一、知识点梳理
（一） 透镜
1、透镜
(1)透镜:由透明材料磨制而成的,两个折射面都是球面,或一面是球面而另一面是平面的透明体,叫作透镜。
(2)凸透镜:中间厚、边缘薄的透镜叫作凸透镜,如照相机、幻灯机、放大镜、显微镜的镜头、远视镜片(也叫作老花镜)等。凸透镜对光线具有会聚作用,因此凸透镜又称为会聚透镜。如图5-1甲所示。
(3)凹透镜:中间薄、边缘厚的透镜叫作凹透镜。如防盜门上的猫眼、近视镜片等。凹透镜对光线具有发散作用,因此凹透镜又称为发散透镜。如图乙所示。
2、透镜的描述
(1)主光轴:通过两个球面球心的直线。简称主轴。
(2)光心:主光轴上的一个特殊点,透过它的光线的传播方向不变。
(3)焦点:如图5-2甲所示,凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点,这个点叫作凸透镜的焦点(用F表示)。
如图5-2乙所示,凹透镜能使跟主光轴平行的光线通过凹透镜折射后变得发散,且这些折射光线的反向延长线都交于一点,这一点叫作凹透镜的焦点(用F表示)。
(4)焦距:焦点到光心的距离叫作焦距(用字母f表)。如图所示。
3、透镜对光的作用
凸透镜对光有会聚作用,凹透镜对光有发散作用。
4、透镜中的三条特殊光线
(1)凸透镜的三个特殊光线(如图5-3甲)
①经过光心的光线传播方向不改变；
②与主光轴平行的光线经折射后过焦点；
③经过焦点的光线经折射后平行于主光轴。
(2)凹透镜的三条特殊光线(如图乙)
①经过光心的光线传播方向不改变；
②与主光轴平行的光线经折射后的反向延长线过虚焦点；
③射向虚焦点的光线经折射后平行于主光轴。
（二）生活中的透镜
1、照相机
(1)结构:如图所示。照相机由镜头、调焦环、光圈环、快门、胶片、取景窗组成。
(2)原理:照相机是利用凸透镜成缩小实像的原理来工作的。照相机的镜头相当于凸透镜,胶片相当于光屏,机壳相当于暗室。被拍照的物体到镜头的距离要大于2倍焦距才能在胶片上得到倒立、缩小的实像。
(3)调节:照相机根据需要成像的大小,先调节物距的大小,再调节像距的大小。
2、投影仪
(1)结构:投影仪由反光镜、光源、聚光镜(螺纹透镜)、凸透镜、平面镜等构成。如图所示。
(2)原理:投影仪的镜头相当于凸透镜,银幕相当于光屏。投影仪是利用凸透镜能成倒立放大的实像制成的。
3、放大镜
(1)原理:放大镜就是一个短焦距的凸透镜,是利用凸透镜能成正立、放大的虚像的原理制成的。
(2)使用规则:把要观察的物体放在离凸透镜的距离小于焦距的位置,眼睛通过放大镜就能看到正立、放大的虚像,物体在焦距以内越靠近焦点,像越大。
4、实像、虚像
实像:照相机和投影仪所成的像,是光通过凸透镜射出后会聚形成的,如果把感光胶片放在像的位置,就能记录下所成的像,这种像叫作实像。
虚像:平面镜、放大镜所成的像,不是由实际光线会聚而成的,这样的像叫作虚像。
（三）探究凸透镜成像规律
1、物距和像距
(1)物距:物体到凸透镜光心的距离,常用u表示。
(2)像距:像到凸透镜光心的距离,常用v表示。
2、实验探究:凸透镜成像的规律
(1)提出问题:照相机、投影仪、放大镜都是利用凸透镜来工作的,为什么同样是凸透镜,所成像的虚实、大小、倒正不同?
