資源簡介

七年級下冊科學競賽輔導教學案
第4講透鏡和視覺
一、知識梳理：
一、透鏡
1.透鏡分為凸透鏡和凹透鏡。透鏡的主光軸指通過兩個球面球心的直線；光心（O）即薄透鏡的中心。通過光心的光線傳播方向不改變。焦點（F）指凸透鏡能使與主光軸平行的光線會聚在主光軸上的一點。焦距（f）是焦點到凸透鏡光心的距離。
2.凸透鏡對光線有會聚作用，凹透鏡對光線有發散作用。基本光路圖如下：

二、凸透鏡成像規律
1.凸透鏡成像實驗：實驗時點燃蠟燭，使燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度，目的是使燭焰的像成在光屏中央。
實驗時，無論怎樣移動光屏，都得不到實像的原因可能有：①蠟燭在焦點以內；②燭焰在焦點上；③燭焰、凸透鏡、光屏的中心不在同一高度；④蠟燭到凸透鏡的距離稍大于焦距，成像在很遠的地方，光具座的光屏無法移到該位置。
2.凸透鏡成像規律
物距 像的性質 像距 應用
倒立、正立 放大、縮小 虛像、實像

u>2f 倒立 縮小 實像 ff2f 幻燈機
uu 放大鏡
三、凸透鏡的應用
1.放大鏡
放大鏡的工作原理是當u2.照相機
照相機的工作原理是當u>2f時，影像傳感器上成倒立、縮小的實像。相機的鏡頭為凸透鏡；影像傳感器相當于光屏，其作用是將影像轉化為電信號；鏡頭到影像傳感器的距離為像距v；利用光圈可調節進入相機的光亮度。現在多數相機的光圈、快門時間、像距均可自動調節。
3.投影儀（幻燈機、電影放映機的工作原理相同）。
投影儀的工作原理是當f四、眼睛和眼鏡
1.眼睛的結構。
（1）晶狀體相當于凸透鏡，可通過睫狀肌調節其曲度，即可調節其焦距，相當于照相機的鏡頭。
（2）虹膜中間的瞳孔大小可調，以控制進入眼的光亮度，相當于相機的光圈。
（3）視網膜相當于光屏，即相當于相機的影像傳感器，其感光細胞可將圖像信息轉化為神經信息由視神經傳至大腦。
（4）球狀的玻璃體前后徑長度即為像距，相當于相機中的暗箱長度（鏡頭到影像傳感器的距離）。
2.視覺的形成。
從物體發出的光線經過晶狀體等在視網膜上形成倒立、縮小的實像，分布在視網膜上的視神經細胞受到光的刺激，把這個信號傳輸給大腦，形成視覺。
3.視力的矯正。
近視的成因是由于晶狀體曲度過大（焦距過小）且可調節范圍變小，玻璃體前后徑距離過大，使像成于視網膜前。近視眼要戴凹透鏡進行矯正。遠視眼的成因及矯正方法與近視眼正好相反。
4.愛護眼晴，保護視力。
易考點
1.凸透鏡成像規律及其探究，照相機、投影儀的光學原理分析。
2.近視和遠視的成因及其矯正方法。
二、經典例題簡析
例題精析
考點一 凸透鏡和凹透鏡的判別
例1、凸透鏡和凹透鏡的光學性質不同，為辨別直徑相同的兩個透鏡的種類，現分別將它們正對太陽光，再把一張紙放在它們的下方，在紙上分別得到大小不同的甲、乙兩個光斑。透鏡與光斑的大小如圖所示（d1＜d＜d2）。下列判斷中，正確的是（ ）。
透鏡大小 甲 乙
A．能準確判斷形成甲、乙兩光斑的透鏡種類
B．能準確判斷形成甲光斑的透鏡種類，但不能判斷形成乙光斑的透鏡種類
C．能準確判斷形成乙光斑的透鏡種類，但不能判斷形成甲光斑的透鏡種類
