資源簡介

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3.7 眼睛與光學儀器
第三章 光和眼睛
知識點
眼睛是怎樣看見物體的
知1－講
1
1. 人眼視物的過程
(1)如圖1所示，角膜和晶狀體的共同作用相當于凸透鏡，視網膜相當于光屏。
知1－講
(2)晶狀體相當于一個焦距可以調節的凸透鏡，正常的眼睛無論看遠處物體還是近處物體，像都成在視網膜上。當睫狀體放松時, 晶狀體變薄, 遠處來的光線恰好會聚在視網膜上, 眼球可以看清遠處的物體；當睫狀體收縮時, 晶狀體變厚, 近處來的光線恰好會聚在視網膜上, 眼球可以看清近處的物體。(圖2)
知1－講
思想方法
等效法：在保證效果相同的前提下，將陌生的、復雜的、難處理和難理解的問題轉換成熟悉的、簡單的、易處理和易理解的問題的一種方法。例如：把不熟悉的晶狀體等效成凸透鏡，把看不見的視網膜等效成光屏。
知1－講
2. 近視眼和遠視眼的成因與矯正
近視眼和遠視眼是兩個相對的對象，其成因和矯正方法都是相反的，故采用比較法識記并理解。
知1－講
特點 成因 矯正
近 視 眼 能看清近處的物體，看不清遠處的物體 晶狀體太厚，折光能力太強，或者眼球前后方向太長，導致成像在視網膜前
戴用凹透鏡(發散透鏡)做成的近視眼鏡
知1－講
特點 成因 矯正
遠 視 眼 能看清遠處的物體，看不清近處的物體 晶狀體太薄，折光能力太弱，或者眼球前后方向太短，導致成像在視網膜后
戴用凸透鏡(會聚透鏡)做成的遠視眼鏡
知1－練
例 1
現代生活中，人們由于長時間用眼而導致視力下降。
圖3 中關于近視眼成因及其矯正的原理圖正確的是( )
A. 甲和丙 B. 甲和丁 C. 乙和丙 D. 乙和丁
知1－練
解題秘方：圖示來源于課本，明確近視眼與遠視眼的成因是解決此題的關鍵。
知1－練
解析：圖甲的入射光線會聚在視網膜的前方，是晶狀體折光能力太強造成的，屬于近視眼的成像情況；為了使光線會聚在視網膜上，需要使光線在進入人的眼睛之前發散一下，因此需要配戴對光線具有發散作用的凹透鏡來矯正，即圖丁。
知1－練
圖乙的入射光線會聚在視網膜的后方，是晶狀體折光能力太弱造成的，屬于遠視眼的成像情況；為了使光線會聚在視網膜上，需要使光線在進入人的眼睛之前會聚一下，因此需要配戴對光線具有會聚作用的凸透鏡來矯正，即圖丙。綜上所述，甲、丁是近視眼的成因和矯正圖。故選B。
答案：B
知1－練
1. 人眼球的折光系統整體作用相當于光軸可轉、焦距可變的凸透鏡。其特點是物距必須大于二倍焦距，所以只能在視網膜上成倒立、縮小的實像。在某同學從低頭寫字到抬頭看黑板的過程中，其眼球折光系統的焦距將(　　)
A. 變大 B. 變小
C. 不變 D. 先變大后變小
A
知2－講
知識點
跨學科實踐 用“水透鏡”探究近視眼的形成原因
2
1. 活動內容 用“水透鏡”模擬眼睛的晶狀體來研究近視眼的成因。
2. 活動小組成員組成 同班同學。
知2－講
3. 活動前的準備工作
(1)調查我國兒童、青少年總體近視率及初中生的近視率。
(2)查閱資料總結產生近視的原因。
(3)選取塑料管、透明彈性膜、注射器、細橡膠管、棉線和水，自制一個“ 水透鏡”備用。
知2－講
4. 設計實驗與制訂方案
利用實驗室或自制的“水透鏡”模擬眼睛成像的過程。(圖4)
知2－講
(1)用注射器向“水透鏡”的薄膜中緩慢注水(模擬眼睛的晶狀體)，使薄膜略微凸起，然后點亮光源，調整光屏(模擬眼睛的視網膜)的位置，直至觀察到光源的清晰 的像。
(2)用注射器繼續向薄膜中注水，以增加薄膜的凸起程度，觀察光源的像如何變化。
知2－講
5. 成果展示與交流
(1) 用“水透鏡”演示各自的探究過程，陳述產生近視眼的原因。
(2)針對不良用眼習慣的調查結果，與同學交流預防近視眼的方法。
