資源簡介

5.2 生活中的透鏡 （導學案）
【學習目標】
1. 了解透鏡在日常生活中的應用。知道凸透鏡在三種常見儀器上所成像的不同，能初步區分照相機、投影儀、放大鏡的成像特點。
2. 經歷制作簡易模型照相機的過程，獲得成功的愉悅，并初步了解照相機的成像原理。
3. 能簡單描述凸透鏡成實像和虛像的主要特征。
4. 通過了解生活中多種多樣的透鏡，培養樂于利用所學知識解釋現象的習慣，初步形成將科學技術應用于實際的意識。
【學習重點】照相機、投影儀、放大鏡的成像特點。
【學習難點】實像和虛像的區別。
【自主預習】閱讀教材，完成以下問題：
1. 照相機的鏡頭相當于一個凸透鏡，來自物體的光經過照相機鏡頭后會聚在膠卷上，形成被照物體的像，物體經過照相機形成的像是縮?。ǚ糯?縮小）、倒立（倒立/正立）的、實（虛/實）像。
2. 投影儀的鏡頭相當于一個凸透鏡，來自投影片上物體的光，通過鏡頭后會聚在光屏上，形成物體的像，物體經過投影儀形成的像是放大（放大/縮?。?、倒立（倒立/正立）的、實（虛/實）像。
3. 放大鏡實際上是一個短（長/短）焦距的凸透鏡，物體經放大鏡形成的像是放大（放大/縮?。⒌沽ⅲǖ沽?正立）的、實（虛/實）像。
4. 實像是由實際光會聚而成的，能用光屏承接（選填“能”或“不能”），物體和像位于鏡頭的異側（選填“同側”或“異側”）；虛像是由通過鏡頭的折射光（或反射光）的反向延長線形成的，不能（選填“能”或“不能”）用光屏承接，物體和像位于鏡頭的同側（選填“同側”或“異側”）。
【合作探究】
探究一、照相機
1．照相機的主要結構及作用
主要構造有：鏡頭、快門、光圈、調焦環、膠片等。
照相機結構示意圖
（1）鏡頭：由一組透鏡組成，相當于一個凸透鏡，起到成像作用。
（2）快門：控制曝光時間。
（3）光圈: 控制進光量的多少.
（4）調焦環：調節鏡頭到膠片間的距離，即調節像距。
（5）膠片：相當于涂有感光材料的光屏。
2.照相機的成像原理
來自物體的光經過鏡頭后會聚在膠片上，形成被照物體的像。物體到鏡頭的距離要遠遠大于（大于/小于）鏡頭的焦距，在膠卷上得到倒立（倒立/正立）、縮小（放大/縮小）的實（虛/實）像。
照相機原理示意圖
3. 照相機的信息（圖像）存儲
（1）傳統相機用膠片（膠卷）
傳統相機用膠片，涂著一層對光敏感的物質，光在膠片上曝光后發生化學變化，物體的像被記錄在膠片上。
（2）數碼相機用電荷耦合器件
數碼相機用電荷耦合器件（CCD感光元件）替代膠片作為成像的光屏并記錄像的信息，把光信號轉為電信號。
4.照相機的成像特點
【想一想】根據生活經驗，猜一猜照相機成的像有什么特點？
【總結】
（1）照相機成縮小（放大/縮?。?、倒立（正立/倒立）的像。
（2）像距小于（大于/小于）物距。
（3）像與物體位于凸透鏡的異（同/異）側。
（4）照相機成像時，物距、像距及像的大小變化規律：物遠像近像變??；物近像遠像變大（以上均選填“小”或“大”）。
5．照相機的調節
【做一做】使用照相機拍攝遠、近不同物體的像，觀察鏡頭的伸縮情況。
【分析】為了使遠近不同的景物在膠片上都能形成清晰的像，需要旋轉鏡頭上的“調焦環”，調節鏡頭到膠片的距離。
【結論】拍攝遠處景物時，鏡頭往后縮（后縮/前伸），離膠片近（遠/近）一些，此時的像比較小。拍攝近處景物時，鏡頭往前伸，離膠片遠一些，此時的像要變大一些。
【想想議議】小明用照相機拍攝照片時，發現一部分同學沒有進入鏡頭內（如圖甲所示）；后來他對照相機進行了調節后就照出了“全家?！保ㄈ鐖D乙），他是怎樣進行調節的呢？
