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第五章 透镜及其应用（知识清单）
第1节 透镜
一、透镜
1. 透镜：至少有一个外表面是球面的一部分，用透明材料制成的镜片。
2. 透镜的种类：
（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。
3. 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C C 。
1 2
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，用O表示。
二、透镜对光的作用
1. 凸透镜对光有会聚作用，凸透镜又叫会聚透镜。
甲 发散光束 乙 平行光束 丙 会聚光束
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。
2. 凹透镜对光有发散作用，凹透镜又叫发散透镜。
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 发散光束 乙 平行光束 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. 凹透镜的虚焦点和焦距
（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
第2节 生活中的透镜
一、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。
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）。
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（大于/小于）物距。
（3）像与物体位于凸透镜的异（同/异）侧。
（4）照相机成像时，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“大”）。
4．照相机的调节
为了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（后缩/前伸），离胶片近（远/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，此时的像会变大一些。
5. 自制模型照相机
（1）制作方法
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。
二、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，起作用是会聚光，增加投影片的亮度。
（3）反光镜：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。
（5）平面镜：改变光的传播方向。
2. 投影仪的成像原理
投影仪的原理：是利用了凸透镜成倒立（倒立/正立）、放大（放大/缩小）的 实 （虚/实）像。
3.投影仪成像的特点
（1）投影仪(或幻灯机)成放大、倒立的实像。
（2）物距（投影片到透镜的距离）小于像距（像到透镜的距离）。
（3）像与物体位于凸透镜的异侧。
（4）物体离镜头近，像变大，离镜头远；物体离镜头远，像变小，变近。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”）。
三、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（正立/倒立）的虚像。
（2）像距大于物距。
（3）像与物体位于凸透镜的同侧（同侧/侧异）。
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
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。
第3节 凸透镜成像的规律
一、实验：探究凸透镜成像的规律
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. 实验器材与实验装置图
（1）实验器材：凸透镜（焦距为10cm）、蜡烛、光屏、火柴、光具座。
（2）实验装置：
3. 实验步骤
（1）在阳光或相距很远（例如5m）的灯光下用聚焦法测定凸透镜的焦距；
（2）将蜡烛、凸透镜和光屏依次排列在一条直线上，调整蜡烛、凸透镜进行实验 和光屏的高度，
使烛焰、透镜和光屏三者的中心在同一高度上，如图所示；
（3）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。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
（7）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。
（8）数据记录汇总
像与物距的关系 凸透镜的焦距f= 10 cm实验 物距 物距与焦距 像的性质 像距
次数 u/cm 的关系 v/cm
虚实 大小 正倒
1 30 u > 2f 实像 缩小 倒立 15
2 20 u = 2f 实像 等大 倒立 20
3 15 2f >u >f 实像 放大 倒立 30
4 10 u =f 不成像
5 6 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
5. 交流讨论
（1）在做实验时, 某同学无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可能原因有：
①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上；
②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以内；
③蜡烛的位置在透镜的焦点上。
（2）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，也是完整的，但亮度会变暗些。
（3）蜡烛长度变短时，像在光屏上将会向上移动。调节方法：①将光屏向上移动；②将蜡烛向上
移动；③将透镜和光屏向下调节.
二、凸透镜成像规律的应用
1. 照相机
（1）照相机原理：物距u＞2f 时，成倒立、缩小的实像，像距 f＜v＜2f。成像光路图：
（2）照相机的调节
①调节依据：凸透镜成倒立、缩小的实像时，物近像远像变大。
②调节方法：像偏小，物体靠近相机，暗箱拉长；像偏大，物体远离相机，暗箱缩短。
2. 投影仪
（1）投影仪原理：物距u：f＜u＜2f 时，成倒立、放大的实像，像距 v >2f。成像光路图：
（2）投影仪的调节
①调节依据：凸透镜成倒立、放大的实像时，物近像远像变大。
②调节方法：像偏小，投影片靠近镜头，投影仪远离屏幕；像偏大，投影片远离镜头，投影仪靠
近屏幕。
3. 放大镜
（1）放大镜成像原理：当物距u2f。
（3）物距u＜f 时，凸透镜成正立、放大的虚像。
u＜f u=2f
（4）物距u=2f 时，成倒立、等大的实像，像距v=2f
（5）物距u=f 时，不成像。第4节 眼睛和眼镜
一、眼睛
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，我们就看到了物体。
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。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，这个距离叫明视距离。
二、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。
三、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
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，如图乙所示。
4. 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。
第5节 显微镜和望远镜
一、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。显微镜示意图 显微镜成像光路图
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，被观察物体AB首先通过物镜成倒立、放大的实像
AB（选填像的性质），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（选填像的性质）。
2 2
（3）物体通过整个显微镜所成的像是：倒立、放大的虚像（选填像的性质）。
（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。
二、望远镜
1.望远镜
望远镜示意图 望远镜成像光路图
（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
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。
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。
（2）影响视角的因素
①视角与物体大小有关。物体到眼镜的距离一定时，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，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
（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。
模拟望远镜 实验现象
探究三、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
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。
中国“天眼”射电望远镜 银河系与太阳系
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。
