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专题05 透镜及其应用
一、思维导图
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二、新课标要求
2.3.5 了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。探究并了解凸透镜成像的规律。了
解凸透镜成像规律的应用。
1.3.3 了解人类探索太阳系及宇宙的大致历程，知道人类对宇宙的探索将不断深入，关注人类探
索宇宙的一些重大活动。
三、知识梳理与典例
一、透镜
1. 凸透镜和凹透镜
（1）凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜；
（2）凹透镜：中间薄，边缘厚的透镜叫凹透镜；
凸透镜 凹透镜
（3）薄透镜：若透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫薄透镜。
2. 主光轴和光心
（1）主光轴：透镜上通过两个球面球心的直线叫主光轴，简称主轴。如图的点划线CC＇。
凸透镜的主光轴和光心 凹透镜的主光轴和光心
（2）光心：主光轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，叫做透镜的光心O。
二、透镜对光的作用
1. 凸透镜对光有会聚作用，又叫会聚透镜。
凸透镜对光有会聚作用，不是指光经凸透镜后一定会聚在一点上，而是指光经凸透镜折射后，折
射光线向主光轴偏折，如图所示。
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甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束
2. 凹透镜对光有发散作用，又叫发散透镜。
凹透镜对光有发散作用，是指光经凹透镜折射后，折射光线偏离主光轴，经凹透镜折射后的光线
也可能相交于一点，如图所示。
甲 平行光束 乙 发散光束 丙 会聚光束
三、焦点、焦距及三条特殊光线
1. 凸透镜的焦点和焦距
（1）焦点：凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫做焦点，用F表示。
（2）焦距：焦点到光心的距离叫做焦距，用f表示。
（3）凸透镜有2 个焦点，并且关于光心对称。
（4）凸透镜焦距的意义：凸透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短，凸透镜表面越凸，焦距
越小，对光的会聚作用越强（选填“强”或“弱”）。
凸透镜的焦点和焦距 利用阳光测量凸透镜的焦距
（5）粗略测量凸透镜焦距的方法——平行光聚焦法
如图所示，将凸透镜正对着太阳光（可看成是平行光），再拿一张纸放在它的另一侧，来回移动，
直到纸上的光斑最小、最亮，测量这个光斑到凸透镜光心的距离，即为该凸透镜的焦距。
2. 凹透镜的焦点和焦距
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（1）焦点：平行于主光轴的光线通过凹透镜后发散，发散光线的反向延长线相交于主光轴上，叫
凹透镜的焦点。它不是实际光线的会聚点，凹透镜有2 个焦点，关于光心对称。
（2）焦距：焦点到凹透镜光心的距离叫做焦距。凹透镜焦距的大小表示对光发散能力的强弱，焦
距越小，对光的发散能力越强（选填“强”或“弱”）。
凹透镜的焦点和焦距
3. 透镜的三条特殊光线
（1）凸透镜的三条特殊光线
①通过凸透镜光心的光线传播方向不发生改变，如图甲；
②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点，如图乙；
③经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴，如图丙。
甲 乙 丙
（2）凹透镜的三条特殊光线：
①通过凹透镜光心的光线传播方向不发生改变，如图甲；
②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后发散，发散光线的反向延长线通过焦点，如图乙；
③射向凹透镜焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴射出，如图丙。
甲 乙 丙
【例题1】在如图所示的光路图中，分别填入合适的透镜。其中应选择凹透镜是（ ）
A．甲、乙 B．丙、丁 C．甲、丁 D．乙、丙
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【答案】C
【详解】甲丁：图中的折射光线相对于入射光线是发散的，所以是凹透镜；乙丙：图中的折射光
线相对于入射光线是会聚的，所以是凸透镜。故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。
【例题2】如图，凸透镜的焦点为F，光心为O。
①在图中画出S点发出的光线a经过透镜光心后的光线。
②S点发出的一条光线经过透镜后与主光轴平行，在图中画出上述光路。
【答案】见右图。
【详解】过光心的光线，经透镜后传播方向不改变，如图。S点发出的一条光线经过透镜后与主光
轴平行，故它的入射光线一定过焦点，如图。
【例题3】某同学要测量凸透镜的焦距，他把凸透镜正对着太阳光，把一张白纸放在凸透镜的另一
侧，改变凸透镜与纸之间的距离，直到纸上的光斑变得最小、最亮，如图所示．此时光斑与凸透镜光
心之间的距离就是该凸透镜的焦距．
（1）使凸透镜正对太阳光的目的是什么？
（2）如果没有仔细调节白纸与凸透镜之间的距离，纸上的光斑就不是最小，此时测出光斑到凸透
镜中心的距离为L，则凸透镜的焦距（ ）
A．一定小于L B．一定大于L C． 一定等于L D．可能大于L，也可能小于L
（3）按一个扁平一些的凸透镜做该实验，测出的焦距比原来凸透镜的焦距 一些．
【答案】（1）粗略测量凸透镜的焦距；（2）D；（3）长.