知2－講
知識鏈接
本次跨學科實踐活動的目的與意義：
視力的健康與每個同學的生活和健康成長都息息相關，通過用“水透鏡”研究近視眼的形成原因，一是加強對視力健康的重視；二是實現物理學科與生物學科的跨學科融合，深入了解學科與學科之間不是孤立存在的個體，而是有著千絲萬縷的內在聯系，從而能更加辯證地看待事物；三是因為光學的抽象性，僅借助文字和圖片去學習該知識點，很多時候會難以理解，利用簡單自制的“水透鏡”結合相應的物理知識，去模擬眼球正常和近視時的成像過程，就可以形象記憶了。
知2－練
隨著中考的臨近，同學們每天都在緊張的學習和備考中度過，部分同學由于用眼過度，導致視力下降，形成了近視眼。小組同學開展了“保護視力，遠離近視”的項目學習活動。下面是該小組同學交流的實踐過程，請幫助他們完成以下內容。
例 2
知2－練
解題秘方：本題研究近視眼的成因和矯正過程，知道透鏡對光的作用是解題的關鍵。凸透鏡對光的偏折能力增強，則成像提前，凸透鏡對光的偏折能力減弱，則成像延遲。
知2－練
【項目分解】
(1)近視眼的形成原因；
(2)如何矯正近視眼。
【項目實施】
(1)近視眼的形成原因
知2－練
為了研究近視眼的形成過程，組裝如圖5甲所示的實驗裝置，其中“F”字樣的光源代替物體，光屏模擬視網膜。圖乙所示的②號凸透鏡模擬晶狀體，打開光源，調節器材高度和位置，直到光屏
上呈現倒立、縮小的
清晰的像。請回答
下列問題：
知2－練
模擬近視眼視物情況，應選擇圖乙中的_____(填序號)號透鏡代替②號透鏡，安裝在光具座上后，光屏上的像變模糊；適當向左移動光屏，光屏上的像再次清晰。由此可知，近視眼的形成可能是由于晶狀體過______
(填“厚”或“薄”)，折光能力過強造
成的。
③
厚
知2－練
解析：近視眼是晶狀體凸度過大或眼球前后徑過長，外界物體的像成在視網膜前方引起的，因此應選取凸度更大的③號透鏡模擬近視眼的晶狀體，由此可知，近視眼的形成可能是由于晶狀體過厚，折光能力過強造成的。
知2－練
(2)如何矯正近視眼
①近視程度不同的同學需要配戴焦距不同的眼鏡。
用如圖丙所示的水透鏡放在光具座上的合適位置，代替眼鏡模擬近視眼視力矯正。應將水透鏡置于光具座上的____ (填“A”“B”或“C”)點，緩緩調節水透
鏡中的水量，當水透鏡形成焦距
合適的_____透鏡時，光屏上呈現
清晰的像，近視眼的成像情況得到改善。
B
凹
知2－練
②更換焦距更小的凸透鏡模擬近視程度更嚴重的晶狀體，為了改善視網膜上的成像情況，實驗時發現只需要用注射器抽取適量的水，就可以改變水透鏡的“度數”(眼鏡的度數=，焦距的單位：m)，使光屏上呈現清晰的像。根據上述實驗現象可知：近視程度更嚴重的同學應選擇焦距更______(填“大”或“小”)的透鏡來矯正視力。
小
知2－練
解析：圖甲中C點在凸透鏡(晶狀體)和光屏(視網膜)之間，是眼睛的內部，因此模擬近視眼鏡的水透鏡應放置在模擬晶狀體的凸透鏡前的B點；由于近視眼需要配戴凹透鏡矯正，因此應將水透鏡調節成焦距合適的凹透鏡；根據上述實驗現象可知，近視程度更嚴重的同學，其晶狀體焦距更小，對光的會聚能力更強，故需用對光發散能力更強、焦距更小的凹透鏡矯正視力。
知2－練
【項目拓展】
該小組同學查閱資料得知，近視眼本身是由于眼軸變長導致物體不能在視網膜上成像，現在很多醫療機構都可以利用激光治療近視眼。而激光手術治療近視眼，是需要做一個角膜瓣兒，通過角膜的厚度改變眼睛的整個屈光度，需要削減掉一部分角膜。
知2－練
模擬激光矯正情景：如圖丁所示，用注水的水透鏡代替圖甲光具座上的凸透鏡，模擬激光矯正后的晶狀體，只需將水透鏡中的水適當______(填“抽取”或“注入”)。
抽取
知2－練
