专题5 透镜及其应用（原卷版）

专题5透镜及其应用【思维导图】【知识点回顾】知识点一、透镜：至少有一个面是球面的一部分的透明玻璃元件1、凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜，如：远视镜片，放大镜等等；2、凹透镜：中间薄、边缘厚的透镜，如：近视镜片；知识点二、基本概念：1、主光轴：过透镜两个球面球心的直线，用CC’表示；2、光心：同常位于透镜的几何中心；用“O”表示。3、焦点：平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜后会聚于主光轴上一点，这点叫焦点；用“F”表示。4、焦距：焦点到光心的距离。焦距用“f”表示。如下图：注意：凸透镜和凹透镜都各有两个焦点，凸透镜的焦点是实焦点，凹透镜的焦点是虚焦点；5、粗略测量凸透镜焦距的方法：使凸透镜正对太阳光（太阳光是平行光，使太阳光平行于凸透镜的主光轴），下面放一张白纸，调节凸透镜到白纸的距离，直到白纸上光斑最小、最亮为止，然后用刻度尺量出凸透镜到白纸上光斑中心的距离就是凸透镜的焦距。知识点三、三条特殊光线（要求会画）：1、过光心的光线经透镜后传播方向不改变，如下图：2、平行于主光轴的光线，经凸透镜后经过焦点；经凹透镜后向外发散，但其反向延长线必过焦点（所以凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光有发散作用）如下图：3、经过凸透镜焦点的光线经凸透镜后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜后平行于主光轴；如下图：知识点四、透镜应用照相机：1、照相机的镜头是凸透镜；2、物体到透镜的距离（物距）大于二倍焦距，成缩小、倒立的实像；投影仪：1、投影仪的镜头是凸透镜；2、物体到透镜的距离（物距）大于一倍焦距，小于二倍焦距，成放大、倒立的实像；注意：照相机、投影仪要使像变大，应该让透镜靠近物体，远离胶卷、屏幕。放大镜：1、放大镜是凸透镜；2、物体到透镜的距离（物距）小于一倍焦距，成放大、正立的虚像；注：要让物体更大，应该让放大镜远离物体；知识点五、探究凸透镜的成像规律：器材：凸透镜、光屏、蜡烛、光具座（带刻度尺）注意事项：蜡烛的焰心、透镜的光心、光屏的中心在同一直线上；凸透镜成像的规律（要求熟记、并理解）：种类成像条件物距（u）成像的性质像距（v）应用5u﹥2f缩小、倒立的实像f﹤v﹤2f照相机4u=2f等大、倒立的实像v=2f3f﹤u﹤2f放大、倒立的实像v﹥2f投影仪2u=f不成像-------------------1u﹤f放大、正立的虚像V﹥f放大镜口诀：一焦分虚实、二焦分大小；虚像同侧正，实像异侧倒；物远实像小，物远虚像大。注意：1、实像是由实际光线会聚而成，在光屏上可呈现，可用眼睛直接看，所有光线必过像点；2、虚像不能在光屏上呈现，但能用眼睛看，由光线的反向延长线会聚而成；注意：凹透镜始终成缩小、正立的虚像；知识点六、透镜应用1、眼睛的晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏（胶卷）；2、近视眼看不清远处的物体，远处的物体所成像在视网膜前，需戴凹透镜调节；3、远视眼看不清近处的物体，近处的物体所成像在视网膜后面，需戴凸透镜调节；显微镜和望远镜4、显微镜由目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使物体两次放大；5、望远镜由目镜和物镜组成，物镜使物体成缩小、倒立的实像，目镜相当于放大镜，成放大的像；【例题精析】（2022•镇江）如图所示，凸透镜位于P处（图中未画出）位置不变，移动蜡烛，光屏先后在P同侧的甲、乙两处得到烛焰清晰的像，且甲处的像比乙处大，则（）A．