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【详解】（1）图中，太阳光汇聚的一点是凸透镜的焦点，测量出焦点到凸透镜的距离即为凸透镜
的焦距．
（2）凸透镜正对阳光，光线平行于凸透镜的主光轴，经凸透镜会聚在主光轴上最小、最亮的点，
该点是凸透镜的焦点。在焦点左右的光点不是最小最亮的，测量的焦距偏大或偏小，如下图：
当测量距离为L时，焦距可能大于L，也可能小于L，故选D.
（3）扁平的凸透镜薄度较小，折光能力较弱，焦距较长．
四、照相机
1．照相机的主要结构及作用
（1）镜头：由一组透镜组成，相当于一个凸透镜，起到成像作用。
（1）胶片：相当于涂有感光材料的光屏。
（3）快门：控制曝光时间。
（4）光圈： 控制进光量的多少.
（5）调焦环：调节镜头到胶片间的距离，即调节像距（选填“物距”或“像距”）。
照相机结构示意图 照相机原理示意图
2. 照相机的成像原理
来自物体的光经过镜头后会聚在胶片上，形成被照物体的像。物体到镜头的距离远远大于（大
于/小于）镜头的焦距，在胶卷上得到倒立、缩小的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正
立”、“实像/虚像”）。
3. 照相机的成像特点
（1）照相机成缩小、倒立的实像。
（2）像距小于物距（选填“大于”或“小于”）。。
（3）像与物体位于凸透镜的异侧（选填“同”或“异”）。
（4）物距、像距及像的大小变化规律：物远像近像变小；物近像远像变大（均选填“小”或
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“大”）。
4．照相机的调节
为使远近不同的景物在胶片上都能形成清晰的像，需要旋转镜头上的“调焦环”，调节镜头到胶
片的距离。拍摄远处景物时，镜头往后缩，离胶片近（选填“远”或“近”）一些，此时的像比较小。
拍摄近处景物时，镜头往前伸，离胶片远一些，此时的像会变大（选填“大”或“小”）一些。
照相机的调节示意图 自制模型照相机
5. 自制模型照相机
（1）制作方法（见上右图）：用两个粗细相近的纸筒，使一个纸筒刚好能套入另一个，并能前后
滑动（如图），将大纸筒的一端嵌上一个焦距为5～10cm的凸透镜，另一个纸筒的一端蒙上一层半透
明纸，把两个纸筒套在一起，就做成了一个模型照相机。
（2）成像特点：模型照相机成的是倒立、缩小的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正
立”、“实像/虚像”）；物体离镜头越近，像越大，离镜头越远。
6. 照相机的应用
（1）数码相机：用电荷耦合器件代替胶片，把光信号转换成电信号，记录物体的像。
（2）摄像机，摄像头，电子眼，扫码支付，刷脸识别等都是利用了照相机成像的特点。
五、投影仪
1.投影仪的主要构造及各部分的作用
由凸透镜（镜头）、灯泡、投影片、平面镜、屏幕等组成（如下图所示）。
（1）镜头：是一个凸透镜，起成像作用。
（2）螺纹透镜：相当于凸透镜，作用是会聚光，增加投影片的亮度。
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（3）反光镜（平面镜）：改变光的传播方向，使光集中向一个方向射出，使屏幕上像较亮。
（4）屏幕：相当于光屏，承接像。
2. 投影仪的成像原理
是利用了凸透镜成放大、倒立、的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”、“实
像/虚像”）。
3. 投影仪成像的特点
（1）投影仪成放大、倒立的实像（填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”）。
（2）物距小于像距（选填“大于”或“小于”）。
（3）像与物体位于凸透镜的异侧（选填“同”或“异”）。
4．投影仪的调节
（1）要使屏幕上的图像大些，胶片靠近镜头，同时投影仪远离屏幕；要使屏幕上的像小些，胶片
远离镜头，同时投影仪靠近屏幕（以上均选填“远离”或“靠近”）。
（2）为了在屏幕上成正立的像，要把胶片倒放（选填“倒放”或“正放”）。
六、放大镜
1. 放大镜的成像原理
是利用了凸透镜能成放大的虚（虚/实）像这一原理。放大镜实际是一个短焦距的凸透镜。
放大镜成像示意图
2. 放大镜的成像特点
（1）放大镜成放大、正立的 虚 像 （填像的性质：“放大/缩小”、“倒立/正立”）。
（2）像距大于物距（选填“大于”或“小于”）。
（3）像与物体位于凸透镜的同侧（选填“同侧”或“异侧”）。
3. 放大镜的调节
使像变大时，让放大镜与物体之间的距离适当增大些。使像变小时，让放大镜与物体之间的距离
适当减小些（选填“增大”或“减小”）。
4. 生活中的放大镜
（1）鱼缸：相当于放大镜，看到的“鱼”比实际的大。
（2）小水滴：由于张力作用，形成半圆形，相当于放大镜，看到的物体比实际的大。