這相當于利用激光技術改變晶狀體的厚度，從而改變眼睛的屈光度。激光手術只能夠改變現在的近視度數，并不能夠徹底治療近視眼。手術之后還是需要養成良好的用眼習慣，請你從防止近視、保護視力的角度提出一條合理性建議_____________________________________________________________________________________。
連續看書、寫字的時間不宜過長，或不要在光線太強、太暗的環境下看書(合理即可)
知2－練
解析：圖丁是模擬激光矯正的情景，矯正后的晶狀體變薄，故此時需要用注射器從模擬晶狀體的水透鏡中抽取適量的水；為了使同學們養成良好的用眼習慣，防止近視、保護視力，建議如下：連續看書、寫字的時間不宜過長，或不要在光線太強、太暗的環境下看書。
知2－練
2. 小明用自制的水透鏡來探究凸透鏡成像規律，當向水透鏡里注水時，水透鏡的焦距將變小；當從水透鏡里抽水時，水透鏡的焦距將變大。
知2－練
(1)如圖甲所示，一束平行于主光軸的光射向水透鏡，在光屏上得到一個最小、最亮的光斑，此時水透鏡的焦距為______cm，實驗前，應調節燭焰、
水透鏡和光屏的中心在
_________上。
8.0
同一高度
知2－練
(2)為了看到的像更清楚，應該在較_____(填“亮”或“暗”)的環境中進行實驗。
(3)小明移動蠟燭、水透鏡和光屏至圖乙所示位置時，恰能在光屏上看到清晰的像，像的特點
是倒立、縮小的______(填“實”
或“虛”)像。
暗
實
知2－練
(4)將蠟燭移至距水透鏡5 cm 處，此時無論怎樣移動光屏都無法在光屏上看到清晰的像，則應從_______(填“蠟燭”或“光屏”)一側透過水透鏡觀察像的特點。
光屏
知2－練
(5)在圖乙所示實驗場景下，該同學給水透鏡“ 戴上”一種眼鏡，如圖丙所示，當向水透鏡中注入適量的水后，他發現光屏上的像再次變得清晰，則“ 戴”的是______(填“近視”或“遠視”)眼鏡。
近視
知2－練
(6)如圖丁所示為某同學的照片，圖戊是實驗后她將照片從緊貼水透鏡到逐漸遠離水透鏡過程中，眼睛透過水透鏡觀察到的照片的像，看到像的順序應該是______。
A. ②①③④
B. ③②①④
C. ②③④①
D. ④①②③
B
知3－講
知識點
影像的保存
3
1. 照相機的構造與工作原理(圖6 )
知3－講
全自動數碼照相機具有自動調焦、調光功能，攝影時只需將被攝主體調整在顯示屏畫面中的恰當位置， 按下快門就可拍得所需要的影像了， 操作非常簡單，而且可以方便地將圖像傳輸到計算機上欣賞和加工。
知3－講
2. 照相機與眼睛
照相機 眼睛
圖示
相當于凸透鏡 鏡頭 晶狀體
知3－講
續表：
照相機 眼睛
成像位置 膠片(或感光元件) 視網膜
原理 當u>2f時，成倒立、縮小實像的規律 調節 物距變化時調節像距來獲取清晰的像 物距變化時調節焦距來獲取清晰的像
知3－講
知識拓展：如圖7所示的是投影儀成像示意圖，使用時將投影片放在凸透鏡的一倍焦距和
二倍焦距之間，通過凸透鏡成倒立、
放大的實像，再通過平面鏡將像投到
掛在墻上的屏幕上。
知3－講
知識歸納
眼睛看物體，眼球好像照相機。
凸透鏡——角膜和晶狀體，光聚視網膜，實像識物是原理。
看遠近，變焦距，全靠睫狀體。
知3－講
知識關聯
對于科技前沿的新知識、新元件，根據其功能和產生的效果或者操作規則，將其與學過的物理知識和情境進行關聯，轉換成熟悉的知識和情境，從而獲取解決問題的途徑和方法。比如，掃碼、刷臉軟件，實質就是照相機原理。再比如，無論是結構多么復雜的照相機，其成像原理都是一樣的。
知3－練
如圖8所示，是神舟十六號乘組返回地面前手持高清相機通過飛船繞飛拍攝的空間站組合體全景照片。若照相機鏡頭的焦距為f，拍照時像距(　　)
A. 略小于f
B. 略大于f
C. 略小于2f
D. 略大于2f
例 3
知3－練