甲处可能成的是虚像 B．乙处像可能是放大的 C．P点位置在甲的左侧 D．蜡烛的移动方向向左（2022•郴州）2022年6月5日10时44分，神舟十四号飞船成功发射，我国空间站建设又跨出了关键一步。王大爷从报纸上看到这一消息时，感到无比自豪。他用放大镜读报时透过镜片看到的文字是（）A．倒立、缩小的实像 B．正立、放大的虚像 C．倒立、放大的实像 D．正立、缩小的虚像（2022•河南）小明用透明塑料盒设计了一个昆虫标本观察器，如图所示。盒底上放标本，盒盖上嵌入一凸透镜。有焦距为5cm和10cm的两种凸透镜，为了在盒盖上方附近，通过凸透镜观察到标本正立、放大的像，凸透镜焦距f与盒高h选择合理的是（）A．f＝5cm、h＝10cm B．f＝10cm、h＝12cm C．f＝5cm、h＝12cm D．f＝10cm、h＝6cm（2022•宜昌）如图所示是一种常见的投射灯，它的成像镜头可简化为一个凸透镜，能把投影片ab投射到地面，下图中能正确反映其成像原理的示意图是（）A． B． C． D．（2022•苏州）做凸透镜成像实验时，将光具座上的蜡烛、凸透镜、光屏如图放置，光屏上呈现清晰的像。下列说法正确的是（）A．屏上的像是倒立放大的 B．该凸透镜的焦距可能是8cm C．先向右移动光屏，再移动凸透镜到某位置一定能在光屏上看到清晰的像 D．只将蜡烛向左移动一段距离，放上远视眼镜可在屏上再次看到清晰的像（2022•内江）关于图中“凸透镜成像规律”的实验，下列说法正确的是（）A．图中蜡烛到凸透镜的距离u为f＜u＜2f（f为焦距） B．图中凸透镜成像规律与投影仪的成像原理相同 C．图中光路图说明光在不同介质间传播的方向一定改变 D．从不同方向能看清光屏上的像，是因为光在光屏上发生了漫反射（2022•达州）清晨，太阳从东方冉冉升起，云缝中射出道道霞光，它让我们的大千世界五彩缤纷，让我们的世界拥有了无穷奥妙。下列对光的世界的探究中，结论正确的是（）A．甲图，通过注入气泡的水球，我们看到太空授课的王亚平成“一正一倒”两个像，其中正立的是虚像，倒立的是实像 B．乙图，央视春晚节目舞蹈诗剧《只此青绿》的临水起舞画面中，舞者在舞台上的“倒影”和小孔成像的原理相同 C．丙图，光源经凸透镜在光屏上成一清晰的像，此时飞来一只小虫落在凸透镜上，则光屏上光源的像不完整 D．丁图，小薇按照图示将眼镜放在蜡烛与凸透镜之间，光屏上清晰的像变模糊，只将光屏靠近凸透镜时，又能在光屏上看到清晰的像，则该眼镜是近视眼镜（2022•湖北）小红和家人一起乘高铁去旅行，进站时要进行身份验证，她发现屏幕上的头像较小，不能完成人脸识别，后来在工作人员的指导下顺利完成了识别。她了解到屏幕上的头像是通过摄像头内的凸透镜形成的，于是带着兴趣进行了以下实验。（1）小红将蜡烛、凸透镜、光屏安装在光具座上并靠在一起，点燃蜡烛，调整烛焰、透镜和光屏的中心大致在。（2）如图甲所示，烛焰恰好在光屏上成清晰的像，光屏上的像是（选填“镜面反射”或“漫反射”）形成的，保持凸透镜位置不变，若将蜡烛向右移动少许，则应将光屏向（选填“左”或“右”）移动才能再次在光屏上成清晰的像，此时的像变大。（3）根据以上实验，小红进行人脸识别时，为使屏幕上的头像变大，她应该（选填“靠近”或“远离”）镜头。（4）在图乙所示位置时，烛焰也在光屏上成清晰的像，这个像是倒立、（选填“放大”“缩小”或“等大”）的实像，由此可知凸透镜的焦距为cm。（2022•广东）如图所示，电子蜡烛的“烛焰”通过凸透镜在光屏上成一个清晰立的实像。利用这一成像规律可制成（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）。