一、知識點(diǎn)梳理
（一）透鏡
1、透鏡
(1)透鏡:由透明材料磨制而成的,兩個(gè)折射面都是球面,或一面是球面而另一面是平面的透明體,叫作透鏡。
(2)凸透鏡:中間厚、邊緣薄的透鏡叫作凸透鏡,如照像機(jī)、幻燈機(jī)、放大鏡、顯微鏡的鏡頭、遠(yuǎn)視鏡框(也叫作老花鏡)等。凸透鏡對光線具有會(huì)聚作用,因而凸透鏡又稱為會(huì)聚透鏡。如圖5-1甲所示。
(3)凹透鏡:中間薄、邊緣厚的透鏡叫作凹透鏡。如防盜門上的貓眼、近視鏡框等。凹透鏡對光線具有發(fā)散作用,因而凹透鏡又稱為發(fā)散透鏡。如圖乙所示。
2、透鏡的描述
(1)主光軸:通過兩個(gè)球面球心的直線。簡稱主軸。
(2)光心:主光軸上的一個(gè)特殊點(diǎn),透過它的光線的傳播方向不變。
(3)焦點(diǎn):如圖5-2甲所示,凸透鏡能使跟主光軸平行的光線會(huì)聚在主光軸上的一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)叫作凸透鏡的焦點(diǎn)(用F表示)。
如圖5-2乙所示,凹透鏡能使跟主光軸平行的光線通過凹透鏡折射后顯得發(fā)散,且這種折射光線的反向延長線都交于一點(diǎn),這一點(diǎn)叫作凹透鏡的焦點(diǎn)(用F表示)。
(4)焦距:焦點(diǎn)到光心的距離叫作焦距(用字母f表)。如圖所示。
3、透鏡對光的作用
凸透鏡對光有會(huì)聚作用,凹透鏡對光有發(fā)散作用。
4、透鏡中的三條特殊光線
(1)凸透鏡的三個(gè)特殊光線(如圖5-3甲)
①經(jīng)過光心的光線傳播方向不改變；
②與主光軸平行的光線經(jīng)折射后過焦點(diǎn)；
③經(jīng)過焦點(diǎn)的光線經(jīng)折射后平行于主光軸。
(2)凹透鏡的三條特殊光線(如圖乙)
①經(jīng)過光心的光線傳播方向不改變；
②與主光軸平行的光線經(jīng)折射后的反向延長線過虛焦點(diǎn)；
③射向虛焦點(diǎn)的光線經(jīng)折射后平行于主光軸。
（二）生活中的透鏡
1、照相機(jī)
(1)結(jié)構(gòu):如圖所示。照像機(jī)由鏡頭、調(diào)焦環(huán)、光圈環(huán)、快門、膠片、取景窗組成。
(2)原理:照像機(jī)是借助凸透鏡成縮小虛像的原理來工作的。照像機(jī)的鏡頭相當(dāng)于凸透鏡,膠卷相當(dāng)于光屏,外殼相當(dāng)于暗室。被照相的物體到鏡頭的距離要小于2倍焦距能夠在膠卷上得到倒立、縮小的虛像。
(3)調(diào)節(jié):拍照機(jī)按照須要成像的大小,先調(diào)節(jié)物距的大小,再調(diào)節(jié)像距的大小。
2、投影儀
(1)結(jié)構(gòu):投影儀由反光鏡、光源、聚光鏡(螺紋透鏡)、凸透鏡、平面鏡等構(gòu)成。如圖所示。
(2)原理:投影儀的鏡頭相當(dāng)于凸透鏡,熒幕相當(dāng)于光屏。投影儀是借助凸透鏡能成倒立放大的虛像制成的。
3、放大鏡
(1)原理:放大鏡就是一個(gè)短焦距的凸透鏡,是借助凸透鏡能成正立、放大的實(shí)像的原理制成的。
(2)使用規(guī)則:把要觀察的物體放到離凸透鏡的距離大于焦距的位置,耳朵通過放大鏡才能看見正立、放大的實(shí)像,物體在焦距以內(nèi)越緊靠焦點(diǎn),像越大。
4、實(shí)像、虛像
虛像:照像機(jī)和投影儀所成的像,是光通過凸透鏡射出后會(huì)聚產(chǎn)生的,假如把感光膠卷置于像的位置,能夠記錄下所成的像,這些像叫作虛像。
實(shí)像:平面鏡、放大鏡所成的像,不是由實(shí)際光線會(huì)聚而成的,這樣的像叫作實(shí)像。
（三）探究凸透鏡成像規(guī)律
1、物距和像距
(1)物距:物體到凸透鏡光心的距離,常用u表示。
(2)像距:像到凸透鏡光心的距離,常用v表示。
2、實(shí)驗(yàn)探究:凸透鏡成像的規(guī)律
(1)提出問題:照像機(jī)、投影儀、放大鏡都是借助凸透鏡來工作的,為何同樣是凸透鏡,所成像的虛實(shí)、大小、倒正不同?