D．不能判斷形成甲、乙兩光斑的透鏡種類
思路點撥：因為凸透鏡對光線起會聚作用，凹透鏡對光線起發散作用，根據圖示可知，甲一定是對光線起了會聚作用；而乙可能是對光線起了發散作用，也可能是形成放大的實像，因此形成甲光斑的一定是凸透鏡，而形成乙光斑的可能是凹透鏡，也可能是凸透鏡。
參考答案：B
方法歸納：凸透鏡對光線起會聚作用，凹透鏡對光線起發散作用。
易錯誤區：注意形成乙光斑的可能是凹透鏡對光線的發散作用，也可能是凸透鏡形成的放大的實像。
考點二 凸透鏡成像規律的探究
例2、【雅安】如圖所示為用來探究凸透鏡成像規律的實驗裝置示意圖（屏未畫出），當蠟燭和透鏡放在圖示位置時，通過移動光屏，可以在光屏上得到與物體等大的像；若凸透鏡位置不變，將蠟燭移到刻度為40cm處，則（ ）。
A.移動光屏，可以在光屏上得到倒立、放大的像
B.移動光屏，可以在光屏上得到倒立、縮小的像
C.移動光屏，可以在光屏上得到正立、放大的像
D.不論光屏移到什么位置，都不能在光屏上得到蠟燭的像
思路點撥：物距u=50cm-20cm=30cm時，成倒立、等大的實像，u=2f，即2f=30cm，所以凸透鏡的焦距f=15cm。若凸透鏡位置不變，將蠟燭移到刻度為40cm處，此時物距為u=50cm-40cm=10cm，u＜f時，成正立、放大的虛像，所以不論光屏移到什么位置，都不能在光屏上得到蠟燭的像，故選D。
參考答案：D
方法歸納：理解并熟記凸透鏡成像的規律：當u＞2f時，成倒立、縮小的實像；當u=2f時，成倒立、等大的實像；當f＜u＜2f時，成倒立、放大的實像，對應應用如幻燈機；當u=f時，無像，因為經凸透鏡折射后的光線是平行的，沒有會聚點；當u＜f時，成正立、放大的虛像。
易錯誤區：沒有正確得出凸透鏡的焦距就無法判斷像的位置和虛、實。
考點三 凸透鏡成像光路圖
例3、2013年6月20日，我國第一位“太空教師”王亞平在“天宮一號”完成太空授課。如圖所示為王亞平在“天宮一號”中授課時做的水球透鏡實驗，通過水球我們可以看到她的像。下列各圖能說明這種現象的成像原理的是（ ）。
A. B.
C. D.
思路點撥：圖中所成的像為倒立、縮小的實像，因此水珠相當于凸透鏡，并且物距大于兩倍焦距，像距在一倍焦距和兩倍焦距之間，故選A。
參考答案：A
方法歸納：凸透鏡成像光路圖中，三條特殊光線：①平行過焦點（平行于主光軸的光線經凸透鏡后過焦點）；②過焦點平行（經焦點的光線過凸透鏡后平行于主光軸）；③過光心不變（經過凸透鏡光心的光線方向不變）。作凸透鏡光路圖時，選用其中的兩條特殊光線即可。
易錯誤區：作凸透鏡成像光路圖，一倍焦距的F點和兩倍焦距的2F點務必準確。
考點四 凸透鏡的應用
例4、【隨州】如圖所示為正常人眼看遠近不同的物體時眼睛的自動調節。下列分析中，正確的是（ ）。

正常的眼睛調節
A.這不可能是同一個人的眼
B.這說明眼睛是一個自動變焦（距）系統
C.看近處的物體晶狀體應扁平一些
D.看遠處的物體常常需要瞇起眼睛看
