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2024年中考物理一轮单元复习学思讲测全攻略学案（人教版全国通用）
单元05 透镜及其应用
1. 了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。
2. 探究并了解凸透镜成像的规律。
3. 了解凸透镜成像规律的应用。
通过完成填空的自主学习方式深化对考点知识的理解
考点1. 透镜及透镜作图
1.透镜的分类：凸透镜和凹透镜。
凸透镜：中间厚边缘薄的透镜；
凹透镜：中间薄边缘厚的透镜。
2.有关透镜的科学术语：
主光轴，光心，焦点（F），焦距（f），
3. 透镜对光线的作用：
凸透镜对光线有会聚作用，又叫会聚透镜；凹透镜对光线有发散作用，又叫发散透镜。
4.三条特殊光线：（如图所示，比较两透镜的异同）
（1）凸透镜
A.平行于凸透镜主光轴的光线，经凸透镜折射后，通过透镜的焦点；
B.通过凸透镜焦点的光线，经凸透镜折射后，平行于主光轴；
C.通过凸透镜光心的光线，经凸透镜折射后，传播方向不改变。
（2）凹透镜
A.平行于凹透镜主光轴的光线，经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线通过同侧虚焦点；
B.正对凹透镜另一侧焦点射出的光线，经凹透镜折射后，折射光线平行于主光轴；
C.通过凹透镜光心的光线，经凹透镜折射后，折射光线传播方向不改变。
考点2. 凸透镜成像的规律及应用
物 距（u） 像 距（v） 像 的 性 质 应 用
大 小 正 倒 虚 实
无限远 v=f 极小 光斑 测焦距
u＞2f 2f＞v＞f 缩小 倒立 实像 照相机
u=2f v=2f 等大 倒立 实像 测焦距
2f＞u＞f v＞2f 放大 倒立 实像 幻灯机（投影仪）
u=f 无限远 获平行光源和测焦距
u＜f 同侧 放大 正立 虚像 放大镜
考点3. 眼睛和眼镜
（一）眼睛
1.构造：睫状体、瞳孔、角膜、晶状体、视网膜、视神经、玻璃体等部分构成。眼睛的晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏（胶卷）。
2.视物原理：晶状体和角膜的共同作用相当于凸透镜，来自物体的光，经过他的折射后在视网膜上成倒立缩小的实像，再经视神经系统传入大脑，就能看到物体。
3.远点：依靠眼睛的调节所能看清的最远的点。正常眼睛的远点在无限远处。
4.近点：依靠眼睛的调节所能看清的最近的点。正常眼睛的近点大约在10cm处。
5.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.表现与成因：近视眼看不清远处的物体，原因是晶状体太厚折射能力太强，或眼球在前后方向上太长，因此来自远处某点的光线汇聚在视网膜前，远处的物体成像在视网膜前面，到达视网膜上的是一个模糊的光斑。
2.矫正：佩戴凹透镜。矫正近视眼，要抵消过度的折光作用。可配戴用凹透镜制成的近视眼镜，使入射的光线经凹透镜发散后再射入眼睛，会聚点就能移到视网膜上，如图所示。
（三）远视眼及其矫正
表现与成因：远视眼看不清近处的物体，是因为晶状体太薄折射能力太弱，或眼球在前后方向上太短，因此来自近处某点的光线还没汇聚就到达视网膜上了，近处的的物体成像在视网膜后面，在视网膜上形成一个模糊的光斑。
2.矫正：佩戴凸透镜。矫正远视眼，增强对光的折射作用。可配戴用凸透镜制成的远视眼镜，使入射的光线经凸透镜折射后进入眼睛，会聚点就能移到视网膜上，如图所示。
（四）眼镜的度数
1.透镜的焦度：把透镜焦距的倒数叫做透镜焦度。
2.透镜的度数：透镜焦度乘以100的值。叫做透镜度数。
D＝100/f，远视镜的度数为正数，近视眼的度数为负数。
考点4. 显微镜和望远镜
（一）显微镜
1.构造：目镜、物镜、载物片、反光镜等几部分构成。如图所示
2.目镜和物镜：目镜和物镜都相当于凸透镜，靠近物体的叫物镜，焦距较短；靠近眼睛的叫目镜，焦距较长，两镜间的距离是可以调节的。
3.成像原理：来自被观察物体的光经物镜后，在物镜的焦点以内成倒立、放大的实像，这一实像又经目镜成正立、放大的虚像。如图所示：
说明：1.显微镜由目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使物体两次放大。物镜像投影仪一样成像，成倒立、放大的实像；目镜的作用像一个普通放大镜，以物镜成的实像为物，再成一个正立、放大虚像。所以总的来说，显微镜成的是倒立、放大、虚像。（物镜的实像被目镜又变成虚像了，而我们看到的是目镜成的虚像，而不是物镜成的实像）。
2.对于显微镜，要理解它的结构由物镜和目镜组成，它两次成像，一次成实像一次成虚像，放大倍数等于两次放大倍数之积。
（二）望远镜
1.构造：由两种凸透镜组成，靠近被观察物体的叫物镜，焦距较长；靠近眼睛的叫目镜，焦距较短。如图：
2.成像原理：由于从天体上各点射到物镜上的光可以看作是平行光，经物镜折射后，在物镜焦点外很近的地方，得到天体的倒立缩小的实像。目镜的前焦点和物镜的后焦点重合在—起，所以天体通过物镜所成的实像，位于目镜的一倍焦距以内。这倒立的缩小的实像对目镜来说是物体，它经目镜所成的像是放大的虚像。
3.视角：被观察的物体两端到人眼光心所夹的角叫视角。如图所示视角的大小和物体到眼睛的距离，物体越大，或离眼睛越近，视角越大。
说明：1.望远镜由目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使远处物体先成实像，后成虚像。物镜使物体成缩小、倒立的实像（相当照相机）；目镜的作用像一个普通放大镜，以物镜成的实像为物，成一个正立、放大虚像。
2.望远镜的作用是看清远处的物体，望远镜的物镜成的像是倒立缩小的，但是像离我们的眼睛更近了，经过目镜的放大，我们观察像的视角变大，这样就能观察的清楚了。
3.望远镜的物镜的直径越大，来自远处的物体的光射到物镜上的就越多，经物镜会聚后所成的像就越亮。这对与观察天空中的暗星非常重要。
注意：显微镜与望远镜区别
1.对于显微镜而言
（1）作用：用来观察细微物体或物体细微部分。
（2）原理：先用一个接近物体的凸透镜使物体成一放大的实像，然后再用另一个接近眼睛的凸透镜把这个实像再一次放大，就能看清很微小的物体了。
离物体近的这个透镜叫物镜，其焦距较短；离眼睛近的这个透镜叫目镜，其焦距比物镜稍大。两镜间的距离可以调节。
（3）使用显微镜的注意事项
①拿显微镜时，要一手紧握镜臂，一手托镜座，不要单手提拿，以防目镜或其他零件滑落。
②显微镜不可放置在实验台的边缘，以免碰翻落地。
③不要随意取下目镜或拆卸显微镜的各种部件，以防灰尘落入内部或发生丢失损坏等。
④使用显微镜时，操作要正规，养成两眼同睁、两手并用的习惯，边观察边计数和绘图等。
⑤要保持显微镜的清洁，发现有灰尘或操作中不慎使镜头和载物台沾上染料、水滴等，应及时擦去。光学和照明部分的镜面只能用擦镜纸轻轻擦拭，切勿用手指、手帕和绸布等擦摸，以免磨损镜面。机械部分可以用布擦拭。
⑥显微镜使用完毕，转动粗调螺旋上升镜筒或下降载物台，取下标本片，转动转换器使物镜离开通光孔，然后再下降镜筒或上升载物台使接近物镜，垂直反光镜，下降集光器，关闭虹彩光阑，复原倾斜关节和报片器位置，把显微镜放回镜箱。
（4）显微镜的放大倍数
①显微镜的放大倍数等于物镜和放大倍数和目镜的放大倍数的乘积。
②显微镜的放大倍数是指长和宽的倍数
③物镜、目镜的焦距越短，放大率越高。
2.对于望远镜而言
（1）作用：利用望远镜能看清远处的（大）物体。
（2）组成：有一种望远镜（开普勒望远镜）由两组凸透镜组成。靠近物体的叫物镜，焦距较长；靠近眼睛的叫目镜，焦距较短。物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合。
（3）原理：物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。
（4）视觉效果：望远镜所成的像是缩小的，但是由于“视角”增大，人感觉物体被放大了。
望远镜的直径比我们的眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像明亮。
还有一种望远镜用凸透镜作物镜，用凹透镜作目镜（伽利略望远镜）。天文望远镜也常用凹面镜作物镜。望远镜成的是倒立的像，而日常及军用望远镜所成的像是正立的。
一、对透镜作图问题的思维方法
掌握三条特殊的入射光线，经过透镜折射后的折射光线的特点是透镜光路作图的重要方法。
二、对凸透镜成像规律理解的思维方法
（1）焦点是成实像和虚像的分界点；
（2）二倍焦距处是成放大实像和缩小实像的分界点；
（3）倒立的都是实像、正立的都是虚像；
（4）当u>v时，像是缩小的；反之，像是放大的；
（5）成实像时：当物距减小时，像距和像都增大；
反之，物距增大，像和像距都减小。简言之“物近像远像变大；”
（6）无论是成实像还是虚像，只要物体向焦点靠近，所成的像都变大；
（7）像与物左右相反，上下相反；
（8）凸透镜破损或有污渍，不影响成像的完整性，只是让像变暗；
（9）物和像在透镜同侧的是虚像；异侧的是实像。
三、探究凸透镜成像规律实验思维方法
1.实验操作：实验时点燃蜡烛，使烛焰中心、凸透镜光心、光屏的中心（即焰心、光心、光屏中心）大致在同一高度，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。 实验时发现蜡烛的像呈在光屏的上半部分，要想使像呈在光屏的中心，该如何操作：①向上移动光屏；②向上移动蜡烛；③向下移动凸透镜。
2.如果用手将凸透镜遮住一半，则光屏上依然是一个完整的像，但亮度较暗。
3.若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：