（3）体温计的直管：体温计的直管做得很细，而且水银是银白色的，很难看清楚液柱的高度。把
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玻璃外壁做成三棱柱的样子，从侧面看过去，相当于凸透镜，起到放大的作用。
七、实像和虚像
1. 实像：由实际光线会聚而成的像叫实像。实像可用（选填“可用”或“不可用”）光屏承接，
也可以用眼睛直接观察。例如照相机和投影仪所成的像是实像，小孔成的像也是实像。
2. 虚像：不是实际光线会聚而成，是实际光线的反向延长线相交而成。虚像只能用眼睛观察，不
可用（选填“可用”或“不可用”）光屏承接。例如放大镜所成的像是虚像，平面镜成的像也是虚像。
【例题4】图为投影式电子白板，它利用投影机将画面投影到屏幕上，投影机的镜头相当于一个凸
透镜，下列说法正确的是（ ）
A．投影机的镜头与近视眼镜为同一种透镜
B．光经投影机的镜头成像利用的是光的折射
C．画面经投影机镜头成的是正立放大的虚像
D．屏幕上的丰富色彩由红、白、蓝三种色光混合而成
【答案】B
【详解】A．投影机的镜头是凸透镜，近视眼镜是凹透镜，故是不同的透镜，故A错误；
B．光经投影机的镜头成像利用的是光的折射，光经过透镜发生折射，故B正确；
C．画面经投影机镜头成的是倒立的放大的实像，故C错误；
D．屏幕上的丰富色彩由红、绿、蓝三种色光混合而成，故D错误。故选B。
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【例题5】如图所示，投影仪是教学中常用的设备，下面关于投影仪的叙述中不正确的是（ ）
A．平面镜的作用是改变光的传播方向
B．屏幕表面粗糙，有利于光发生漫反射
C．物体在屏幕上所成的像是一个放大的虚像
D．若使屏幕上的像变大，应使凸透镜靠近投影片
【答案】C
【详解】A．投影仪中的平面镜可以将透镜会聚的光反射到屏幕上，起到改变光的传播方向的作用，
故A正确，A不符合题意；
B．屏幕做的粗糙，这样光可以在其表面发生漫反射，能够让各个方向的人看到屏幕上的像，故B
正确，B不符合题意；
C．投影仪的镜头是一个凸透镜，物距在焦距和二倍焦距之间时，在屏幕上所成的像为倒立、放大
的实像，故C错误，C符合题意。
D．若使屏幕上的像变大，根据凸透镜成实像的规律可知，应减小物距，则应使镜头靠近投影片，
故D正确，D不符合题意。故选C。
【例题6】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
【答案】D
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【详解】ABCD．盒盖处安装凸透镜，盒底处有昆虫标本，要使凸透镜作放大镜使用时，物距必须
小于焦距，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。
八、凸透镜成像的规律
1. 相关概念
（1）物距u：物体到透镜光心的距离，如图所示。
（2）像距v：像到透镜光心的距离，如图所示。
（3）焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
2. 凸透镜成像的规律
物与像 光屏能
物距u 像的性质 像距v
的位置 否承接
u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能
u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能
f2f 能
u＝f 不成像
uu 不能
记忆口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，物近（离焦点）像远像变大；虚像（与物）同侧正，
实像异侧倒，像物相互跟着跑。
3. 凸透镜成像规律的应用
（1）照相机
照相机成像原理：物距大于二倍焦距，即u＞2f 时，成倒立、缩小的实像，像距 f＜v＜2f。成像
光路图：
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（2）投影仪
投影仪成像原理：物距大于二倍焦距小于一倍焦距，即f＜u＜2f 时，成倒立、放大的实像，像距
v >2f。成像光路图：
（3）放大镜
放大镜成像原理：物距小于焦距，即uu >f，成倒立、放大的实像，故C正确；
D．当u=35cm时，u>2f，成倒立、缩小的实像，2f>v>f，故D错误。
故选C。
【例题8】在“探究凸透镜成像的规律”时，将点燃的蜡烛放在距凸透镜30cm处，在透镜另一侧
距离透镜16cm处的光屏上得到烛焰清晰的像．则下列相关说法正确的是（ ）
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①光屏上成倒立、放大的实像
②照相机是利用这一成像原理工作的
③该透镜的焦距f一定满足8cm＜f＜15cm
④将近视镜片放在蜡烛和凸透镜之间，要使光屏上出现清晰的像，光屏应靠近透镜
A．只有①和③ B．只有②和④ C．只有②和③ D．只有①和④
【答案】C
【详解】根据凸透镜成像的规律分析：
①将点燃的蜡烛放在距凸透镜30cm处，在透镜另一侧距离透镜16cm处的光屏上得到烛焰清晰的
像，即物距大于像距，所以成倒立缩小的实像，故①错误；
②照相机就是利用凸透镜成倒立缩小的实像的原理制成的，故②正确；
③凸透镜成倒立缩小的实像时，物距大于二倍焦距，即30cm＞2f，得f＜15cm；
像距为一倍到二倍焦距之间，即f＜16cm＜2f，得：f＞8cm，f＜16cm；
综合以上条件得：8cm＜f＜15cm，故③正确；
④将近视镜片，即凹透镜放在蜡烛和凸透镜之间，由于凹透镜对光线有发散作用，所以像将远离
凸透镜，所以要使光屏上出现清晰的像，光屏应远离透镜，故④错误；
故选C．
【例题9】（多选题）小探究“凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、凸透镜和光屏在光具座上的位
置如图所示，此时在光屏上得到烛焰清晰的像。下列说法正确的是（ ）
A．投影仪应用了该次实验的成像规律
B．照相机应用了该次实验的成像规律
C．要在光屏上得到更大的清晰像，需将蜡烛靠近透镜，光屏远离透镜
D．要在光屏上得到更大的清晰像，需将蜡烛靠近透镜，光屏靠近透镜
【答案】BC
【详解】AB．由图中可知，此时物距大于像距，故由凸透镜的成像规律可知，此时成倒立、缩小
的实像，故照相机应用了该次实验的成像规律，故A错误，B正确；
CD．要在光屏上得到更大的清晰像，则由“物近像远像变大”可知，应减小物距，增大像距，即
需将蜡烛靠近透镜，光屏远离透镜，故C正确，D错误。故选BC。
九、眼睛
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1. 眼球的主要结构及各部分作用
主要由角膜、晶状体、瞳孔、虹膜、睫状体、玻璃体、视网膜等组成。
①晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜；
②视网膜相当于照相机的胶片；
③睫状体可以改变晶状体的形状（改变焦距）；
④瞳孔相当于照相机的光圈。
2. 眼睛的视物原理
人的眼球好像一架照相机，眼睛观看物体时，物距大于2 倍焦距，物体发出或反射的光进入人眼，
经晶状体和角膜折射后，在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。视网膜上感光细胞受到光的刺激，
视神经把这个信号传输给大脑，大脑将倒立图像处理后翻转过来，就看到了物体。
3. 眼睛的调节
（1）正常眼睛的调节
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。
①当看远处的物体时，睫状体放松，晶状体比较薄（选填“薄”或“厚”），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。
②当看近处的物体时，睫状体收缩，晶状体变厚（选填“薄”或“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
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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，这个距离叫明视距离。
预防近视眼的措施之一，就是读写时眼睛与书本的距离应保持在25 cm左右。
十、近、远视眼及其矫正
1. 近视眼及其矫正
（1）近视眼的特征：近视眼只能看清近处的物体，看不清远处的物体。
（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，如图甲所示。
（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，如
图乙所示。
2. 远视眼及其矫正
（1）远视眼的特征：远视眼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，如图甲所示。 （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
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入射光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，如图乙所示。
十一、眼镜的度数
1. 透镜焦度
透镜焦距 f 的长短标志着折光本领的大小。焦距越短，折光本领越大，通常把透镜焦距的倒数叫
做透镜焦度，用Φ表示。
1
透镜焦度：Φ= ，单位：m-1
f
2. 眼镜度数
①眼镜片的度数，就是镜片的透镜焦度乘100 的值。