思路點撥：晶狀體在睫狀肌的作用下能自動調節曲度，正常眼看遠處和近處的物體都清晰，眼睛是一個自動變焦（距）系統，圖中是同一個人的眼觀察遠近不同的物體時的情況；看近處的物體，要使得像成在視網膜上，應該讓晶狀體會聚能力變強，其曲度應該變大，焦距變小；近視眼的晶狀體曲度過大，遠處物體的像成在視網膜的前方，常通過瞇眼的方式讓晶狀體在一定程度上變薄，有利于看清遠處的物體。
參考答案：B
方法歸納：人的眼睛很像一架照相機，眼球內的晶狀體相當于一個凸透鏡，視網膜相當于光屏。看物體時通過睫狀肌的伸縮來調節晶狀體的彎曲程度，改變晶狀體的焦距，使不同遠近的物體都能在像距相同的視網膜上形成清晰的倒立的實像。
易錯誤區：容易混淆晶狀體的曲度（厚薄）、焦距和成像前后的位置關系。
探究提升
例、實驗課中，某同學利用光具座、凸透鏡、蠟燭、火柴、光屏做“探究凸透鏡成像規律”的實驗。請根據所學知識，回答下列問題：

甲 乙 丙
（1）某次實驗時，凸透鏡、蠟燭和光屏在光具座上的位置如圖甲所示，此時燭焰在光屏上成倒立、縮小的像，則圖中C位置上放置的是 。
（2）由于蠟燭的燃燒，使燭焰在光屏上的像偏高。若只調節蠟燭，使燭焰的像成在光屏中心，則應將蠟燭向 調節。
（3）某同學在透明玻璃板上用黑色筆畫了個畫像（如圖乙所示）。他把玻璃板有畫像的這一面面向凸透鏡，用平行光源對著玻璃板上的畫像照射，如圖丙所示。移動光屏找到像，此時畫像在光屏上所成的像應是 （填字母）。
A. B. C. D.
思路點撥：（1）根據凸透鏡成像的規律，燭焰在光屏上成倒立、縮小的像，說明此時物距大于像距，所以圖中C位置放置蠟燭，B位置放置凸透鏡，A位置放置光屏。（2）實驗中，當蠟燭燒短后，根據過光心的光線傳播方向不變，其像的位置會變高，若只調節蠟燭，則應將蠟燭向上調節。（3）由圖丙可知，物距小于像距，因此物體所成的像是倒立、放大的實像，此時要注意物與像的左右是相反的。
參考答案：（1）蠟燭 （2）上 （3）A
方法歸納：當物體在兩倍焦距之外時，才會成倒立、縮小的實像；根據過光心的光線傳播方向不變，當蠟燭變短時，像會變高；物距小于像距時，成倒立、放大的像，而且像與物是左右相反的。
易錯誤區：注意凸透鏡所成的實像不但是倒立的，而且是左右相反的。
考點范圍：探究凸透鏡成像規律。
三、課堂精煉
1.在研究凸透鏡成像規律時做了如下記錄：當物距u1=30cm時，在光屏上得到倒立、縮小的像；當物距u2=20cm時，在光屏上得到倒立、放大的像。下列判斷該凸透鏡的焦距f中，最精確的是（ ）。
A.10cm2.某同學在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，記錄并繪制了像到凸透鏡的距離v與物體到凸透鏡的距離u之間的關系圖像如圖所示。下列判斷中，正確的是（ ）。
A.該凸透鏡的焦距是16cm
B.當u=12cm時，在光屏上能得到一個縮小的像
C.當u=20cm時成放大的像，投影儀就是根據這一原理制成的
D.把物體從距凸透鏡12cm處移動到24cm處的過程中，像逐漸變小

（第2題） （第3題）
四、易錯題專練
1在探究“凸透鏡成像規律”時，提出的探究問題應該是（ ）
A．凸透鏡對光是否有會聚作用 B．凸透鏡對光是否有發散作用
C．像的虛實、大小、正倒跟物距有什么關系 D．凸透鏡是否能成像