①蜡烛在焦点以内（u②烛焰在焦点上(u=f) ；
③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度 ；
④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置。
4.燃烧的蜡烛不断变短，光屏上的像向上移动，为使像呈在光屏中央，应该将光屏向上移动或蜡烛向上移动或凸透镜向下移动。
5.实验结论：凸透镜成像规律内容。
6.对规律的进一步认识：一倍焦距分虚实 二倍焦距分大小，物近像远像变大。像跟着物体跑。
考点1. 透镜及透镜作图
【例题1】（2023深圳） 画出两条光线经透镜折射后的光路。
【答案】如图所示。
【解析】由于凸透镜能将平行光会聚到焦点上，所以平行于主光轴的光，经过凸透镜折射，经过焦点；经过光心的光，不发生折射，沿原来的传播方向传播，如图所示。
【例题2】请在图中画出光线经过凹透镜后的光路图。（F为焦点）
【答案】如图所示。
；
【解析】平行于凹透镜主轴的光线，经过凹透镜的作用，折射后的发散光线，反向延长后交于凹透镜的焦点；沿着凹透镜焦点的入射光线，经过凹透镜作用后，折射光线平行于主光轴。
【例题3】把带双箭头的图片放在圆柱形透明玻璃杯后适当位置并在玻璃杯中加入适重的水，看到的情景如图所示，图甲与______ ，图乙与______ 光学仪器成像的原理相同两空均选填“照相机”、“投影仪”、“放大镜”或“近视眼镜”。
【答案】放大镜 照相机
【解析】未放水杯前，箭头的方向都是向右的；
甲图中，下面的箭头的方向不变，成的是正立的、放大的像，则是正立、放大的虚像，其应用是放大镜；
乙图中，下面的箭头的方向发生了改变，成的是倒立、缩小的像，其应用是照相机。
考点2. 凸透镜成像的规律及应用
【例题4】（2023安徽）某小组探究平面镜和凸透镜成像的特点，将光源和光屏分别竖直放置在水平光具座上的A、C位置，B是AC的中点，如图1所示。在AB之间朝向A观察，看到的光源形状如图2中的甲所示。
（1）在B处竖直放置一块平面镜，镜面朝向光源，小丽在AB之间观察平面镜中的像，小明在BC之间观察光屏。此后，小亮将平面镜更换为一个凸透镜，恰能在光屏上成等大的像，他在BC之间观察光屏上的像。上述实验过程中，小丽、小明和小亮观察到的分别是图2中的______（选填“①”“②”“③”或“④”）；
①甲、丙、戊 ②乙、丙、丁 ③乙、乙、丁 ④乙、乙、戊
（2）小亮继续实验，要在光屏上得到一个缩小的像，可保持光源位置不变，将凸透镜向______（选填“A”或“C”）移动，并调节光屏的位置直到呈现清晰的像。
【答案】（1）② （2）C
【解析】（1）平面镜成像原理是光的反射，成正立、等大的虚像，虚像与物体左右相反。所以小丽在AB之间观察平面镜中的像，由于光的反射，看到的像是图乙；小明在BC之间观察光屏，由于虚像不能用光屏承接，所以小明在光屏上看不到像，如图丙；在B点放置凸透镜，此时
u=v=2f
在光屏上成倒立、等大的实像，且左右相反，小亮观察到的像如图丁，故②符合题意，①③④不符合题意。
故选②。
（2）根据凸透镜成像特点可知，要在光屏上得到一个缩小的像，物距u>2f，光源位置不变，需将凸透镜向C移动，并调节光屏的位置直到呈现清晰的像。
【例题5】（2023河北）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，蜡烛、焦距为10cm的凸透镜、光屏位置如图所示时，光屏上恰好呈现烛焰清晰的像。下列说法正确的是（ ）
A. 投影仪就是利用这一规律成像的
B. 将蜡烛放置在35cm刻度处，仅向右移动光屏，能得到清晰、倒立、放大的实像
C. 若飞来一只小虫落在凸透镜上，遮住凸透镜的部分区域，则光屏上烛焰的像不再完整
D. 蜡烛、凸透镜、光屏位置不动，用焦距8cm凸透镜替换该透镜，光屏上不再成清晰的像
【答案】BD
【解析】A．如图，物距大于像距，此时成倒立、缩小的实像，照相机就是利用这一规律成像的，故A错误；
B．将蜡烛放置在35cm刻度处，物距在一倍焦距与二倍焦距之间，像应成在二倍焦距以外，仅向右移动光屏，能得到清晰、倒立、放大的实像，故B正确；
C．若飞来一只小虫落在凸透镜上，遮住凸透镜的部分区域，则透镜的其它部位能使光线透过，光屏上烛焰的像扔完整，由于透过的光线减少，像比以前变暗，故C错误；
D．蜡烛、凸透镜位置不动，用焦距8cm凸透镜替换该透镜，相当于增大了物距，要想在光屏上成清晰的像，要减小像距，即光屏向左移动，所以光屏若不移动，就不再成清晰的像。故D正确。
故选BD。
考点3. 眼睛和眼镜
【例题6】（2023广西）为矫正远视眼，佩戴的眼镜片是（ ）
A. 凸透镜 B. 凹透镜 C. 平面镜 D. 凸面镜
【答案】A
【解析】远视眼的成因是晶状体太薄，折光能力太弱、或者是眼球前后距离过长，成像在视网膜后方，需利用凸透镜的会聚作用矫正，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
【例题7】（2023湖北天门）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
【答案】A
【解析】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。
考点4. 显微镜和望远镜
【例题8】显微镜在生物课时我们已学过，显微镜的结构如图所示，则下列分析正确的是（ ）
A．物镜相当于凸透镜，目镜相当于凹透镜
B．物镜和目镜都相当于凸透镜，但只有目镜起放大作用
C．物镜和目镜都相当于凸透镜，但只有物镜起放大作用
D．物镜和目镜都相当于凸透镜，来自被观察物体的光经物镜成一个放大的像，再经目镜再放大一次
【答案】D
【解析】A、物镜相当于凸透镜，目镜相当于凸透镜，故A错误；BC、物镜和目镜都相当于凸透镜，都起放大作用，故BC错误；D、物镜和目镜都相当于凸透镜，来自被观察物体的光经物镜成一个放大的像，再经目镜再放大一次，这样就可看到肉眼看不到的小物体了，故D正确。故选D。
【例题9】如图表示一种光学仪器的原理，图中L1是物镜，L2是目镜。这种仪器是 （填“望远镜”或“显微镜”），目镜的作用相当于 （填“放大镜”或“投影仪”）。
【答案】望远镜；放大镜。
【解析】由图可见，远处的物体先通过物镜使物体成一倒立、缩小的实像，然后用目镜把这个实像再放大（正立、放大的虚像），就能看清很远处的物体，这就是望远镜的原理，目镜相当于一个放大镜。
《透镜及其应用》单元综合素养精准达标模拟检测试卷
（答题时间90分钟，试卷满分100分）
一、选择题（本大题有12道小题，每小题3分，共计36分）
1. 在如图所示的光学元件中，属于凸透镜的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】AB．中间薄，边缘厚的透镜是凹透镜，故AB不符合题意；
C．该透镜中间厚，边缘薄，属于凸透镜，故C符合题意；
D．该元件厚度相同，不是凹透镜，也不是凸透镜，故D不符合题意。
故选C。
2．小明利用太阳光测量凸透镜的焦距。下列操作最合理的是（ ）
A B C D
【答案】C
【解析】利用会聚太阳光法测焦距时，要将凸透镜正对着太阳光，太阳光经凸透镜后将会聚在焦点。所以把白纸（光屏）置于另一侧，改变白纸与凸透镜间的距离，直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑，这个光斑便为焦点，测出光斑到凸透镜的距离，可得凸透镜的焦距。可见ABD错、C正确。故选：C。
3．如图所示，通过透镜的光路图正确的是（ ）
A．B． C．D．
【答案】A
【解析】A、对于凸透镜，过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴，故A正确；B、对于凸透镜，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点，故B错误；C、对于凹透镜，平行于主光轴的入射光线经凹透镜折射后折射光线反向延长通过焦点，故C错误；D、对于凹透镜，过焦点的光线不属于特殊光线，折射光线将远离主光轴，故D错误。故选：A。
4．一塑料薄膜组成的顶棚下堆放着一堆干草，夏天雨后，阳光穿过薄膜上的积水，照射到干草上，则下列说法正确的是（ ）
A．薄膜上的积水形成一个大的凸透镜，如果其焦点恰好在干草处，干草有可能燃烧
B．透镜都是固体物质组成的，液体不能起凸透镜作用
C．起凸透镜作用的应是塑料薄膜
D．水和塑料薄膜共同起凹透镜作用
【答案】A
【解析】薄膜上的积水中间厚，边缘薄，恰好形成了一个大的凸透镜，而此时太阳光通过这个凸透镜发生折射，干草又在凸透镜的焦点处，就很容易引起干草的燃烧。故选A。故选：A。
5. 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
【解析】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。
6. （2023江苏连云港）在“探究凸透镜成像规律”的实验中，当烛焰、凸透镜、光屏在图所示的位置时，恰能在光屏上得到一个清晰的像，利用这个成像规律可以制成（ ）
A. 照机机 B. 潜望镜 C. 幻灯机 D. 放大镜
【答案】C
【解析】当时，，成倒立、缩小的实像，照相机、摄像机就是根据这个原理制成的；
当时，，成倒立、等大的实像；当时，，成倒立、放大的实像．幻灯机、投影仪就是根据这个原理制成的；当时，无像．经凸透镜折射后的光线是平行的，没有会聚点；当时，成正立、放大的虚像．放大镜就是根据这个原理制成的；
图中的物距小于像距且凸透镜成的倒立放大的实像，故是幻灯机的原理；所以利用这个成像规律可以制成幻灯机；故C项符合题意、ABD项不符合题意.
