导学案：四、透镜的应用（原卷版）

学而优教有方四、透镜的应用（导学案）【学习目标】1．了解照相机和眼球成像的原理；2．了解近视眼和远视眼的成因及矫正方法，养成保护视力的良好习惯；3．了解望远镜、显微镜的基本原理；了解望远镜的发展历程，体验科技对社会的影响。【学习重点】1．用凸透镜成像规律解析照相机、人眼、投影仪、放大镜的成像过程；2．用凸透镜成像规律解释生活设备的工作原理。【学习难点】1．照相机成像的调节、人眼视力矫正等复杂问题的分析；2．望远镜、显微镜的两级成像链条及视角放大概念。【自主预习】阅读教材，完成以下问题：1．照相机是利用凸透镜能成像的原理制成的。数码相机的相当于一个凸透镜，来自物体的光通过镜头成像在上。2．人的眼球像一架神奇的，晶状体相当于照相机的，视网膜相当于照相机的。来自物体的光通过晶状体成像于上，如图所示，视觉神经把信息传递给大脑，人就产生了。3．当我们看远处的物体时，晶状体比较，当看近处的物体时，晶状体变，对光的偏折能力变。4．近视眼在观察远处的物体时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜的。近视眼患者应该佩戴用制成的眼镜。5．远视眼只能看清远处的物体，看不清的物体。远视眼患者应该佩戴用制成的眼镜。6．眼镜的度数在数值上等于镜片焦距（以米为单位）倒数的倍。7．望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个。靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较，叫。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫做。8．用望远镜观察物体时，望远镜所成的像离我们的眼睛很近，增大了，因而通过望远镜能清楚地看到远处的物体。9．显微镜的物镜作用相当于，焦距很、被观察物体首先通过物镜成像，这个实像落在了目镜的；目镜的作用相当于一个，焦距较，把物镜形成的放大的实像再次放大，得到像。【探究新知】探究一、照相机与眼球（一）照相机的原理原理：照相机是利用凸透镜能成缩小实像的原理制成的。以现在最常用的数码相机为例，数码相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光通过镜头成像在感光器件上，如图所示，感光器件将光信号转换为电信号，可在显示屏上显示出来。（二）眼球的视物原理人的眼球像一架神奇的照相机，晶状体相当于照相机的镜头，视网膜相当于照相机的感光器件。来自物体的光通过晶状体成像于视网膜上，如图所示，视觉神经把信息传递给大脑，人就产生了视觉。（三）正常眼睛的调节（1）眼睛的调节方法眼睛通过睫状体改变晶状体的厚薄，来看清楚近处和远处的物体。当我们看远处的物体时，睫状体放松，晶状体比较薄，远处物体射来的光刚好会聚在视网膜上，眼睛可以看清远处的物体.当看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变厚，对光的偏折能力变大，近处物体射来的光会聚在视网膜上，眼睛就可以看清近处的物体.（2）远点、近点和明视距离①远点：眼睛的调节是有限度的，当睫状体完全松驰时，晶状体表面弯曲程度最小，此时晶状体最扁，能够看清的最远的极限点叫做远点。正常眼睛的远点在无限远处。②近点：当睫状体看近处物体时，晶状体变得最凸，表面弯曲程度最大，此时能看清的最近的极限点叫做近点。正常眼睛的近点在大约10cm处。③明视距离：正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离大约是25cm，这个距离叫做明视距离。（四）普通照相机与眼球的对比照相机眼球远离当物距大于二倍焦距时，凸透镜成倒立缩小的实像构造镜头（凸透镜）角膜和晶状体（凸透镜）光圈瞳孔胶片（光屏）视网膜（光屏）成像性质倒立缩小的实像调节作用焦距不变，当物距增大(或减小)时，减小(或增大)镜头到底片间的距离(像距)，使物体在底片上成清晰的像

像距不变，当物距减小(或增大)时，增大(或减小)晶状体的曲率以减小(或增大)焦距，使物体在视网膜上成清晰的像【例题1】人眼是一个高度精密的光学系统，下列围绕人眼的讨论，错误的是（）A．角膜和晶状体的共同作用相当于凸透镜B．视网膜相当于光屏C．来自物体的光会聚在视网膜上，形成一个正立的像D．眼球好像一架照相机，外界物体在视网膜上成的像是缩小的【例题2】如图所示，人眼的功能类似于照相机。人眼结构中，视网膜到晶状体的距离不变，人眼是通过调节晶状体的厚度，使远近不同物体的像都呈在视网膜上，人看近处物体，晶状体变（选填“厚”或“薄”）。时间长了眼睛容易疲劳，此时应适当远眺，使睫状体放松，晶状体焦距变，这样能舒缓眼疲劳，保护眼睛。