【解析】甲圖中同學的像比乙圖的大，所以為了照出“全家?！保瑧撌瓜褡冃?；則需要使照相機遠離同學（遠離/靠近），同時鏡頭后縮（后縮/前伸）。
6.自制模型照相機
【做一做】用兩個粗細相近的紙筒，使一個紙筒剛好能套入另一個，并能前后滑動（如圖），將大紙筒的一端嵌上一個焦距為5～10cm的凸透鏡，另一個紙筒的一端蒙上一層半透明紙，把兩個紙筒套在一起，就做成了一個模型照相機。
【試一試】①把模型相機的鏡頭對準窗外遠處景物，前后滑動紙筒，直到在半透明紙上得到一清晰的像，觀察像的特點。
②從拍攝遠處景物到近處景物，應如何調節透鏡到半透明紙之間的距離，紙上的像如何改變？
【總結】模型照相機成的是倒立、縮小的像；物體離鏡頭越近，像越大，離鏡頭越遠。
指出實物照相機在拍照時把半透明紙換成感光膠片，通過感光就可以獲得照相底片了。
【例題1】照相機鏡頭的作用相當于一個_____鏡，來自物體的光經過照相機鏡頭后，會在膠卷上形成一個____（選填“放大”或“縮小”）、____（選填“倒立”或“正立”）的_____像（選填“實”或“虛”）。
【答案】凸透，縮小，倒立，實。
【解析】照相機的成像原理是物距大于二倍焦距，像距在一倍焦距與二倍焦距之間，成倒立、縮小的實像，照相機的鏡頭相當于凸透鏡。
教學中的投影儀鏡頭相當于一個凸透鏡，投影時，物距在一倍焦距與二倍焦距之間，像距大于二倍焦距，成倒立、放大的實像。
【例題2】如圖，在“自制照相機模型”時，用硬紙板做兩個粗細相差很少的紙筒，使一個紙筒剛好能夠套入另一個紙筒內，并能前后滑動。
（1）在取材時，另一個紙筒的一端蒙上的材料是_______（填“透明”、“半透明”或“不透明”）膜；
（2）觀察時，應選擇____（填“亮”或“暗”）的物體作為觀察對象；
（3）小明用自制的照相機先拍攝到了遠處的物體清晰的像，再拍攝近處物體時，應將兩筒間的距離變______；觀察到膜上的像變 ______。（兩空填“小”“大”或“不變”）
【答案】（1）半透明；（2）亮；（3）大，大。
【解析】（1）自制照相機模型時，為了既能承接像，又能觀察到像，應用半透明薄膜做光屏。
（2）為了能在半透明膜上成清晰的像，選擇亮的物體做觀察對象較好。
（3）小明用自制的照相機先拍攝到了遠處的物體，再拍攝近處物體時，即物距減小，像距應增大，薄膜上的像變大，則應將兩筒間的距離變大。
探究二、投影儀
【看一看】觀察常用的投影儀（或幻燈機），看看它的結構，想想它成的像有什么特點？
1. 投影儀簡介
是提供大尺寸畫面的投影式光學儀器。可用于放映事先制作或現場書寫的各種大尺寸投影單片或卷片，以及用透明材料制作的投影教具等。
現在會議室、教室用的投影儀，可以通過不同的接口同計算機、VCD、DVD、游戲機、DV等相連接，電腦上的字圖或視頻通過投影儀被放大。
2.投影儀的主要構造及各部分的作用
由鏡頭、燈泡、投影片、平面鏡、屏幕等組成（如下圖所示）。
（1）鏡頭：是一個凸透鏡，起成像作用。
（2）螺紋透鏡：相當于凸透鏡，起作用是會聚光，增加投影片的亮度。
（3）反光鏡：使光集中向一個方向射出，使屏幕上像較亮。
（4）屏幕：相當于光屏，承接像。
（5）平面鏡：改變光的傳播方向。
3. 投影儀的成像原理
【實驗】把投影儀上的平面鏡（反光鏡）取下，投影片放到載物臺上，調節鏡頭，在天花板上就能得到投影片上圖案清晰的像，觀察像的大小、倒正。
【實驗現象】像是放大的（和投影片上的人物相比）；像是倒立的（以像上人物頭腳朝向和投影片上人物頭腳朝向比較得出）。
【結論】投影儀的成像原理：是利用了凸透鏡成倒立（倒立/正立）、放大（放大/縮?。┑?實 （虛/實）像。
投影儀結構示意圖 投影儀原理示意圖
4.投影儀成像的特點