7. （2023湖北天门）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
【答案】A
【解析】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。
8．如图所示为实验室用显微镜和天文望远镜，关于图中两种仪器下列说法错误的是（ ）
A．显微镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立放大的实像
B．天文望远镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立缩小的实像
C．显微镜的目镜相当于凸透镜，物镜相当于凹透镜
D．天文望远镜的目镜和物镜都相当于凸透镜
【答案】：C
【解析】：AC、显微镜的目镜和物镜都是凸透镜，目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立放大的实像，故A正确，C不正确；BD、天文望远镜的目镜和物镜都是由凸透镜组成，目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立缩小的实像，故BD正确；因此说法错误的是C。故选：C。
9．在“探究凸透镜成像规律”的实验中，当蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示时，光屏上得到清晰的像。则（ ）
A．透镜焦距一定在10cm到15cm之间
B．透镜焦距一定在15cm到20cm之间
C．把蜡烛向左移动少许，光屏适当向左移动可得到大些的实像
D．把蜡烛向右移动少许，光屏适当向右移动可得到小些的实像
【答案】A
【解析】掌握凸透镜成像的规律，知道当物距在一倍焦距和二倍焦距之间时，成倒立放大的实像，此时像距大于2f；且成实像时，遵循物近像远像变大的特点。
AB、观察图示可知此时u＝20cm，v＝30cm，u＜v，成倒立放大的实像，由凸透镜的成像规律可知，此时f＜u＜2f，v＞2f，即有则，f＜20cm＜2f，30cm＞2f，解得10cm＜f＜15cm；故凸透镜的焦距的范围是：10cm＜f＜15cm，故A正确，B错误；
C、把蜡烛向左移动少许，此时物距变大，像距变小，像变小，所以光屏适当向左移动可得到小些的实像，故C错误；
D、把蜡烛向右移动少许，此时物距变小，像距变大，像变大，所以光屏适当向右移动可得到大些的实像，故D错误。
10. （2023湖南郴州）如图所示，烛焰、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度，该凸透镜的焦距为10.0cm，凸透镜的位置保持不变。以下说法正确的是（ ）
A. 当蜡烛放在图中A区域时，光屏应放在图中D区域才可能呈现清晰的像
B. 蜡烛从图中位置逐渐远离透镜时，所成的像会逐渐变小
C. 若无论怎么移动光屏，在光屏上都找不到像，则蜡烛可能放在图中B区域
D. 若光屏上要得到一个放大的像，则蜡烛应该放在图中C区域
【答案】B
【解析】A．蜡烛放在图中A区域，即蜡烛在该透镜的两倍焦距以外，此时成倒立、缩小的实像，像在透镜另一侧的一倍焦距和两倍焦距之间，即图中的E区域，故A错误；
B．凸透镜成实像时，物体离透镜越远，所成的实像越小，图中蜡烛位于该透镜的两倍焦距以外，成倒立、缩小的实像，所以蜡烛从图中位置逐渐远离透镜时，所成的实像会逐渐变小，故B正确；
C．蜡烛放在图中B区域，即该透镜的一倍焦距和二倍焦距之间，此时成倒立、放大的实像，像的位置在透镜另一侧的两倍焦距以外，即如果蜡烛放在图中B区域，则在图中的F区域的光屏上能找到像，故C错误；
D．当蜡烛放在图中C区域，即该透镜的一倍焦距以内，此时成正立、放大的虚像，虚像是用光屏承接不到的，故D错误。故选B。
11. 一凸透镜的焦距为12cm，将点燃的蜡烛从离凸透镜30cm处沿主光轴移到15cm处的过程中，像的大小和像距的变化情况是（ ）
A. 像变小，像距变小 B. 像变大，像距变大
C. 像变大，像距变小 D. 像变小，像距变大
【答案】B
【解析】凸透镜的焦距为12cm，点燃的蜡烛从离凸透镜30cm处沿主光轴移到15cm处的过程中，即物距从大于二倍焦距处，移到小于二倍焦距、大于一倍焦距处，物距一直变小，因此像距一直增大，像也一直增大，像从缩小的像一直增大为放大的像，故B符合题意。
12．潜望镜、老花镜、近视镜、汽车的观后镜，依次用的是（ ）
A．凹透镜、凹透镜、凸透镜、凸面镜
B．平面镜、凸透镜、凹透镜、凸面镜
C．平面镜、凸透镜、凹透镜、凸透镜
D．平面镜、凹透镜、凸透镜、凸透镜
【答案】B
【解析】潜望镜利用平面镜改变光路；老花镜利用凸透镜对光线的会聚作用，使像呈在视网膜上；近视镜利用凹透镜对光线有发散作用，使像呈在视网膜上；汽车观后镜利用凸面镜对光线的发散作用，发散光线的反向延长线会聚成像；所以依次用的是平面镜、凸透镜、凹透镜、凸透镜。故选：B。
二、填空题（每空1分，共计28分）
1. （2022广西贺州）如图所示的四个透镜，属于凸透镜的有______，属于凹透镜的有______（两空均填编号）。
【答案】 ②③ ①④
【解析】中间厚，边缘薄的透镜叫凸透镜，如图所示的四个透镜，属于凸透镜的有②③。
中间薄，边缘厚的透镜叫凹透镜，如图所示的四个透镜，属于凹透镜的有①④。
2. 烈日下，汽车玻璃窗上的小水珠应尽快擦干，这是由于小水珠相当于一个 ______（选填“凸透镜”或“凹透镜”），对太阳光有 _____（选填“会聚”或“发散”）作用，可能使车内某处温度升高而导致火灾。
【答案】 凸透镜 会聚
【解析】小水珠边缘薄，中间厚，所以相当于凸透镜。
凸透镜对光线具有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用，而小水珠相当于凸透镜，故对光线有会聚作用。
3. 如图所示，西汉时期的《淮南万毕术》中记载有“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”请你用学过的光学知识判断“削冰令圆”就是把冰块制成____镜，若要“火生”应把“艾”放在镜的_____位置。
【答案】 凸透 焦点
【解析】削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生，将冰削圆，对着太阳能生火，说明削成的圆冰对火有会聚作用，所以是冰块制成凸透镜。
太阳光都会会聚到凸透镜的焦点位置，要快速生火，需把“艾”放在镜的焦点位置。
4. （2023重庆A）小刚用焦距为10cm的凸透镜探究凸透镜成像的规律，当蜡烛、凸透镜、光屏三者高度如图所示时，适当调节______的高度后便可开始实验；当蜡烛距凸透镜25cm时，移动光屏，在光屏上承接到一个清晰缩小的像，生活中的______就是根据该成像规律制成的；把蜡烛适当靠近凸透镜，应将光屏____（选填“靠近”或“远离”）凸透镜，才能再次承接到清晰的像。
【答案】 蜡烛 照相机 远离
【解析】探究凸透镜成像的规律时，要调节蜡烛、凸透镜、光屏三者同一高度，由图可知，蜡烛偏高，则要适当将蜡烛向下调节。
当蜡烛距凸透镜25cm，即物距大于两倍焦距时，移动光屏，在光屏上承接到一个清晰缩小的像，照相机就是根据该成像规律制成的。把蜡烛适当靠近凸透镜，即物距变小，则像距变大，则应将光屏远离凸透镜，才能再次承接到清晰的像。
5. （2023黑龙江龙东）某学习小组用图甲探究“凸透镜成像规律”，通过实验，绘制了像距v随物距u变化图像如图乙所示，此凸透镜的焦距是________cm。当蜡烛放在如图甲所示位置时，调节光屏位置，直到光屏上得到清晰的像，若此时在蜡烛与凸透镜之间靠近凸透镜处放一个近视眼镜，若想在光屏上还能得到清晰的像，应该将光屏向_______（选填“靠近”或“远离”）凸透镜方向移动。
【答案】 5 远离
【解析】凸透镜成像时，当
物体成倒立、等大的实像，由图乙可知
解得此凸透镜的焦距是f=5cm。
近视眼镜是凹透镜，对光线有发散作用，凹透镜放在蜡烛和凸透镜之间靠近凸透镜的位置，使原来会聚成像的光线往后会聚，像的位置会远离凸透镜，所以将光屏远离凸透镜，光屏上会再次接到清晰的像。
6.如图所示，下列有关眼睛的示意图，远视眼是 图，远视眼矫正是 图。
【答案】丁；乙。
【解析】眼睛的晶状体相当于凸透镜；
甲图中像呈在视网膜的前方，是近视眼模型，需要佩戴发散透镜，即凹透镜，使光线推迟会聚，如丙图。
丁图中像呈在视网膜的后方，是远视眼模型，应佩戴会聚透镜矫正，即凸透镜，如图乙。
7. （2023新疆）芯片是电子设备的核心组件，光刻机是制造芯片的核心装备。
（1）某光刻机通过极紫外光照射镂空的集成电路模板，经过透镜组后在硅晶圆表面的光刻胶上刻出缩小的电路图案。该透镜组相当于一个_______透镜，极紫外光在制成透镜的玻璃内沿_______（填“直线”或“曲线”）传播，集成电路模板到透镜的距离_______（填“大于”或“小于”）硅晶圆到透镜的距离。
（2）为防止芯片工作时温度过高，常用散热片将热量散失到环境中，这是通过_______（“做功”或“热传递”）的方式改变芯片的内能。一般情况下，物体颜色越深，热辐射散热能力越强，故散热片的颜色多为_______（填“黑”或“白”）色。一个指甲盖大小的芯片可能有上百亿个晶体管，晶体管的空间尺度_______（填“大于”或“小于”）原子的空间尺度。
【答案】 （1）凸 直线 大于 （2）热传递 黑 大于
【解析】（1）光刻机通过极紫外光照射镂空的集成电路模板，经过透镜组后在硅晶圆表面的光刻胶上刻出缩小的电路图案，此时成倒立缩小的实像，故透镜是凸透镜。
光在同种均匀介质中沿直线传播，故极紫外光在制成透镜的玻璃内沿直线传播。
集成电路模板到透镜的距离相当于物距，硅晶圆到透镜的距离相当于像距，此时成缩小的实像，故集成电路模板到透镜的距离大于硅晶圆到透镜的距离。
（2）改变内能的方式有做功和热传递，散热片将热量散失到环境中，这是通过热传递的方式。
由题意可知：物体颜色越深，热辐射散热能力越强，故散热片的颜色多为深色，即黑色。
晶体管空间尺度约为5nm，即，而原子的空间尺度约为，故晶体管的空间尺度大于原子的空间尺度。
8. （2023广东省广州市）如图，凸透镜的光心在0cm处，物体MN上M发出的光线b经过光心，M发出的光线c经过凸透镜后的光线平行于主光轴。
①画出b经过光心后的光线；
②该凸透镜的焦距为______cm；MN经凸透镜成的像相对于MN是______（选填“放大”“缩小”“等大”）、______（选填“正立”“倒立”）的像。
【答案】 ①.