解題秘方：照相機的鏡頭是一個凸透鏡；拍照時，物體到鏡頭的距離大于二倍焦距，成倒立、縮小的實像；像距在一倍焦距和二倍焦距之間；增大物距，像變小，像距變小；據此分析。
知3－練
解析：照相機鏡頭的焦距為f，拍照時像距在一倍焦距和二倍焦距之間；拍攝空間站組合體全景照片時，物距較大，所以像距較小，應略大于f，故A、C、D 錯誤，B 正確。
答案：B
知3－練
3. [中考·黃岡] 超市安裝了一種刷臉自助儲物柜。某顧客站在屏幕前50 cm 處，按下“存”按鈕，屏幕上方的攝像頭啟動，出現人臉縮小的像，柜門打開。下列說法正確的是(　　)
A. 該攝像頭相當于一個凹透鏡
B. 該攝像頭對光具有發散作用
C. 該攝像頭的焦距可能是0.20 m
D. 該攝像頭成像原理是光的反射
C
知4－講
知識點
眼睛的好幫手
4
1. 認識顯微鏡
(1)顯微鏡主要由物鏡和目鏡兩組凸透鏡組成，用于觀察人們肉眼無法看到的微小物體或物體的精細結構。(圖9)
知4－講
①物鏡：物體放在物鏡一倍焦距和兩倍焦距之間，成倒立、放大的實像。
②目鏡：物鏡所成的像落在目鏡一倍焦距之內，成正立、放大的虛像。
通過兩次放大，我們可以看清微小物體。
(2)顯微鏡放大倍數等于目鏡與物鏡放大倍數的乘積。
知4－講
2. 認識望遠鏡
普通望遠鏡和天文望遠鏡(圖10)主要也是由物鏡和目鏡兩組凸透鏡組成的。通過目鏡觀察到物體的虛像，好像物體被移近了，我們就能看清遠處的物體，拓寬了觀察的視野。
知4－講
思想方法
優點組合：把兩個個體的優點組合在一起，形成一個新的物體，從而充分發揮各自的優勢，使新物體具有更高的品質。
例如：顯微鏡經過兩次放大，效果更好；望遠鏡先把遠處物體成像位置拉近，然后再放大，可以看得更清晰。
知4－講
3. 比較異同，理解顯微鏡和望遠鏡(雙凸透鏡類型)知識
(1)顯微鏡和望遠鏡(雙凸透鏡類型)，二者的目鏡和物鏡都是凸透鏡；目鏡也都相當于放大鏡，使物體成放大的虛像。
(2)望遠鏡(雙凸透鏡類型)物鏡是把遠處的物體在焦點附近成縮小的實像；而顯微鏡的物鏡是使物體成放大的實像。
(3)望遠鏡是把遠處物體拉近看清，而顯微鏡是將微小物體連續兩次放大看清。
知4－講
關聯思考 顯微鏡和望遠鏡(雙凸透鏡類型)分別相當于是哪兩種儀器的組合？
關聯結果
顯微鏡相當于投影儀加放大鏡；望遠鏡相當于照相機加放大鏡。
知4－練
小明在用顯微鏡觀察上皮組織細胞時，通過調節，已使被觀察物體處在視野的中央了，但像太小，觀察不清楚，這時他應該(　　)
A. 使物鏡遠離物體，目鏡位置不變
B. 使物鏡靠近物體，目鏡遠離物鏡一些
C. 使物鏡遠離物體，目鏡靠近物鏡一些
D. 使物鏡位置不變，目鏡靠近物鏡一些
例 4
知4－練
解題秘方：明確顯微鏡在成像時，物鏡與目鏡所起的作用，各自的成像位置、特點，是解答此題的關鍵。
知4－練
解析：顯微鏡的物鏡使物體成倒立、放大的實像，相當于投影儀的作用，根據“成實像時物近像遠像變大”的規律知，應縮小物距，才能使像變大；顯微鏡的目鏡是起放大鏡的作用，以物鏡所成的像為“物體”，再進行二次成像，此時的“物體”在目鏡的一倍焦距之內，根據放大鏡“物遠像遠像變大”的規律知，應使目鏡遠離物鏡一些。對照選項可知，只有B符合題意。
答案：B
知4－練
4. [錦州期中，多選] 透鏡在生活中應用廣泛，下列說法正確的是(　 　)
A. 顯微鏡的物鏡和目鏡都是凸透鏡
B. 天文望遠鏡的物鏡將遠處的物體成縮小的像
C. 投影儀成的是正立、放大的實像
D. 用放大鏡看地圖時，不可能看到縮小的像
A、B
眼睛與光學儀器
近視眼成
因及矯正
遠視眼成
因及矯正
眼睛
眼睛與
光學儀器
影像的保存
照相機
投影儀
眼睛的好幫手
顯微鏡
望遠鏡

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