若保持蜡烛和光屏的位置不变，仅将凸透镜更换成另一个焦距相同、尺寸更大的凸透镜，此时光屏上像的大小与原来的像对比应（选填“变大”“变小”或“不变”）。（2022•玉林）小明同学不注意用眼卫生，造成了高度近视，请在图中画出远处物体发出的两束入射光线经他的晶状体折射后对应的光线。（2022•大庆）甲图是近视眼的成像示意图，其中晶状体相当于凸透镜，平行光经过晶状体等结构未会聚在视网膜上。请在乙图虚线框内画出适当的透镜，并将两条光线的光路补充完整，使光线会聚在视网膜上的a点。（2022•日照）为进一步探究光的反射和折射现象，小明根据老师的要求认真完成了下列实验。（1）为了证明在光的反射过程中光路是可逆的，如图1所示，小明已完成了实验步骤①②。①在水平白纸板上画一条直线PQ，做ON垂直PQ于O，点，画一条斜线AO。②沿PQ放置平面镜，让一束光沿AO射向平面镜，在反射光线经过处标上一点B。接下来应该让入射光线沿，若反射光线沿方向射出，说明光路是可逆的。（2）如图2所示，一束白光通过三棱镜后，在白屏上形成一条彩色的光带。据此可判断：红光和紫光以相同的入射角射向同一块玻璃砖，红光的折射角紫光的折射角（填“大于”、“小于”或“等于”）。（3）在“探究凸透镜成像的规律”时，记录的实验数据如表：像与物距的关系凸透镜的焦距f＝10cm物距与焦距的关系物距u/cm像的性质像距v/cm虚实大小正倒2f＜u30实像缩小倒立152f＝u20实像等大倒立20f＜u＜2f15实像放大倒立u＜f5虚像放大正立﹣由表中数据可知，凸透镜成实像的条件是；成虚像的条件是。根据光路是可逆的这一特点可知，当物距u＝15cm时，像距v＝cm。（4）请写出一种测量凸透镜焦距的方法：，并简要说明主要操作步骤：。（2022•沈阳）在“探究凸透镜成像规律”的实验中：（1）为了探究蜡烛的烛焰能否在光屏上成实像，应该把凸透镜放在如图甲所示的（选填“A”、“B”或“C”）处。为了使像成在光屏中央，应调整烛焰、凸透镜和光屏，使它们的中心在；（2）下表是小雨设计的实验表格，请你在表格中横线处补全缺少的项目，小雨用焦距为10cm的凸透镜做实验，蜡烛放到较远处，调整光屏到凸透镜的距离，直到烛焰在光屏上成清晰的实像，观察像的性质，同时测出此时物距和像距，把蜡烛向凸透镜移近一些，重复以上操作。把实验测出的数据和成像的性质填入表中；物距u/cm像的性质像距v/cm虚实大小30实缩小1520实等大2015实放大30（3）通过分析表中数据，可以得到规律：凸透镜成实像时，物距变小，像距（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（4）小雨换用如图乙所示焦距不同的A、B两个凸透镜中的一个再进行实验，当物距为15cm时，移动光屏在光屏上得到清晰的像，测出像距为7.5cm，结合上表的实验数据，可以判断出小雨这次实验用的是（选填“A”或“B”）透镜；（5）凸透镜成像利用了光的折射，生活中存在由于光的折射而产生“错觉”的现象，如泳池水看起来变浅了，所以不能贸然下水，以免发生危险。如图丙所示，人眼在B点看到水中A点的像在A'点处，请完成人眼在B点看到A点的像的光路图。【习题巩固】一．选择题（共16小题）1．（2022•衡阳县模拟）在探究凸透镜成像规律时，记录实验数据并绘制了物距1u和像距1A．该凸透镜的焦距是2bB．当物体从距凸透镜2b处移到32bC．实验过程中移动光屏，只要光屏上观察到像就可以直接利用光具座上的刻度尺读取此时物距所对应的像距大小 D．当u=12．（2022•福田区校级三模）在探究“凸透镜成像的规律”实验中，光具座上各元件位置如图所示，此时在光屏上恰好成一个清晰的像。