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2.6透镜和视觉
学习目标
1.能说出什么是凸透镜,什么是凹透镜。
2.知道凸透镜对光有会聚作用和凹透镜对光有发散作用。
3.通过实验理解凸透镜成像的规律。
4.应用凸透镜模型解释照相机、放大镜和人眼球的作用。
5.了解眼球的结构及各部分的功能,能说出视觉的形成过程。
6.了解近视眼、远视眼的成因,并知道近视和远视的矫正方法。
7.树立保护眼睛和用眼卫生的意识。
02预习导学
一、透镜
1.两种透镜
中间厚、边缘薄的透镜叫
边缘厚、中间薄的透镜叫
2.几个常见的概念
：通过透镜的两个球面球心的直线叫主光轴,画主光轴应用点划线。
：透镜中有个特殊的点,通过它的光线传播方向不改变,这个点叫做透镜的光心,用字母“O”表示。
焦点、焦距:
凸透镜能使跟主光轴平行的光会聚在主光轴上的一点,这一点叫凸透镜的,用字母“F”表示,凸透镜两侧各有一焦点,且对称;焦点到凸透镜光心的距离叫焦距,用字母“f”表示。
凹透镜能使跟主光轴平行的光变得发散,且这些发散光线的反向延长线相交在主光轴上的一点,这一点不是实际光线的会聚点,而是实际光线反向延长线的会聚点,所以叫凹透镜的虚焦点,凹透镜有两个虚焦点。
3.凸透镜和凹透镜对光的作用
（1）凸透镜对光有
凸透镜对光有会聚作用,并不一定会聚到一点,而是光通过凸透镜折射后，折射光线比原来的入射光线沿原方向传播更靠近主光轴,使它的光束变窄。如图。
（2）凹透镜对光有
凹透镜对光有发散作用,光通过凹透镜折射后,折射光线比原来的入射光线沿原方向传播更远离主光轴,使它的光束变宽。如图所示。
4.透镜的三条重要光线
（1）通过光心的光线,经透镜折射后方向。
（2）平行于主光轴的光线经透镜折射后通过焦点。对于凸透镜来说是通过异侧的焦点;对于凹透镜来说,它的焦点是虚焦点,是折射光线的反向延长线过焦点。
（3）通过焦点的光线经透镜折射后平行于主光轴射出。对于凹透镜是虚焦点,是入射光线的延长线过焦点。
三条光路如图所示。
二、凸透镜成像规律
1.物距和像距
(1)物距:物体到凸透镜的距离,用u表示。
(2)像距:像到凸透镜的距离,用v表示。
2.凸透镜成像规律
物距u
| 像的特点
| 像距v
| 应用
| U与v的大小关系
| | 与物位置
| 倒正
| 大小
| 虚实
| | | | u>2f
| 异侧
| 倒立
| 缩小
| 实像
| f<v<2f
|
| u>v
| u=2f
| 异侧
| 倒立
| 等大
| 实像
| v=2f
|
| U=v
| f<u<2f
| 异侧
| 倒立
| 放大
| 实像
| v>2f
|
| U<v
| u=f
| | | | 不成像
|
|
|
| U<f
| 同侧
| 正立
| 放大
| 虚像
| V>u
|
| U<v
|
3.对凸透镜成像规律的理解
①凸透镜所成的实像必,且物与像分居透镜的两侧,可以是放大的、等大的或缩小的;成虚像必,且物与像位于透镜的同侧,一定是放大的。
②物体沿主光轴移动,像也沿主光轴移动。对于实像来说,物体向靠近透镜的方向移动,像向远离透镜的方向移动,且像越来越大。对虚像来说，物向镜移,像也向镜移,且像越来越小。
③物体的物距一定,垂直于主光轴移动时,虚像的移动方向跟物体的移动方向是一致的,但实像的移动方向跟物体的移动方向恰好相反。
④透镜一部分被遮挡时,这部分不透光,其余仍透光,仍可成完整的像,只不过像变暗些。透镜破裂后去掉一部分,就相当于遮挡了一部分,像大小、位置不变,只是变暗些。
点拨
上述规律可用口诀记忆:“焦点内外分虚实,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”。
三、放大镜和照相机
