专题03 透镜及其应用（解析版）

主题一 声光热 专题03 透镜及其应用 考点内容 课标要求 命题预测 透镜及对光的 作用 认识凸透镜的会聚 作用和凹透镜的发 散作用 属于基础知识，一般难度不大。题型主要是选择题和填空 题和作图题。主要命题点有：透镜种类的辨识、透镜对光的作 用的作图等。 凸透镜成像规 律 探究并知道凸透镜 成像的规律 凸透镜成像规律是本部分的重点内容，考试中出现频率较 高。对凸透镜成像规律的考查题型基本上是选择题、填空题、 实验探究题，有时也会出现在作图题和综合题中。命题点有： 物体在透镜前不同位置所成像的位置及特点、透镜焦距的确 定、物体移动成像变化、焦距变化对成像的影响以及实验的具 体操作等。 凸透镜成像的 应用 了解凸透镜成像规 律的应用 凸透镜成像的应用是重点和热点问题，主要考查凸透镜成 像规律在实际问题中的应用。常见考题类型是选择题、填空 题，有时也会出现在实验探究题和综合题里。命题点有：照相 机、投影仪、放大镜、眼镜眼镜、显微镜望远镜的成像原理、 调节等。 1．（新情境）（2023·陕西）如图，是我国自主研制的某新型战斗机上的光电搜索跟踪系统。该系 统功能与人眼相似，能为战斗机提供感知外界的“视觉”，系统内置的光电传感器，相当于人眼的视膜， 最外层窗口和传感器之间的光学元件，相当于人眼的晶状体。关于该系统说法不正确的是（ ） ．该系统的光学元件相当于一个凸透镜 B．该系统在光电传感器上成的是倒立、放大的实像 ．周围景物通过该系统成像时，景物到镜头的距离大于镜头的2 倍焦距 D．该系统的成像原理与照相机的成像原理相同 【答】B 【解析】．人眼的晶状体相当于一个凸透镜，所以该系统的光学元件相当于凸透镜，故不符合题意； B．人眼在成像时，成倒立缩小的实像，所以次光学元件也成倒立缩小的实像，故B 符合题意； ．根据凸透镜成像规律，成倒立缩小实像时，物距要大于凸透镜的二倍焦距，故不符合题意； D．该系统成倒立缩小的实像，所以与照相机成像原理相同，故D 不符合题意。 故选B。 2．（跨学科）（2023·日照）某兴趣小组开展“创新服务生活，科技改变未来”的科技创新活动， 模拟制作一款“智能”行驶玩具车。该玩具车利用车载传感器（摄像头、雷达）采集生成道路特征数据， 完成“自动”驾驶。作为传感器之一的摄像头，下列说法正确的是（ ） ．摄像头的镜头是凹透镜 B．遇障碍物时，要想生成更大的像，镜头应该向前伸 ．摄像头成的像是正立的虚像 D．成像时障碍物位于镜头的两倍焦距以内 【答】B 【解析】．物距大于2 倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，应用是照相机，摄像头成像的原理与 照相机原理相同，摄像头的镜头相当于凸透镜，故错误； B．凸透镜成实像时，物距变小，像距变大，像变大，故遇障碍物时，要想成更大的像，镜头应该向 前伸，故B 正确； D．在物距大于2 倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，故摄像头成像时障碍物位于镜头的两倍焦 距以外，故D 错误。 故选B。 3．（新考法）（2023·扬州）如图1，在装有水的杯子里，小红将一支铅笔分别紧贴杯壁内、外竖 直放置，两次都观察到铅笔放大的像，俯视图如图2、图3 所示，下列说法正确的是（ ） ．图2 中铅笔向前移，像一直变小 B．图2 中铅笔向前移，像先变小后变大 ．图3 中铅笔向后移，像一直变大 D．图3 中铅笔向后移，像先变小后变大 【答】 【解析】B．圆柱形水杯相当于凸透镜，图2 中，铅笔紧贴杯子后面部分的内壁，此时杯子前面部分 相当于凸透镜，当铅笔前移时，位于焦点以内的铅笔物距不断减小，所成正立放大的虚像逐渐变小，故正 确，B 错误； D．图3 中，铅笔向后移，凸透镜焦距不变，在焦点以内，铅笔的虚像随着物距的增大而变大，移动 到焦点以外，随着物距的增大，铅笔所成的实像逐渐变小，即像先变大后变小，故D 错误。 故选。 ►考向一 透镜及对光的作用 1（2023·赤峰）两只激光笔并排放置，它们发出的光束经过透镜（未画出）的光路如图所示，说明 该透镜对光有 作用。 【答】发散 【解析】由图可知，光线经过透镜后，传播范围比通过透镜之前传播范围大，说明该透镜对光有发散 作用。 2（2023·聊城）如图所示，把小灯泡放在凸透镜的焦点上，请画出从小灯泡发出的两条光线经凸透 镜折射后的光线。 【答】 【解析】通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴 3（2023·重庆）在如图中画出入射光线经凹透镜折射后的光线。 【答】 【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 4（2023·重庆）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。 【答】 【解析】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 易错警示： 会聚作用是指经透镜折射后的光线相对于入射光线更“靠拢”主光轴，发散作用是指经透镜折射后 的光线相对于入射光线更“远离”主光轴，不能将会聚理解成会聚于一点 ►考向二 凸透镜成像的规律 5．（2023·淄博）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，凸透镜的焦距f=12m，蜡烛、凸透镜、 光屏在光具座上的值如图所示，此时烛焰在光屏上成清晰的像。下列判断正确的是（ ） ．图中成像特点与投影仪成像特点相同 B．透镜位置不动，把蜡烛向左移动，向右移动光屏，光屏上会再次得到清晰的像 ．透镜位置不动，把蜡烛移到30m 刻度线处，向右移动光屏，光屏上会再次得到清晰的像 D．透镜位置不动，把蜡烛移至45m 刻度线处，向右移动光屏，光屏上会再次得到清晰的像 【答】 【解析】．由图可知，此时的物距为u=300m，像距为v=200m，则凸透镜的焦距f=l2m， 300m>2f，成的是倒立、缩小的实像，其应用是照相机，故错误； B．当成实像时，物距变大时，像距变小，透镜位置不动，把蜡烛向左移动，应该减小像距，即向左 移动光屏，光屏上会再次得到清晰的像，故B 错误； ．透镜位置不动，把蜡烛移到30m 刻度线处，物距减小，像距变大，向右移动光屏，光屏上会再次 得到清晰的像，故正确； D．将蜡烛移动到45m 的刻度线处，物距u=5m，小于一倍焦距，成正立放大虚像，虚像不能用光 屏承接，故D 错误。 故选。 6．（2023·宁夏）如图是“探究凸透镜成像规律”的实验，其中成像性质与投影仪成像性质相同的 是（ ） ． B． ． D． 【答】 【解析】．由图可知，物距大于像距，且能在光屏上成实像，因此可知，此时成倒立缩小的实像，应 用于照相机，故不符合题意； B．由图可知，物距等于像距，且能在光屏上成实像，因此可知，此时成倒立等大的实像，可以判断 凸透镜焦距，故B 不符合题意； ．由图可知，物距小于像距，且能在光屏上成实像，因此可知，此时成倒立放大的实像，应用于投影 仪，故符合题意； D．由图可知，不能在光屏上成实像，因此可知，物距在一倍焦距之内，因此此时成正立放大的虚像， 应用于放大镜，故D 不符合题意。 故选。 7．（2023·益阳）点燃蜡烛，烛焰通过焦距为20m 的凸透镜甲成缩小的像。现用焦距为10m 的凸 透镜乙替代透镜甲，且保持烛焰和透镜的位置不变，烛焰通过凸透镜乙所成的像是（ ） ．缩小的实像 B．放大的虚像 ．倒立的虚像 D．正立的实像 【答】 【解析】点燃蜡烛，烛焰通过焦距为20m 的凸透镜甲成缩小的像，说明物距大于二位焦距；现用焦 距为10m 的凸透镜乙替代透镜甲，且保持烛焰和透镜的位置不变，物距仍大于二焦距，烛焰通过凸透镜 乙所成的像是倒立缩小的实像，故符合题意，BD 不符合题意。 故选。 8．（多选）（2023·广西）小明用自制的“水凸透镜”探究凸透镜成像规律，当蜡烛、“水凸透 镜”和光屏位于如图所示的位置时，光屏上呈现烛焰清晰的像，下列说法正确的是（ ） ．此时成像特点与照相机的相同 B．此时“水凸透镜”的焦距为150m ．调节“水凸透镜”的厚度可改变其焦距 D．蜡烛燃烧变短，光屏上的像会向上移动 【答】D 【解析】．由图可知，此时光屏上成倒立放大的实像，而照相机的成像原理是根据凸透镜成倒立缩小 的实像，所以错误； B．由图可知此时物距u=15m，像距v=29m，光屏上成倒立放大的实像，说明 所以此时水透镜的焦距 所以B 错误； ．可以向水透镜内注水和排水，通过调节“水凸透镜”的厚度去改变其焦距，故正确； D．过凸透镜光心的光线沿直线传播，所以蜡烛燃烧变短后，则像向光屏上方移动,故D 正确。 故选D。 9．（2023·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 m。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】 5 远离 【解析】[1]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=5m。 [2]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。 10．（2023·阜新）在探究凸透镜成像规律的实验中，小新透过凸透镜看到烛焰S 的像点S´，画出 光路图确定像点S´的位置，图中为光心，F 为焦点（保留必要的作图痕迹）。 【答】 【解析】从点S 画两条光线，过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变，平行于主光轴的光线经 凸透镜折射后将过焦点，两条折射光线的反向延长线的交点即为发光点S 的像点S′。 11．（2023·丹东）小潘同学选用焦距为15m 的凸透镜，做“探究凸透镜的成像规律”的实验。 （1）实验在 （选填“较暗”或“较亮”）的环境中进行，现象更明显； （2）小潘将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛后，调整蜡烛、凸透镜和光屏的高度， 使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度，这样做的目的是使像呈现在 ； （3）小潘将蜡烛放在10m 刻度线处，移动光屏到如图所示位置，光屏上恰好呈现一清晰的像，该像 的性质是倒立、 （选填“放大”“缩小”或“等大”）的实像； （4）保持凸透镜位置不变，小潘将蜡烛移动到25m 刻度线处，若想在光屏上得到清晰的像，应把光 屏向 移动（选填“左”或“右”），像将 （选填“变大”“变小”或“不变”）； （5）保持凸透镜位置不变，小潘将蜡烛移动到40m 刻度线处，无论怎样移动光屏，在光屏上都找不 到清晰的像，当小潘的眼睛在凸透镜的右侧，透过凸透镜观察到烛焰 、放大的像（选填“正立”或 “倒立”），生活中的 就是利用这样的成像原理工作的（选填“照相机”“投影仪”或“放大 镜”）。 【答】 较暗 光屏中央 缩小 右 变大 正立 放大镜 【解析】（1）[1]做“探究凸透镜的成像规律”的实验时，物体和环境的对比度越大，物体越亮，物 体成像越清晰，因此实验应该在较暗的环境中进行。 （2）[2]为了使像呈现在光屏的中央，实验前，应该调整蜡烛、凸透镜和光屏的高度，使烛焰、凸透 镜和光屏三者的中心大致在同一高度。 （3）[3]将蜡烛放在10m 刻度线处时，物距 根据凸透镜成像规律可知，此时成倒立、缩小的实像。 （4）[4][5]保持凸透镜位置不变，将蜡烛移动到25m 刻度线处，则物距变小，根据：成实像时，物 近像远像变大规律，要使光屏上成清晰的像，应增大像距，即将光屏右移，此时像将变大。 （5）[6]保持凸透镜位置不变，将蜡烛移动到40m 刻度线处，此时物距为 根据凸透镜成像规律可知，此时成正立、放大的虚像。放大镜是利用该原理工作的。 解题技巧： 1 口诀法巧记凸透镜成像规律 口诀：“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；成实像，物近像远像变大；成虚像，物近像近像变 小”。 2 两个性质： (1)焦点分界： 是成放大实像与缩小实像的分界点， 是成实像与虚像的分界点。 (2)动态特性：物体沿主光轴移动时，物距(物体到凸透镜的距离)减小(增大)，像距(像到凸透镜的 距离)增大(减小)，且像变大(小)。 ►考向三 凸透镜成像的应用 12．（2023·德州）如图所示，小红用相机拍下了石桥与它在水中倒影交相辉映的照片，下列说法 正确的是（ ） ．桥在水中的倒影与海市蜃楼成像原理相同 B．我们能看到本身不发光的桥，原理是光的反射 ．若相机镜头焦距为 ，拍摄此照片时镜头到底片的距离要大于 D．桥在相机的底片上成的像是虚像 【答】B 【解析】．桥在水中的倒影是光的反射现象，海市蜃楼是光的折射现象，故错误； B．光在不发光的物体表面发生了反射，光线反射进入人眼，我们才能看到本身不发光的物体，故B 正确； D．照相机成像原理，物距在二倍焦距以外，像距（镜头到底片的距离）在一倍和二倍焦距之间，成 倒立缩小的实像，故D 错误； 故选B。 13．（2023·十堰）早期照相馆里，摄影师取景时看到的像都是倒立缩小的，现在的照相机利用光 学或电子技术，把倒立的像转变成正立的，便于观察。以下说法错误的是（ ） ．照相机镜头相当于一个凸透镜 B．凸透镜只能成倒立缩小的实像 ．照相机靠近被拍摄者，所成的像变大D．人的眼睛相当于一架照相机 【答】B 【解析】．照相机镜头相当于一个凸透镜，成倒立、缩小的实像，故正确，不符合题意； B．