透镜的上半部分，则光屏上___________（填选项序号）。 A．只出现烛焰像的上半部分 B．只出现烛焰像的下半部分 C．出现烛焰完整的像，但像更小了 D．烛焰的像仍然是完整的，且大小不变，只是变暗了 （11）在图丙实验中，小红保持凸透镜在50cm位置处不变，当蜡烛移动到38cm刻度线处时，发现在凸透镜右侧无论怎样移动光屏，光屏上都无法成清晰的像，请你判断产生此现象的原因可能是___________。 （12）如图甲所示，当光屏上呈现清晰的像时，不改变图甲中蜡烛和透镜位置： ①若将凸透镜换成焦距相同、镜面较小的凸透镜，再次做实验，光屏上所成的像与原来相比___________（填“变小”“变暗”或“变不完整”）了。 ②若将凸透镜换成镜面大小相同、焦距稍小的凸透镜，再次实验，则需将光屏___________（填“向左”或“向右”）移动才能成清晰的像，光屏上所成的像与原来的像相比___________（填“变大”“不变”或“变小”）。 （13）如图戊所示，若切除凸透镜中间的阴影部分，再将剩余部分靠拢合在一起，蜡烛在P点时将成___________个像。 （14）小红认为凸透镜成实像时，不但像与物上下是颠倒的，而且左右也是相反的。请你设计一种简单的方法验证小红的观点：___________。 【答案】（1）暗；（2）使烛焰的像成在光屏中央；（3）10；（4）40 13 倒立、缩小 照相机 70 倒立、等大 远离 放大 此时物距小于凸透镜的一倍焦距 正立、放大 虚 光屏；（5）倒立、放大 投影仪；（6）上 下；（7）右；（8）远视；（9）小 增强 小于；（10）D；（11）像距太大，超出光具座的调节范围；（12）变暗 向左 变小；（13）2；（14）沿垂直于光具座的方向吹动烛焰，观察光屏上的像晃动方向是否与烛焰的晃动方向相反 【解析】（1）略 （2）略 （3）焦点到光心的距离是凸透镜的焦距，根据图乙可知，凸透镜的焦距为 （4）由（3）小问、图丙可知，当物距是40.0cm，像距是13.0cm，物距大于二倍焦距，成倒立、缩小的实像，是照相机的成像原理；将蜡烛移动至30cm刻度线处时，此时物距等于二倍焦距，成倒立、等大的实像，像距也等于二倍焦距，故光屏应移动至70cm处；将蜡烛从10cm刻度线处移至35cm刻度线处时，物距处于一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立、放大的实像，像距大于二倍焦距，因此光屏应远离凸透镜；当蜡烛移动至45cm刻度线处时，物距小于一倍焦距，成正立、放大的虚像，光屏上无法承接，应从光屏一侧透过凸透镜观察。 （5）由于光路可逆，将蜡烛与光屏的位置互换后，此时物距小于像距，所以成倒立、放大的实像，应用为投影仪。 （6）由于蜡烛燃烧而逐渐变短，烛焰向下移动，烛焰的像向上移动，为了让烛焰的像回到光屏中央，可将凸透镜向下调节。 （7）凹透镜对光有发散作用，则射向光屏的光经过凹透镜将推迟会聚，即光屏要向右移动才能在光屏上得到清晰的像。 （8）将光屏向靠近透镜的方向移动适当距离后，光屏上再次呈现清晰的像，说明光线提前会聚，故镜片是凸透镜，该眼镜是远视眼镜； （9）更换凸透镜后需要向左移动光屏才能得到清晰的像，说明光提前会聚了，即像距变小了，所更换的凸透镜对光的会聚能力更强，故此透镜的焦距小于10.0 cm。 （10）若用不透明的硬纸板挡住凸透镜的上半部分，还会有部分光线经凸透镜下半部分折射会聚成完整的像，只是折射光线减少，成的像变暗。 （11）当蜡烛移动到38cm刻度线处时，物距非常接近一倍焦距，像距很大，超出了光具座的调节范围。 （12）透镜镜面较小表示通过透镜的光较少，由于焦距和物距不变，成的像大小不变，只是成的像变暗了；透镜换成焦距较小的凸透镜，凸透镜的会聚能力增强了，像会提前会聚，需要将光屏向左移动，且像距变小，像变小。 （13）切割后，凸透镜一分为二，有两个光心，成的像有2个。 （14）为了探究凸透镜成实像时是否左右相反，可沿着垂直于光具座的方向吹动烛焰，观察光屏上的像晃动方向是否与烛焰相反。 易错点06 显微镜和望远镜都是把物体放大 错因：误以为望远镜能把远处物体本身放大。 深度辨析：显微镜是对微小物体进行两次放大，最终像比物体大； 望远镜的物镜成缩小的实像，目镜再放大，最终像也比物体小；但它增大了视角，所以人感觉物体被拉近、变大了，实际物体本身大小没有改变。 【对点训练】如图所示，显微镜和普通的折射式天文望远镜都是由两块焦距不同的透镜组成的，一块是物镜，另一块是目镜，下列关于它们的一些说法错误的是（    ） A．显微镜的物镜成倒立，放大的实像，望远镜的物镜成倒立，缩小的实像 B．显微镜的目镜成正立，放大的虚像，望远镜的目镜成正立，放大的虚像 C．显微镜的放大倍数等于物镜的放大倍数乘目镜的放大倍数 D．通过显微镜和望远镜所观察到的像与物体相比都是放大的 【答案】D 【解析】A．显微镜的物镜相当于投影仪，成倒立、放大的实像；望远镜的物镜相当于照相机，成倒立、缩小的实像。该说法正确。故A不符合题意； B．显微镜和望远镜的目镜都相当于放大镜，成正立、放大的虚像。该说法正确。故B不符合题意； C．显微镜的总放大倍数 = 物镜放大倍数 × 目镜放大倍数。该说法正确。故C不符合题意； D．显微镜观察到的像是放大的，但望远镜观察到的像本质是缩小的，只是视角变大，看起来 “放大” 了，因此 “都放大” 的表述错误。故D符合题意。 故选D。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $