2024年中考物理一轮复习 专题03 透镜及其应用（核心知识精讲课件）

这是一份2024年中考物理一轮复习 专题03 透镜及其应用（核心知识精讲课件），共60页。PPT课件主要包含了专题03，透镜及其应用，考情分析，知识建构，知识梳理，题型归纳，夯基·基础知识梳理，提升·必考题型归纳等内容，欢迎下载使用。
二、考情分析《透镜及其应用》是中考必考内容。由于各地区对试卷结构设置不同，本部分的考题少则一道题，多则两道题，分值在2-5分之间；考题类型多样，主要有选择题、填空题、作图题、实验题和解答题等。备考应注意一下内容：凸透镜成像规律与实验探究、透镜的三条特殊关系、生活中的透镜及成像原理、眼睛与眼镜等。本部分考题由于必考，分值也较高，中考的备考应该下功夫认真做好复习，在常考热点的考向、类型下功夫，相信大家一定会取得满意的分数。
1.透镜的概念透镜是用透明物质制成的、至少一个表面为球面一部分的光学元件。光从空气进入透镜一侧，从另一侧射出时各发生一次折射，并由此会产生会聚或发散的效果。2.透镜的分类
3.透镜的主光轴和光心
通过透镜两个球面球心的直线叫主光轴，简称主轴。每个透镜都有一个主轴，主轴用点线表示
透镜主轴上有两个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫透镜的光心。可以认为薄透镜就在透镜的中心
1.实验探究：探究对光的作用（1）凸透镜对光的作用如图所示，让平行于凸透镜主光轴的几束光射向凸透镜，观察到光通过凸透镜后会聚于主光轴上的一点。
凸透镜对光线有会聚作用
凹透镜对光线有发散作用
（2）凹透镜对光的作用如图所示，让平行于凹透镜主光轴的几束光射向凹透镜，观察到光通过凹透镜后会偏离主光轴散开，但其反向延长线交于主光轴上的一点。
2.对“会聚作用”和“发散作用”的理解（1）凸透镜对光有会聚作用，指的是折射光的方向比入射光的方向更靠近主光轴，即通过凸透镜的光将主光轴方向偏折，如图所示。
（2）凹透镜对光有发散作用，指的是折射光的方向比入射光的方向更偏离主光轴，即通过凹透镜的光将向远离主光轴方向偏折，如图所示。
3.透镜中的光路是可逆的由于光在发生折射时是可逆的，而透镜对光的作用也是折射作用，所以透镜中的光路是可逆的。
凸透镜能使跟主光轴平行的数显会聚在主光轴上的一点，这个点叫凸透镜的焦点，用F表示。凸透镜两侧各有一个焦点
凹透镜能使跟主光轴平行的光发散，且发散的光反向延长线相交在主光轴上的一点，这个点不是实际光线会聚的点，所以叫虚焦点，用F表示。凹透镜两侧各有一个虚焦点
凸透镜焦距：焦点F到光心O的距离叫焦距，用f表示，凸透镜两侧的焦距相等
凹透镜焦距：虚焦点F到光心O的距离叫焦距，用f表示，凹透镜两侧的焦距相等
（1）凸透镜焦距的长短与其表面的凸起程度有关，表面越凸，焦距越短；（2）凸透镜焦距长短反映了凸透镜对光会聚作用的强弱，焦距越短，光通过凸透镜后的偏折程度越大，即凸透镜的会聚作用越强；（3）根据光路可逆，若把点光源放在凸透镜的焦点上，射向凸透镜的光经凸透镜折射后会变成平行光，因此可利用凸透镜获得平行光。
2.粗测凸透镜焦距的方法如图所示，让凸透镜（放大镜）正对着太阳光，再拿一张白纸放在它的另一端，调整放大镜与白纸的距离，直到纸上的光斑最小、最亮（这个点就是凸透镜的焦点）。测出这个光斑达到凸透镜光心的距离，即该凸透镜的焦距。这种测凸透镜焦距的方法称为平行光聚焦法。
四、透镜的三条特殊（主要）光线
三条特殊光线是指：通过光心的光线、平行于主光轴的光线、经过焦点（对凹透镜来说应该是射向另一侧焦点）的光线。这三条光线经凸透镜和凹透镜折射后的情况如下：
平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，经过另一侧的焦点