100
眼镜度数：100Φ= ，单位：度。
f
②远视镜片的度数用正数表示，近视镜片的度数用负数表示。
【例题10】如图所示，当我们看远处物体时，远处物体的光线正好聚焦在视网膜上。当我们从看
远处物体改为看近处物体时（一般不小于10cm），为了使近处物体成像在视网膜上，晶状体凸度和焦
距的变化情况分别是（ ）
A．晶状体凸度变大，焦距变短 B．晶状体凸度变大，焦距变长
C．晶状体凸度变小，焦距变短 D．晶状体凸度变小，焦距变长
【答案】A
【详解】当我们看远处物体时，远处物体的光线正好聚焦在视网膜上，当我们从看远处物体改为
看近处物体时，物距减小，若晶状体的凸度和焦距不变，根据凸透镜成像规律可知，此时像距会变大，
则成像在视网膜之后。为了使近处物体所成的像前移到视网膜上，应将通过晶状体的光线更加会聚，
所以晶状体的凸度要变大，使焦距变短。故选A。
【例题11】如图是近视眼及其矫正的光路图，下列说法不正确的是（ ）
A．近视眼的成像原理和小孔成像的原理相同
B．近视眼看远处的物体，像成于视网膜前
C．近视眼用凹透镜矫正
D．为预防近视，读写时眼睛与书本的距离应保持在25cm左右
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【答案】A
【详解】A．晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜，眼睛成像利用了凸透镜的成像原理，而
小孔成像利用光的直线传播，二者原理不同，故A错误，符合题意；
B．近视眼晶状体折光能力强或眼球前后径过长，看不清远处的物体，远处物体的像成于视网膜前，
故B正确，不符合题意；
C．凹透镜对光线有发散作用，可以使光线延后成像，正好成在视网膜上，近视眼用凹透镜矫正，
故C正确，不符合题意；
D．为预防近视，应养成良好的用眼习惯，读写时眼睛与书本的距离应保持在25cm左右，故D正
确，不符合题意。故选A。
十二、显微镜
1.显微镜的构造：主要由物镜、目镜、载物台、反光镜等组成。
（1）物镜：靠近被观察物体的凸透镜，焦距短，相当于投影仪的镜头。
（2）目镜：靠近被观察物体的凸透镜，焦距长，相当于一个普通的放大镜。
（3）载物台：承载被观察物体。
（4）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
显微镜示意图 显微镜成像光路图
（1）物镜：物镜的作用相当于投影仪的镜头，被观察物体AB首先通过物镜成倒立、放大的实像
AB（填像的性质），这个实像落在了目镜的一倍焦距以内；
1 1
（2）目镜：目镜的作用相当于一个放大镜，把物镜形成的放大的实像AB 再次放大，得到正立、
1 1
放大的虚像AB（填像的性质）。
2 2
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（3）物体通过整个显微镜所成的像是：倒立、放大的虚像（填像的性质）。
（4）显微镜的成像光路图（见上图）。
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. 显微镜的应用
显微镜通过物镜和目镜的两次放大，成倒立、放大的虚像，使我们能观察到肉眼无法看清的细微
物体。可利用显微镜观察到细胞的结构，如细胞质、细胞核、细胞膜等。
十三、望远镜
1.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。
望远镜示意图 望远镜成像光路图
（2）望远镜的原理
①物镜：相当于照相机的镜头，远处的物体AB通过物镜在焦点附近成倒立、缩小的实像A′B′，这
个像处于目镜的 1 倍焦距 以内。
②目镜：相当于放大镜，把物镜所成的像A′B′再放大一次，成正立、放大的虚像A"B"。两次成像，
先缩小，后放大（选填“缩小”或“放大”）。
2．视角
（1）视角的概念
从眼睛的中心向物体两端所引的两条直线的夹角。
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（2）影响视角的因素
①视角与物体大小有关。物体到眼睛的距离一定时，大物体的视角大，小物体的视角小。
②视角与离物体远近有关。物体大小一定时，看近处的物体视角大，看远处的物体视角小。
（3）望远镜对视角的放大
望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，
视角就可以变得很大。
望远镜物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像更加明亮，
这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大，以便观测到更暗
的星。
3. 模拟望远镜
模拟望远镜
（1）用一个凸透镜（焦距较大）观察窗外远处的物体，成 倒立 、 缩小 的实像。