则下列说法正确的是（）①凸透镜的焦距可能是6cm②利用这一原理制成了照相机③若将蜡烛远离凸透镜，则应将光屏靠近凸透镜才能得到清晰的像，且像逐渐变小④若保持凸透镜位置不变，将蜡烛和光屏的位置互换，则光屏上成一个清晰倒立、缩小的像A．只有①②正确 B．只有③④正确 C．只有②③正确 D．只有②③④正确3．（2022•南京模拟）在做“探究凸透镜成像规律”的实验中，某小组同学利用图1测出了透镜的焦距后，正确安装并调节实验装置如图2所示，在光屏上得到一个清晰的像。下列说法正确的是（）A．图2中若将蜡烛移至0刻度线处，同时将光屏移至75cm刻度线处，现将蜡烛由0cm刻度线向右移动至10cm刻度线处，若要成像清晰，光屏应由75cm处向右移动 B．图2中成的是倒立缩小的实像，符合投影仪的成像原理 C．图2中如果在烛焰与透镜之间放置一近视眼镜的镜片，则将光屏适当左移可得一个清晰的像 D．在图2中保持凸透镜的位置不变，将蜡烛与光屏的位置互换，则成像情况符合投影仪的原理4．（2022•镇江一模）当蜡烛、透镜甲和光屏在图示位置时，烛焰在光屏上成清晰的像。若保持透镜和光屏位置不变，将透镜甲换为透镜乙，需将蜡烛向左移动距离s，方可在光屏上再次成清晰的像。则（）A．透镜甲的焦距等于20cm B．透镜乙的焦距大于10cm C．蜡烛移动的距离s一定大于10cm D．第二次所成的像是放大的实像5．（2022•临平区一模）小金同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v跟物体到凸透镜的距离u之间关系的图象，如图所示，下列判断正确的是（）A．该凸透镜的焦距是16cm B．当u＝12cm时，在光屏上能得到一个缩小的像 C．当u＝20cm时成缩小的像，照相机就是根据这一原理制成的 D．物体从距凸透镜12cm处移动到24cm处的过程中，物像间距逐渐变小6．（2022•朝阳区二模）如图所示为探究凸透镜成像规律的实验装置，凸透镜固定在50cm刻度线处，当蜡烛和光屏放置在图甲所示的位置时，光屏上出现清晰的像。下列说法中正确的是（）A．该凸透镜的焦距可能为20cm B．若将光屏取走，则蜡烛不能通过凸透镜成像 C．若像在光屏上的位置如图乙所示，可将蜡烛适当向下移动，使像呈现在光屏中央 D．当蜡烛放置在20cm刻度线处，若不改变光屏的位置，可在凸透镜前再放一个凸透镜，使光屏上出现清晰的像7．（2022•石景山区二模）下列有关光现象说法正确的是（）A．凸透镜对光有发散作用 B．照镜子时人越靠近平面镜，在镜中所成的像越大 C．远视眼镜是用凹透镜制成的 D．色散现象说明白光是由各种色光混合而成的8．（2022•丽江二模）如图所示，小红在探究凸透镜成像规律时，烛焰在光屏上成了一个清晰的像。下列说法正确的是（）A．如果把蜡烛向左移动，光屏需要向左移动才能接收到清晰的像 B．用不透明纸将凸透镜的上半部分挡住，光屏上只能呈半个烛焰的像 C．如果把蜡烛与光屏对调，光屏上将不会出现清晰的像 D．利用这一成像规律可制成投影仪9．（2022•藤县一模）在“探究凸透镜成像规律”的实验中。当蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示时，光屏上得到清晰的像。则凸透镜的焦距可能是（）A．10cm B．13cm C．15cm D．20cm10．（2022•贺州二模）凸透镜、蜡烛、光屏在光具座上的位置如图所示，此时光屏上得到清晰的像，则下列说法正确的是（）A．此时的成像原理与投影仪的成像原理相同 B．当蜡烛向右移动时，保持凸透镜的位置不动，要在光屏上得到清晰的像，光屏应向左移动 C．当蜡烛向右移动时，保持凸透镜的位置不动，移动光屏，在光屏上所成清晰的像变小 D．