(2)猜想或假设:照相机、投影仪、放大镜改变的是到凸透镜的物距,可得到不同的像,于是猜想:凸透镜成像情况与物距和像距有一定关系。
(3)实验步骤:
①将点燃的蜡烛、透镜、光屏依次安放在光具座上,调整烛焰的中心、透镜的光心、光屏的中心使其在同一高度。
②调节蜡烛到透镜间的距离,使u>2f,左右移动光屏,直到在光屏上能够看到烛焰清晰的像,记下此时的物距和像距。
③调节蜡烛到透镜间的距离,使f<u<2f,左右移动光屏,直到在光屏上能够看到烛焰清晰的像,记下此时的物距和像距。
④调节第蜡烛到透镜间的距离,使u<f,左右移动光屏,成不了像,在光屏一侧透过透镜观察成像。
⑤根据实验总结凸透镜成像的规律。
(4)实验结论:凸透镜成像的规律见下表。
（四）眼睛和眼镜
1、眼睛
(1)结构:如图所示,角膜和晶状体的共同作用相当于一个凸透镜,它把来自物体的光会聚在视网膜上,形成物体的像；虹膜能调节瞳孔的大小,控制进入眼睛的光的数量；睫状体起到改变晶状体的形状,从而改变晶状体的焦距的作用。
(2)眼球的调节:光通过晶状体和角膜会聚在视网膜上,视网膜上的视神经细胞把这个信号传输给大脑，就看到了物体。眼睛通过睫状体来改变晶状体的形状：
①看远处物体时,睫状体放松,晶状体变薄,光刚好会聚在视网膜上,如图甲所示。
②看近处物体时,睫状体收缩,晶状体变厚,对光的偏折能力变大,近处射来的光线刚好会聚在视网膜上,眼睛就可以看清近处的物体,如图乙所示。
2、近视眼及其矫正
(1)特点:近视眼只能看清近处的物体,看不清远处的物体。
(2)形成原因:晶状体变凸,折光能力变强,来自远处某点的光会聚在视网膜前,到达视网膜时,是一个模糊的光斑,如图甲所示。
(3)矫正方法:利用凹透镜使光线发散,在眼睛前面放一个凹透镜,就能使远方物体在视网膜上成像,如图5-8乙所示。
3、远视眼及其矫正
(1)特点:只能看清远处的物体,看不清近处的物体。
(2)形成原因:晶状体太薄,折光能力变弱,来自近处的光还没有会聚就到达视网膜上了,视网膜上形成一个模糊的光斑,如图甲所示。
(3)矫正方法:利用凸透镜使光线会聚,在眼睛前面放一个凸透镜,就能使近处物体在视网膜上成像,如图乙所示。
（五）显微镜和望远镜
1、显微镜
(1)结构
物镜:靠近物体一侧的透镜组,相当于一个凸透镜,f<u<2f时,成倒立、放大的实像,且v>2f。
目镜:靠近眼睛一侧的透镜组,相当于一个凸透镜,u<f时,成正立、放大的虚像,可直接用眼看到。
反光镜:分平面镜和凹面镜两个面。
载物片:装载被观察的物体。
(2)原理:被观察的物体放在物镜的1倍焦距到2倍焦距之间,由物镜成一个倒立、放大的实像,实像刚好落在目镜的焦点以内；再由目镜成一个正立、放大的虚像,经过两次放大后,眼睛就能通过显微镜观察到物体的细微部分。
(3)作用:用来观察细微物体或物体的细微部分。
2、望远镜
(1)结构。
物镜:焦距大,u>2f,v≈f,像在焦点外侧成倒立缩小的实像,口径尺寸大,便于会聚更多的光线,使成像更明亮。
目镜:焦距小,u<f,成正立、放大的虚像,以物镜成的实像为物体,进行第二次成像。
(2)原理:如图所示,望远镜的物镜和目镜的主光轴重合,相邻一侧的焦点F1与F2重合。遥远的天体AB到物镜的距离远大于物镜焦距的2倍,由凸透镜的成像规律知,AB的像A'B'到物镜的距离稍大于物镜的焦距,到目镜的距离稍小于目镜的焦距,所以通过目镜会看到A'B'的放大的像。
(3)作用:用来观察远距离的物体。
3、视角
一个物体能不能被看清楚,与物体在视网膜上所成的像的大小有关。视网膜上的像越大,受到刺激的感光细胞越多,眼对物体的细微部分分辨得就越清楚。视网膜上像的大小取决于物体对眼的光心所张的角的大小,被观察的物体两端到人眼光心所夹的角叫作视角。
二、主要考点梳理
（一）透镜
1、在中考中经常考查透镜对光线的会聚作用,以选择题和作图题出现。
2、考查凸透镜的三条特殊光线：
(1)平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将通过焦点；
(2)过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴；
(3)通过光心的光线的传播方向不变。
题型多以作图题为主。
（二）生活中的透镜