平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线经过凹透镜同侧虚焦点
通过光心的光线经凸透镜折射后，传播方向不变
经光心的光线经凹透镜折射后，传播方向不变
通过焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴
射向凹透镜另一侧虚焦点的光线经凹透镜折射后，平行于主光轴
考向01 透镜与透镜对光的作用
（1）判断透镜类型的方法根据透镜的表面是凸还是凹来判断透镜的类型并不可靠，要通过比较透镜中间与边缘的厚度来确定透镜的类型，因为有的透镜可能是一面图一面凹。（2）根据透镜对光的作用判断：折射光线相对于入射光线会聚了，则经过的透镜是凸透镜；折射光线相对于入射光线发散了，则经过的透镜是凹透镜。（3）平行光聚焦法粗侧凸透镜的焦距：太阳光近似为平行光，让凸透镜正对太阳光时，太阳光垂直于透镜入射，此时入射光线平行于主光轴，当光斑最小最亮时，该点即为凸透镜的焦点。如果不正对太阳光，最小光斑并不在主光轴上，此时的光斑不在焦点上，所以测出的距离也不是焦距。
【例1】（2023·鄂州）如图所示，透过手表表盘上光滑透明凸起部分，能清楚地读出日期信息，光滑透明凸起部分相当于________，观看到的是日期数字________（选填写“实”或“虚”）像。手表的背面打磨得非常光滑，能清晰地照出小明像，此像的大小与小明本人相比________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
透明凸起的部分中间比边缘厚是凸透镜
其相当于一个放大镜，手表数字在凸透镜的一倍焦距以内，则虚像
背面相当于平面镜，由平面镜成像的特点可知，成的像与小明本人大小相同
【变式1-1】（2023·恩施）幻灯机的镜头相当于一个（ ）。A. 凸镜 B. 凹透镜 C. 凸透镜 D. 凹镜
幻灯机是利用凸透镜成倒立放大的实像的原理制成的
【变式1-2】（2023·济宁）有些人的眼睛只能看清远处的物体，而不能看清近处的物体，这样的眼睛需佩戴______（选填“凸透镜”或“凹透镜”）矫正。这种透镜对光有______作用。
只能看清远处的物体，看不清近处的物体，这是远视眼，需要佩戴凸透镜来矫正
【变式1-3】（2023·重庆B）请根据画出的光线，在答图中虚线框内画出一个适当的透镜。
平行的光线经透镜折射后变得发散，因此该透镜起发散作用，为凹透镜
考向02 利用透镜三条特殊光线作图
熟记透镜三条特殊光线（主要光线）经透镜折射后的传播规律，并分清凸透镜和凹透镜三条特殊光线的异同。利用透镜的三条特殊光线作图时，一定要注意：（1）一定要用尺规作图；（2）不要遗漏光线的箭头；（3）光线用实线，辅助线用虚线。
【例2】（2023·陕西A）如图，O为凸透镜的光心，F为凸透镜的焦点，请分别画出两条入射光线通过凸透镜后的折射光线。
平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点，通过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变
【变式2-1】如图所示，凸透镜与凹透镜的一个焦点重合，请根据入射光线，画出相应的出射光线。
过焦点的光线，经过凸透镜折射后，折射光线平行于主光轴；平行于主光轴的光线，经过凹透镜折射后，折射光线的反向延长线要过凹透镜的虚焦点
【变式2-2】（2023·遂宁）请根据图中凸透镜折射后的光线，作出凸透镜的入射光线和经平面镜反射后的光线。
【变式2-3】AB通过凸透镜成倒立放大的实像，在图中画出凸透镜及右侧焦点位置。
经凸透镜折射后的光线过焦点，说明入射光线平行于主光轴；先过平面镜的入射点垂直于镜面作出法线，再根据反射角等于入射角在法线右侧作出反射光线
连接BB'，根据过凸透镜光心的光线，其传播途径不变，则确定光心为AA'与BB'的交点O；过B点作AO的平行线交凸透镜于M点，光线经过凸透镜折射后过其焦点，则连接MB'交AA'于F点，F点即为凸透镜的焦点
1.照相机的成像原理照相机的镜头相对于一个凸透镜，胶片相对于光屏，来自物体的光经过镜头后会聚在照相机暗箱内的胶片上，形成了倒立、缩小的像。2.照相机成像的特点（1）物体到镜头的距离大于镜头到胶片的距离。（2）物体离镜头越远，物体在胶片上所成的像越小，像（或胶片）的位置到镜头的距离越近，即暗箱越短。（3）照相机成的是倒立、缩小的像，像和物体在镜头的两侧。3.照相机拍摄景深的调节为了使远近不同的景物在胶片上都能成清晰的像，需要调节镜头到胶片的距离。（1）拍摄近处景物时，镜头应向前伸，即增大胶片与镜头之间的距离；（2）拍摄远处景物时，镜头应往后缩，即减小胶片与镜头之间的距离；（3）若想使拍摄景物的像大一些，可以减小景物与镜头之间的距离；若想使拍摄景物的像小一些，可以增大景物与镜头之间的距离。
照相机是利用凸透镜来成像的，利用照相机可以得到倒立、缩小的像。投影仪也是利用凸透镜来成像的，利用投影仪能得到倒立、放大的像。1.投影仪的成像过程对投影仪进行光路分析可知，来自投影片上的图案上的光经镜头（凸透镜）折射后，在屏幕上形成清晰的像。2.投影仪的成像特点（1）投影片到镜头的距离小于镜头到屏幕的距离；（2）图案（文字）通过投影仪在屏幕上成的像比投影片上的图案（文字）大；（3）像和投影片在凸透镜的两侧；（4）图案（文字）在屏幕上所成的像是倒立、放大的像；（5）投影片离镜头越近，像到镜头间的距离越大，屏幕上所成的像越大。3.投影仪的调节（1）使屏幕上的像变大的方法：减小投影片与镜头之间的距离，同时增大屏幕与镜头间的距离；（2）使屏幕上的像变小的方法：增大投影片与镜头间的距离，同时减小屏幕与镜头间的距离。
1.放大镜成像放大镜是凸透镜，是常用的光学仪器之一。放大镜能将小物体放大，如图所示。将放大镜镜头放在物体上方与眼睛之间适当位置，透过放大镜可以看到正立、放大的像。
2.放大镜成像特点（1）物体通过放大镜所成的像是一个正立、放大的像；（2）像和物体在凸透镜的同侧；（3）在一定范围内，放大镜离物体越近，所成的像越小；放大镜离物体越远，所成的像越大；（4）若物体与放大镜的距离增大到一定程度，所成的像便消失了。
3.放大镜的使用（1）使像变大的方法：让放大镜与物体之间的距离适当增大一些；（2）使像显小的方法：让放大镜与物体之间的距离适当减小一些。辨析比较：
1.凸透镜成实像的情况实像是实际光线会聚而成的，能成在光屏上。此时物像分别位于凸透镜的两侧，且实像都是倒立的，如图所示。照相机、投影仪所成的像都是实像。
2.凸透镜成虚像的情况虚像不是由光线实际会聚而成的，而是由折射光线的反向延长线相交而成的。凸透镜成虚像时，通过凸透镜射出的光没有会聚，只是人眼逆着折射光线的方向看过去，感到光是从虚像处发出的，故凸透镜成虚像时，物、像位于凸透镜的同侧，我们只能用眼睛看到虚像，而不能用光屏承接到虚像。
3.实像和虚像成像示例（1）实像成像示例
考向01 照相机、投影仪、放大镜
（1）照相机：拍照时，摄像头相当于照相机的镜头，两者都是利用凸透镜成倒立、缩小的实像来工作的；照相机拍摄较远景物时，像比较小；拍摄较近景物时，像比较大。由此可知，远离被被拍摄景物，可以增大拍摄范围，但拍出来的景物会变小。（2）投影仪：理解投影仪（幻灯机）的成像特点是解题的关键。投影仪（幻灯机）利用凸透镜能成倒立、放大的实像的原理工作的，因而可利用“反反得正”的方法推知幻灯片应反向放置。（3）放大镜：在一定范围内，放大镜离物体越近，所成的像越小；离物体越远，所成的像越大。
【例1】（2023·深圳）如图，是一张大厦的照片，关于下列说法正确的是（ ）。A. 照相机的镜头对光线有发散作用 B. 照相机成倒立放大的虚像C. 水中的像是光的反射造成的 D. 在太阳下的大楼是光源
照相机的镜头是凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用
使用照相机时，物距大于二倍焦距，所以成倒立缩小的实像
水中的像是平面镜成像现象，是光的反射造成的
光源能自己发光，大楼反射太阳光，所以大楼不是光源
【变式1-1】（2023·新疆）下列光学仪器中，利用光的反射成像的是（ ）。A. 放大镜 B. 照相机 C. 潜望镜 D. 近视眼镜
潜望镜是平面镜，成正立、等大的虚像，利用的是光的反射
【变式1-2】（2023·绥化）如图所示，小明通过焦距为15cm的凸透镜观察到邮票正立放大的像。下列说法正确的是（ ）。A. 通过凸透镜观察到的像是实像 B. 邮票到凸透镜的距离等于15cmC. 邮票到凸透镜的距离小于15cm D. 邮票到凸透镜的距离大于30cm
看到邮票正立放大的像，说明物距小于一倍焦距，成正立、放大的虚像
因为焦距等于15cm，当物距等于焦距时，经凸透镜折射后成平行光射出，所以不成像
观察到邮票正立放大的像，此时物距小于一倍焦距，即是邮票到凸透镜的距离小于15cm
邮票到凸透镜距离大于30cm，即是物距大于二倍焦距，应在光屏上成缩小、倒立的实像
考向02 实像和虚像
掌握常见的成像现象的成像原理是解题的关键。小孔成像、投影仪、照相机等所成的像都是实际光线会聚而成的实像；平面镜、放大镜、凸面镜等所成的像是光的反射或折射光线的反向延长线相交而成的现象。
利用光的反射规律作图主要有：
【例2】（2023·赤峰）如图所示，通过焦距为10cm的凸透镜观察窗外远处的风景，看到的是（ ）。A.正立放大的虚像B.倒立放大的实像C.倒立缩小的实像D.倒立缩小的虚像
远处的风景到透镜的距离大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，此时成倒立、缩小的实像
【变式2-1】(2023·徐州）徐州市博物馆展出了一枚“彭城御丞”印章。为了方便观看印文细节，印章前放有如图所示的装置，请你解释其中的物理道理：___________。
该装置是凸透镜，印章置于凸透镜下方一倍焦距以内，从上方看到放大正立的虚像
【变式2-2】（2023·南通）运载火箭搭载神舟十六号飞船腾空而起，它在地面摄像机中所成的像是（ ）。A. 实像，像变大 B. 实像，像变小 C. 虚像，像变大 D. 虚像，像变小
摄像机与照相机成像原理相同，都成成倒立、缩小的实像；在腾空而起的过程中，物距变大，根据“成实像时，物远像近像变小”可知，像变小
一、探究凸透镜成像规律
1.基本概念（1）物距：物体到凸透镜光心的距离，用字母u表示。（2）像距：像到凸透镜光心的距离，用字母v表示。
注意：初中阶段，我们研究的凸透镜均为薄透镜，其厚度可忽略不计，故一般物距也可说是物体到透镜的距离，像距是像到透镜的距离。
2.实验-探究凸透镜成像的规律
【设计实验】先把物体放在距离凸透镜较远的地方，然后逐渐向凸透镜方向靠近，同时把光屏放在凸透镜的另一侧，观察光屏上像的变化情况。由于凸透镜的偏折情况和焦距有关，所以应着重观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距时，物体的成像情况。