②. 10 缩小 倒立
【解析】 ①过凸透镜光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变，据此画出光线b经光心后的光线，如图所示。
②由图可知，光线a经凸透镜折射平行于主光轴，光线a与主光轴的交点即为焦点，光心O到这一点的距离为焦距，则该凸透镜的焦距为10cm。
由图知，物距u=25cm，u>2f，根据凸透镜成像规律可知此时成倒立缩小的实像，即物体MN经凸透镜成的像相对于物是缩小的倒立的。
9.在探究“凸透镜成像规律”的实验中，下表是小华同学实验时记录的几组数据，根据表中数据完成下列问题。
实验次数 物距u/cm 像距v/cm 成像性质
1 30 15 倒立缩小实像
2 20 20 倒立等大实像
3 15 倒立放大实像
(1)此凸透镜的焦距为______cm；
(2)第3次实验中像距为______cm，判断依据是_____。
【答案】 (1)10 (2)30 (3)光路可逆
【解析】(1)由表中第2次实验的数据，物距等于像距，像和物等大，可知，此时
u2=v2=2f=20cm，f=10cm
即该凸透镜的焦距为10cm。
(2)由实验第1次，u1=30cm，v1=15cm
成倒立缩小实像，由光路的可逆性可知u3=15cm，v3=30cm
10.如图所示，把一凸透镜放在平面镜前，当用眼睛观察镜子时，光束似乎是从M处发散开来的，则光束会聚处和M点的距离是____m，该凸透镜的焦距是___ m。
【答案】0.6；0.2。
【解析】平面镜成像是由于光的反射而形成的，其成像的特点是：平面镜所成像是正立的、等大的虚像，物像到镜面的距离相等，即物像关于镜面对称。由题意知：光束似乎是从M处发散开来的，则光束会聚处（即焦点）和M点关于镜面对称，故它们之间的距离是0.6m，该凸透镜的焦距是0.2m。
三、作图题（每小题2分，共计6分）
1. （2023山东烟台）光通过透镜会发生折射，请将图中的入射光线或折射光线补画完整。
【答案】如图所示。
【解析】图中透镜是凸透镜，凸透镜有三条特殊光线：过焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴；穿过光心的光线传播方向不变；与主光轴平行的光线折射后穿过凸透镜的焦点，光路图如图所示。
2. （2023重庆A）在如图中画出入射光线经凹透镜折射后的光线。
【答案】如图所示.
【解析】凹透镜对光有发散作用，射向凹透镜另一侧焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴射出，如答案图所示.
3．如图所示，凸透镜的主光轴与水面相平，F是凸透镜的焦点，一束与水面平行的光射到凸透镜上，经凸透镜折射后在水面发生了反射和折射，请画出此过程的光路图。
【答案】如图所示：
【解析】（1）由图示可知，入射光线平行于凸透镜的主光轴，经凸透镜折射后过焦点；
（2）过焦点（入射点）F画出法线，根据反射角等于入射角在法线右侧空气中画出反射光线；
在法线右侧的水中，根据折射角小于入射角画出折射光线。
四、实验探究题（本大题有3道小题，共计18分）
1. （6分）（2023湖南衡阳）小明同学利用光具座、凸透镜、蜡烛、光屏等实验器材探究凸透镜成像规律：
（1）如图甲所示，小明将一束平行光正对凸透镜，移动光屏，直到光屏上形成一个最小最亮的光斑，该凸透镜的焦距为______cm；
（2）实验时，把凸透镜固定在光具座50cm刻度线处，为使像成在光屏中央，应将烛焰、凸透镜和光屏三者中心调到_______；
（3）小明将蜡烛移至光具座20cm刻度线处，如图乙所示，移动光屏，直到烛焰在光屏上成清晰的像，则该像是倒立、_______的实像。生活中的______（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机”）就是利用这种成像规律工作的；
（4）接着，小明保持凸透镜在光具座上的位置不动，如果仅将图乙中蜡烛和光屏的位置互换，发现光屏上仍能观察到烛焰清晰的像。这是因为在光的折射现象中，光路是______的；
（5）在如图乙所示实验情形下，如果保持凸透镜和光屏的位置不变，将蜡烛适当远离凸透镜，发现光屏上烛焰的像变得模糊不清，此现象可以体现______（选填“近视眼”或“远视眼”）的成像情况。
【答案】（1）10.0 （2）同一水平高度上 （3）缩小 照相机 （4）可逆 （5）近视眼
【解析】（1）根据凸透镜焦距的定义可知，此时光屏到凸透镜的距离为焦距，即
f=30.0cm-20.0cm=10.0cm
（2）在光具座上将点燃的蜡烛、光屏放在凸透镜的两侧，调节它们的高度，使烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一水平高度上，这样做的目的是使像呈现在光屏中央。
（3）将蜡烛移至光具座20cm刻度线处时，此时的物距为
即物距大于两倍焦距，成的是倒立缩小的实像，生活中照相机就是利用这个原理工作的。
（4）在（3）的基础上，保持凸透镜在光具座上的位置不动，将蜡烛和光屏的位置互换，互换后物距应是大于一倍焦距而小于两倍焦距，成的是倒立放大的实像，在光屏上像是清晰的，由此可知，在光的折射现象中，光路是可逆的。
（5）如果保持凸透镜和光屏的位置不变，将蜡烛适当远离凸透镜，发现光屏上烛焰的像变得模糊不清。根据凸透镜成像规律，物远像近像变小，像成在光屏的前方，此现象可以体现近视眼的成像情况。
2.（6分）（2023北京） 在探究凸透镜所成实像的高度与物距、焦距的关系时，三个小组的同学用高度相同的发光体以及焦距不同的凸透镜等器材进行了实验，部分实验数据如表中所示。
表1（f =5cm）
物距u/cm 像高h/cm
11 5
17 2.5
40 0.9
表2（f =8cm）
物距u/cm 像高h/cm
24 3
36 1.7
40 1.5
表3（f =10cm）
物距u/cm 像高h/cm
25 4
28 3.3
40 2
（1）由表中数据可知：物体高度、凸透镜焦距一定时，物距变大，所成实像高度的变化情况是：________；物体高度、物距一定时，凸透镜焦距变大，所成实像的高度变化情况是：________。
（2）讲台上有一发光体，同学们利用凸透镜和光屏观察发光体在各自光屏上所成的像，小京所用凸透镜离发光体较近，小强所用凸透镜离发光体较远，发现两人光屏上呈现的像的高度相等，则小京所用凸透镜的焦距________小强所用凸透镜的焦距。（选填“大于”“等于”或“小于”）
【答案】 （1）变小 变大 （2）小于
【解析】（1）表1中，凸透镜焦距不变f =5cm，物距11cm、17cm、40cm不断增大，像高5cm、2.5cm、0.9cm逐渐减小；同理表2中、表3中也可看出物体高度、凸透镜焦距一定时，物距变大，所成实像高度变小；
观察三个表中的最后一项，凸透镜焦距变大5cm、8cm、10cm，物距不变都是40cm，像高变大0.9cm、1.5cm、2cm。
（2）同一个物体，两个凸透镜所成像的高度相等，离物体近的透镜对光的折射能力强，焦距短，所以小京所用凸透镜的焦距小于小强所用凸透镜的焦距。
3.（6分）（2023辽宁抚顺） 小毛用凸透镜、蜡烛、光屏和光具座等器材探究“凸透镜成像的规律”。
（1）小毛将一束平行于凸透镜主光轴的光线射向凸透镜，调节光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出现_______，此时凸透镜和光屏的位置如图甲所示，从而正确测出凸透镜的焦距；
（2）实验前，为了使烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，应将如图乙所示的_____适当向下调节；
（3）将蜡烛、凸透镜保持在如图乙位置不动，在______（填“50cm~60cm”“60cm~70cm”或“0cm~80cm”）刻度之间移动光屏，直至光屏上出现烛焰清晰的像。生活中的_____（填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一成像原理工作的；
（4）在（3）的基础上，保持凸透镜位置不动，对调蜡烛和光屏，则光屏上烛焰的像相对烛焰是______（填“放大”或“缩小”）的。此时小毛将近视眼镜的镜片放在凸透镜与蜡烛之间合适的位置，则应将光屏______（填“远离”或“靠近”）凸透镜，可使光屏上再次出现烛焰清晰的像。
【答案】 （1）很小、很亮的光斑 （2） 光屏 （3） 60cm~70cm 照相机 （4）放大 远离
【解析】（1）小毛将一束平行于凸透镜主光轴的光线射向凸透镜，调节光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出很小、很亮的光斑，这个光斑叫焦点；此时凸透镜和光屏的位置如图甲所示，可知凸透镜的焦距为
f=40.0cm-30.0cm=10.0cm
（2）实验前，为了使像成在光屏上，要调节烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，应将如图乙所示的光屏适当向下调节。
（3）将蜡烛、凸透镜保持在如图乙位置不动，可知物距大于2倍焦距（成倒立、缩小实像），像距在1倍焦距和2倍焦距之间，即在60cm~ 70cm刻度之间移动光屏，直至光屏上出现烛焰清晰的像；生活中的照相机就是利用这一成像原理工作的。
（4）在（3）的基础上，保持凸透镜位置不动，对调蜡烛和光屏，根据光路的可逆性，则光屏上烛焰的像相对烛焰是放大的。
此时小毛将近视眼镜的镜片放在凸透镜与蜡烛之间合适的位置，因近视眼镜对光线有发散作用，则应将光屏远离凸透镜，可使光屏上再次出现烛焰清晰的像。
五、综合素养题（本大题有4道小题，共计12分）
1.（3分）（2023上海）放大镜是生活中常见的凸透镜：
（1）成虚像时，物距和像距的大小关系为：__________________；
（2）成虚像时，物距越大，像距越大，像__________________；
（3）物体在物距L1时，成虚像，物体在物距L2时，成实像，请比较L1、L2的大小关系并说明理由：________。
【答案】（1）物距小于像距 （2）越大 （3）见解析
【解析】（1）根据凸透镜成像规律知，物体在凸透镜的一倍焦距以内，成正立放大的虚像，且此时物体离放大镜越远，像离放大镜越远，像变大，像距大于物距。放大镜成虚像时，物距和像距的大小关系为：物距小于像距。