(2)推測或假定:照像機(jī)、投影儀、放大鏡改變的是到凸透鏡的物距,可得到不同的像,于是推測:凸透鏡成像情況與物距和像距有一定關(guān)系。
(3)實(shí)驗(yàn)步驟:
①將燃起的蠟燭、透鏡、光屏依次安放到光具座上,調(diào)整燭焰的中心、透鏡的光心、光屏的中心使其在同一高度。
②調(diào)節(jié)蠟燭到透鏡間的距離,使u>2f,左右聯(lián)通光屏,直至在光屏上還能看見燭焰清晰的像,記下此時(shí)的物距和像距。
③調(diào)節(jié)蠟燭到透鏡間的距離,使f
④調(diào)節(jié)第蠟燭到透鏡間的距離,使u
⑤根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)凸透鏡成像的規(guī)律。
(4)實(shí)驗(yàn)推論:凸透鏡成像的規(guī)律見下表。
（四）雙眼和墨鏡
1、眼睛
(1)結(jié)構(gòu):如圖所示,結(jié)膜和鞏膜的共同作用相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡,它把來自物體的光會(huì)聚在黃斑上,產(chǎn)生物體的像；虹膜能調(diào)節(jié)眼瞳的大小,控制步入耳朵的光的數(shù)目；睫狀體起到改變鞏膜的形狀,因而改變鞏膜的焦距的作用。
(2)眼珠的調(diào)節(jié):光通過鞏膜和結(jié)膜會(huì)聚在黃斑上,黃斑上的視神經(jīng)細(xì)胞把這個(gè)訊號傳輸給腦部凸透鏡成像原理應(yīng)用，就看見了物體。雙眼通過睫狀體來改變鞏膜的形狀：
①看遠(yuǎn)處物體時(shí),睫狀體放松,鞏膜變薄,光恰好會(huì)聚在黃斑上,如圖甲所示。
②看近處物體時(shí),睫狀體收縮,鞏膜變厚,對光的偏折能力變大,近處射來的光線正好會(huì)聚在黃斑上,耳朵就可以認(rèn)清近處的物體,如圖乙所示。
2、近視眼及其矯治
(1)特性:斜視眼只能認(rèn)清近處的物體,看不清遠(yuǎn)處的物體。
(2)產(chǎn)生緣由:鞏膜變凸,折光能力變強(qiáng),來自遠(yuǎn)處某點(diǎn)的光會(huì)聚在黃斑前,抵達(dá)黃斑時(shí),是一個(gè)模糊的光斑,如圖甲所示。
(3)矯治方式:借助凹透鏡使光線發(fā)散,在耳朵后面放一個(gè)凹透鏡,才能使遠(yuǎn)方物體在黃斑上成像,如圖5-8乙所示。
3、遠(yuǎn)視眼及其矯治
(1)特性:只能認(rèn)清遠(yuǎn)處的物體,看不清近處的物體。
(2)產(chǎn)生緣由:鞏膜太薄,折光能力變?nèi)?來自近處的光還沒有會(huì)聚就抵達(dá)黃斑上了,黃斑上產(chǎn)生一個(gè)模糊的光斑,如圖甲所示。
(3)矯治方式:借助凸透鏡使光線會(huì)聚,在耳朵后面放一個(gè)凸透鏡,才能使近處物體在黃斑上成像,如圖乙所示。
（五）顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡
1、顯微鏡
(1)結(jié)構(gòu)
目鏡:緊靠物體兩側(cè)的透鏡組,相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡,f2f。
物鏡:緊靠耳朵兩側(cè)的透鏡組,相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡,u
反光鏡:分平面鏡和凹面鏡兩個(gè)面。
載物片:裝載被觀察的物體。
