第2节 生活中的透镜（导学案）初中物理人教版（2024）八年级上册 第五章 透镜及其应用（解析版）

第2节生活中的透镜（导学案）【学习目标】1.了解生活中常见透镜的特点和应用，能识别不同类型的透镜并理解其对光线的作用，形成初步的物理观念。（物理观念）2.通过分析透镜成像的原理和规律，培养逻辑推理和科学论证的能力，运用科学思维方法解决与透镜相关的实际问题。（科学思维）3.经历探究透镜成像规律的实验过程，学会设计实验方案、收集和分析实验数据，提高科学探究的能力，掌握科学探究的基本方法。（科学探究）4.培养对科学的好奇心和求知欲，在学习和实验过程中养成严谨、认真、实事求是的科学态度，增强将科学知识应用于生活实际的责任意识。（科学态度与责任）【学习重点】照相机、投影仪、放大镜的成像特点和工作原理，这是理解生活中透镜应用的关键知识。实像和虚像的概念及区别，实像与虚像的区分是光学知识中的重要内容，为后续学习凸透镜成像规律奠定基础。【学习难点】理解物距、像距的变化对成像大小和性质的影响，物距和像距的变化较为抽象，学生难以直观理解其与成像的关系。从成像原理和本质上区分实像和虚像，实像和虚像的本质涉及光线的会聚和反向延长线会聚，学生理解起来有一定难度。【自主预习】阅读教材《第2节生活中的透镜》，完成以下问题：(倒立/正立)的、实(虚/实)像。(选填“同侧”或“异侧”);虚像是由通过镜头的折射光(或反射光)的反向延长线形成的，不能(选【探究新知】探究一、照相机1.照相机的成像原理如图甲所示是模型照相机，纸筒A的一端蒙上了一层半透明纸，相当于照相胶片，纸筒B的一端嵌上了一个凸透镜。在较暗的室内，将B端朝向明亮的室外，眼睛观察半透明纸，适当调节B筒在A筒中的深度，就可以在半透明纸上得到室外景物清晰、倒立的像。照相机的镜头相当于一个凸透镜，胶片相当于光屏，来自物体的光经过镜头后会聚在照相机暗箱内的胶片上，形成了一个倒立、缩小的像，如图乙所示。2.照相机的构造(1)镜头：一般由多个透镜组成，组合在一起相当于一个凸透镜。(2)胶片：机壳构成一个暗室，胶片相当于涂有感光材料的光屏。(3)调节控制系统①取景窗：观察所拍景物，用来确定拍摄景物的范围。②调焦环：用来调节镜头到胶片的距离，以便在胶片上形成清晰的像。③光圈：用来控制从镜头进入的光的多少。光圈上标识的数字越小，光圈越大，进入镜头的光就越多。④快门：用来控制曝光时间。光圈和快门都是用来控制曝光量的。拍照时，要根据景物的明亮程度选择参数合适的光圈和快门，使胶片曝光适当，这样才能拍出好照片。3.照相机成像的特点(1)物体到镜头的距离大于镜头到胶片的距离。(2)照相机的胶片上成的是倒立、缩小的像。（上下左右均颠倒）(3)像和物体在镜头的两侧。(4)物体离镜头越远，物体在胶片上所成的像越小，像到镜头的距离越近，即暗箱越短。4.照相机拍摄景深的调节为了使远近不同的景物在胶片上都能成清晰的像，需要调节镜头到胶片的距离。(1)拍摄近处的景物时，应增大像距，即镜头应往前伸，增大胶片与镜头之间的距离。(2)拍摄远处的景物时，应减小像距，即镜头应往后缩，减小胶片与镜头之间的距离。(3)若想使拍摄的景物的像大一些，可以减小景物与镜头之间的距离，同时将镜头前伸；若想使拍摄的景物的像小一些，可以增大物距，即景物与镜头之间的距离，同时将镜头后缩减小像距。5.数码相机数码相机除了有普通相机的结构，还有成像元件、存储设备和彩色液晶显示器等部件。它用一种电荷耦合器件代替胶片，把光信号转换成电信号，再转换成数字信号，由相机的存储设备保存起来。通过彩色液晶显示器还能够马上观看已经拍摄好的照片，如果不满意可以删除。