2小麗同學用焦距為10cm的凸透鏡做“探究凸透鏡成像規律”的實驗，裝置如圖13所示。在實驗過程中保持凸透鏡的位置不變，請你根據所學知道回答下列問題。
（1）實驗前應首先調節蠟燭的焰心、 、光屏的中心，在同一高度。
（2）改變蠟燭的位置，使其位于20cm刻度線外，再移動光屏，使燭焰在光屏上成清晰的倒立、 的實像（選填“放大”、“等大”或“縮小”）
（3）在實驗（2）的基礎上，將蠟燭和光屏互換位置，此時燭焰在光屏上成清晰 的實像（選填“倒立”或“正立”）
（4）改變蠟燭的位置，使其位于56cm刻度線處，小麗從透鏡的左側通過透鏡可以看到一個清晰的正立的像。利用這種成像規律可制成 鏡。
3把高2 cm的發光棒立于焦距為5 cm的凸透鏡前，在凸透鏡后的光屏上成了4 cm高的 像，物體離凸透鏡的距離可能是 （ ）
A．7.5 cm B．12.5 cm C．4.5 cm D． 10 cm
4將物體放在離凸透鏡30cm處，恰好能在光屏上得到一個等大的清晰的像；當物體放在 離凸透鏡10cm，并移動光屏，在光屏上成（ ）
A．倒立的縮小實像 B．倒立的放大實像
C．正立的放大虛像 D．無像
5在做觀察“凸透鏡成像”的實驗時，物體放在距離凸透鏡60cm處，在光屏上得到一個倒立、縮小的實像，則該凸透鏡的焦距可能是（ ）
A、20cm B、30cm C、60cm D、80㎝
6在做凸透鏡成像的實驗時，小明把物體放在距離凸透鏡40cm處時，能在光屏上得到一個倒立縮小的實像，則該凸透鏡的焦距可能是（ ）
A、30cm B、25cm C、20cm D、15cm
7投影儀在現代教學中已經得到廣泛的應用，投影儀的鏡頭相當于是一塊焦距不變的凸透鏡，下列有關說法正確的是（ ）
A．無論物距多大，凸透鏡均可成清晰的像
B．投影儀所成的像可以是實像，也可以是虛像
C．要使投影儀清晰成像在更遠的屏幕上，投影儀的鏡頭要距投影片更近一些
D．放大鏡就是一個凸透鏡，它和投影儀所成像的特點是一樣的
8、在做“探究凸透鏡成像”的實驗中
（l）將凸透鏡正對太陽光，在透鏡的另一側移動光屏，在距透鏡10cm處，屏上呈現出最小最亮的光斑，則此凸透鏡焦距約是__________cm。
（2）小莉同學做實驗時，發現燭焰在光屏上的像偏高，如圖9所示，若要使燭焰成像在光屏中心，只調節光屏，應將光屏向__________（填“上”、“下”）調節。
（3）若將燭焰移至距凸透鏡 15cm 處，移動光屏，使燭焰在屏上得到倒立、_______清晰的實像，_______就是應用這一原理制成的（填“照相機”、“幻燈機”或“放大鏡”）。
9、小周同學在探究“凸透鏡成像規律”實驗時，在光屏上得到清晰的與燭焰等大的像．保持凸透鏡位置不變，為了在光屏上得到清晰的縮小的像，他必須( )
A.讓蠟燭遠離透鏡，同時讓光屏也遠離透鏡 B.讓蠟燭遠離透鏡．同時讓光屏靠近透鏡
C.讓蠟燭靠近透鏡，同時讓光屏也靠近透鏡 D.讓蠟燭靠近透鏡，同時讓光屏遠離透鏡
10、在凸透鏡主軸上距透鏡1.5f處到2.5f處橫臥一根粗細均勻的接力棒AB，紅端A位于2倍焦距外，白端B位于2倍焦距內，如圖所示，關于AB成像，下列說法正確的是（ ）
A．紅端細而長，白端粗而短 B．紅端細而短，白端粗而長