(2)原理:被觀察的物體放到目鏡的1倍焦距到2倍焦距之間,由目鏡成一個(gè)倒立、放大的虛像,虛像正好落在物鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)；再由物鏡成一個(gè)正立、放大的實(shí)像,經(jīng)過兩次放大后,耳朵能夠通過顯微鏡觀察到物體的細(xì)微部份。
(3)作用:拿來觀察細(xì)微物體或物體的細(xì)微部份。
2、望遠(yuǎn)鏡
(1)結(jié)構(gòu)。
目鏡:焦距大,u>2f,v≈f,像在焦點(diǎn)兩側(cè)成倒立縮小的虛像,口徑規(guī)格大,以便會(huì)聚更多的光線,使成像更明亮。
物鏡:焦距小,u
(2)原理:如圖所示,望遠(yuǎn)鏡的目鏡和物鏡的主光軸重合,相鄰兩側(cè)的焦點(diǎn)F1與F2重合。遙遠(yuǎn)的天體AB到目鏡的距離遠(yuǎn)小于目鏡焦距的2倍,由凸透鏡的成像規(guī)律知,AB的像A'B'到目鏡的距離稍小于目鏡的焦距,到物鏡的距離稍大于物鏡的焦距,所以通過物鏡會(huì)聽到A'B'的放大的像。
(3)作用:拿來觀察遠(yuǎn)距離的物體。
3、視角
一個(gè)物體能不能被認(rèn)清楚,與物體在黃斑上所成的像的大小有關(guān)。黃斑上的像越大,遭到剌激的感光細(xì)胞越多,眼對物體的細(xì)微部份區(qū)分得就越清楚。黃斑上像的大小取決于物體對眼的光心所張的角的大小,被觀察的物體兩端到人眼光心所夾的角叫作視角。
二、主要考點(diǎn)梳理
（一）透鏡
1、在高考中常常考查透鏡對光線的會(huì)聚作用,以選擇題和畫圖題出現(xiàn)。
2、考查凸透鏡的三條特殊光線：
(1)平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后將通過焦點(diǎn)；
(2)過焦點(diǎn)的光線經(jīng)凸透鏡折射后將平行于主光軸；
(3)通過光心的光線的傳播方向不變。
題型多以畫圖題為主。
（二）生活中的透鏡
主要考查拍照機(jī)和幻燈機(jī)的調(diào)節(jié),多以選擇題的方式出現(xiàn)在高考試卷中。
三、凸透鏡成像的規(guī)律
從上表可以看出,凸透鏡成像規(guī)律可以這樣記憶:
一倍焦距分虛實(shí),二倍焦距分大小,物近像遠(yuǎn)像變大。
意思是說:
（四）雙眼和墨鏡
人的雙眼是一架焦距可變的精密的拍照機(jī)。
正常情況下,人眼看近處和遠(yuǎn)處的物體都可以調(diào)節(jié)。
斜視眼是因?yàn)槎涞撵柲ぷ兒窕騽t眼珠的前后徑過長,不能認(rèn)清遠(yuǎn)處的物體,必須戴凹透鏡矯治；
近視眼是因?yàn)槎涞撵柲ぷ儽』騽t眼珠的前后徑過短,不能認(rèn)清近處的物體,必須戴凸透鏡矯治。
（五）顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡
顯微鏡的物鏡和目鏡都是凸透鏡,其中目鏡相當(dāng)于一個(gè)投影儀,物鏡就是一個(gè)普通的放大鏡。
望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡都是凸透鏡,其中目鏡相當(dāng)于一架拍照機(jī),物鏡就是一個(gè)普通的放大鏡。
三、經(jīng)典題型解析
題1：燭焰通過凸透鏡正好在光屏上得到一個(gè)放大的像,若保持凸透鏡位置不變,把燭焰和光屏位置對調(diào)一下,則（）。
A.光屏上仍能成一個(gè)放大的像
B.光屏上能成一個(gè)縮小的像
C.光屏上不能成像,但通過透鏡能看見
D.光屏上沒有像,須要重新調(diào)整光屏位置能夠有像呈現(xiàn)在光屏上
解答：B
方法提示：