实验中小兰用不透明的纸片遮住凸透镜的上半部分，在光屏上仍能得到完整的像11．（2022•冷水江市模拟）光的世界丰富多彩，光学知识在我们的生活、学习中有着广泛应用。下列说法正确的是（）A．“立竿见影”是光沿直线传播形成的 B．照全级毕业大合照时，师生应站在距镜头一倍焦距和二倍焦距之间 C．验钞机是利用红外线辨别钞票的真伪 D．雨后晴朗的夜晚，迎着月光走，地上发暗的是水12．（2022•驻马店二模）为了做好疫情防控，确保广大师生的安全，学校在大门口入口处设置有红外成像测温仪，下列有关说法正确的是（）A．测温仪的摄像头相当于凹透镜 B．必须保证乘客位于摄像头的二倍焦距以内 C．当乘客靠近摄像头时，人经摄像头所成的像会变大 D．摄像头捕捉到的红外线就是红色的光13．（2022•天津模拟）正常人的眼睛具有很强的自我调节功能，可以使远处和近处的物体都成像在视网膜上。以下说法正确的是（）A．当我们从看远处物体改为看近处物体时，晶状体焦距变短 B．当我们从看远处物体改为看近处物体时，晶状体凸度变小 C．正常人看很远处物体时分辨不清，是由于物体不能在视网膜上成清晰的像 D．人眼晶状体凸度过大时为近视眼，应配戴凸透镜制作的眼镜进行矫正14．（2022•宁波一模）如图所示，人脸识别一体机通过摄像机镜头来捕捉人脸信息，下列说法正确的是（）A．屏幕上所成的是缩小的虚像 B．该摄像机镜头是一个凹透 C．若镜头的焦距为f，人脸到镜头的距离应大于2f D．若要使屏幕上显示的人脸小一些，人应离镜头近些15．（2022•青羊区校级模拟）某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v跟物体到凸透镜的距离u之间关系的图象，如图所示，下列判断正确的是（）A．该凸透镜的焦距是10cm B．当u＝35cm时成放大的像，投影仪就是根据这一原理制成的 C．当u＝25cm时，在光屏上能得到一个缩小的像 D．把物体从距凸透镜10cm处移动到30cm处的过程中，像逐渐变小16．（2022•翔安区二模）现代生活中，手机给人们带来了许多便利，但长时间看手机屏幕，容易导致视力下降，如图所示的四幅图是眼球成像及视力矫正的示意图，其中属于近视眼的成因及其矫正的是（）A．甲、乙 B．甲、丁 C．丙、乙 D．丙、丁二．实验探究题（共6小题）17．（2022•黔南州模拟）小馨学习了眼睛和眼镜的知识之后，她想利用水透镜来模拟眼睛看见物体的过程。如图甲是小馨自制的水透镜及实验所需器材，对比眼睛的结构图乙：（1）眼球中的视网膜相当于实验中的，实验中的水透镜相当于眼球中的；（2）实验时，小馨将光源、水透镜、光屏依次放置在光具座上，为了使像呈现在光屏中央，请你帮她写一条检验三者中心是否在同一高度的方法：；（3）小馨现将蜡烛放在最左端，对光屏做出适当调节，使像能清晰地出现在光屏上，模拟人看清远处的物体；（4）固定住水透镜和光屏，模拟人眼睛的晶状体和视网膜的位置不发生改变；（5）把光源向水透镜方向移动，发现光屏上的像模糊了，这时需要向水透镜（选填“注水”或“抽水”），使光屏上的像重新变得清晰，模拟睫状体的变化，从而达到眼睛的自动调节；（6）初步调查，我国青少年近视患病率高达50%左右，近视率仍处于高位。飞秒激光近视手术是当今眼科学界的前沿技术，你认为飞秒激光近视手术使眼睛发生了什么变化从而达到矫正近视的效果？18．（2022•福田区校级模拟）为探究“凸透镜成像规律”，小明和小华利用桌上A、B两个玻璃凸透镜进行实验，A、B两凸透镜的焦距分别为10cm和15cm。（1）实验前，组装并调整实验器材，使烛焰中心、凸透镜光心和光屏的中心在上。（2）小明按如图甲所示完成实验时，恰能在光屏上得到一个清晰的像，由此可以判断他选择的是（选填“A”或“B”）凸透镜。