C．紅端粗而長，白端細而短 D．紅端粗而短，白端細而長
五、中考真題
1、一凸透鏡的焦距是10cm，將點燃的蠟燭從離凸透鏡50cm處移到15cm處的過程中，像的大小和像距的變化情況是（ ）
A．像變大，像距變小 B．像變大，像距變大
C．像變小，像距變小 D．像變小，像距變大
2、小麗用照相機對遠處的同學進行拍照，拍出的底片如圖乙所示，若相機的焦距不變，要使底片的像如圖甲所示，則（ ）
A．小麗離被拍同學的距離遠些，鏡頭要往前伸
B．小麗離被拍同學的距離近些，鏡頭要往后縮
C．小麗離被拍同學的距離遠些，鏡頭要往后縮
D．小麗離被拍同學的距離近些，鏡頭要往前伸
3、老奶奶用放大鏡看報時，為了看到更大的清晰的像 ，她常常這樣做（ ）
Ａ、報與放大鏡不動，眼睛離報遠一些； Ｂ、報與眼睛不動，放大鏡離報遠一些； ?
Ｃ、報與放大鏡不動，眼睛離報近一些； Ｄ、報與眼睛不動，放大鏡離報近一些
4.如圖所示為幻燈機的工作原理示意圖。使用幻燈機時，要使屏幕上的像大一些，幻燈片到鏡頭（放映鏡）的距離、幻燈機到屏幕的距離的調節方法是（ ）。
A.同時縮小幻燈片到鏡頭的距離、幻燈機到屏幕的距離
B.同時增大幻燈片到鏡頭的距離、幻燈機到屏幕的距離
C.增大幻燈片到鏡頭的距離、縮小幻燈機到屏幕的距離
D.縮小幻燈片到鏡頭的距離、增大幻燈機到屏幕的距離
5. 如圖所示為某款數碼相機的成像原理，鏡頭相當于一個凸透鏡，影像傳感器相當于光屏，拍照時，將鏡頭對準景物，相機通過自動調節，就能得到清晰的像。下列說法中，正確的是（ ）。
A.為拍攝到更大的像應將鏡頭遠離景物 B.為擴大拍攝范圍應將鏡頭靠近景物
C.影像傳感器上成的是正立的實像 D.景物在兩倍焦距以外才能成縮小的像
6.（1）從牛頓的色散實驗中可知，不同的色光通過三棱鏡后的偏折能力是不同的。小明用紅光和紫光分別做實驗，請在圖甲中畫出紅光和紫光折射后的光路圖（圖甲中的A、B點分別為兩種色光經過透鏡后的焦點）。
甲 乙

（2）如圖乙所示為小麗探究凸透鏡成像規律時的實驗裝置。適當移動光具座上蠟燭和透鏡的位置，在光屏上得到一個縮小的像；保持蠟燭和光屏的位置不變，使透鏡向(填“左”或“右”，下同)移動，在光屏上得到一個放大的像，然后，保持蠟燭和透鏡的位置不變，將原來的透鏡換成一個焦距較小的凸透鏡，使光屏向 移動，得到一個清晰的像，此像大小變 （填“大”或“小”）。
7.不同的凸透鏡對光的折射程度是不相同的，即每一個凸透鏡的焦距不一定相同。
（1）焦距的長短由凸透鏡的什么因素決定呢？我的猜想是：① ；② ；③材料。
（2）某同學用同種材料制成的兩個凸面程度一樣、橫截面積不同的凸透鏡會聚平行光線，如圖所示，測得會聚點到光心的距離都是10cm，由此可推斷 。
（3）某同學用同種材料制成的橫截面積相同、凸面程度不同的凸透鏡會聚平行光線，測量較凸的那個凸透鏡會聚點到光心的長度是5cm，另一個是8cm，你的推測是 。
（4）請你設計實驗證明第三種猜想，并寫出簡要的實驗方法。 。
8. 小馬發現金屬圖釘的光亮表面可以看成是一種稱作凸面鏡的光學鏡子，于是他對凸面鏡探究如下：