由凸透鏡成像規(guī)律可知:物體坐落一倍焦距和二倍焦距之間,像必處于二倍焦距以外,是倒立、放大的虛像；物體坐落二倍焦距之外,像必坐落一倍焦距和二倍焦距之間,是倒立、縮小的虛像。
通過本題加深中學(xué)生對凸透鏡成像規(guī)律與光路可逆性的理解,提升解題能力。
題2：小明朋友獲得了一個(gè)凸透鏡,他不曉得凸透鏡的焦距是多少,于是通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn),成功地曉得了這個(gè)凸透鏡的焦距,以下是他做實(shí)驗(yàn)時(shí)的截圖,如圖所示,你能曉得他是怎樣測定的嗎？
解答：①將凸透鏡正對著太陽光(平行光),當(dāng)紙上出現(xiàn)最小最亮的光斑時(shí),光斑到凸透鏡的中心的距離就是焦距；
②利用光具座進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),當(dāng)屏上出現(xiàn)與蠟燭等大的像時(shí),則像距等于物距,此時(shí)像距與物距是焦距的兩倍。
方法提示：
用自然光源和人造光源估測凸透鏡的焦距是朋友們必須把握的一種基本實(shí)驗(yàn)技能。
題3：某校朋友在學(xué)習(xí)了雙眼和墨鏡內(nèi)容后,想通過實(shí)驗(yàn)探究斜視眼的產(chǎn)生緣由。她們選擇了如下器材:蠟燭、用薄膜充入水后制成水凸透鏡(與注射器相連，注射器里有少量水)、光屏等。水凸透鏡的薄厚可以通過注射器注入、吸取水的多少來調(diào)節(jié)。其裝置如圖所示。
(1)在此實(shí)驗(yàn)裝置中,相當(dāng)于人眼珠中的鞏膜,相當(dāng)于人眼珠中的黃斑。
(2)請你用此實(shí)驗(yàn)裝置探究斜視眼的動(dòng)因,要求寫出實(shí)驗(yàn)過程。
解答：
(1)水凸透鏡,光屏。
(2)按圖5-12所示,將蠟燭、水凸透鏡、光屏依次置于光具座上,保持蠟燭燭焰、水凸透鏡、光屏兩者的中心大致在同一高度上,調(diào)節(jié)水凸透鏡的位置使蠟燭燭焰在光屏上成清晰的像；向水凸透鏡中注水,使鞏膜變厚,將觀察到光屏上所成蠟燭燭焰的像顯得不清晰,此時(shí)將蠟燭向水凸透鏡緊靠,觀察到光屏上會(huì)再度岀現(xiàn)清晰的像。
方法提示：
本題巧妙地借助水凸透鏡很便捷地改變凸透鏡的薄厚程度,因而改變了它的焦距,這樣模擬斜視眼的動(dòng)因就很容易操作了。本題考查中學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的能力并能合理解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。
題4：人的雙眼像一架神奇的拍照機(jī),鞏膜相當(dāng)于凸透鏡,黃斑相當(dāng)于膠卷,通過鞏膜的調(diào)節(jié)將遠(yuǎn)近不同的物體成像在黃斑上。如圖所示是不同位置處的兩個(gè)物體的成像示意圖,由圖得出:雙眼看近處的物體時(shí),鞏膜的焦距(選填“變大”“變小”或“不變”),人眼若常年觀察近處物體，會(huì)導(dǎo)致鞏膜過度彎曲,當(dāng)他看遠(yuǎn)處物體時(shí),像會(huì)成在黃斑的前方,應(yīng)戴透鏡制成的墨鏡加以矯治。
解答：變小凸透鏡成像原理應(yīng)用，凹
方法提示：
按照圖中,遠(yuǎn)近不同的物體經(jīng)鞏膜(相當(dāng)于凸透鏡)成像在黃斑上的情況可知，物體離人越近,耳朵的鞏膜凸得越厲害,鞏膜的焦距將變小。當(dāng)人眼看遠(yuǎn)處物體時(shí),像成在黃斑的前方,導(dǎo)致弱視眼,應(yīng)戴凹透鏡制成的墨鏡加以矯治。