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第四章 光现象
八年级上册 沪教版
阳光照向地球,送来光明和温暖。光可以传递能量和信息。本章我们将学习常见的光现象及其基本规律。
通过本章内容的学习,你将了解光的反射现象、折射现象;经历光的反射定律、平面镜成像特点和凸透镜成像规律的探究过程,感受观察、比较、归纳、推理等科学方法,增强合作交流的意识。了解我国古代对光现象研究的成就,激发民族自豪感。
导入新课
第5节 透镜的应用
我们能看到物体是因为光通过眼睛到达视网膜,视网膜上的感光细胞受到光的刺激产生信号,视神经把送个信号传输给大脑,大脑通过信息处理,引起视觉感受使我们看到物体。
如图所示,为什么眼睛既能看清远处的景物,也能看清近处书上的图案和文字?
眼睛看清物体的原理
01
视力的矫正
02
透镜的应用
03
课堂总结
04
第5节 透镜的应用
提升练习
05
眼睛看清物体的原理
01
第5节 透镜的应用
一、眼睛看清物体的原理
1. 眼睛
(1)人眼结构的示意图:晶状体、角膜 、睫状肌、玻璃体、视网膜、视神经。
①晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜;能将光会聚在视网膜上。
②睫状肌可控制晶状体的厚度,从而调节晶状体的焦距。
③视网膜相当于光屏,视网膜与视神经是相连的。
人眼结构示意图
一、眼睛看清物体的原理
(2)眼睛的视物原理
眼睛在看物体时,物距通常大于2 倍焦距,因此从物体射入眼睛的光经过角膜和晶状体的折射后,在视网膜上成的是倒立、缩小的实像。
眼球
一、眼睛看清物体的原理
(3)正常眼睛的调节
当被观察的物体到眼睛的距离发生变化时,睫状肌会通过调节晶状体的弯曲程度来改变焦距,使视网膜上的像保持清晰。
物体在远处时,射向眼睛的光几乎是平行的,这些光刚好会聚在视网膜上,清晰成像.
物体在近处时,射向眼睛的光是发散的,需要睫状肌收缩,进一步弯曲晶状体使焦距变小,才能使光重新会聚在视网膜上成像.
一、眼睛看清物体的原理
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。
(4)远点、近点和明视距离
一、眼睛看清物体的原理
③明视距离
睫状肌的调节能力是有限的,眼睛观察近处物体最清晰而又不容易疲劳的距离大约是25cm,这个距离叫做明视距离。
为了保护视力,学习时应保持眼睛与书本的距离在25 cm左右。长时间用眼看书,特别是近距离看书会让睫状肌始终处于收缩状态,容易损害眼睛的调节功能,造成近视。
一、眼睛看清物体的原理
2. 自制水透镜
图是一个自制水透镜,可通过注射器向水透镜的透明水袋中注水或抽水,改变水袋的弯曲程度从而改变水透镜的焦距,模拟睫状肌调节焦距的作用。
将水透镜、发光物、光屏放在光具座上,观察水透镜水量变化时,光屏上像的变化情况。
水透镜
一、眼睛看清物体的原理
【例题1】眼睛是一部高度精密的光学系统,下列围绕眼睛的讨论,错误的是( )
A.视网膜相当于光屏
B.物体在视网膜上成的像的像距大于二倍焦距
C.晶状体相当于一个凸透镜
D.正常眼睛的明视距离约为25 cm
B
眼睛中角膜与晶状体的共同作用相当于一个凸透镜,视网膜相当于光屏,物体在视网膜上成倒立、缩小的实像,像距小于二倍焦距大于一倍焦距;正常眼睛的明视距离约为25 cm。
所以选项ACD都正确,错误的是B。
视力的矫正
02
第5节 透镜的应用
二、视力的矫正
想一想:
若睫状体不能调节或调节能力减弱会出现什么情况呢?
看清物体的范围会变小
只能看清近处的物体
看不清远处的物体
只能看清远处的物体
看不清近处的物体
近视眼
远视眼
二、视力的矫正
1. 近视眼特征及其成因
(1)近视眼的特征
只能看清近处的物体,但是无论眼睛的睫状肌如何努力调节都不能看清远处的物体。
(2)近视眼的成因
形成近视眼的原因是晶状体的焦距偏短或者眼轴偏长,来自远处物体的光会聚在视网膜前,到达视网膜时已经不是一个点,而是一片模糊的光斑。
晶状体太厚折光能力太强
眼球在前后方向上太长
二、视力的矫正
(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。
二、视力的矫正
(1)远视眼的特征: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。
2. 远视眼特征及其成因
晶状体太薄折光能力太弱
眼球在前后方向上太短
二、视力的矫正
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。
(2)远视眼的矫正
二、视力的矫正
④图,凸透镜对光线有会聚作用,能使像提前会聚在视网膜上,说明配戴凸透镜能矫正远视眼。
综合分析知道,近视眼成因的原理图是③,其矫正的原理图是①,故B正确,ACD错误。故选B。
【例题2】新冠疫情期间,不少学生用手机上网课,长时间盯着屏幕,容易导致视力下降,患上近视眼。图中关于近视眼及其矫正的原理图正确的是( )
A.②① B.③① C.②④ D.③④
B
①图,凹透镜对光线有发散作用,能使像推迟会聚在视网膜上,说明配戴凹透镜能矫正近视眼;
②图,眼睛看近处的物体,像成在视网膜的后方,是远视眼的成因;
③图,眼睛看远处的物体,像成在视网膜的前方,是近视眼的成因;
如果眼球晶状体的曲度过小或眼球前后径过短,近处物体的光通过晶状体折射后形成的像就会落在视网膜的后方,导致看不清近处的物体,形成远视眼;远视眼应该用凸透镜制作的远视眼镜进行矫正,用凸透镜将光线会聚一些,这样像就可以成在视网膜上。
【例题3】常见的视力缺陷有近视和远视。如图所示是一位视力缺陷者的眼球成像示意图,他的视力缺陷类型是______眼,矫正视力应该配戴______镜。
远视
凸透
二、视力的矫正
【例题4】在探究“近视眼的矫正”实验中,小明用水袋做成一个水凸透镜来模拟人眼晶状体,并与注射器相连,其凸起程度可通过注水或吸水量来调节:
(1)在调整烛焰(模拟远处所视物)、水透镜、光屏(模拟人眼视网膜)在光具座上的位置,如图所示,此时在光屏上得到了烛焰清晰的像,该像是倒立、________ 的________像;
(2)向水凸透镜内______(填“注入”或“吸取”)适量的水来模拟近视眼,发现光屏上原来清晰的像变模糊了。若将光屏向靠近透镜的方向移动适当距离,再次得到清晰的像。说明近视眼将远处的物体成像在视网膜____方(选填“前”或“后”);
凹
二、视力的矫正
(3)若光屏不动,要让光屏上得到清晰的像,应在烛焰和水凸透镜间加一个焦距合适的______透镜。
缩小
实
注入
前
(1)由图可知,此时物距大于像距,物体在二倍焦距以外,像在一倍焦距和二倍焦距之间,成倒立、缩小的实像。
(2)近视眼晶状体的曲度变大,对光线的会聚作用增强,使像成在视网膜前;因此应向水透镜内注入水,水透镜变厚,此时水透镜对光的折射作用变强,像将成在光屏之前,故应将光屏向靠近透镜的方向移动适当距离,可再次得到清晰的像,此现象能说明近视眼将远处的物体成像在视网膜前。
(3)若光屏不移动,要在光屏上得到清晰的像,则可在烛焰和水凸透镜间加一个焦距合适的凹透镜,凹透镜对光线具有发散作用,会将光线延迟会聚成像,使像正好成在光屏上。
二、视力的矫正
透镜的应用
03
第5节 透镜的应用
三、透镜的应用
1. 放大镜
用放大镜看书上的字,观察有什么现象?
并改变放大镜到字的距离,观察字的放大情况。
(1)放大镜原理
把放大镜放在物体与眼睛之间,适当调整距离,当物距小于焦距时,我们就能看清物体的细微之处。
成像原理是:当物距小于焦距时,凸透镜能成放大的虚像。实际上是一个短焦距的凸透镜。
(2)成像特点
如图所示,放大镜成正立、放大的虚像;
像距大于物距;像与物位于凸透镜的同侧。
三、透镜的应用
①鱼缸相当于一个放大镜,可以看到的鱼比实际的大。
②水滴形成半圆形,相当于放大镜,把物体放大。
③老花镜就是一个放大镜,可以成正立、放大的虚像。
④体温计的玻璃外壁做成三棱柱,相当于放大镜,把部分放大。
老花镜
体温计
盛水的鱼缸
水滴
(3)生活中的放大镜
三、透镜的应用
光圈环
调焦环
镜头
快门
胶片
2. 照相机
(1)主要构造:镜头、快门、光圈、调焦环、胶片等。
①镜头:
由一组透镜组成,相当于一个凸透镜,起到成像作用。
②快门:控制曝光时间。
③光圈: 控制进光量的多少.