（1）投影儀(或幻燈機)成放大、倒立的實像。
（2）物距（投影片到透鏡的距離）小于像距（像到透鏡的距離）。
（3）像與物體位于凸透鏡的異側。
（4）物體離鏡頭近，像變大，離鏡頭遠；物體離鏡頭遠，像變小，變近。
5．投影儀的調節
【想一想】要使屏幕上的圖像大些，應怎樣做？要使屏幕上的圖像小些，應怎樣做？為了在屏幕上成正立的像，膠片應怎樣放？
【歸納】
（1）要使屏幕上的圖像大些，膠片靠近鏡頭，同時投影儀遠離屏幕；要使屏幕上的像小些，膠片遠離鏡頭，同時投影儀靠近屏幕（以上均選填“遠離”或“靠近”）。
（2）為了在屏幕上成正立的像，要把膠片倒放（選填“倒放”或“正放”）。
【例題3】如圖所示，若要增大屏幕上的像，則像距要增大，屏幕固定時投影儀要向____（“左”或“右”）移；同時物距要減小，鏡頭要向_____（“上”或“下”）調。投影儀上的平面鏡的作用是_______，使像成在屏幕上，不改變像的大小。
【答案】右，下，改變光路。
【解析】成實像時，物距減小，像距增大，像變大，所以，要使屏幕上的像變大，則需要減小物距，增大像距，即屏幕固定時投影儀要向后移；物距要減小，鏡頭要向下調。
投影儀中的平面鏡可以將透鏡會聚的光反射到屏幕上，起到改變光的傳播方向的作用。
探究三、放大鏡
放大鏡是凸透鏡，是常用的光學儀器之一。放大鏡成的像有什么特點？
【進行實驗】
①用放大鏡看書上的字，并改變放大鏡到字間的距離（由近逐漸變遠），觀察字的放大情況。
②在放大鏡后面放一張白紙，觀察白紙上是否會出現像。
【實驗現象】①開始移動放大鏡，離書越遠，字越大（大/小），到了一定距離以后，字變模糊，再繼續移遠凸透鏡，不能(選填“能”或“不能”)看到字放大的像。
②在放大鏡后面放一張白紙，白紙上不會（會/不會）出現像。
【結論】放大鏡能使書上的字放大（放大/縮小），字是正立（正立/倒立）的，說明放大鏡能成正立、放大的像。
1. 放大鏡的成像原理
把放大鏡放在物體跟眼睛之間，適當調整距離，當物體在焦點以內，我們就能看清物體的細微之處。它是利用了凸透鏡能成放大的虛（虛/實）像這一原理,實際上是一個短焦距的凸透鏡。
放大鏡成像 放大鏡成像原理圖
2. 放大鏡的成像特點
（1）放大鏡成放大、正立（正立/倒立）的像。
（2）像距大于物距。
（3）像與物體位于凸透鏡的同側（同側/側異）。
3. 放大鏡的調節
使像變大時，讓放大鏡與物體之間的距離適當增大些。使像變小時，讓放大鏡與物體之間的距離適當減小些。
4. 生活中的放大鏡
【想一想】在生活中，有哪些放大鏡？列舉幾例？
【歸納】以下面幾例進行分析。
魚缸 水滴 體溫計外壁做成三棱柱
（1）若魚在魚缸左側，則右側部分相當于放大鏡，看到的“魚”比實際的大。
（2）水滴滴在樹葉上，由于張力作用，形成半圓形，相當于放大鏡，看到的物體比實際的大。
（3）體溫計的直管做得很細，而且水銀是銀白色的，很難看清楚液柱的高度。把玻璃外壁做成三棱柱的樣子，從側面看過去，相當于凸透鏡，起到放大的作用。
【例題4】透過球形的透明玻璃魚缸看水中的魚要比真實的魚_____（填“大”或“小”），其原因是裝水的球形魚缸相當于一個________，所看到的“魚”是魚的____像。（填“實”或“虛”）
【答案】大，凸透鏡，虛。
【解析】 因為球形魚缸盛水后魚的身體和魚缸壁之間形成了水凸透鏡，魚在水凸透鏡的一倍焦距以內，成正立、放大的虛像；此時凸透鏡相當于放大鏡，所以從球形魚缸的外側看缸里養的金魚比真實的魚要大得多。
探究四、 實像和虛像
【想一想】照相機、投影儀、放大鏡所成的像有什么不同嗎？
【歸納】照相機和投影儀成的像能（能/不能）用光屏承接，物體和像分別位于凸透鏡的異側（同側/異側），像是倒立（倒立/正立）的。
放大鏡所成的像不能（能/不能）用光屏承接，物體和像分別位于凸透鏡的同側（同側/異側），像是正立（倒立/正立）的。
1. 實像：
是實際光會聚而成的。如果把光屏放在像的位置，就能夠承接到所成的像。這種像叫作實像。
例如，照相機和投影儀所成的實像，是由實際光會聚而成的，能成在光屏上（能/不能），物、像分別位于凸透鏡的兩側，且像是倒立的（倒立/正立）的。。
凸透鏡成實像情景 凸透鏡成虛像情景
成實像的實例：小孔成像、照相機成像、投影儀成像、電影銀幕上的像。
2. 虛像
平面鏡所成的像是虛像，放大鏡所成的像也是虛像。凸透鏡成虛像時，通過凸透鏡出射的光沒有會聚，光屏不能承接到所成的像。只是人眼逆著出射光的方向看去，感到光是從虛像的位置發出的，物體和虛像位于凸透鏡的同側（選填“同側”或“異側”）。
成虛像的實例：平面鏡所成的像是虛像；光的折射所成的像；放大鏡所成的像。
3. 實像和虛像的區別
實像 虛像
共同點 都能用眼看到
不同點 ① 能在光屏上呈現 ②由實際光線會聚而成 ①不能在光屏上呈現 ②由光的反向延長線 會聚而成的像
【例題5】如圖所示的是小東使用放大鏡欣賞郵票時的情境。下列光路圖能反映其成像原理的是（　?。?br/>【答案】C。
【解析】使用放大鏡欣賞郵票時的情境屬于凸透鏡成像，物體在1倍焦距以內成正立放大的虛像。
A．圖中為小孔成像，屬于光的直線傳播，故A不符合題意；
B．圖中為平面鏡成像原理，屬于光的反射現象，故B不符合題意；
C．圖中蠟燭位于凸透鏡1倍焦距以內，成正立放大的虛像。故C符合題意；
D．圖中蠟燭位于凸透鏡1倍焦距與2倍焦距之間，成倒立放大的實像，故D不符題意。
故選C.
【精講點撥】
1．重視模型照相機的制作。在學習照相機原理時，往往由于看不到照相機的實際結構而感到索然無味。這時，通過自制模型照相機，對利用凸透鏡成倒立縮小的實像有較直觀、深刻的印象，同時培養學生的動手能力。模型照相機的制作過程比較簡單，材料也容易準備。
2. 對照相機的結構大體了解即可，重點是知道成像的特點，并且會“調焦”，即在對物體進行照相時，如果物體到照相機的距離改變，那么膠卷到鏡頭的距離也要隨之改變，這樣膠卷上的像才會清晰。
3．正確理解投影儀成“倒立的像”：投影儀成倒立的像，不僅物像之間上下是相對顛倒的，左右也是相對顛倒的，要得到正立的像，需要把投影片倒放。
4．放大鏡工作時，物體在焦點以內，物體和像在凸透鏡的同側，眼睛應在透鏡的另一側觀察。物體離焦點越近，所成的像越大。
5．實像既能顯示在光屏上，又可以用眼睛看到；虛像不能顯示在光屏上，只能用眼睛看到。
【歸納整理】
器材 成像特點 照相機 投影儀 放大鏡
放大或縮小 縮小 放大 放大
正立或倒立 倒立 倒立 正立
實像或虛像 實像 實像 虛像
同側或異側 異 異 同
像距與物距 像距小于物距 像距大于物距 像距大于物距
成像示意圖
【課堂練習】
1．如圖所示是用放大鏡觀察一只螞蟻的情形，下列說法正確的是（　?。?br/>A．放大鏡與近視眼鏡用同種透鏡
B．放大鏡靠近螞蟻時像變大
C．此時物距小于一倍焦距
D．此時看到螞蟻的像是實像
【答案】C。
【解析】A．放大鏡是一個凸透鏡，對光線具有會聚作用，近視眼鏡是凹透鏡，對光線具有發散作用，故A錯誤；
BCD．用放大鏡觀察小螞蟻的形體時，觀察到螞蟻的像是正立的，所以螞蟻到放大鏡的距離要小于焦距，這樣才可以成放大、正立的虛像；根據凸透鏡的成像特點知，凸透鏡成虛像時，物近像近像變小，所以放大鏡靠近螞蟻時，物距變小，像距變小，所成的像變小，故BD錯誤，C正確。所以選C。