（2）再用另一个凸透镜（焦距较小）观察上面得到的物体的像，成 倒立 、 放大 的虚像，远处的物
体看上去放大了。
（3）两凸透镜的位置对调后，远处的物体看上去缩小了。
十四、探索宇宙
1. 使用望远镜探索宇宙的历程
（1）伽利略望远镜
意大利天文学家、物理学家伽利略是第一位把望远镜指向天空的人。1609年伽利略用自制的望远
镜观察天体，以确凿的证据支持了哥白尼的“日心说”。第一个观测到了木星的卫星、太阳黑子和月
球上的环形山。
（2）“海王星”的发现
1846年，科学家根据牛顿发现的万有引力定律，猜想天王星外还存在一颗未知的行星。不久，人
们用望远镜在预测的位置发现了这颗行星，它被命名为“海王星”。
（3）哈勃太空望远镜
为改进对星体的观察，1990年美国向太空发射了一台望远镜，叫哈勃太空望远镜，可以排除大气
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层的干扰，使人类观测宇宙的能力空前提高。
伽利略望远镜 哈勃太空望远镜
（4）射电望远镜
除光学望远镜外，人们还发明了射电望远镜，这使得人类对宇宙的了解越来越深入。现代天文望
远镜都是力求把物镜口径加大，这样它可以会聚更多的光，以求观测到更暗的星。
中国“天眼”500米口径球面射电望远镜工程由我国天文学家于1994年提出构想，从预研到建成
历时22年，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。
2. 我们的宇宙
宇宙是一个有层次的天体结构系统。
（1）宇宙：我们的宇宙中拥有上千亿个星系；
（2）银河系：银河系只是宇宙中上千亿个星系中的一个。银河系异常巨大，一束光穿越银河系需
要10万年的时间。
（3）太阳系：太阳不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员。太阳周围有水星、金星、地球、火星、
木星、土星、天王星、海王星等行星绕它运行。此外，还有若干其他天体绕太阳转动。
（4）地球：地球在离太阳比较近的第三条轨道上，是太阳系中的一颗行星。
【例题12】下列关于显微镜和望远镜的说法，正确的是（ ）
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A．图甲中，显微镜上的物镜和目镜都是凸透镜
B．图乙中，望远镜上的物镜和目镜都是凹透镜
C．图甲中，通过显微镜看到的是放大的实像
D．图乙中，通过望远镜看到的是放大的实像
【答案】A
【详解】A．图甲中，显微镜上的物镜相当于投影仪和目镜相当于放大镜，其核心部件就是凸透镜，
故A正确；
B．望远镜的物镜相当于照相机，故是凸透镜，故B错误；
C．显微镜看到的像经过物镜和目镜两次放大所成的虚像，故C错误；
D．望远镜的目镜相当于放大镜，故成的是正立的放大的虚像，故D错误。
故选A。
【例题13】在下列四幅图中，每幅图都能展示出一定的物理知识。其中说法错误的是（ ）
A．甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通恒星
B．乙图是伽利略时代的望远镜
C．丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，
成正立放大的虚像
D．丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的
虚像
【答案】A
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【详解】A．甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通行星，故A
错误，A符合题意；
B．乙图是伽利略时代的望远镜，故B正确，B不符合题意；
C．丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，
成正立放大的虚像，故C正确，C不符合题意；
D．丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的
虚像，故D正确，D不符合题意。
故选A。
四、实验专题
一、探究凸透镜成像的规律
1. 提出问题：凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关？
2. 猜想假设
（1）可能与物体到透镜的距离有关。
支持事例：照相机、投影仪和放大镜的成像特点不同，是因为物体到透镜的距离不同。
（2）可能与凸透镜的焦距有关。
支持事例： 同一物体通过照相机成像，当照相机的焦距改变时（调焦），凸透镜所成像的大小会
改变。
（3）像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。
支持事例：照相机与投影仪，物体和所成的像分居在凸透镜的两侧；通过放大镜观察物体，物体
和像在透镜的同一侧。
