第五章 透鏡及其應(yīng)用【知識架構(gòu)+難點(diǎn)點(diǎn)播+拓展提升】 中考物理 核心知識必備

第五章透鏡及其應(yīng)用【思維導(dǎo)圖】【必背手冊】★知識點(diǎn)一：透鏡1.透鏡：透明物質(zhì)制成（一般是玻璃），至少有一個表面是球面的一部分，對光起折射作用的光學(xué)元件。2.透鏡的類型：（1）凸透鏡：邊緣薄，中央厚。（圖甲）（2）凹透鏡：邊緣厚，中央薄。（圖乙）3.主光軸和光心（1）主光軸：通過透鏡的兩個球面球心的直線叫主光軸。（2）光心：主光軸上有個特殊的點(diǎn)，通過它的光傳播方向不變。（透鏡中心可認(rèn)為是光心）【微點(diǎn)撥】1.凡是透光性能優(yōu)良的材料都能磨制成透鏡，如冰、水晶、金剛石、高分子透明樹脂、有機(jī)玻璃等。2.透鏡是一種模型，常見的物體如近視鏡、遠(yuǎn)視鏡、放大鏡，甚至一滴水都可以看做是一個透鏡。★知識點(diǎn)二：透鏡對光的作用1.凸透鏡：對光有會聚作用。（如圖所示，凸透鏡相當(dāng)于兩個三棱鏡組合，厚的一端相對）2.凹透鏡：對光有發(fā)散作用。（如圖所示，凹透鏡相當(dāng)于兩個三棱鏡組合，薄的一端相對）【微點(diǎn)撥】1.凸透鏡對光線具有會聚作用，但并不是說通過凸透鏡后的光束一定會聚在一點(diǎn)，或一定是一束會聚光束，因?yàn)闀凼窍鄬τ诓话l(fā)生折射時的光線來說的。2.凹透鏡對光線具有發(fā)散作用，但并不是說通過凹透鏡后的光束一定是發(fā)散的，或延長不相交，因?yàn)榘l(fā)散是相對于不發(fā)生折射時的光線來說的。3.焦點(diǎn)：凸透鏡能使跟主軸平行的光線會聚在主光軸上的一點(diǎn)，這點(diǎn)叫透鏡的焦點(diǎn)，用“F”表示。4.虛焦點(diǎn)：跟主光軸平行的光線經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，發(fā)散光線的反向延長線相交在主光軸上一點(diǎn)，這一點(diǎn)不是實(shí)際光線的會聚點(diǎn)，所以叫虛焦點(diǎn)。5.焦距：焦點(diǎn)到光心的距離叫焦距，用“f”表示。【微點(diǎn)撥】1.凸透鏡有兩個焦點(diǎn)，并且關(guān)于光心對稱；凹透鏡有兩個虛焦點(diǎn)，關(guān)于光心對稱。2.凸透鏡的焦距f的大小表示其會聚能力的強(qiáng)弱，f越小，對光的會聚能力越強(qiáng)；凹透鏡焦距f的大小表示其發(fā)散能力的強(qiáng)弱，f越小，對光的發(fā)散能力越強(qiáng)。3.由于光路可逆，若把光源放在焦點(diǎn)上，光源射向透鏡的光，經(jīng)凸透鏡折射后將變?yōu)槠叫泄?，因此利用凸透鏡可產(chǎn)生平行光?！镏R點(diǎn)三：三條特殊光線（主要光線）凸透鏡通過光心的光線經(jīng)凸透鏡后傳播方向不變通過凸透鏡焦點(diǎn)的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸跟主光軸平行的光線經(jīng)凸透鏡折射后過焦點(diǎn)凹透鏡通過光心的光線經(jīng)凹透鏡后傳播方向不變射向凹透鏡的光線如果其延長線通過虛焦點(diǎn)，則經(jīng)凹透鏡折射后平行于主光軸跟主光軸平行的光線經(jīng)凹透鏡折射后，折射光線的反向延長線過焦點(diǎn)★知識點(diǎn)四：照相機(jī)（攝像頭）1.