探究二、视力的缺陷与矫正（一）活动3.6模拟探究近视眼的缺陷（1）模拟探究近视眼的缺陷【做一做】如图所示，将凸透镜看作眼球的晶状体、光屏看作视网膜，给“眼睛”戴上近视眼镜，使烛焰在“视网膜”上成像，并标出此时光屏的位置。移去近视眼镜，光屏上的像变得模糊了，这就是近视眼所看到的景象。移动光屏，使光屏上烛焰的像重新变清晰，标出光屏的位置。【说一说】近视眼看远处的物体时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜前方还是后方？由上述实验可知，近视眼在观察远处的物体时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜的前方。（2）近视眼的成因：近视眼的晶状体太厚，折光能力太强；或者眼球在前后方向上太长。使得来自远处的光会聚在视网膜前，到达视网膜时一个模糊的光斑，得不到清晰的像。（3）近视眼的矫正：矫正近视眼，应使眼睛的成像点后移，利用凹透镜的发散作用，使入射的光线先经凹透镜变得发散一些再射入眼睛，会聚点能够后移到视网膜上。所以近视眼患者应该佩戴用凹透镜制成的眼镜。（二）了解远视眼的缺陷（1）远视眼的特征：只能看清远处的物体，看不清近处的物体。（2）远视眼的成因：远视眼的晶状体太薄，折光能力太弱；或者眼球在前后方向上太短，来自近物的像成在视网膜的后面，在视网膜上形成一个模糊的光斑，人眼就只能看到模糊不清的物体。（3）远视眼的矫正：远视眼成像在视网膜之后，要矫正远视眼，应使会聚点前移，可以佩戴用凸透镜制成的眼镜。使入射的光线先经凸透镜变得会聚一些再射入眼睛，会聚点能够前移到视网膜上。（三）眼镜的度数眼镜的度数表示的是镜片（透镜）折光本领的大小。我们知道，近视或远视程度越严重，所配眼镜的度数越高。镜片的度数越高，焦距就越短，发散或会聚光的本领就越大。眼镜的度数在数值上等于镜片焦距（以米为单位）倒数的100倍。（度）远视镜片（凸透镜）度数为正，近视镜片（凹透镜）度数为负。例如：焦距为0.5m的远视镜片度数为200度，焦距为0.2m的近视镜片度数为-500度。【例题3】如图，小桃在做探究“凸透镜成像规律”实验时，把老师的眼镜放在蜡烛和凸透镜之间发现光屏上烛焰的像变模糊了；接着，她再将光屏靠近凸透镜，又能在光屏上看到烛焰清晰的像。关于老师的眼睛和眼镜的说法正确的是（）A．老师是近视眼，戴凸透镜B．老师是远视眼，戴凸透镜C．老师是近视眼，戴凹透镜 D．老师是远视眼，戴凹透镜【例题4】戴近视镜的小强发现其眼镜与爷爷的老花镜外观相同，为了区分它们，他把其中一副眼镜靠近物理课本，发现课本上的文字变大了，则说明这副眼镜是________（选填“近视镜”或“老花镜”）。若该眼镜的度数是200度，则该透镜的焦距为____m。【例题5】阅读下面的文章，完成文后的问题。我们平时看物体时，是通过睫状肌的伸缩调节晶状体的弯曲程度，从面改变晶状体的焦距，使远近不同的物体都能在视网膜上成清晰的像，如图是远近不同的物体在视网膜上成像的光路图。（1）调节晶状体的弯曲程度是帮助我们看清楚______；A．不同亮度的物体B．不同颜色的物体C．不同距离的物体D．不同形状的物体（2）我国中学生的近视情况日趋严重，分析图可知，近视眼的成因是长期观察近处物体，晶状体变厚，折光能力太强，远处的物体会成像在视网膜______，因此应该佩戴_____（选填“凸透镜”或“凹透镜”）进行矫正。探究三、望远镜和显微镜（一）望远镜1．望远镜的构造：望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较长，叫物镜。靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫做目镜。2．望远镜的原理：物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。目镜相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像。两次成像，先缩小，后放大。3．视角物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，这样的像应该是缩小的，为什么用望远镜观察物体时会感到像被放大了？原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要，视角越大，对物体观察越清楚。（1）视角：视角是指从物体两端向眼的光心引出的两条光线的夹角。如图所示，当远处的物体移近时，视角增大，因此能更清楚地看到物体。（2）望远镜对视角的放大：用望远镜观察物体时，望远镜所成的像离我们的眼睛很近，增大了视角，因而通过望远镜能清楚地看到远处的物体。4．