（2）根据凸透镜成像规律知，物体在凸透镜的一倍焦距以内，成正立放大的虚像，且此时物体离放大镜越远，像离放大镜越远，像变大。成虚像时，物距越大，像距越大，像越大。
（3）根据凸透镜成像规律知，物距小于凸透镜的一倍焦距时，成正立放大的虚像；物距大于凸透镜的一倍焦距时，成倒立的实像；物体在物距L1时，成虚像，物体在物距L2时，成实像，所以物距L1小于物距L2。
2. （3分）（2023苏州）人眼对观察到的景物有暂时的“记忆”，在外界景物消失后，视神经对它的印象还会延续0.1s左右，这种特征叫视觉暂留．例如在一张白色卡片纸的正、反面分别画上鸟笼和鸟，让卡片纸快速旋转，当正、反两面交替出现在眼前的时间间隔在0.1s之内时，人眼就能看到鸟在笼中的现象（图甲）。
一些城市地铁行驶在某些区间时，乘客能看到窗外出现清晰的动态广告，往往也是利用了视觉暂留的原理。某段地铁内隧道广告的制作方法如下：在隧道侧壁与车窗相同高度处，沿运行方向每经过距离d，安装一块大小相同的广告灯箱，如图乙。灯箱采用频闪方式实现亮、暗交替，且工作时各灯箱亮、暗同步变化（人的视觉暂留时间以0.1s计算）。
（1）要实现时长15s的广告效果，至少需要安装______块广告灯箱；
（2）灯箱安装好后，调节灯箱发光频率f，控制地铁速度v，当它们满足下述哪种情况时，乘客能看到流畅稳定的广告画面？答：______。
A．，且
B．，且
C．，且
D．，且
（3）座位上乘客发现正常显示的广告画面突然向地铁前进方向缓慢移动，可能原因是___（写出一种即可）。
【答案】 （1） 150 （2） C （3）地铁速度稍稍减慢
【解析】（1）每个广告牌视觉暂留的时间为0.1s，要实现时长15s的广告效果，需要的广告牌数量为
（2）灯箱发光频率为f，周期为，则
要看到流畅稳定的广告画面，应使相邻两个广告牌交替闪亮出现在眼前的时间间隔为0.1s，即0.1s广告牌闪亮2次，1s闪亮20次，则灯箱发光频率f=20Hz，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
（3）广告画面向地铁前进方向缓慢移动， 说明地铁的速度小于频率与广告牌间距的乘积，可能是地铁在减速。
3.（3分）如图所示，把一滴水滴在玻璃板上，在玻璃板下面放置一个用眼睛看不清楚的小物体。可以看到水滴就是一个放大镜。如果还看不清小物体，再拿一个放大镜位于水滴的上方。慢慢调节放大镜与水滴之间的距离，你就可以看清玻璃板下的微小物体！请你利用所学知识解释这个现象。
【答案】水滴就是一个放大镜。玻璃板下方小物体通过水滴成一个正立放大的虚像，这个虚像在另一个凸透镜一倍焦距与二倍焦距之间，所以经过另一个凸透镜后成倒立、放大的实像。
【解析】利用这一结构，先通过物镜使物体成一倒立、放大的实像，然后用目镜把这个实像再一次放大(正立、放大的虚像)，就能看清很微小的物体了，这就是显微镜的原理。而题中的微小物体是先成正立放大虚像，然后再成倒立放大实像。和显微镜观察物体过程相反，但都起到放大的作用。
4.（3分）根据眼睛的构造和成像原理，为了预防近视，保护我们的视力，应该注意哪些问题 请你提出三条合理化建议。
【答案】①读写姿势要正确，眼与书的距离要在25厘米左右；
②看书、看电视或使用电脑1小时后要休息一下，要远眺几分钟；
③要定期检查视力，认真做眼保健操，等等。
【解析】下列措施均可以预防近视发生：
从小养成良好的用眼卫生习惯，阅读的姿势要正确，眼与阅读物相距30～35cm，不要
歪着头、躺着、乘车走路看书。应有良好的照明，阅读物字迹清楚，不应在暗处或太阳光直接照射下看书，尽量避免长时间近距离阅读，工作和看电视，应每隔一小时休息10分钟以松弛调节功能。
②建立眼的保健制度，定期作视力及眼部检查。
③增强体质，注意营养，使眼部与全身均发育正常。对验光后确诊的真性近视，应戴合适的眼镜，而且要经常戴，以便保持良好的视力和正常调节集合功能。
物理光学的缔造者——菲涅耳
菲涅耳在衍射和偏振方面做出了巨大的贡献，被称为物理光学的缔造者。众所周知，埃菲尔铁塔是法国巴黎最富盛名的地标建筑，去往巴黎的游客一般都会游览这个地方，但是塔身上镌刻着的72个人名却鲜有人注意。这些人名都雕刻在埃菲尔铁塔第一个平台的四个壁面上，每个字母有半米多高，他们全部都是法国的物理学家、化学家、数学家、工程师以及其他领域的杰出人物，而奥古斯丁·菲涅耳正好是其中之一。
1788年，菲涅耳出生于法国厄尔省布罗格利耶的一个建筑师家庭。他从小就体弱多病，在家里接受母亲的启蒙教育。和爱因斯坦很像，年少时小菲涅耳并没有表现出自己天才的一面，反而在学习上有些迟钝，一直到八岁在阅读上还存在障碍。但到了九岁似乎突然开了窍，开始展现出自己在科学技术上的天分，独立制造出了玩具弓箭和玩具枪。1804年，菲涅耳以优异的成绩考入了巴黎综合理工学院，在校期间，还是一直体弱多病，但他孜孜不倦地学习，成绩依然优异，在绘画和几何学方面表现尤为突出。1806年毕业后，菲涅耳进入法国国立路桥学校继续深造。毕业后成为了一名工程师，主要进行道路建设的工作。1815年，拿破仑复辟，反对拿破仑的菲涅耳受到了迫害，被解除职务关押了起来。滑铁卢之战，拿破仑战败被二次流放，百日王朝终结，波旁王朝再次复辟，菲涅耳才重获自由。恰恰是被关押的这几个月菲涅耳开始了几项光学研究，其中关于衍射的研究甚至引发了光学革命。之前菲涅耳只是在业余时间进行研究，而这次关押让他全身心投入到了光学中去。期间，他还写了一篇关于恒星光行差的论文，虽然这篇论文未能发表，但也是他工作中的一项重要成就，并为其以后的进一步研究奠定了基础。1818年，正是第二次波粒战争进行得如火如荼之时，法国科学院举办了一场悬赏征文竞赛，竞赛题目是《利用精密的实验确定光的衍射效应以及推导出光线通过物体附近时的运动情况》。竞赛评委会由很多著名的科学家组成，比如支持微粒说的拉普拉斯、泊松、比奥和支持波动说的阿拉果。这场征文竞赛也成为了第二次波粒战争中的重要战场。
1819年，名不见经传的年轻工程师菲涅耳在物理学家阿拉果和安培的鼓励下，向征文竞赛组委会提交了一篇论文。这篇论文的核心就是后来被人们称为惠更斯-菲涅耳原理的理论。惠更斯原理是指波面上的每一点均为发射子波的波源，这些子波的包络面就是新的波阵面。惠更斯原理可以很好地解释光的直线传播、反射、折射现象，也能定性解释衍射现象的成因。但是其缺陷也很明显：一是无法定量计算衍射波的强度分布；二是根据理论会有倒退波出现，这明显和实际不符。菲涅耳在惠更斯原理的基础上，对子波的振幅和相位作了定量描述，同时又引入了相干叠加的概念——空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果，最终形成的理论就是著名的惠更斯-菲涅耳原理。菲涅耳阐述这套理论的论文推导严谨、天衣无缝，让诸多评委为之赞叹，但是坚信微粒说的评委泊松并不认可这一理论，对这篇论文进行了极为细致的审查，并使用论文中的理论进行了计算，当这个理论应用于圆盘衍射时，阴影中心会出现一个亮斑，这个计算结果有悖于人们的直觉。泊松也认为这个很荒谬，于是拿着这个计算结果对菲涅耳的论文进行质疑。圆盘衍射阴影中央出现亮斑的确有些匪夷所思，这个质疑差点让菲涅耳的论文不能通过评委会审查。万幸的是支持波动说的评委阿拉果坚持进行实验验证，实验结果发现圆盘衍射阴影中央的确出现了一个亮斑，位置和亮度与理论计算结果完美吻合，菲涅耳的理论获得了胜利。泊松计算的亮斑本来是用来质疑菲涅耳衍射理论的，最后反而成为支持这个理论的有力证据，圆盘衍射阴影中心的那个亮斑后来被误导性地称为泊松亮斑，更加增添了这个事件的戏剧性。同年，菲涅耳还发明了菲涅耳透镜，与原透镜相比，菲涅耳透镜对应各处曲率相等，仍然可以起到透镜的效果，只是焦距更短了。这种设计比一般的透镜减少了材料，体积更小、镜片更薄，可以透过更多的光，同时也易于建造更大孔径的透镜。最早运用在了灯塔上面，在生产生活中也有着广泛地应用，比如汽车头灯、手机闪光灯、航母菲涅尔光学助降系统中都有菲涅耳透镜的身影。菲涅耳以波动学说为基础的理论很好地解释了衍射现象，对光的微粒说给予了沉重一击，但是光的偏振现象却不能很好地解释。为此，菲涅耳革命性地把光假设成横波，并和前文提到的阿拉果一起对偏振光的干涉进行了研究，于1821年发表了一篇论文——《关于偏振光线的相互作用》，使用横波理论成功地解释了偏振现象。菲涅耳还发现了圆偏振光和椭圆偏振光，并对其进行了解释；推导出了著名的菲涅耳公式；解释了双折射现象和反射光偏振现象。1823年，菲涅耳当选为法国科学院院士，1825年当选为英国皇家学会会员，1827年因肺结核病逝世，享年39岁。常年疾病缠身并没有击垮菲涅耳，他仍孜孜不倦地攀登着科学高峰，在衍射和偏振两方面做出了卓越的贡献，被后世誉为“物理光学的缔造者”。
课标要求
自学考点
思维方法
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2024年中考物理一轮单元复习学思讲测全攻略学案（人教版全国通用）
单元05 透镜及其应用
1. 了解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。
2. 探究并了解凸透镜成像的规律。
3. 了解凸透镜成像规律的应用。
通过完成填空的自主学习方式深化对考点知识的理解
考点1. 透镜及透镜作图
1.透镜的分类：凸透镜和凹透镜。
凸透镜：中间_____边缘_____的透镜；
凹透镜：中间_____边缘_____的透镜。
2.有关透镜的科学术语：
主光轴，_____，焦点（F），焦距（f），
3. 透镜对光线的作用：
凸透镜对光线有_____作用，又叫会聚透镜；凹透镜对光线有_____作用，又叫发散透镜。
4.三条特殊光线：（如图所示，比较两透镜的异同）
（1）凸透镜
A.平行于凸透镜主光轴的光线，经凸透镜折射后，通过透镜的_____；
B.通过凸透镜焦点的光线，经凸透镜折射后，_____于主光轴；
C.通过凸透镜光心的光线，经凸透镜折射后，_____不改变。
（2）凹透镜
A.平行于凹透镜主光轴的光线，经凹透镜折射后，折射光线的_____通过同侧虚焦点；
B.正对凹透镜另一侧焦点射出的光线，经凹透镜折射后，折射光线_____于主光轴；
C.通过凹透镜光心的光线，经凹透镜折射后，折射光线_____不改变。
考点2. 凸透镜成像的规律及应用
物 距（u） 像 距（v） 像 的 性 质 应 用
大 小 正 倒 虚 实
无限远 v=f 极小 光斑 测焦距
u＞2f 2f＞v＞f 缩小 倒立 实像 照相机