④调焦环:调节镜头到胶片间的距离,即调节像距。
⑤胶片:相当于涂有感光材料的光屏。
三、透镜的应用
(2)照相机的信息(图像)存储
②电荷耦合器件:
数码相机用电荷耦合器件(CCD感光元件)替代胶片作为成像的光屏并记录像的信息,把光信号转为电信号。
①胶片:
传统相机用胶片,涂着一层对光敏感的物质,光在胶片上曝光后发生化学变化,物体的像被记录在胶片上。
三、透镜的应用
(3)照相机成像原理
照相机的镜头可视为凸透镜,被拍摄物体的位置一般在2倍焦距之外,感光元器件上的像是倒立、缩小的。
照相机的成像原理
三、透镜的应用
(4)照相机成像特点
①照相机成倒立、缩小的实像;
②物距(物体到透镜的距离)大于像距(像到透镜的距离) ;
③像和物体在透镜两侧;
④物体离镜头近,像变大,离镜头远;物体离镜头远,像变小,离镜头近。
现在的相机利用光学或电子技术,把倒立的像转变成正立的,以便于观察.
三、透镜的应用
(5)照相机的“调焦”
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,离胶片近一些,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,此时的像要变大一些。
镜头前伸
镜头后缩
三、透镜的应用
反光镜
3. 投影仪
(1)投影仪的主要构造及各部分的作用
①镜头: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。
三、透镜的应用
①把投影仪上的平面镜(反光镜)取下,投影片放到载物台上,调节镜头,在天花板上就能得到投影片上图案清晰的像。观察像的大小、正倒。
②实验现象
发现在天花板上有一个放大的像,像相对于投影片来讲是倒立的。
③成像原理
投影仪的镜头相当于一个凸透镜,是利用凸透镜成一个倒立、放大的实像。
(2)投影仪成像原理
三、透镜的应用
(3)投影仪成像特点
①投影仪成倒立、放大的实像;
②物距(投影片到透镜的距离)小于像距(像到透镜的距离) ;
③像和物体在透镜两侧;
④物体离镜头近,像变大,像离镜头远;物体离镜头远,像变小,像离镜头近。
三、透镜的应用
4. 显微镜
(1)显微镜的构造
显微镜有两组位于镜筒两端的透镜——目镜、物镜组成,每组透镜的作用都相当于一个凸透镜。
目镜
物镜
载物片
反光镜
靠近眼睛的凸透镜,焦距长,
其作用相当于一个普通的放大镜
靠近被观察物体的凸透镜,焦距短,其作用相当于投影仪的镜头
承载被观察的物体
增加光的强度,照亮被观察的物体
三、透镜的应用
(2)显微镜成像的基本原理
被观察物体AB首先通过物镜成倒立、放大的实像A'B'(相当于投影仪),这个实像落在了目镜的1倍焦距以内。目镜的作用相当于一个放大镜,把物镜形成的放大的实像再次放大,得到正立、放大的虚像A''B''。
最终物体通过整个显微镜所成的像是:倒立、放大的虚像。
三、透镜的应用
显微镜下的植物细胞
(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)显微镜的作用
显微镜可以用于观察细微的物体或物体上的细微部分。如植物细胞、金属结构、细菌等。
显微镜下的花粉
三、透镜的应用
望远镜种类很多,以开普勒望远镜为例进行分析
(1)望远镜的构造
望远镜由两组透镜组成(开普勒望远镜),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
物镜相当于照相机的镜头,使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。目镜相当于一个放大镜,成正立、放大的虚像。两次成像,先缩小,后放大。
5. 望远镜(开普勒式望远镜)
三、透镜的应用
(3)望远镜的成像光路图
目镜:相当于放大镜,
成正立、放大的虚像。
物镜:相当于照相机的镜头,成倒立、缩小的实像
三、透镜的应用
6. 非光学望远镜
光学显微镜的发明开启了人类认识微生物、细胞等微小生命体之口,但是光学显微镜的放大倍数是有限的,要观察更微小的物体就需要更先进的技术与设备。
随着物理学的发展,人们又发明了电子显微镜、场离子显微镜、扫描隧道显微镜等,它们与光学显微镜的原理不同,可将物体放大106~108倍,帮助人们 “看到”分子、原子等。这不仅改变了人们对微观世界的认知,也极大地推动了新材料、新工艺、生物医药等领域的跨越式发展。