【进行实验与收集证据】（1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次安放在光具座上，调整它们的高度，使烛焰的中心、凸透镜的光心和光屏的中心大致在同一高度；
【进行实验与收集证据】（2）把蜡烛放在凸透镜二倍焦距以外的地方并点燃，然后调整光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出现清晰烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。稍稍改变物距，重复做这一步；
（3）把蜡烛移向凸透镜，让蜡烛到凸透镜的距离大于二倍焦距，移动光屏，直到光屏上出现蜡烛清晰的像，观察并记录像的大小、正倒，测出物距u和像距v；（4）把蜡烛移向凸透镜，让蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间，移动光屏，直到光屏上出现蜡烛清晰的像，观察并记录像大小、正倒，测出物距u和像距v。稍稍改变物距，重做这一步；
（5）把蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛位于凸透镜的焦点上，移动光屏，观察是否能够成像；（6）把蜡烛移到凸透镜的一倍焦距以内，移动光屏，观察在光屏上能否看到蜡烛的像。如果不能，可以从光屏这一侧透过凸透镜观察，记录所看到的像的正倒、大小以及此时的物距u。稍稍改变物距，重做这一步；
（7）将实验数据和观察结果填入表中（该实验所用凸透镜焦距f=12cm）
【分析论证】（1）焦点是成实像和虚像的分界点。当物距大于一倍焦距时，成实像；当物距小于一倍焦距时，成虚像；当物距大于一倍焦距时，不成像；（2）二倍焦距是成放大实像还是缩小实像的分界点。当物距大于二倍焦距时，成缩小的实像；当物距大于二倍焦距时，成等大的实像；当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，成放大的实像；（3）凸透镜成实像都是倒立的，且像、物位于凸透镜的两侧；凸透镜成虚像时，都是正立的，且像、物同侧；（4）凸透镜成实像时，随着物距的减小，像和像距都变大；成虚像时，随着物距的减小，像和物都不小。
3.实验注意事项（1）光具座的长度有限，做实验时最好选用焦距较小的凸透镜；（2）凸透镜最好放在光具座的中间位置，便于调节物距和像距；（3）调整烛焰、透镜、光屏三者的中心在同一高度，目的是让烛焰的像成在光屏的中央；（4）调整光屏时，不可再调整凸透镜的位置，否则会引起物距的变化；（5）判断烛焰的像是否最清晰的方法：光屏在某位置时，向前或向后移动光屏，像都会变模糊，则此位置即为像最清晰的位置；（6）同一个物距范围内，要换不同的物距进行实验，这是为了排除偶然因素，使实验结论更具普遍性。
实验中无论如何移动光屏都找不到像的几种原因（1）若烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度，烛焰的像将成在光屏偏上方或偏下方，甚至不能在光屏上成像；（2）当烛焰在凸透镜一倍焦距以外，但非常靠近焦点时，虽然能成实像，但所成的像很大，且像距也很大，而光具座长度和光屏的大小有限，光屏不能承接到像；（3）当烛焰位于凸透镜焦点处，烛焰发出的光经凸透镜折射后平行射出，光屏上不会出现烛焰的像；（4）若烛焰位于凸透镜一倍焦距以内，烛焰与其所成的虚像在凸透镜同侧，此时光屏时接收不到像的。
4.凸透镜成像规律的光路分析利用凸透镜三条特殊光线中的任意两条可以画出相应的光路图，从而判断出像距的大小和成像的具体情况，这是理解凸透镜成像规律的最好的方法。（1）当u>2f时，成倒立、缩小的实像，此时f