1.放大镜是一个短焦距的凸透镜。放大镜的成像原理是物体到凸透镜的距离小于一倍焦距时,成正立、放大的虚像。使用放大镜时,必须使放大镜靠近物体,使物体在它的一倍焦距以内。注意在一倍焦距以内，物体离透镜越远,像越大。
2.照相机是利用物距大于二倍焦距时,物体通过凸透镜所成的像是倒立、缩小的实像这一原理来工作的。如图所示,数码照相机的前面都有一个镜头,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。选
定被拍摄的景物后,调节镜头到影像传感器的距离,能在影像传感器上成一个清晰、倒立、缩小的实像。注意物距越大,像距越小,像越小。
四、眼睛
(1)瞳孔和虹膜
眼球中心是黑洞洞的瞳孔,周围还有一圈有颜色的虹膜,在光亮的环境中瞳孔能减少进入眼睛光线的数量。虹膜可以通过调节瞳孔的大小,控制进入眼睛的光的量。
(2)眼睛各部分的作用
眼睛由一层坚韧的巩膜包着,起到保护眼球的作用。眼球好像一架照相机,这层膜在眼球前部凸出的透明部分称为角膜。眼球里有一个透明囊状物叫做晶状体。晶状体和角膜之间充满着无色透明的液体是房水,晶状体和后面的视网膜之间充满着无色透明的胶状物是玻璃体。晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜。用眼睛观察物体,物距都大于二倍焦距，从物体射进眼里的光,经过这个凸透镜折射后,在视网膜(相当于光屏)上成倒立、缩小的实像,刺激分布在视网膜上的感光细胞,通过视神经传给大脑,于是我们看见了物体。
(3)眼睛的调节
眼睛通过睫状肌改变晶状体的形状,使我们能够看清远近不同的物体。
①看近处的物体时,睫状肌收缩,晶状体变厚,焦距变小,对光的折射能力变大,近处物体射来的光会聚在视网膜上,从而看清近处的物体,如图所示。
②看远处的物体时,睫状肌放松,晶状体变薄,焦距变大,对光的折射能力变小,远处物体射来的光会聚在视网膜上,从而看清远处的物体,如图乙所示。
可见,眼睛是一种精巧的变焦系统。
五、人类视觉上的限制
眼睛的调节是有限度的。眼部肌肉完全松弛时,晶状体表面弯曲程度最小,也就是晶状体变得最扁时,能够看到的物点叫眼睛的远点。眼部肌肉极度紧张时(使劲看近物时),晶状体变得最凸,表面弯曲程度最大,能看清的物点叫眼睛的近点。在合适的照明条件下,眼部肌肉处于正常状态而能十分仔细地看清物体时,物体离眼睛的距离称为明视距离。
此外,视网膜上存在没有感光细胞的部位,即盲点,当物体的像落到盲点上时,人眼不能看到物体。
六、视力缺陷与矫正
1.近视
近视的原因主要是眼球的前后径过长或晶状体曲度过大,对光的折射能力过强,使来自远处物体的光聚焦在视网膜前,使物像模糊不清。要矫正近视,可配戴相应的,使来自远处物体的光聚焦在视网膜上(如图所示)。
2.远视
看近处的物体很吃力,只有把物体拿到离眼睛较远处才能看清楚,这种眼睛叫“远视眼”,其特点是“怕近不怕远”。
远视的原因主要是眼球的前后径过短或晶状体曲度过小,使来自近处物体的光聚焦在视网膜的后面。要矫正远视,可配戴相应的,使来自近处物体的光能偏折而聚焦在视网膜上(如图所示)。
3.色盲
失去正常人辨别颜色能力的先天性色觉障碍,就是色盲。色盲有红色盲、绿色盲、红绿色盲、黄蓝色盲和全色盲之分。
色盲者不可担任驾驶员或其他需要辨别颜色能力的工作,如果色盲者担任驾驶员,会由于分辨信号错误而酿成事故。
4.爱护眼睛,保护视力
①读书和写字的姿势要正确,眼睛和书本的距离要保持在33厘米左右;
②连续看书或写字1小时左右,要休息片刻,或向远处眺望一会,使用电脑时,眼睛与屏幕应相距50～70厘米;
③不要在光线弱或直射的阳光下看书、写字;
④如有异物进入眼睛,不要用手揉,可用眼药水冲洗眼睛;
⑤定期接受眼睛检查,若眼睛出现不适,应及时治疗或矫正;
⑥不要躺着或坐车、走路时看书。
（二）即时练习：
【小试牛刀1】如图所示，在凸透镜的两个焦点处，垂直光轴放置两个大小相同的平面镜，镜面相对。每个平面镜都关于凸透镜的光轴上下对称。现在左侧平面镜的中心处挖去一个小圆孔，在凸透镜左侧两倍焦距处一个点光源，则点光源在该光具组中所成的虚像个数为（ ）