光学天文望远镜的发展（1）伽利略望远镜：第一位把望远镜用于天文观测的是意大利物理学家伽利略。他用自制的望远镜观察天体，并以确凿的证据支持了哥白尼的“日心说”。伽利略制作的望远镜是用一块凸透镜作为物镜、用一块凹透镜作为目镜制成的，通常叫作伽利略望远镜。（2）开普勒望远镜：1611年，德国天文学家开普勒用两个凸透镜组成望远镜。这种望远镜更适宜于观察天体，通常称为开普勒望远镜。（3）反射式望远镜：1668年，牛顿用金属磨成的凹面镜代替凸透镜作为物镜，制成了第一架反射式望远镜，如图所示。由于这种望远镜可以使接收光的口径更大并能较好地消除色差，因此现代大型天文望远镜大多采用这种结构。（4）哈勃空间望远镜：1990年，哈勃空间望远镜被送入太空，它避免了大气层的干扰，将人们的视觉范围扩展到遥远的宇宙深处。（二）显微镜（1）显微镜的构造显微镜有两组位于镜筒两端的透镜——目镜、物镜组成，每组透镜的作用都相当于一个凸透镜。显微镜的主要结构及作用分别为：目镜靠近眼睛的凸透镜，焦距长，其作用相当于一个普通的放大镜物镜靠近被观察物体的凸透镜，焦距短，其作用相当于投影仪的镜头载物片承载被观察的物体反光镜增加光的强度，照亮被观察的物体（2）显微镜成像的基本原理①物镜：物镜的作用相当于投影仪的镜头，焦距很短、被观察物体首先通过物镜成倒立、放大的实像，这个实像落在了目镜的一倍焦距以内；②目镜：目镜的作用相当于一个放大镜，焦距较长，把物镜形成的放大的实像再次放大，得到正立、放大的虚像。③物体通过整个显微镜所成的像是：倒立、放大的虚像。（3）显微镜的放大倍数：微小的物体通过显微镜后被两次放大，因此，显微镜的放大倍数=物镜的放大倍数×目镜的放大倍数一般在镜头上标有“n×”字样，例如n=5，即为放大5倍。（4）显微镜的作用：显微镜可以用于观察细微的物体或物体上的细微部分。如植物细胞、金属结构、细菌等。（三）生活物理社会——南极巡天望远镜和月基光学望远镜（1）南极巡天望远镜南极巡天望远镜是我国自主研发的可远程遥控、无人值守运行的天文光学望远镜。它安装在位于南极大陆最高点冰穹A的昆仑站，包括三台通光口径为50cm的望远镜。冰穹A所处位置大气层透过率高、受大气湍流影响小，且全年有数月连续黑夜，因此它是地球上最理想的天文观测点之一。2017年，南极巡天望远镜克服极寒、暴风雪等恶劣天气，首次实现无人值守的越冬运行和连续观测，发现了大量高置信度的系外行星候选体，并于当年8月18—28日开展有效观测，成功追踪探测到国际上双中子星并合引力波事件的首例光学信号，为本次引力波的全球探测提供了重要观测数据。（2）月基光学望远镜我国在月球上的天文观测也取得突破性进展。月球上没有大气层，进行天文观测不受大气层干扰，且月球自转较慢，可利用望远镜对同一天体进行持续观测。因此，月球表面具有得天独厚的天文观测条件。2013年，我国“嫦娥三号”月球探测器成功发射并着陆月球表面，它携带的月基光学望远镜首次从月球观测太空，获得了大量第一手科学探测数据。月基光学望远镜实现了人类首次依托地外天体平台开展自主天文观测，使我国在恒星演化、高能天体等领域的研究水平得到进一步提高。月基光学望远镜的研制和运行，为人类在月球开展更复杂的重大天文观测奠定了良好基础。【例题6】如图所示是简易天文望远镜的内部结构示意图。下列说法正确的是（）A．远处的物体经过物镜成一个倒立、放大的像B．物镜和目镜成的像都是实像C．物镜所成的像落在目镜的一倍焦距以内D．目镜相当于投影仪【例题7】为了模拟探究显微镜的工作原理，小明在白纸上画上红色箭头，放在高约为15mm的透明塑料盒下方，在盒的上方滴上一滴水，如图甲所示，通过水滴（相当于凸透镜）可看到位于水滴下方红色箭头放大的像；将一个焦距为30cm的凸透镜放在水滴正上方，如图乙所示，保持凸透镜水平，调整凸透镜与水滴之间的距离，会看到箭头更大的像。关于该实验，下列说法中正确的是（）A．水滴模拟显微镜的目镜 B．箭头通过水滴成放大的实像C．水滴上方的凸透镜模拟显微镜的物镜 D．水滴上方的凸透镜和投影仪成像特点相同【课堂总结】四、透镜的应用【课堂练习】1．现代生活，智能手机给人们带来了许多便利，但长时间盯着手机屏幕，容易导致视力下降。如图所示，关于近视眼形成原因及其矫正的原理图正确的是（）A．③① B．②④ C．①③ D．②③2．“超级月亮”比正常时的月亮要大百分之二十，亮度也有所增加，某天文爱好者为了研究这一现象，于是架设一台天文望远镜做进一步观察，关于该望远镜，下列说法正确的是（）A．它的物镜和显微镜的物镜作用相同B．它的物镜相当于放大镜，用来把像放大C．它的物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成虚像D．它由两组透镜组成，靠近眼镜的为目镜，靠近被观测物体的为物镜3．人类借助于显微镜和天文望远镜看到了人眼所不及之处，实现了对微观世界