u=2f v=2f 等大 倒立 实像 测焦距
2f＞u＞f v＞2f 放大 倒立 实像 幻灯机（投影仪）
u=f 无限远 获平行光源和测焦距
u＜f 同侧 放大 正立 虚像 放大镜
考点3. 眼睛和眼镜
（一）眼睛
1.构造：睫状体、瞳孔、角膜、晶状体、_____、视神经、玻璃体等部分构成。眼睛的晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏（胶卷）。
2.视物原理：晶状体和角膜的共同作用相当于_____，来自物体的光，经过他的折射后在视网膜上成倒立缩小的实像，再经视神经系统传入大脑，就能看到物体。
3.远点：依靠眼睛的调节所能看清的最远的点。正常眼睛的远点在_____远处。
4.近点：依靠眼睛的调节所能看清的最近的点。正常眼睛的近点大约在_____cm处。
5.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_____cm，这个距离叫明视距离。
（二）近视眼及其矫正
1.表现与成因：近视眼看不清_____处的物体，原因是晶状体太厚折射能力太强，或眼球在前后方向上太长，因此来自远处某点的光线汇聚在视网膜前，远处的物体成像在视网膜前面，到达视网膜上的是一个模糊的光斑。
2.矫正：佩戴_____。矫正近视眼，要抵消过度的折光作用。可配戴用凹透镜制成的近视眼镜，使入射的光线经凹透镜发散后再射入眼睛，会聚点就能移到视网膜上，如图所示。
（三）远视眼及其矫正
表现与成因：远视眼看不清_____处的物体，是因为晶状体太薄折射能力太弱，或眼球在前后方向上太短，因此来自近处某点的光线还没汇聚就到达视网膜上了，近处的的物体成像在视网膜后面，在视网膜上形成一个模糊的光斑。
2.矫正：佩戴_____。矫正远视眼，增强对光的折射作用。可配戴用凸透镜制成的远视眼镜，使入射的光线经凸透镜折射后进入眼睛，会聚点就能移到视网膜上，如图所示。
（四）眼镜的度数
1.透镜的焦度：把透镜焦距的_____叫做透镜焦度。
2.透镜的度数：透镜焦度乘以_____的值。叫做透镜度数。
D＝100/f，远视镜的度数为正数，近视眼的度数为负数。
考点4. 显微镜和望远镜
（一）显微镜
1.构造：目镜、物镜、载物片、_____等几部分构成。如图所示
2.目镜和物镜：目镜和物镜都相当于_____，靠近物体的叫物镜，焦距较短；靠近眼睛的叫目镜，焦距较长，两镜间的距离是可以调节的。
3.成像原理：来自被观察物体的光经物镜后，在物镜的_____成倒立、放大的实像，这一实像又经目镜成正立、放大的虚像。如图所示：
说明：1.显微镜由目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使物体两次放大。物镜像投影仪一样成像，成倒立、放大的实像；目镜的作用像一个普通放大镜，以物镜成的实像为物，再成一个正立、放大虚像。所以总的来说，显微镜成的是倒立、放大、虚像。（物镜的实像被目镜又变成虚像了，而我们看到的是目镜成的虚像，而不是物镜成的实像）。
2.对于显微镜，要理解它的结构由物镜和目镜组成，它两次成像，一次成实像一次成虚像，放大倍数等于两次放大倍数之积。
（二）望远镜
1.构造：由两种凸透镜组成，靠近被观察物体的叫_____，焦距较长；靠近眼睛的叫_____，焦距较短。如图：
2.成像原理：由于从天体上各点射到物镜上的光可以看作是平行光，经物镜折射后，在物镜焦点外很近的地方，得到天体的倒立缩小的实像。目镜的前焦点和物镜的后焦点重合在—起，所以天体通过物镜所成的实像，位于目镜的一倍焦距以内。这倒立的缩小的实像对目镜来说是物体，它经目镜所成的像是放大的虚像。
3.视角：被观察的物体_____到人眼光心所夹的角叫视角。如图所示视角的大小和物体到眼睛的距离，物体越大，或离眼睛越近，视角越大。
说明：1.望远镜由目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使远处物体先成实像，后成虚像。物镜使物体成缩小、倒立的实像（相当照相机）；目镜的作用像一个普通放大镜，以物镜成的实像为物，成一个正立、放大虚像。
2.望远镜的作用是看清远处的物体，望远镜的物镜成的像是倒立缩小的，但是像离我们的眼睛更近了，经过目镜的放大，我们观察像的视角变大，这样就能观察的清楚了。
3.望远镜的物镜的直径越大，来自远处的物体的光射到物镜上的就越多，经物镜会聚后所成的像就越亮。这对与观察天空中的暗星非常重要。
注意：显微镜与望远镜区别
1.对于显微镜而言
（1）作用：用来观察细微物体或物体细微部分。
（2）原理：先用一个接近物体的凸透镜使物体成一放大的实像，然后再用另一个接近眼睛的凸透镜把这个实像再一次放大，就能看清很微小的物体了。
离物体近的这个透镜叫物镜，其焦距较短；离眼睛近的这个透镜叫目镜，其焦距比物镜稍大。两镜间的距离可以调节。
（3）使用显微镜的注意事项
①拿显微镜时，要一手紧握镜臂，一手托镜座，不要单手提拿，以防目镜或其他零件滑落。
②显微镜不可放置在实验台的边缘，以免碰翻落地。
③不要随意取下目镜或拆卸显微镜的各种部件，以防灰尘落入内部或发生丢失损坏等。
④使用显微镜时，操作要正规，养成两眼同睁、两手并用的习惯，边观察边计数和绘图等。
⑤要保持显微镜的清洁，发现有灰尘或操作中不慎使镜头和载物台沾上染料、水滴等，应及时擦去。光学和照明部分的镜面只能用擦镜纸轻轻擦拭，切勿用手指、手帕和绸布等擦摸，以免磨损镜面。机械部分可以用布擦拭。
⑥显微镜使用完毕，转动粗调螺旋上升镜筒或下降载物台，取下标本片，转动转换器使物镜离开通光孔，然后再下降镜筒或上升载物台使接近物镜，垂直反光镜，下降集光器，关闭虹彩光阑，复原倾斜关节和报片器位置，把显微镜放回镜箱。
（4）显微镜的放大倍数
①显微镜的放大倍数等于物镜和放大倍数和目镜的放大倍数的乘积。
②显微镜的放大倍数是指长和宽的倍数
③物镜、目镜的焦距越短，放大率越高。
2.对于望远镜而言
（1）作用：利用望远镜能看清远处的（大）物体。
（2）组成：有一种望远镜（开普勒望远镜）由两组凸透镜组成。靠近物体的叫物镜，焦距较长；靠近眼睛的叫目镜，焦距较短。物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合。
（3）原理：物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。
（4）视觉效果：望远镜所成的像是缩小的，但是由于“视角”增大，人感觉物体被放大了。
望远镜的直径比我们的眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光，使得所成的像明亮。
还有一种望远镜用凸透镜作物镜，用凹透镜作目镜（伽利略望远镜）。天文望远镜也常用凹面镜作物镜。望远镜成的是倒立的像，而日常及军用望远镜所成的像是正立的。
一、对透镜作图问题的思维方法
掌握三条特殊的入射光线，经过透镜折射后的折射光线的特点是透镜光路作图的重要方法。
二、对凸透镜成像规律理解的思维方法
（1）焦点是成实像和虚像的分界点；
（2）二倍焦距处是成放大实像和缩小实像的分界点；
（3）倒立的都是实像、正立的都是虚像；
（4）当u>v时，像是缩小的；反之，像是放大的；
（5）成实像时：当物距减小时，像距和像都增大；
反之，物距增大，像和像距都减小。简言之“物近像远像变大；”
（6）无论是成实像还是虚像，只要物体向焦点靠近，所成的像都变大；
（7）像与物左右相反，上下相反；
（8）凸透镜破损或有污渍，不影响成像的完整性，只是让像变暗；
（9）物和像在透镜同侧的是虚像；异侧的是实像。
三、探究凸透镜成像规律实验思维方法
1.实验操作：实验时点燃蜡烛，使烛焰中心、凸透镜光心、光屏的中心（即焰心、光心、光屏中心）大致在同一高度，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。 实验时发现蜡烛的像呈在光屏的上半部分，要想使像呈在光屏的中心，该如何操作：①向上移动光屏；②向上移动蜡烛；③向下移动凸透镜。
2.如果用手将凸透镜遮住一半，则光屏上依然是一个完整的像，但亮度较暗。
3.若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：
①蜡烛在焦点以内（u②烛焰在焦点上(u=f) ；
③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度 ；
④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置。
4.燃烧的蜡烛不断变短，光屏上的像向上移动，为使像呈在光屏中央，应该将光屏向上移动或蜡烛向上移动或凸透镜向下移动。
5.实验结论：凸透镜成像规律内容。
6.对规律的进一步认识：一倍焦距分虚实 二倍焦距分大小，物近像远像变大。像跟着物体跑。
考点1. 透镜及透镜作图
【例题1】（2023深圳） 画出两条光线经透镜折射后的光路。
【例题2】请在图中画出光线经过凹透镜后的光路图。（F为焦点）
【例题3】把带双箭头的图片放在圆柱形透明玻璃杯后适当位置并在玻璃杯中加入适重的水，看到的情景如图所示，图甲与______ ，图乙与______ 光学仪器成像的原理相同两空均选填“照相机”、“投影仪”、“放大镜”或“近视眼镜”。
考点2. 凸透镜成像的规律及应用
【例题4】（2023安徽）某小组探究平面镜和凸透镜成像的特点，将光源和光屏分别竖直放置在水平光具座上的A、C位置，B是AC的中点，如图1所示。在AB之间朝向A观察，看到的光源形状如图2中的甲所示。
（1）在B处竖直放置一块平面镜，镜面朝向光源，小丽在AB之间观察平面镜中的像，小明在BC之间观察光屏。此后，小亮将平面镜更换为一个凸透镜，恰能在光屏上成等大的像，他在BC之间观察光屏上的像。上述实验过程中，小丽、小明和小亮观察到的分别是图2中的______（选填“①”“②”“③”或“④”）；
①甲、丙、戊 ②乙、丙、丁 ③乙、乙、丁 ④乙、乙、戊
（2）小亮继续实验，要在光屏上得到一个缩小的像，可保持光源位置不变，将凸透镜向______（选填“A”或“C”）移动，并调节光屏的位置直到呈现清晰的像。
【例题5】（2023河北）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，蜡烛、焦距为10cm的凸透镜、光屏位置如图所示时，光屏上恰好呈现烛焰清晰的像。下列说法正确的是（ ）