照相機(jī)原理：來自物體的光經(jīng)過照相機(jī)鏡頭后會聚在膠卷上，形成被照物體的像。膠卷上涂著一層對光敏感的物質(zhì)，它在曝光后發(fā)生化學(xué)變化，物體的像就被記錄在膠卷上，經(jīng)過顯影、定影后成為底片，再用底片洗印就可以得到相片。2.構(gòu)造：鏡頭（凸透鏡）、膠片、調(diào)焦環(huán)、光圈環(huán)、快門等幾部分組成。3.成像特點(diǎn)：（1）照相機(jī)成縮小、倒立的實(shí)像；（2）像距小于物距；（3）像與物體位于凸透鏡的兩側(cè)。【微點(diǎn)撥】1.物體離照相機(jī)鏡頭的距離（物距）大于底片離照相機(jī)的距離（像距）。2.物體離照相機(jī)鏡頭越遠(yuǎn)，物體在膠卷上所成的像越小，像的位置（底片或膠片到鏡頭的距離）越近?！镏R點(diǎn)五：投影儀（幻燈機(jī)）1.成像原理及示意圖：鏡頭相當(dāng)于凸透鏡，成倒立、放大、實(shí)像。2.構(gòu)造：凹面鏡、光源、螺紋透鏡、凸透鏡、平面鏡。【微點(diǎn)撥】1.幻燈機(jī)和投影儀的調(diào)節(jié)：（1）透明膠片到鏡頭的距離（物距）小于鏡頭到屏幕的距離（像距）；（2）透明膠片離鏡頭越近時，屏幕上所成的像越大，像到鏡頭的距離越大。所以要想讓屏幕上的像大一些，向下調(diào)凸透鏡，減小凸透鏡到物體的距離，增大投影儀到光屏的距離。（3）幻燈機(jī)（投影儀）成的像上下顛倒，左右相反。如下圖：2.幻燈機(jī)和投影儀的構(gòu)造及作用：類別構(gòu)造作用幻燈機(jī)凸透鏡成倒立、放大的實(shí)像聚光鏡加強(qiáng)照到幻燈片上的光凹面鏡反射會聚光線，照亮透明膠片光屏承接像投影儀凸透鏡成倒立、放大的實(shí)像螺紋透鏡會聚光線，照亮透明膠片平面鏡改變光路凹面鏡反射會聚光線，照亮透明膠片光屏承接像★知識點(diǎn)六：放大鏡1.成像原理：放大鏡（凸透鏡）成正立、放大的虛像。2.成像規(guī)律：（1）像與物體位于凸透鏡的同側(cè)；（2）放大鏡離被觀察的物體越近，所成的像越小；放大鏡離物體越遠(yuǎn)，所成的像越大；（3）如果放大鏡與物體的距離大到一定程度，所成的放大的虛像便消失了。★知識點(diǎn)七：實(shí)像和虛像1.實(shí)像：照相機(jī)和投影儀所成的像，是光通過凸透鏡射出后會聚形成的，如果把感光膠片放在適度的位置，能記錄下所成的像。這種像叫做實(shí)像。2.虛像：沒有實(shí)際光線會聚，只是人眼逆著出射光的方向看去，感到光是從虛像處發(fā)出。【微點(diǎn)撥】1.實(shí)像是實(shí)際光線會聚而成的，可以用光屏承接。2.沒有實(shí)際光線會聚，出射光線的反向延長線相交所成的像是虛像，虛像無法用光屏承接。人眼逆著出射光的方向看去，感覺好像是光從虛像出發(fā)出的。3.實(shí)像和虛像的區(qū)別：類別定義表現(xiàn)實(shí)例實(shí)像實(shí)際光線會聚而成能用光屏承接，能被眼睛觀察虛像反射（或折射）光線的反向延長線相交而成不能用光屏承接，能被眼睛觀察★知識點(diǎn)八：凸透鏡成像規(guī)律1.凸透鏡成像規(guī)律：如圖是常見凸透鏡成像規(guī)律光路圖，詳見下表（1）。