电子显微镜
三、透镜的应用
【例题6】人形机器人是一种模仿人类外观和行为的机器人。如图所示,人形机器人正在给汽车做质检工作,其头部安装有高感知摄像头,下列说法正确的是( )
A.摄像头的镜头相当于凹透镜
B.摄像头成的是倒立、缩小的实像
C.摄像头成像的原理与显微镜的物镜相同
D.当机器人靠近汽车仔细检查时,摄像头所成的像变小
B
ABC.摄像头的镜头是一个凸透镜,当物距大于二倍焦距时,成倒立、缩小的实像,显微镜的物镜成的像为放大的实像,故AC错误,B正确;
D.当机器人靠近汽车仔细检查时,物距变小,根据凸透镜成实像规律,像距会变大,同时摄像头所成的像变大,故D错误。 故选B。
三、透镜的应用
【例题7】如图,用焦距为10cm的凸透镜观察文字,此时透镜与文字的距离______(选填“大于”、“小于”或“等于”)10cm,凸透镜靠近文字,透过透镜观察到的像会______(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
变小
由图可知,此时物体成的是正立、放大的虚像,所以物距小于焦距,即此时透镜与文字的距离小于10cm。
凸透镜成虚像时,物距越小,像越小;凸透镜靠近文字,物距变小,则透过透镜观察到的像会变小。
小于
三、透镜的应用
【例题8】要想使屏幕上的像大一些,应当适当 _______(选填“增大”或“减小”)投影仪与屏幕距离,同时将透镜适当向______ (选填“上”或“下”)移动。
增大
投影仪的原理是,当f<u<2f 时,物体经过凸透镜成倒立、放大的实像。根据凸透镜成实像时,物距减小,像距增大,像增大。
为了让屏幕上的像大一些,需要使屏幕和投影仪之间的距离(即像距)增大,同时要使凸透镜和投影片之间的距离(即物距)减小,所以凸透镜要向下移动。
下
三、透镜的应用
【例题9】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,下列说法正确的是( )
A.显微镜的目镜是凸透镜,物镜是凹透镜
B.天文望远镜的目镜和物镜都是凸透镜,但成像特点不同
C.显微镜的目镜相当于投影仪,物镜相当于放大镜
D.天文望远镜的目镜相当于投影仪,物镜相当于照相机
B
AC.显微镜的目镜和物镜都是凸透镜,目镜相当于放大镜,成正立的放大的虚像,物镜相当于投影仪,成倒立的放大的实像,故AC错误;
BD.天文望远镜的目镜和物镜都是由凸透镜组成,目镜相当于放大镜,成正立、放大的虚像,物镜相当于照相机,成倒立、缩小的实像,故B正确,D错误。故选B。
课 堂 总 结
04
第5节 透镜的应用
课堂总结
视力的
矫正
①结构:晶状体和角膜(相当凸透镜)、视网膜(相当光屏).
②视物原理:物距大于2倍焦距,成倒立、缩小的实像.
③明视距离:大约是25cm.
①近视眼:像成在视网膜的前方,选配合适的凹透镜矫正.
②远视眼:像成在视网膜的后方,选配合适的凸透镜矫正.
①放大镜:物距小于焦距,凸透镜成正立、放大的虚像.
②照相机:物距大于2倍焦距,凸透镜成倒立、缩小的实像.
③投影仪:物距大于焦距小于2倍焦距,凸透镜成倒立、放大实像.
④显微镜:物体先通过物镜成倒立、放大的实像;目镜把物镜
形成的实像再次放大,得到正立、放大的虚像。
⑤望远镜:远处物体先通过物镜成倒立、缩小的实像;
目镜把物镜形成的实像放大,得到正立、放大的虚像。
眼睛及
视物原理
透镜的应用
透镜的
应用
提 升 训 练
05
第5节 透镜的应用
提升训练
1. 如图是甲、乙两人的眼睛看物体时的成像示意图,请从下列说法中选出正确的选项并说出理由。
A.甲同学是近视眼,他戴的眼镜对光起会聚作用
B.甲同学是远视眼,他戴的眼镜对光起发散作用
C.乙同学是近视眼,他戴的眼镜对光起发散作用
D.乙同学是远视眼,他戴的眼镜对光起会聚作用
远视眼眼球晶状体的曲度过小,远处物体的光通过晶状体折射后形成的像,会落在视网膜的后方,则甲揭示的是远视眼的成因。远视矫正方法,需佩戴对光线起会聚作用的凸透镜。
近视眼眼球晶状体的曲度过大,远处物体的光通过晶状体折射后形成的像,会落在视网膜的前方,由图可知,乙是近视眼的成因。近视矫正方法,需佩戴对光线起发散作用的凹透镜。 故选C.