数码相机的照片可以方便地输入电脑，通过软件对照片进行放大、剪裁、修饰等。【典例1】如图所示，纸筒A的一端蒙了一层半透明纸，纸筒B的一端嵌有一个凸透镜，两纸筒套在一起组成了一个简易照相机。用该照相机观察物体时，要把纸筒（选填“A”或“B”）对着明亮的室外，半透明纸上恰能呈现（选填“放大”或“缩小”）的像。若想在半透明纸上看到更多的景物，则应将照相机（选填“靠近”或“远离”）景物。【答案】B缩小远离【详解】[1]简易照相机中在纸筒B的右端为凸透镜，纸筒A的左端的半透明纸就相当于真实照相机的底片，在半透明纸上所看到的就是凸透镜前方的景物通过凸透镜所生成的像，所以应该把模型照相机的B对着明亮的室外，A端朝着较暗的室内。[2]根据凸透镜成像特点，此时物距大于像距，半透明纸上恰能呈现缩小的像。[3]用照相机想看到更多的景物，需要减小像的大小，根据凸透镜成像规律可知，应减小像距，增大物距，所该将照相机远离景物。探究二、投影仪与照相机类似，投影仪也是利用凸透镜来成像的，利用投影仪能得到物体放大的像，如图所示。1.投影仪的构造(1)镜头：凸透镜，起成像作用。(2)投影片：投影片上有文字或图案，相当于用来成像的物体。(3)螺纹透镜（聚光镜）：相当于凸透镜，其作用是会聚光，用来增加投影片的亮度。(4)光源：一般采用碘钨灯（比白炽灯亮得多）照亮投影片。(5)凹面镜：将光源发出的光会聚后射向螺纹透镜。(6)屏幕：相当于光屏，用来显示投影仪所成的像。2.投影仪成像的特点(1)投影片到镜头的距离小于镜头到屏幕的距离。(2)图案（文字）在屏幕上所成的像是倒立、放大的像。(3)像和投影片在镜头的两侧。(4)投影片离镜头越近，像到镜头的距离越大，屏幕上所成的像越大。3.投影仪的调节(1)使屏幕上的像变大的办法：减小物距，即减小投影片与镜头之间的距离，同时增大像距，即增大屏幕与镜头之间的距离。(2)使屏幕上的像变小的办法：增大物距，即增大投影片与镜头之间的距离，同时减小像距，即减小屏幕与镜头之间的距离。4.常用投影仪家用投影仪一般与计算机相连，计算机上的内容显示在透明液晶屏上（相当于投影片），用强光照射透明的液晶屏，使液晶屏上的图文通过透镜系统成像，最终将图文投射到幕布上，形成放大的图文。【典例2】25年春节档电影《哪吒2》以156亿票房登顶全球票房前五，在观看电影时有同学观察到电影放映机，于是他结合物理知识进行了分析。他认为放映机的镜头相当于（选填“凸透镜”或“凹透镜”），普通厅和巨幕厅画面大小不一样，他猜测应该是放映机与屏幕的距离了（选填“变小”或“变大”）。【答案】凸透镜变大【详解】[1]电影放映机成的是倒立、放大的实像，而凸透镜可以成倒立、放大的实像，凹透镜成正立、缩小的虚像，不能用于电影放映机成像，所以放映机的镜头相当于凸透镜。[2]根据凸透镜成像规律，物距减小，像距增大，像变大。在电影放映中，画面变大意味着像变大，像距（放映机与屏幕的距离）应该增大，所以普通厅和巨幕厅画面大小不一样，应该是放映机与屏幕的距离变大了。探究三、放大镜1.放大镜 放大镜实质上是一个短焦距的凸透镜。用放大镜看书上的字，观察有什么现象？并改变放大镜到字的距离，观察字的放大情况。把放大镜放在物体跟眼睛之间，适当调整距离，当物距小于放大镜焦距时，我们就能看清物体的细微之处。它是利用了凸透镜能成放大的虚像这一原理。2.放大镜的特点(1)使用时，物体离放大镜很近。(2)物体通过放大镜所成的像是一个正立、放大的像。(3)像和物体在放大镜的同侧。(4)在一定范围内，放大镜离物体越近，所成的像越小；放大镜离物体越远，所成的像越大。(5)若放大镜与物体的距离增大到一定程度，所成的像便消失了。3.