表（1）凸透鏡成像規(guī)律表成像條件物距（u）成像的性質(zhì)像距（v）應(yīng)用u﹥2f倒立、縮小的實(shí)像f﹤v﹤2f照相機(jī)（圖a）u=2f倒立、等大的實(shí)像v=2f圖df﹤u﹤2f倒立、放大的實(shí)像v﹥2f投影儀（圖b）u=f不成像射出的是平行光線0﹤u﹤f正立、放大的虛像v﹥f放大鏡（圖c）a.u﹥2fb.f﹤u﹤2fc.0﹤u﹤fd.u=2f凸透鏡成像光路圖2.凹透鏡成像規(guī)律：凹透鏡始終成縮小、正立的虛像，如圖所示。凹透鏡成像光路圖注意：大家還要記住：虛像，物、像同側(cè)；實(shí)像，物、像異側(cè)?！局R詳解】凸透鏡成像的規(guī)律規(guī)律1:當(dāng)物距大于2倍焦距時，則像距在1倍焦距和2倍焦距之間，成倒立、縮小的實(shí)像。此時像距小于物距，像比物小，物像異側(cè)。應(yīng)用:照相機(jī)、攝像機(jī)。規(guī)律2:當(dāng)物距等于2倍焦距時，則像距也在2倍焦距，成倒立、等大的實(shí)像。此時物距等于像距，像與物大小相等，物像異側(cè)。應(yīng)用:測焦距。規(guī)律3:當(dāng)物距小于2倍焦距、大于1倍焦距時，則像距大于2倍焦距，成倒立、放大的實(shí)像。此時像距大于物距，像比物大，物像異側(cè)。應(yīng)用:投影儀、幻燈機(jī)、電影放映機(jī)。規(guī)律4:當(dāng)物距等于1倍焦距時，則不成像，成平行光射出。規(guī)律5:當(dāng)物距小于1倍焦距時，則成正立、放大的虛像。此時像距大于物距，像比物大，物像同側(cè)。應(yīng)用:放大鏡。★知識點(diǎn)九：探究凸透鏡成像規(guī)律1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹客哥R凸透鏡成像規(guī)律。像與物的大小關(guān)系、物距變化成像規(guī)律變化、像的虛實(shí)?！緦?shí)驗(yàn)器材】凸透鏡、光具座、蠟燭、光屏、火柴等?！緦?shí)驗(yàn)步驟】一、按圖組裝器材。調(diào)整蠟燭、凸透鏡、光屏在同一水平線上。二、將蠟燭放在遠(yuǎn)處（此時u>2f），移動光屏直至在光屏上成清晰的像；觀察像的大小、正立還是倒立，并測量物距和像距；數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)表格。三、將蠟燭往凸透鏡方向移動，使2f>u>f，移動光屏直至在光屏上成清晰的像；觀察像的大小、正立還是倒立，并測量物距和像距；數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)表格。四、將蠟燭繼續(xù)往凸透鏡方向移動，使u=f，移動光屏，看能否成像。五、將蠟燭繼續(xù)往凸透鏡方向移動，使u<f，移動光屏，看在光屏上能否找到像。六、實(shí)驗(yàn)表格物距與焦距關(guān)系物距（cm）像的性質(zhì)像距（cm）大小正倒虛實(shí)u>2fu=2f2f>u>fu=fu<f七、整理器材?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】等大、等距、對稱、反向、虛像。物距像的性質(zhì)像距（cm）應(yīng)用大小正倒虛實(shí)u>2f縮小倒立實(shí)像2f<v<f照相機(jī)2f>u>f放大倒立實(shí)像v>2f投影儀u<f放大正立虛像--放大鏡★知識點(diǎn)十：眼睛一、眼睛的構(gòu)造（如圖）1.