A．一个虚像 B．两个虚像
C．无数虚像 D．一个虚像也没有
【小试牛刀2】科学研究发现，经常揉搓眼睛可能导致出现圆锥角膜（如图），使像成在视网膜前面。在疾病早期，可通过佩戴相应的眼镜进行矫正。则该类眼镜的镜片应是如图中的（ ）
A． B． C． D．
【小试牛刀3】某同学画出了如下四幅光路图，其中正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
03题型精讲
【题型一】凸透镜成像的应用
【典型例题1】请根据相关知识回答问题，建功中学初一某项目小组为学校制作了一个校标logo投影灯，其基本原理如图所示，通过凸透镜将透明图标上的彩色图案呈现在墙装上。为了使投影效果最佳，下列投影灯内部结构设计最合理的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【典型例题2】如图是小强用手机、透镜和纸盒自制的简易投影仪，能将手机上的画面放大投射到白色墙上。下列说法正确的是（ ）
A．手机屏幕到透镜的距离应大于透镜的二倍焦距
B．从各个角度都能清楚地看到白色墙上的像，是因为墙对光发生了镜面反射
C．若用不透明的硬纸板遮住透镜的一部分，白色墙上的画面将不再完整
D．白色墙上呈现的是手机画面倒立、放大的实像
【对点训练1】光刻机是芯片制造的核心设备之一，它的工作原理如图所示。可以将掩膜上的图形曝光在硅片上。下列说法正确的是（ ）
①缩图透镜是凸透镜，硅片相当于光屏
②掩膜在硅片上成正立缩小的实像
③若要硅片上的像更大更清晰，需将掩膜和硅片向下移动
④若此时掩膜向上移动1厘米，硅片向下移动1厘米，仍能呈清晰的像
A．①④ B．②③ C．③④ D．①③
【题型二】眼睛及其视物原理
【典型例题3】物体在人眼的视网膜上所成的像是（ ）
A．倒立、缩小的虚像 B．正立、缩小的实像
C．倒立、缩小的实像 D．正立、缩小的虚像
【典型例题4】眼是人体的重要感觉器官。下列有关“眼睛看东西”的叙述，其中正确的是（ ）
A．隔着门缝看外面，眼睛离门缝越近，看到的范围就越小
B．视力正常的人看近处物体时，晶状体凸度会变大，从而使物体成的像落在视网膜上
C．发生镜面反射的物体看起来总是比发生漫反射的物体要更亮一些
D．人的眼睛能看到的像都是实像，成语“眼见为实”，说的就是这个道理
【对点训练2】如图是眼睛结构示意图，对其分析不正确的是（ ）
A．如果眼睛是心灵的窗户，那么结构①角膜是窗户上那明亮的玻璃
B．在成像过程中，对进入眼球的光线起折射作用的主要结构是②
C．眼球的成像原理与凸透镜成像相似，相当于光屏的眼球结构是④
D．近视眼的眼球前后径过短，远处物体所形成的物像落到视网膜的前方
【题型三】透镜及其分类
如图中画出了光线通过透镜（图中未画出）的情形，其中凸透镜是（ ）
A．a B．b、d C．c D．a、c
【对点训练3】晓彤在森林中旅游时，导游提醒大家不要随意丢弃饮料瓶，否则容易引发森林大火，这是因为（ ）
A．饮料瓶中的水可将太阳光折射后会聚到树木上
B．饮料瓶中的水可将太阳光平行折射到树木上
C．饮料瓶中的水可将太阳光平行反射到树木上
D．饮料瓶中的水可将太阳光反射后发散到树木上
04体系构建
05记忆清单
凸透镜成像规律
物距u
| 像的特点
| 像距v
| 应用
| U与v的大小关系
| | 与物位置
| 倒正
| 大小
| 虚实
| | | | u>2f
| 异侧
| 倒立
| 缩小
| 实像
| f<v<2f
| 照相机
| u>v
| u=2f
| 异侧
| 倒立
| 等大
| 实像
| v=2f
|
| U=v
| f<u<2f
| 异侧
| 倒立
| 放大
| 实像
| v>2f
| 投影仪
| U<v
| u=f
|
|
|
| 不成像