当物距u＜f，成正立、放大的虚像，应用于放大镜，故B 错误，符合题意； ．照相机靠近被拍摄者，凸透镜成实像时，物近像远像变大，故正确，不符合题意； D．人的眼睛相当于一架照相机，原理都是u＞2f，成倒立、缩小的实像，故D 正确，不符合题意； 故选B。 14（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”）。 【答】 凸透镜 虚 不变 【解析】[1][2]透明凸起的部分中间比边缘厚是凸透镜，其作用相当于一个放大镜，手表数字在凸透 镜的一倍焦距以内，则成正立、放大的虚像。 [3]手表的背面打磨得非常光滑，相当于平面镜，能清晰地照出小明像，由平面镜成像的特点可知，所 成的像与小明本人大小相同。 15（2023·甘孜）如图所示，患近视的同学看远处物体时，成像在视膜前，要使像成在视膜上，人 应该 （选填“靠近”或“远离”）物体，或者佩戴一个由合适的 （选填“凸”或“凹”）透镜制 成的眼镜。 【答】 靠近 凹 【解析】[1]患近视的同学看远处物体时，成像在视膜前，要使像成在视膜上，人应该靠近物体，也即 是减小物距，根据凸透镜成像规律，物距减小像距增大，像变大。 [2]患近视的同学可以佩戴由适当度数的凹透镜制成的近视眼镜，这是利用凹透镜对光线有发散的作用， 平行光线经凹透镜发散后射入晶状体，能增大光线聚焦范围，使像刚好成在视膜上。 解题技巧： 1 照相机、投影仪、放大镜比较 照相机 投影仪或幻灯机 放大镜 原理 成像 性质 倒立、缩小的实像 倒立、放大的实像(实际像的 正、倒与透明胶片的方位有关) 正立、放大的虚像 调节 物近像远像变大(要 想胶片上成的像大一些， 则镜头要离人近一些，即 镜头往前伸) 物近像远像变大(要想屏幕上成 的像大一些，则镜头要离透明胶片 近一些，即镜头往下调节) 物远像远像变大(要想 看到的像大一些，则放大 镜要离物体远一些) 2 近视眼特点是“怕远不怕近”；远视眼特点是“怕近不怕远” 1．（2023·常州）2023 年3 月7 日凌晨，在清华大学校内，张嘉奇等同学用照相机拍到“太空中 的中国空间站”的照片，如图所示。照相机镜头的焦距为f，拍照时像距（ ） ．略小于f B．略大于f ．略小于 D．略大于 【答】B 【解析】根据凸透镜成像规律，照相机的物距大于2f，像距大于f 小于2f，拍“太空中的中国空间 站”时，物距非常大，像会靠近焦点，即像距略大于f，故D 不符合题意，B 符合题意。 故选B。 2．（2023·仙桃）如图是超市安装的一种刷脸自助储物柜。某顾客站在屏幕前50m 处，按下 “存”按钮，屏幕上方的摄像头启动，出现人脸缩小的像，柜门打开。下列说法正确的是（ ） ．该摄像头相当于一个凹透镜 B．该摄像头对光线具有发散作用 ．该摄像头的焦距可能是020m D．该摄像头成像原理是光的反射 【答】 【解析】．该摄像头相当于一个凸透镜，当人站在透镜二倍焦距之间以外时，在摄像机中成倒立、缩 小的实像，故错误； B．该摄像头是凸透镜，对光线具有会聚作用，故B 错误； ．顾客刷脸时，距摄像头50m，物距 由此可知，该摄像头的焦距 ，因此摄像头的焦距可能是020m，故正确； D．凸透镜成像是由于光的折射，该摄像头成像原理与凸透镜成像原理相同，都是光的折射，故D 错 误。 故选。 3．（2023·株洲）如图，放大镜能使我们看清邮票的细微之处。下列能用来说明其成像原理的图是 （ ） ． B． ． D． 【答】 【解析】放大镜能使我们看清邮票的细微之处，是利用凸透镜成像规律，物距在一倍焦距之内，成正 立、放大的虚像； ．小孔成像是利用光的直线传播原理，故不符合题意； B．人从平面镜看到蜡烛，是利用光的反射原理，故B 不符合题意； ．蜡烛在凸透镜的一倍焦距之内，根据凸透镜成像规律可知，此时成正立、放大的虚像。故符合题意； D．蜡烛与像分别在凸透镜的两侧，根据凸透镜成像规律可知，此时成的是实像。故D 不符合题意。 故选。 4．（2023·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 100m，凸透镜的位置保持不变。以下说法正确的是（ ） ．当蜡烛放在图中区域时，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 ．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区域 【答】B 【解析】．蜡烛放在图中区域，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