角膜：位于眼球的最前面，是清澈透明的，眼瞼的眨眼動作會將淚液均勻地潤濕角膜表面，使得光線能直接進(jìn)入眼內(nèi)，不受阻擋，它就像是照相機(jī)的鏡頭。2.瞳孔：會隨光線的強(qiáng)弱而自動縮小或放大，相當(dāng)于照相機(jī)的光圈，它可以調(diào)節(jié)光線進(jìn)入眼內(nèi)的亮度，防止眼睛因強(qiáng)光照射而受傷。3.晶狀體：靠睫狀肌的縮放而改變厚度，可以調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近的焦距，讓我們視物清晰，相當(dāng)于調(diào)焦的透鏡。4.脈絡(luò)膜：眼內(nèi)腔充滿著玻璃體，眼球壁中的脈絡(luò)膜含有相當(dāng)多的色素，有遮光作用，使得眼內(nèi)腔變得像暗箱一樣。5.視網(wǎng)膜：含有非常多的感光細(xì)胞，有錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞，分別掌管色覺及明暗視覺，視網(wǎng)膜接受光刺激而成像，就相當(dāng)于照相機(jī)的底片。二、成像原理人眼成像原理：眼球的構(gòu)造和成像的原理與照相機(jī)相似。照像機(jī)有鏡頭、光圈、調(diào)焦裝置、暗箱和底片，眼球也有類似的構(gòu)造，角膜相當(dāng)于鏡頭，瞳孔相當(dāng)于光圈，晶狀體相當(dāng)于調(diào)焦的透鏡，脈絡(luò)膜相當(dāng)于暗箱，視網(wǎng)膜相當(dāng)于底片。從物體發(fā)出的光線經(jīng)過晶狀體等一個綜合的凸透鏡在視網(wǎng)膜上行成倒立，縮小的實(shí)像，分布在視網(wǎng)膜上的視神經(jīng)細(xì)胞受到光的刺激，把這個信號傳輸給大腦，人就可以看到這個物體了（眼睛的晶狀體相當(dāng)于凸透鏡，視網(wǎng)膜相當(dāng)于光屏（膠卷））。三、正常眼睛成像概念1.遠(yuǎn)點(diǎn)：當(dāng)晶狀體變得最扁平時，眼睛能看清的最遠(yuǎn)點(diǎn)叫做遠(yuǎn)點(diǎn)。正常眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處。2.近點(diǎn)：當(dāng)晶狀體變得最凸起時，眼睛能看清的最近點(diǎn)叫做近點(diǎn)。正常眼睛的近點(diǎn)一般為10cm處。3.明視距離：正常眼睛觀看25cm遠(yuǎn)的物體時，感到既清楚又不易疲勞，因此把25cm的距離叫做正常眼睛的明視距離。4.當(dāng)物距變化時，眼睛的睫狀肌會改變晶狀體的彎曲程度，使物體的像總能落在視網(wǎng)膜上?！镏R點(diǎn)十一：近視眼、遠(yuǎn)視眼的成因與矯正方法1.近視眼：近視眼是指眼球在調(diào)節(jié)放松狀態(tài)下，平行光線（一般認(rèn)為來自5m以外）經(jīng)眼球屈光系統(tǒng)后聚焦在視網(wǎng)膜之前，產(chǎn)生遠(yuǎn)距視物模糊。所以近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)不在無窮遠(yuǎn)處，而在某個有限距離處，近視眼的進(jìn)點(diǎn)也比正常眼近，近視眼的明視距離小于25cm。（1）特點(diǎn)：近視眼只能看清近處的物體，看不清遠(yuǎn)處的物體。