|
|
|
| U<f
| 同侧
| 正立
| 放大
| 虚像
| V>u
| 放大镜
| U<v
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强化训练
1.用可变焦的光学照相机可以把远处的景物“拉近”进行拍摄，就是说，虽然被拍摄的景物与照相机镜头之间的距离基本不变，但仍可以使底片上所成的像变大。关于这个过程，下列说法中正确的是（ ）
A．焦距变大，像距也变大
B．焦距变小，像距也变小
C．焦距变大，像距变小
D．焦距变小，像距变大
2．小科在做凸透镜成像实验时，从这个角度（如图甲）意外发现，除光屏上的像（像a）外，还看到2个清晰的缩小像（像b、像c），为了探究这像b、像c的成像原理，他拿掉光屏重新实验，得到了如图乙的实验结果，像b、像c的成像原理是（ ）
A．b、c都是光的折射
B．b是光的折射；c是光的反射
C．b、c都是光的反射
D．b是光的反射；c是光的折射
3．小明在听讲座时，想把银幕上用投影仪投影的彩色幻灯片图象用照相机拍摄下来。由于会场比较暗，他使用了闪光灯。这样拍出来的照片（ ）
A．色彩鲜艳，比不用闪光灯清楚多了
B．色彩被“闪”掉了，拍到的仅有黑色的字和线条
C．反而看不清投影到银幕上的图象，倒是把银幕上的一些污渍拍出来了
D．与不用闪光灯时效果一样，因为拍摄的是银幕上的像，而不是实际的景物
4．在光具座上自左向右依次竖直放置一个凹透镜、凸透镜和平面镜，两个透镜的主光轴重合，凸透镜的焦距为f，此时两个透镜之间的距离为L．在凹透镜的左侧有一水平平行光束通过两个透镜后入射到平面镜上，经平面镜反射后，反射光恰能沿原来的光路返回，据此可判断凹透镜的焦距为（ ）
A．f B．L C．f+L D．f﹣L
5．当物体距离凸透镜8cm时，在透镜另一侧光屏上成一个清晰放大的实像，若保持物体与光屏的位置不变，把凸透镜向光屏方向移动2cm，则在光屏上又成一清晰的缩小的像。则凸透镜的焦距为（ ）
A．f＜2cm B．2cm＜f＜4cm C．4cm＜f＜5cm D．5cm＜f＜8cm
6．光线经过甲、乙两透镜后的折射光线如图所示，下列对两透镜类型的分析正确的是（ ）
A．甲透镜的折射光线会聚于一点，说明甲透镜是凸透镜
B．乙透镜的折射光线是发散的，说明乙透镜是凹透镜
C．甲透镜的折射光线比入射光线更向主光轴靠拢，说明甲透镜是凸透镜
D．乙透镜的折射光线比入射光线更向主光轴靠拢，说明乙透镜是凸透镜
7．图中N是一个水平放置的长方形暗盒，盒内有水平向右的平行光，P为暗盒右侧平面上的一个圆孔，M是一个与暗盒右侧平面平行的相间一定距离的光屏。若从外径与圆孔P相同的厚平板玻璃、凸透镜、凹透镜这三个光学器件中取一个嵌入圆孔P中，发现在光屏M上呈现一个比圆孔P大的圆形光斑，则嵌入圆孔P的那个光学器件（ ）
A．只能是凹透镜
B．只可能是凹透镜或厚平板玻璃
C．只可能是凹透镜或凸透镜
D．凹透镜、凸透镜、厚平板玻璃都有可能
8．如图，让一束太阳光照射三棱镜，射出的光射到竖直放置的白屏上。
（1）如图太阳光通过三棱镜后，在白屏上形成一条彩色的光带，这是光的 现象。
（2）下列应用中：①遥控器；②验钞机；③医院“B超机”；④消毒柜。
属于紫外线应用的是 ，属于红外线应用的是 （填序号）。
（3）如果把一张红纸贴在白屏上，则在红纸上看到的颜色是 色；如果色散后的光通过绿色玻璃再射到红纸上，则在红纸上看到的颜色是 色。
（4）光线经过三棱镜后是向它的底边偏折，可以用来类比说明凸透镜对光的会聚作用，对于同一凸透镜，（选填“红光”或“紫光”）的焦距更大。
9．中间厚、边缘薄的透镜叫 透镜，中间薄、边缘厚的透镜叫 透镜。图中，属于凸透镜的有 ，属于凹透镜的有 ad（后两空均填字母）。
10．完成光路图。
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