主要考查照相机和幻灯机的调节,多以选择题的形式出现在中考试题中。
三、凸透镜成像的规律
从上表可以看出,凸透镜成像规律可以这样记忆:
一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小,物近像远像变大。
意思是说:
- 一倍焦距是成实像和虚像的分界点,当物距大于一倍焦距时,凸透镜始终成的是实像；
- 当物距小于一倍焦距时,凸透镜始终成的是虚像。
- 二倍焦距是成放大实像和缩小实像的分界点。
- 当物距大于两倍焦距时成缩小的实像,在一倍焦距和两倍焦距之间时,成放大的实像。
- 当凸透镜成实像时,如果物距减小,那么像距会增大,同时像也会变大。
（四）眼睛和眼镜
人的眼睛是一架焦距可变的精密的照相机。
正常情况下,人眼看近处和远处的物体都可以调节。
近视眼是由于眼睛的晶状体变厚或者眼球的前后径过长,不能看清远处的物体,必须戴凹透镜矫正；
远视眼是由于眼睛的晶状体变薄或者眼球的前后径过短,不能看清近处的物体,必须戴凸透镜矫正。
（五）显微镜和望远镜
显微镜的目镜和物镜都是凸透镜,其中物镜相当于一个投影仪,目镜就是一个普通的放大镜。
望远镜的目镜和物镜都是凸透镜,其中物镜相当于一架照相机,目镜就是一个普通的放大镜。
三、经典题型解析
题1：烛焰通过凸透镜恰好在光屏上得到一个放大的像,若保持凸透镜位置不变,把烛焰和光屏位置对调一下,则（ ）。
A.光屏上仍能成一个放大的像
B.光屏上能成一个缩小的像
C.光屏上不能成像,但通过透镜能看到
D.光屏上没有像,需要重新调整光屏位置才能有像呈现在光屏上
解答：B
技巧提示：
由凸透镜成像规律可知:物体位于一倍焦距和二倍焦距之间,像必处于二倍焦距以外,是倒立、放大的实像；物体位于二倍焦距之外,像必位于一倍焦距和二倍焦距之间,是倒立、缩小的实像。
通过本题加深学生对凸透镜成像规律与光路可逆性的理解,提高解题能力。
题2：小明同学获得了一个凸透镜,他不知道凸透镜的焦距是多少,于是通过两个实验,成功地知道了这个凸透镜的焦距,以下是他做实验时的截图,如图所示,你能知道他是如何测定的吗？
解答：①将凸透镜正对着太阳光(平行光),当纸上出现最小最亮的光斑时,光斑到凸透镜的中心的距离就是焦距；
②利用光具座进行实验时,当屏上出现与蜡烛等大的像时,则像距等于物距,此时像距与物距是焦距的两倍。
技巧提示：
用自然光源和人造光源估测凸透镜的焦距是同学们必须掌握的一种基本实验技能。
题3：某校同学在学习了眼睛和眼镜内容后,想通过实验探究近视眼的形成原因。他们选择了如下器材:蜡烛、用薄膜充入水后制成水凸透镜(与注射器相连，注射器里有少量水)、光屏等。水凸透镜的厚薄可以通过注射器注入、吸取水的多少来调节。其装置如图所示。
(1)在此实验装置中,相当于人眼球中的晶状体,相当于人眼球中的视网膜。
(2)请你用此实验装置探究近视眼的成因,要求写出实验过程。
解答：
(1)水凸透镜,光屏。
(2)按图5-12所示,将蜡烛、水凸透镜、光屏依次放在光具座上,保持蜡烛烛焰、水凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度上,调节水凸透镜的位置使蜡烛烛焰在光屏上成清晰的像；向水凸透镜中注水,使晶状体变厚,将观察到光屏上所成蜡烛烛焰的像变得不清晰,此时将蜡烛向水凸透镜靠近,观察到光屏上会再次岀现清晰的像。
技巧提示：
本题巧妙地利用水凸透镜很方便地改变凸透镜的厚薄程度,从而改变了它的焦距,这样模拟近视眼的成因就很容易操作了。本题考查学生动手操作实验的能力并能合理解决实验中出现的问题。
题4：人的眼睛像一架神奇的照相机,晶状体相当于凸透镜,视网膜相当于胶片,通过晶状体的调节将远近不同的物体成像在视网膜上。如图所示是不同位置处的两个物体的成像示意图,由图得出:眼睛看近处的物体时,晶状体的焦距 (选填“变大”“变小”或“不变”),人眼若长期观察近处物体，会造成晶状体过度弯曲,当他看远处物体时,像会成在视网膜的前方,应戴 透镜制成的眼镜加以矫正。
解答：变小，凹
技巧提示：
根据图中,远近不同的物体经晶状体(相当于凸透镜)成像在视网膜上的情况可知，物体离人越近,眼睛的晶状体凸得越厉害,晶状体的焦距将变小。当人眼看远处物体时,像成在视网膜的前方,造成近视眼,应戴凹透镜制成的眼镜加以矫正。