2．周末小琳陪媽媽逛商城時，看到許多商場店家把廣告用燈打到地面上。她查閱得知這是一款投影燈，其內部結構如圖所示。由圖中信息可知，地面上的像是 （選填“正立”或“倒立”）、 （選填“放大”或“縮小”）的實像
【答案】 倒立 放大
【詳解】投影燈的鏡頭相當于凸透鏡，相當于投影儀的成像情況。根據凸透鏡成像規律可知，此時物距f2f，成倒立、放大的實像，投影燈就是利用這一原理制成的。
3. 現在的教室作為標準化考場，都安裝了如圖所示的電子監控器，其主要由光學系統和光電轉換系統兩部分組成。光學系統收集監控區域內的景物信息，經光電轉換系統轉換成電信號并輸送到監控中心。其中光學系統的工作原理是利用（　?。?br/>A．凸透鏡成正立放大實像 B．凹透鏡成正立放大虛像
C．凸透鏡成倒立縮小實像 D．凹透鏡成到立放大虛像
【答案】C
【詳解】光學系統的工作原理實際上是一個凸透鏡，其成像原理與照相機的成像原理是相同的，成倒立、縮小的實像。故C符合題意，ABD不符合題意。故選C。
4. 小明同學把照相機、投影儀和放大鏡成像情況進行了比較后，他認為這三種儀器所成的像具有如下特點，其中錯誤的是（ ）
A. 實像都和物體分別居于透鏡兩側
B. 虛像都和物體在透鏡的同一側
C. 實像都是倒立的，虛像都是正立的
D. 虛像都是放大的，實像都是縮小的
【答案】D.
【解析】照相機、投影儀及放大鏡的成像特點是：實像都是倒立，且像與物位于透鏡的異側；虛像是正立的，且像與物位于透鏡的同側；虛像是放大的；實像有縮小的也有放大的。所以D項說法錯誤。
故選D。
5. 2022年2月，第24屆冬奧會在北京成功舉辦，小紅得到了冬奧會吉祥物“冰墩墩”。他和“冰墩墩”一起完成了幾個光學實驗，下列描述與實驗情景不相符的是（　?。?br/>A．平面鏡中的像由光的反射形成 B．通過放大鏡看到的像是虛像
C．小孔成像是因為光沿直線傳播 D．岸上看到水中的實像比物體位置高
【答案】D
【詳解】A．平面鏡所成的像是光的反射光線的反向延長線會聚而成的，所以平面鏡成像是光的反射形成的，與實驗情景相符，故A不符合題意；
B．物體與凸透鏡的距離小于一倍焦距時，成的是正立、放大的虛像，這是放大鏡的成像原理，與實驗情景相符，故B不符合題意；
C．物體的光線直線傳播經過小孔時，成倒立的實像，與實驗情景相符，故C不符合題意；
D．岸上看到水中的物體，是因為物體反射的光線由水中斜射入空氣中時在水面發生折射，人逆著折射光線看去，看到的是物體的虛像，虛像的位置比物體的實際位置偏高了，故D符合題意。
故選D。
6. 在我國首次“太空授課”中，宇航員王亞平制做了一個水球，我們看到了她在水球中的“倒影”，如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A.“倒影”是光的折射形成的
B.“倒影”不能成在光屏上
C. 若王亞平距水球變近，“倒影”會變小
D. 若王亞平距水球變遠，“倒影”會變大
【答案】A。
【解析】水球相當于一個凸透鏡，她在水球中的“倒影”，是凸透鏡成的實像，是由光的折射形成的，故A正確。“倒影”是實像，可呈現在光屏上，故B錯誤。當她距水球變近時，物距減小，則像距增大，像變大，即“倒影”會變大；反之，“倒影”會變小，故C、D錯誤。所以選A.
【課后反思】
本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？

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