2. 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
A
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。
提升训练
提升训练
3. 用手机扫描二维码,相当于给二维码照了一张照片,如图所示,用手机扫描物品上的二维码、登录网址、查看物品的相关信息时,下列说法中正确的是( )
A.二维码位于摄像头的一倍焦距和二倍焦距之间
B.物体上的二维码是光源
C.二维码位于摄像头的二倍焦距以外
D.当二维码超出手机上设定的方框时,若物品不动,
需要把手机靠近物品
AC.手机上的摄像头相当于一个照相机,是利用物距大于二倍焦距时,成倒立缩小实像的原理制成的,因此,扫描二维码时镜头和二维码的距离大于二倍焦距,故A错误,C正确;
B.二维码本身不发光,不是光源,故B错误;
D.在扫描二维码时,二维码超出手机上设定的方框,说明物距太近,应使物品不动,把手机向后移动,远离物品,故D错误。故选C。
C
提升训练
4. 如图所示,投影仪是教学中常用的设备。下面关于投影仪的叙述中正确的是( )
A.投影仪成的像一定是正立的
B.投影仪成的像是一个放大的虚像
C.若使屏幕上的像变大,应使凸透镜靠近投影片
D.若不小心手接触到了透镜一部分,幕布上就有手指的像
AB.投影仪的镜头是一个凸透镜,物距大于一倍焦距小于二倍焦距时,在屏幕上倒立、放大的实像,故AB错误;
C.若使屏幕上的像变大,根据凸透镜成实像的规律可知,应减小物距,则应使镜头靠近投影片,故C正确;
D.若不小心手接触到了透镜一部分,手指在凸透镜的焦点之内,成虚像,不会成在幕布上,故D错误。 故选C。
C
提升训练
5. 显微镜的物镜和目镜都是_____(选填“凸”或“凹”)透镜,其中物镜的作用相当于_______(选填“照相机”或“投影仪”);如图所示是简易天文望远镜的内部结构,远处的物体经过物镜成一个倒立的_____(选填“实”或“虚”)像。
根据透镜的知识可知,显微镜的物镜和目镜都是凸透镜,其物镜相当于投影仪,能成倒立、放大的实像;此实像再通过目镜成立放大的虚像,这样经过两次放大,能使很小的物体被人眼观察到。
如图所示是简易天文望远镜的物镜是一个凸透镜,相当于照相机,成倒立、缩小的实像。
实
凸
投影仪
提升训练
6. 小明用光具座、蜡烛、夹子和透明胶膜组成的水透镜、光屏等器材模拟眼睛看到物体的过程。(将两个夹子同时向中心移动相同距离使得水透镜变厚,焦距变小、反之水透镜变薄焦距变大)。
(1)如图,向透明胶膜中注入一定量的水,此时恰好在光屏上呈现清晰的像,则所成的像是倒立、_______的实像,用来模拟正常的眼球成像;
(2)接下来将两个夹子同时向中心移动相同距离,观察到光屏上的像变模糊,此过程模拟的是______ (选填“远视”或“近视”)眼的成因;我们仅需将光屏适当向____(选填“左”或“右”)移动,光屏上可重新得到清晰的像;
近视
凹
缩小
在实际生活中,患有上述视力疾病的人群为了能看清物体,通常会配戴眼镜进行调节,此眼镜为_____(选填“凸”或“凹”)透镜。
左
提升训练
(1)由图可知,物距大于像距,根据凸透镜成像规律可知,此时光屏上成倒立、缩小的实像,可用来模拟正常的眼球成像。
(2)近视眼眼球的焦距变小,远视眼眼球的焦距变大。由题意可知,将两个夹子同时向中心移动相同距离,水透镜焦距变小,此过程模拟的是近视眼的成因。
近视眼是晶状体曲度变大,会聚能力增强,所成的像成在视网膜前方,所以此时,在不改变蜡烛和水透镜位置的情况下,可以将光屏适当向左移动,光屏上可重新得到清晰的像。
凹透镜具有发散作用,可以用于矫正近视眼,所以患有近视眼的人群佩戴的眼镜为凹透镜。