A. 投影仪就是利用这一规律成像的
B. 将蜡烛放置在35cm刻度处，仅向右移动光屏，能得到清晰、倒立、放大的实像
C. 若飞来一只小虫落在凸透镜上，遮住凸透镜的部分区域，则光屏上烛焰的像不再完整
D. 蜡烛、凸透镜、光屏位置不动，用焦距8cm凸透镜替换该透镜，光屏上不再成清晰的像
考点3. 眼睛和眼镜
【例题6】（2023广西）为矫正远视眼，佩戴的眼镜片是（ ）
A. 凸透镜 B. 凹透镜 C. 平面镜 D. 凸面镜
【例题7】（2023湖北天门）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
考点4. 显微镜和望远镜
【例题8】显微镜在生物课时我们已学过，显微镜的结构如图所示，则下列分析正确的是（ ）
A．物镜相当于凸透镜，目镜相当于凹透镜
B．物镜和目镜都相当于凸透镜，但只有目镜起放大作用
C．物镜和目镜都相当于凸透镜，但只有物镜起放大作用
D．物镜和目镜都相当于凸透镜，来自被观察物体的光经物镜成一个放大的像，再经目镜再放大一次
【例题9】如图表示一种光学仪器的原理，图中L1是物镜，L2是目镜。这种仪器是 （填“望远镜”或“显微镜”），目镜的作用相当于 （填“放大镜”或“投影仪”）。
《透镜及其应用》单元综合素养精准达标模拟检测试卷
（答题时间90分钟，试卷满分100分）
一、选择题（本大题有12道小题，每小题3分，共计36分）
1. 在如图所示的光学元件中，属于凸透镜的是（ ）
A. B. C. D.
2．小明利用太阳光测量凸透镜的焦距。下列操作最合理的是（ ）
A B C D
3．如图所示，通过透镜的光路图正确的是（ ）
A．B． C．D．
4．一塑料薄膜组成的顶棚下堆放着一堆干草，夏天雨后，阳光穿过薄膜上的积水，照射到干草上，则下列说法正确的是（ ）
A．薄膜上的积水形成一个大的凸透镜，如果其焦点恰好在干草处，干草有可能燃烧
B．透镜都是固体物质组成的，液体不能起凸透镜作用
C．起凸透镜作用的应是塑料薄膜
D．水和塑料薄膜共同起凹透镜作用
5. 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
6. （2023江苏连云港）在“探究凸透镜成像规律”的实验中，当烛焰、凸透镜、光屏在图所示的位置时，恰能在光屏上得到一个清晰的像，利用这个成像规律可以制成（ ）
A. 照机机 B. 潜望镜 C. 幻灯机 D. 放大镜
7. （2023湖北天门）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
8．如图所示为实验室用显微镜和天文望远镜，关于图中两种仪器下列说法错误的是（ ）
A．显微镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立放大的实像
B．天文望远镜的目镜成正立放大的虚像，物镜成倒立缩小的实像
C．显微镜的目镜相当于凸透镜，物镜相当于凹透镜
D．天文望远镜的目镜和物镜都相当于凸透镜
9．在“探究凸透镜成像规律”的实验中，当蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示时，光屏上得到清晰的像。则（ ）
A．透镜焦距一定在10cm到15cm之间
B．透镜焦距一定在15cm到20cm之间
C．把蜡烛向左移动少许，光屏适当向左移动可得到大些的实像
D．把蜡烛向右移动少许，光屏适当向右移动可得到小些的实像
10. （2023湖南郴州）如图所示，烛焰、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度，该凸透镜的焦距为10.0cm，凸透镜的位置保持不变。以下说法正确的是（ ）
A. 当蜡烛放在图中A区域时，光屏应放在图中D区域才可能呈现清晰的像
B. 蜡烛从图中位置逐渐远离透镜时，所成的像会逐渐变小
C. 若无论怎么移动光屏，在光屏上都找不到像，则蜡烛可能放在图中B区域
D. 若光屏上要得到一个放大的像，则蜡烛应该放在图中C区域
11. 一凸透镜的焦距为12cm，将点燃的蜡烛从离凸透镜30cm处沿主光轴移到15cm处的过程中，像的大小和像距的变化情况是（ ）
A. 像变小，像距变小 B. 像变大，像距变大
C. 像变大，像距变小 D. 像变小，像距变大
12．潜望镜、老花镜、近视镜、汽车的观后镜，依次用的是（ ）
A．凹透镜、凹透镜、凸透镜、凸面镜
B．平面镜、凸透镜、凹透镜、凸面镜
C．平面镜、凸透镜、凹透镜、凸透镜
D．平面镜、凹透镜、凸透镜、凸透镜
二、填空题（每空1分，共计28分）
1. （2022广西贺州）如图所示的四个透镜，属于凸透镜的有______，属于凹透镜的有______（两空均填编号）。
2. 烈日下，汽车玻璃窗上的小水珠应尽快擦干，这是由于小水珠相当于一个 ______（选填“凸透镜”或“凹透镜”），对太阳光有 _____（选填“会聚”或“发散”）作用，可能使车内某处温度升高而导致火灾。
3. 如图所示，西汉时期的《淮南万毕术》中记载有“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”请你用学过的光学知识判断“削冰令圆”就是把冰块制成____镜，若要“火生”应把“艾”放在镜的_____位置。
4. （2023重庆A）小刚用焦距为10cm的凸透镜探究凸透镜成像的规律，当蜡烛、凸透镜、光屏三者高度如图所示时，适当调节______的高度后便可开始实验；当蜡烛距凸透镜25cm时，移动光屏，在光屏上承接到一个清晰缩小的像，生活中的______就是根据该成像规律制成的；把蜡烛适当靠近凸透镜，应将光屏____（选填“靠近”或“远离”）凸透镜，才能再次承接到清晰的像。
5. （2023黑龙江龙东）某学习小组用图甲探究“凸透镜成像规律”，通过实验，绘制了像距v随物距u变化图像如图乙所示，此凸透镜的焦距是________cm。当蜡烛放在如图甲所示位置时，调节光屏位置，直到光屏上得到清晰的像，若此时在蜡烛与凸透镜之间靠近凸透镜处放一个近视眼镜，若想在光屏上还能得到清晰的像，应该将光屏向_______（选填“靠近”或“远离”）凸透镜方向移动。
6.如图所示，下列有关眼睛的示意图，远视眼是 图，远视眼矫正是 图。
7. （2023新疆）芯片是电子设备的核心组件，光刻机是制造芯片的核心装备。
（1）某光刻机通过极紫外光照射镂空的集成电路模板，经过透镜组后在硅晶圆表面的光刻胶上刻出缩小的电路图案。该透镜组相当于一个_______透镜，极紫外光在制成透镜的玻璃内沿_______（填“直线”或“曲线”）传播，集成电路模板到透镜的距离_______（填“大于”或“小于”）硅晶圆到透镜的距离。
（2）为防止芯片工作时温度过高，常用散热片将热量散失到环境中，这是通过_______（“做功”或“热传递”）的方式改变芯片的内能。一般情况下，物体颜色越深，热辐射散热能力越强，故散热片的颜色多为_______（填“黑”或“白”）色。一个指甲盖大小的芯片可能有上百亿个晶体管，晶体管的空间尺度_______（填“大于”或“小于”）原子的空间尺度。
8. （2023广东省广州市）如图，凸透镜的光心在0cm处，物体MN上M发出的光线b经过光心，M发出的光线c经过凸透镜后的光线平行于主光轴。
①画出b经过光心后的光线；
②该凸透镜的焦距为______cm；MN经凸透镜成的像相对于MN是______（选填“放大”“缩小”“等大”）、______（选填“正立”“倒立”）的像。
9.在探究“凸透镜成像规律”的实验中，下表是小华同学实验时记录的几组数据，根据表中数据完成下列问题。
实验次数 物距u/cm 像距v/cm 成像性质
1 30 15 倒立缩小实像
2 20 20 倒立等大实像
3 15 倒立放大实像
(1)此凸透镜的焦距为______cm；
(2)第3次实验中像距为______cm，判断依据是_____。
10.如图所示，把一凸透镜放在平面镜前，当用眼睛观察镜子时，光束似乎是从M处发散开来的，则光束会聚处和M点的距离是____m，该凸透镜的焦距是___ m。
三、作图题（每小题2分，共计6分）
1. （2023山东烟台）光通过透镜会发生折射，请将图中的入射光线或折射光线补画完整。
2. （2023重庆A）在如图中画出入射光线经凹透镜折射后的光线。
3．如图所示，凸透镜的主光轴与水面相平，F是凸透镜的焦点，一束与水面平行的光射到凸透镜上，经凸透镜折射后在水面发生了反射和折射，请画出此过程的光路图。
四、实验探究题（本大题有3道小题，共计18分）
1. （6分）（2023湖南衡阳）小明同学利用光具座、凸透镜、蜡烛、光屏等实验器材探究凸透镜成像规律：
（1）如图甲所示，小明将一束平行光正对凸透镜，移动光屏，直到光屏上形成一个最小最亮的光斑，该凸透镜的焦距为______cm；
（2）实验时，把凸透镜固定在光具座50cm刻度线处，为使像成在光屏中央，应将烛焰、凸透镜和光屏三者中心调到_______；
（3）小明将蜡烛移至光具座20cm刻度线处，如图乙所示，移动光屏，直到烛焰在光屏上成清晰的像，则该像是倒立、_______的实像。生活中的______（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机”）就是利用这种成像规律工作的；
（4）接着，小明保持凸透镜在光具座上的位置不动，如果仅将图乙中蜡烛和光屏的位置互换，发现光屏上仍能观察到烛焰清晰的像。这是因为在光的折射现象中，光路是______的；