（3）随着实验的进行，蜡烛越烧越短，将会发现光屏上的像向（选填“上”或“下”）移动。（4）为了探究“近视和远视眼的成因”，小华利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成弯曲度可以调整的水透镜。将蜡烛、光屏和水透镜如图乙放置，光屏上出现了清晰的烛焰像，此烛焰像是（选填“放大”、“缩小”或“等大”）的实像。用注射器抽水，改变水透镜的弯曲度，发现光屏上的烛焰像变模糊了，若把蜡烛逐渐远离凸透镜，光屏上的像又渐渐变清晰了，说明水透镜在被抽水后，焦距变（选填“大”或“小”）了。矫正此“视力”的问题，可佩戴（选填“凸”或“凹”）透镜。19．（2022•鼓楼区校级模拟）探究凸透镜成像的实验时，小明选择了一块焦距未知的凸透镜。（1）小明让一束平行光射向该透镜，调节光屏位置，直到光屏上得到一个最小最亮的光斑（如图甲所示），该透镜的焦距f＝cm。（2）如图乙，装好实验器材，只移动透镜的情况下，无论怎样调节，都不能在光屏上得到清晰的像，造成上述现象的原因是。（3）如图丙，当蜡烛在光具座的A处，光屏在B处，得到了烛焰清晰的像，现将蜡烛由A处向左移动距离s到C处，为再次在光屏上接收到清晰的像，他应将光屏向（选填“左”或“右”）调整，光屏移动距离s's（选填“＞”、“＜”或“＝”），这次成倒立实像，这个成像的特点生活中可应用在。20．（2022•大连模拟）小梁“探究凸透镜成像规律”的实验时：所使用的凸透镜焦距是15cm。（1）如图所示，分别放置蜡烛、凸透镜和光屏，下列说法正确的是（填字母）；A．将三者中心调至同一直线B．将三者中心调至同一高度（2）当把凸透镜固定在50cm刻度线位置，蜡烛固定在15cm刻度线位置时，光屏位置应该在（选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）区域内左右移动，才能在光屏上得到清晰的像。若得到清晰的像后，只将光屏和蜡烛的位置对调，则像的大小将（选填“变大”“变小”或“不变”）；（3）当屏上的像清晰时，小梁把自己的远视眼镜放在凸透镜和蜡烛之间，光屏上的像变得模糊不清，她应该向凸透镜方向移动光屏（选填“靠近”或“远离”），可再次得到清晰的像；（4）用蜡烛做实验有各种缺点，小梁决定用LED光源完成实验，请应该选择形状光源更好。A．“F”形状B．“E”形状C．“Y”形状21．（2022•东莞市模拟）（1）如甲图，小明将一块凸透镜正对太阳光，在透镜下面放上白纸（白纸与透镜平行），改变透镜到白纸的距离s并测出s与对应的白纸被烤焦的时间t，绘出乙图所示的图象，可判断该透镜的焦距f为cm。（2）调整实验器材，使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的上，这样调整的目的是；在调整器材高度时，应（填“点燃”或“不点燃”）蜡烛。（3）如丙所示，当把一块焦距为15cm的凸透镜固定在50cm刻度线位置，蜡烛固定在15cm刻度线位置时，光屏应在（选填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”）区域内左右移动，才能在光屏上得到清晰的实像。（4）在第（3）问中，当光屏上成清晰像的时候，保持透镜和光屏位置不变，若将蜡烛向左移动适当的距离，为了使光屏上仍能成清晰的像，则应在透镜前加上适当度数的（选填“近视眼镜”、“老花眼镜”）。（5）小明在实验中将蜡烛从略大于一倍焦距处逐渐远离凸透镜，则像距v与t的大致变化关系为丁图中的。22．（2022•定远县二模）如图甲所示，小宇用焦距为10cm的凸透镜探究“凸透镜成像规律”。（1）实验时，应使烛焰、凸透镜、