（1）他用多支激光手電筒正對著一只凸面鏡照射時，情況如圖所示，可見凸面鏡對光線有
（填“會聚”或“發散”）作用。
（2）小馬設計如下方案研究凸面鏡成的像：
①器材；透明弧形（球冠形）玻璃、光屏、長短不同的多支蠟燭、光具座。
②步驟：在光具座上，在透明弧形玻璃前某位置放一支點燃的蠟燭，先用光屏進行像的承接；然后再選擇另一支與這個像長短 的蠟燭，放在玻璃后面，與像的位置 。改變蠟燭的位置進行多次實驗。
③實驗記錄如下表所示：
蠟燭離弧形玻璃的距離 光屏上的像 玻璃后的像
很近 無 縮小 正立
較遠 無 縮小 正立
很遠 無 縮小 正立
（3）小馬得出結論：凸面鏡只能成 、 的 像。
（4）日常生活中能看到的凸面鏡有：金屬圖釘面、 等。凸面鏡的主要優點是：相同面積的凸面鏡比平面鏡觀察到的范圍 。
9. 在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，所用凸透鏡的焦距是10cm，用米尺在水平桌面上畫一直線并標明刻度，將透鏡固定在50cm處，實驗裝置如圖甲所示。
甲 乙
（第10題）
（1）當把點燃的蠟燭放在20cm刻度處保持蠟燭、凸透鏡的位置不變，為了找到清晰的像，應將光屏在光具座上移到 cm的刻度范圍內，才能在光屏上得到一個倒立、縮小的實像。
（2）當把蠟燭移到35cm刻度處時，移動光屏可得到一個清晰的實像。照相機、投影儀、放大鏡這三種光學儀器正常使用時，與這種成像規律相同的是 。
（3）小明做完實驗后，想進一步研究透鏡成像的情況，他又在透明的玻璃板上用黑色筆畫了個表盤及指針的位置，然后把這個玻璃板放在蠟燭的位置上，并用平行光源對著玻璃板上的表盤照射，如圖乙所示。移動光屏直到成清晰的像為止，此時表盤在光屏上所成的像應是
（填字母）。
A B C D
六、自我挑戰
1.如圖所示，AC為入射光線，CB為折射光線，且AO＜OB。已知AO=10cm，則該凸透鏡的焦距f可能是（ ）。
A.f=10cm B.f=5cm C.f=8cm D.f=12cm
（第1題） （第2題）
2.如圖所示，有一個圓柱體PQ，放在凸透鏡前圖示位置，它所成的像的形狀是（ ）。
A. B. C. D.
（第3題）
3.如圖所示，一束光線與主光軸平行且寬度為a，照射到一個凹透鏡上，經過折射后在距透鏡L的光屏上形成一個寬度為b的光斑，則此凹透鏡的焦距為 。
4.透鏡的焦距越短折射光本領越大，透鏡的這種折射光本領可用焦距f的倒數（焦度D）來表示，即：D=1f。式中f的單位是m，D的單位是m-1。平時我們所說的度數就是透鏡的焦度D乘以100的值。凸透鏡（遠視鏡片）的度數是正數，凹透鏡（近視鏡片）的度數是負數。請根據以上內容，回答下列問題：
（1）－200°、－500°、+100°、+200°四種眼鏡片中，屬于遠視鏡片的是 ，屬于近視鏡片的是 ，上述鏡片的焦距分別是 。
（2）通過分析（1）中的數據可知，近視鏡片和遠視鏡片度數深淺與透鏡焦距大小的關系是
。
（3）請找一副老花鏡，設計測量出該鏡片度數的最簡單方法。（寫出測量步驟即可）
。

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