3. 设计实验
（1）相关概念
①物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为30cm；
②像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为60cm；
③焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
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（2）我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对
光的偏折程度跟透镜的 焦距 f 有关系，所以研究物距u的变化时，焦距f可能是个应该注意的参照距离。
比如，我们可以注意观察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……时物体成像的情况。
（3）实验器材
光具座、凸透镜（焦距 f =10cm）、蜡烛（烛焰作为发光体）、光屏、火柴等。
（4）数据记录表格 （见下）。
4. 进行实验与收集证据
（1）调整凸透镜、蜡烛（烛焰的中心）、光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度，目的是为
了使烛焰的像成在光屏的中央。
（2）将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f（u＞20cm），
移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察像的大小和正倒，同时测出此时的物距u和像距v，
将数据记录在表格中。
（3）把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距（u=20cm），移动光屏，直到光屏
上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，将数据记录在表格中。
（4）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间（10～20cm），
移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，记录
在表格中。
（5）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离为一倍焦距10cm（在焦点处），移动光屏，
光屏上不成像；眼睛通过透镜也看不到虚像。
（6）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距以内（小于10cm），移动光屏，
光屏上不成像，眼睛通过透镜，能看到虚像，记录像的正倒和大小。测出物距u，记录在表格中。
（7）数据记录汇总
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5. 分析与论证
分析上表的记录，归纳出凸透镜成像的规律。
（1）像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？
u=f 是成虚像和实像的分界点，当物距大于透镜的1倍焦距时，物体成实像，当物距小于透镜的1
倍焦距时，物体成虚像。
（2）像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的像？在什么条件下成放大的像？
u= 2 f 是成像大小的分界点，当物距大于透镜的2倍焦距时，物体成缩小的像，当物距小于透镜的2
倍焦距时，物体成放大的像。
（3）像的正倒：凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？
凸透镜所成的实像都是异侧倒立，虚像都是同侧正立。
（4）物距、像距与像的大小关系
不论成实像还是虚像，成放大的像时必定像距大于物距，成缩小的像时必定像距小于物距。
（5）像和像距随物距的变化规律
①凸透镜成实像时，物距减小，像距变大，像变大，像与物同方向移动。物距增大，像距变小，
像变小，像与物同方向移动。
②凸透镜成虚像时，物距减小，像距减小，像变小。
（6）口诀记忆
一焦分虚实，二焦分大小；物近（离焦点）像远像变大；虚像（与物）同侧正，实像异侧倒，像
物相互跟着跑。
（7）探究结论
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像的性质 像的位置
物距u和焦距 像距v和焦距
f的关系 f 的关系
虚实 大小 正倒 与物同（异）侧
u > 2f 实像 缩小 倒立 异侧 2f >v >f
u = 2f 实像 等大 倒立 异侧 v = 2f
2f >u >f 实像 放大 倒立 异侧 v>2f
u =f 不成像
u