放大镜的使用(1)使像变大的办法：让放大镜与物体之间的距离适当增大一些。(2)使像变小的办法：让放大镜与物体之间的距离适当减小一些。4.辨析比较：照相机、投影仪、放大镜照相机投影仪放大镜物镜距离远近最近镜像距离近远—像的特点倒立、缩小倒立、放大正立、放大物像位置透镜两侧透镜两侧透镜同侧物像变化物远像近像变小，物近像远像变大物近像近像变小，物远像远像变大【典例3】工匠师维护精密仪表时，在眼睛前戴一个凸透镜，便于观察仪表的细微之处，如图所示。(1)凸透镜起到的作用；(2)通过凸透镜看到的是仪表（填“正立”或“倒立”）的像，像的位置与仪表的位置在凸透镜的侧。【答案】(1)放大镜(2)正立同【详解】（1）中间厚两边薄的透镜叫凸透镜，工匠师维护精密仪表时，在眼睛前戴一个凸透镜，便于观察仪表的细微之处，凸透镜起到放大镜的作用。（2）[1][2]当凸透镜起放大镜作用时，物距应满足小于一倍焦距，成正立、放大的虚像，且物与像在凸透镜的同侧，即像的位置与仪表的位置在凸透镜的同侧。探究四、实像与虚像1.实像（1）实像（realimage）是来自物体的光会聚而成的，能呈现在光屏上。凸透镜所成的实像是由实际光线会聚而成的，能成在光屏上，物、像分别位于凸透镜的两侧，且实像是倒立的。（2）成实像的实例小孔成的像、照相机成像、投影仪成像、放映机成像。2.虚像（1）虚像由反射光线或折射光线的反向延长线相交而形成，不能呈现在光屏上。人眼逆着出射光线可以看到虚像。凸透镜成的虚像不是由实际光线会聚而成的，而是由折射光线的反向延长线相交而成的，不能用光屏承接。人眼逆着出射光线可看到虚像。（2）成虚像的实例平面镜成像、光的折射成的像、放大镜成的像。3.实像和虚像的区别【典例4】关于实像和虚像下列说法正确的是A．平面镜成虚像，凸透镜可成实像也可成虚像B．光的反射一定成虚像，光的折射一定成实像C．实像能在光屏上得到，虚像不能在光屏上得到D．平面镜成虚像，凸透镜一定成实像E.虚像也可以用光屏承接F.实像是实际光线会聚形成的G.针孔照相机和普通照相机一样，都是光线经折射后成倒立缩小的实像H.实像可以用照相机拍照，而虚像则不能I.实像和虚像都能用眼睛观察到【答案】ACFI【详解】AD．平面镜成像是由光的反射形成，成正立、等大的虚像；凸透镜根据物距像距不同，可成正立、放大的虚像，倒立等大、放大、缩小的实像，故A正确，D错误；B．光的反射一定成虚像，光的折射例如凸透镜成像也可成虚像，故B错误；CEF．实像是能量的聚集，是由实际光线会聚而成的，能用光屏承接，虚像不能用光屏承接，故CF正确，E错误；G．针孔照相机的原理是利用光沿直线传播成倒立的实像；普通照相机是光线经折射后成倒立缩小的实像，原理不一样，故G错误；H．虚像也能够用照相机拍照，例如平面镜中所成的像可以用照相机拍下来，故H错误；I．光现象成像中，无论实像还是虚像都有光线进入眼睛，都能够用眼睛观察到，故I正确。故选ACFI。【课堂总结】【课堂练习】1．小明假日外出游玩时，利用手机拍了一张石拱桥的照片，如图所示。以下说法正确的是（）A．石拱桥在水中呈现出倒影，说明平面镜有时候可以成倒立的像B．桥在水中的倒影，是由于光的折射现象形成的C．桥在手机的感光材料上成正立缩小的实像D．人靠近桥可使桥在手机上成的像大一些【答案】D【详解】A．物体在平面镜中成的是正立的虚像，石拱桥在水中呈现出倒影属于平面镜成像，石拱桥在水中的倒影是正立的像，故A错误；B．桥在水中的倒影属于平面镜成像，是光的反射形成的虚像，不是光的折射现象，故B错误；C．手机摄像头相当于凸透镜，桥在手机感光材料上成倒立、缩小的实像，故C错误；D．