（2）原因：近視眼晶狀體比正常人眼睛要凸一些，晶狀體折光能力強(qiáng)。遠(yuǎn)處來的平光會聚在視網(wǎng)膜前面，而在視網(wǎng)膜上是一個光斑了。（3）矯正方法：配戴適當(dāng)?shù)陌纪哥R做眼睛，使遠(yuǎn)處來的光先發(fā)散后再進(jìn)入眼睛，可矯正近視眼視力。2.遠(yuǎn)視眼：在完全靜止的調(diào)節(jié)狀態(tài)下，由遠(yuǎn)距離（指5米以上）目標(biāo)投射的光線，集合在視網(wǎng)膜之后。這種反常的屈光狀態(tài)稱為遠(yuǎn)視眼。遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)比正常眼遠(yuǎn)些。遠(yuǎn)視眼的明視距離大于25cm。（1）特點(diǎn)：遠(yuǎn)視眼只能看見遠(yuǎn)處的物體，看不清近處的物體。（2）原因：晶狀體比正常人要凹一些，晶狀體對光線的折射能力變?nèi)?，遠(yuǎn)處來的光線會聚點(diǎn)在視網(wǎng)膜后。=1\*GB3①眼軸過短如小眼球；=2\*GB3②眼軸正常而屈光系統(tǒng)的屈光力過弱，如角膜的弧度過平以及屈光指數(shù)偏低等。（3）矯正方法：利用凸透鏡能使光線會聚的特點(diǎn)，在眼睛前面放一個凸透鏡，就能使來自近處物體的光會聚在視網(wǎng)膜上了。配戴適當(dāng)?shù)耐雇哥R做眼睛，可矯正遠(yuǎn)視眼的視力。【微點(diǎn)撥一】近視眼與遠(yuǎn)視眼的成因與矯正近視眼和遠(yuǎn)視眼的成因及糾正近視眼遠(yuǎn)視眼表現(xiàn)只能看清近處的物體，看不清遠(yuǎn)處的物體。只能看清楚遠(yuǎn)處的物體、看不清近處的物體。成因晶狀體變得太厚，折射光的能力太強(qiáng)或由于眼球在前后方向上太長，視網(wǎng)膜距晶狀體過遠(yuǎn)，來自遠(yuǎn)處的光會聚在視網(wǎng)膜之前，視網(wǎng)膜上得不到清晰的像。如圖：晶狀體太薄，折光能力太弱，或者是眼球在前后方向上太短，來自近處物體的光線發(fā)散程度較大，光會聚到了視網(wǎng)膜之后。矯正【微點(diǎn)撥二】眼鏡的度數(shù)（1）焦度：透鏡的焦距越短，折光本領(lǐng)越大，透鏡焦距的倒數(shù)叫透鏡焦度。用φ表示即：；（2）焦距以米為單位時，焦度的單位是屈光度。眼鏡度數(shù)是屈光度數(shù)乘以100。如焦距為1/5m的凸透鏡，焦度為5屈光度，用它做成的遠(yuǎn)視鏡片為+500度；（3）度數(shù)：遠(yuǎn)視鏡的度數(shù)為正數(shù)，近視眼的度數(shù)為負(fù)數(shù)?！镏R點(diǎn)十二：顯微鏡1.顯微鏡：顯微鏡由目鏡和物鏡組成，物鏡、目鏡都是凸透鏡，它們對物體進(jìn)行兩次放大。普通光學(xué)顯微鏡是根據(jù)凸透鏡成像原理，經(jīng)過凸透鏡的兩次成像。第一次先經(jīng)過物鏡（凸透鏡1）成像，這時候的物體應(yīng)該在物鏡(凸透鏡1）的一倍焦距和兩倍焦距之間,成的像應(yīng)該是放大、倒立的實(shí)像。而后以第一次成的物像作為“物體”，經(jīng)過目鏡的第二次成像。2.由于我們觀察的時候是在目鏡的另外一側(cè),第二次成的像應(yīng)該是一個虛像，這樣像和物才在同一側(cè)，因此第一次成的像應(yīng)該在目鏡（凸透鏡2）的一倍焦距以內(nèi)，這樣經(jīng)過第二次成像，第二次