（5）在如图乙所示实验情形下，如果保持凸透镜和光屏的位置不变，将蜡烛适当远离凸透镜，发现光屏上烛焰的像变得模糊不清，此现象可以体现______（选填“近视眼”或“远视眼”）的成像情况。
2.（6分）（2023北京） 在探究凸透镜所成实像的高度与物距、焦距的关系时，三个小组的同学用高度相同的发光体以及焦距不同的凸透镜等器材进行了实验，部分实验数据如表中所示。
表1（f =5cm）
物距u/cm 像高h/cm
11 5
17 2.5
40 0.9
表2（f =8cm）
物距u/cm 像高h/cm
24 3
36 1.7
40 1.5
表3（f =10cm）
物距u/cm 像高h/cm
25 4
28 3.3
40 2
（1）由表中数据可知：物体高度、凸透镜焦距一定时，物距变大，所成实像高度的变化情况是：________；物体高度、物距一定时，凸透镜焦距变大，所成实像的高度变化情况是：________。
（2）讲台上有一发光体，同学们利用凸透镜和光屏观察发光体在各自光屏上所成的像，小京所用凸透镜离发光体较近，小强所用凸透镜离发光体较远，发现两人光屏上呈现的像的高度相等，则小京所用凸透镜的焦距________小强所用凸透镜的焦距。（选填“大于”“等于”或“小于”）
3.（6分）（2023辽宁抚顺） 小毛用凸透镜、蜡烛、光屏和光具座等器材探究“凸透镜成像的规律”。
（1）小毛将一束平行于凸透镜主光轴的光线射向凸透镜，调节光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出现_______，此时凸透镜和光屏的位置如图甲所示，从而正确测出凸透镜的焦距；
（2）实验前，为了使烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，应将如图乙所示的_____适当向下调节；
（3）将蜡烛、凸透镜保持在如图乙位置不动，在______（填“50cm~60cm”“60cm~70cm”或“0cm~80cm”）刻度之间移动光屏，直至光屏上出现烛焰清晰的像。生活中的_____（填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一成像原理工作的；
（4）在（3）的基础上，保持凸透镜位置不动，对调蜡烛和光屏，则光屏上烛焰的像相对烛焰是______（填“放大”或“缩小”）的。此时小毛将近视眼镜的镜片放在凸透镜与蜡烛之间合适的位置，则应将光屏______（填“远离”或“靠近”）凸透镜，可使光屏上再次出现烛焰清晰的像。
五、综合素养题（本大题有4道小题，共计12分）
1.（3分）（2023上海）放大镜是生活中常见的凸透镜：
（1）成虚像时，物距和像距的大小关系为：__________________；
（2）成虚像时，物距越大，像距越大，像__________________；
（3）物体在物距L1时，成虚像，物体在物距L2时，成实像，请比较L1、L2的大小关系并说明理由：________。
2. （3分）（2023苏州）人眼对观察到的景物有暂时的“记忆”，在外界景物消失后，视神经对它的印象还会延续0.1s左右，这种特征叫视觉暂留．例如在一张白色卡片纸的正、反面分别画上鸟笼和鸟，让卡片纸快速旋转，当正、反两面交替出现在眼前的时间间隔在0.1s之内时，人眼就能看到鸟在笼中的现象（图甲）。
一些城市地铁行驶在某些区间时，乘客能看到窗外出现清晰的动态广告，往往也是利用了视觉暂留的原理。某段地铁内隧道广告的制作方法如下：在隧道侧壁与车窗相同高度处，沿运行方向每经过距离d，安装一块大小相同的广告灯箱，如图乙。灯箱采用频闪方式实现亮、暗交替，且工作时各灯箱亮、暗同步变化（人的视觉暂留时间以0.1s计算）。
（1）要实现时长15s的广告效果，至少需要安装______块广告灯箱；
（2）灯箱安装好后，调节灯箱发光频率f，控制地铁速度v，当它们满足下述哪种情况时，乘客能看到流畅稳定的广告画面？答：______。
A．，且
B．，且
C．，且
D．，且
（3）座位上乘客发现正常显示的广告画面突然向地铁前进方向缓慢移动，可能原因是___（写出一种即可）。
3.（3分）如图所示，把一滴水滴在玻璃板上，在玻璃板下面放置一个用眼睛看不清楚的小物体。可以看到水滴就是一个放大镜。如果还看不清小物体，再拿一个放大镜位于水滴的上方。慢慢调节放大镜与水滴之间的距离，你就可以看清玻璃板下的微小物体！请你利用所学知识解释这个现象。
4.（3分）根据眼睛的构造和成像原理，为了预防近视，保护我们的视力，应该注意哪些问题 请你提出三条合理化建议。
物理光学的缔造者——菲涅耳
菲涅耳在衍射和偏振方面做出了巨大的贡献，被称为物理光学的缔造者。众所周知，埃菲尔铁塔是法国巴黎最富盛名的地标建筑，去往巴黎的游客一般都会游览这个地方，但是塔身上镌刻着的72个人名却鲜有人注意。这些人名都雕刻在埃菲尔铁塔第一个平台的四个壁面上，每个字母有半米多高，他们全部都是法国的物理学家、化学家、数学家、工程师以及其他领域的杰出人物，而奥古斯丁·菲涅耳正好是其中之一。
1788年，菲涅耳出生于法国厄尔省布罗格利耶的一个建筑师家庭。他从小就体弱多病，在家里接受母亲的启蒙教育。和爱因斯坦很像，年少时小菲涅耳并没有表现出自己天才的一面，反而在学习上有些迟钝，一直到八岁在阅读上还存在障碍。但到了九岁似乎突然开了窍，开始展现出自己在科学技术上的天分，独立制造出了玩具弓箭和玩具枪。1804年，菲涅耳以优异的成绩考入了巴黎综合理工学院，在校期间，还是一直体弱多病，但他孜孜不倦地学习，成绩依然优异，在绘画和几何学方面表现尤为突出。1806年毕业后，菲涅耳进入法国国立路桥学校继续深造。毕业后成为了一名工程师，主要进行道路建设的工作。1815年，拿破仑复辟，反对拿破仑的菲涅耳受到了迫害，被解除职务关押了起来。滑铁卢之战，拿破仑战败被二次流放，百日王朝终结，波旁王朝再次复辟，菲涅耳才重获自由。恰恰是被关押的这几个月菲涅耳开始了几项光学研究，其中关于衍射的研究甚至引发了光学革命。之前菲涅耳只是在业余时间进行研究，而这次关押让他全身心投入到了光学中去。期间，他还写了一篇关于恒星光行差的论文，虽然这篇论文未能发表，但也是他工作中的一项重要成就，并为其以后的进一步研究奠定了基础。1818年，正是第二次波粒战争进行得如火如荼之时，法国科学院举办了一场悬赏征文竞赛，竞赛题目是《利用精密的实验确定光的衍射效应以及推导出光线通过物体附近时的运动情况》。竞赛评委会由很多著名的科学家组成，比如支持微粒说的拉普拉斯、泊松、比奥和支持波动说的阿拉果。这场征文竞赛也成为了第二次波粒战争中的重要战场。
1819年，名不见经传的年轻工程师菲涅耳在物理学家阿拉果和安培的鼓励下，向征文竞赛组委会提交了一篇论文。这篇论文的核心就是后来被人们称为惠更斯-菲涅耳原理的理论。惠更斯原理是指波面上的每一点均为发射子波的波源，这些子波的包络面就是新的波阵面。惠更斯原理可以很好地解释光的直线传播、反射、折射现象，也能定性解释衍射现象的成因。但是其缺陷也很明显：一是无法定量计算衍射波的强度分布；二是根据理论会有倒退波出现，这明显和实际不符。菲涅耳在惠更斯原理的基础上，对子波的振幅和相位作了定量描述，同时又引入了相干叠加的概念——空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果，最终形成的理论就是著名的惠更斯-菲涅耳原理。菲涅耳阐述这套理论的论文推导严谨、天衣无缝，让诸多评委为之赞叹，但是坚信微粒说的评委泊松并不认可这一理论，对这篇论文进行了极为细致的审查，并使用论文中的理论进行了计算，当这个理论应用于圆盘衍射时，阴影中心会出现一个亮斑，这个计算结果有悖于人们的直觉。泊松也认为这个很荒谬，于是拿着这个计算结果对菲涅耳的论文进行质疑。圆盘衍射阴影中央出现亮斑的确有些匪夷所思，这个质疑差点让菲涅耳的论文不能通过评委会审查。万幸的是支持波动说的评委阿拉果坚持进行实验验证，实验结果发现圆盘衍射阴影中央的确出现了一个亮斑，位置和亮度与理论计算结果完美吻合，菲涅耳的理论获得了胜利。泊松计算的亮斑本来是用来质疑菲涅耳衍射理论的，最后反而成为支持这个理论的有力证据，圆盘衍射阴影中心的那个亮斑后来被误导性地称为泊松亮斑，更加增添了这个事件的戏剧性。同年，菲涅耳还发明了菲涅耳透镜，与原透镜相比，菲涅耳透镜对应各处曲率相等，仍然可以起到透镜的效果，只是焦距更短了。这种设计比一般的透镜减少了材料，体积更小、镜片更薄，可以透过更多的光，同时也易于建造更大孔径的透镜。最早运用在了灯塔上面，在生产生活中也有着广泛地应用，比如汽车头灯、手机闪光灯、航母菲涅尔光学助降系统中都有菲涅耳透镜的身影。菲涅耳以波动学说为基础的理论很好地解释了衍射现象，对光的微粒说给予了沉重一击，但是光的偏振现象却不能很好地解释。为此，菲涅耳革命性地把光假设成横波，并和前文提到的阿拉果一起对偏振光的干涉进行了研究，于1821年发表了一篇论文——《关于偏振光线的相互作用》，使用横波理论成功地解释了偏振现象。菲涅耳还发现了圆偏振光和椭圆偏振光，并对其进行了解释；推导出了著名的菲涅耳公式；解释了双折射现象和反射光偏振现象。1823年，菲涅耳当选为法国科学院院士，1825年当选为英国皇家学会会员，1827年因肺结核病逝世，享年39岁。常年疾病缠身并没有击垮菲涅耳，他仍孜孜不倦地攀登着科学高峰，在衍射和偏振两方面做出了卓越的贡献，被后世誉为“物理光学的缔造者”。
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