根据凸透镜成像规律，成实像时，物距减小，像距增大，像变大，人靠近桥，可使桥在手机上成的像大一些，故D正确。故选D。2．在练习使用凸透镜的过程中，小明同学观察到下图所示现象，下列光学器件的成像特点与该现象相同的是（）A．放大镜 B．照相机 C．投影仪 D．汽车的后视镜【答案】C【详解】由图可知，字经过凸透镜后成倒立、放大的像。A．放大镜是利用了凸透镜成正立、放大的像的规律，故A不符合题意；B．照相机是利用了凸透镜成倒立、缩小的像的规律，故B不符合题意；C．投影仪是利用了凸透镜成倒立、放大的像的规律，故C符合题意；D．汽车的后视镜是平面镜，平面镜成的是正立、等大的虚像，故D不符合题意。故选C。3．《哪吒2》打破了国产动画电影的天花板，也拓宽了全球观众对“中国故事”的想象边界。在电影院放映该影片时，下列说法正确的是（）A．电影放映机的镜头是凹透镜B．放映时屏幕应置于放映机镜头的二倍焦距内C．屏幕做的很粗糙是为了让光在屏幕上发生漫反射D．观影者看到屏幕上的画面是倒立放大的虚像【答案】C【详解】A．电影放映机的镜头是凸透镜，利用凸透镜成倒立、放大实像的原理工作，故A错误；B．电影放映机根据凸透镜成倒立、放大实像的原理，此时物距在一倍焦距和二倍焦距之间，像距（屏幕到镜头距离）大于二倍焦距，所以放映时屏幕应置于放映机镜头的二倍焦距外，故B错误；C．屏幕做的很粗糙，是为了让光在屏幕上发生漫反射，使各个方向的观众都能看到画面，故C正确；D．观影者看到屏幕上的画面是倒立、放大的实像（电影放映机成实像，实像能呈现在光屏上），故D错误。故选C。4．如图是小新用手机拍摄的西安钟楼的照片，手机的照相机镜头是透镜，该透镜对光线有（选填“会聚”或“发散”）作用，通过镜头在感光元件上所成的像是（选填“实像”或“虚像”）。手机画面上的色彩是由、绿、蓝三种色光混合而成。【答案】凸会聚实像红【详解】[1][2][3]手机的照相机镜头是一个凸透镜，对光线有会聚的作用，拍照时，物距大于二倍焦距，景物通过手机镜头成倒立、缩小的实像。[4]当太阳光经过三棱镜后，会分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，这是光的色散现象。在各种色光中，被称为三原色的是红、绿、蓝，手机画面上的色彩是由红、绿、蓝三种色光混合而成的。5．在一些公共场所，装在高处的投影灯照在地面上出现图案，其内部结构包括光源、图片、镜头等（如图所示）。从不同方向都能看到地面上的图案是由于光在地面发生了；调小镜头与图片之间的距离能让图案变（选填“大”或“小”）。【答案】漫反射大【详解】[1]从不同方向都能看到地面上的图案，是因为地面比较粗糙，光照射到地面上发生漫反射，反射光线向各个方向进入人的眼睛中。[2]根据凸透镜成实像时，物近像远像变大可知，调小镜头与图片的距离图案变大，物距减小，像距增大，像变大。6．如图所示，小明用凸透镜观看书本上“中国梦”三个字时的情况，如果他想看到更大的正立的“国”字，小明需要将凸透镜（选填“远离”或“靠近”）书本；清澈见底的池水看起来比实际的更（选填“深”或“浅”）原因是光的折射现象。【答案】远离浅【详解】[1]由图可知，课本上的字在凸透镜上成正立放大的虚像，要看到更大的字，由成虚像时，物远像远像变大可知，应将凸透镜远离课本。[2]池底反射的光线从水中斜射入空气，在水面发生折射，折射角大于入射角，折射光线远离法线，向水面偏折，人看到的池底是折射光线的反向延长线上的像，看到的是池底由光的折射形成的池底的虚像，像在池底实际位置的上方，因此看起来较浅。7．学完凸透镜成像规律后，某兴趣小组用焦距为10cm的凸透镜以及其他素材自制了照相机模型和投影仪模型：