第 4 章 第 5 节 透镜的作用
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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，视神经把这个信号传输给大脑，大脑通过信息处理，引起视觉感受使我们看到物体。如图 4–5–1 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？
眼睛是如何看清物体的？
图 4–5–2 为人眼结构的示意图。眼睛前端的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。睫状肌可以控制晶状体的厚度，从而调节晶状体的焦距。
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。当
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人眼看远近不同物体时的情形
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。如图 4–5–3（a）所示，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。如图 4–5–3（b）所示，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。
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 25 cm，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。
图 4–5–4 是一个自制水透镜，可以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。
眼镜是如何矫正视力的？
近视的同学如果不戴眼镜的话，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
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不能看清远处的物体。戴上合适的眼镜就能改善视力，看清远处的物体。
如图 4–5–5（a）所示，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。如图 4–5–5（b）所示，利用凹透镜使光发散的特点，在眼睛前放一个合适的凹透镜，就能使光重新会聚在视网膜上，便能看清远处的物体了。
如图 4–5–6（a）所示，形成远视眼的原因是晶状体的焦距偏长或者眼轴较短，近处物体的光还没有会聚成一点就到达视网膜了，这时看到的物体也是模糊的。如图 4–5–6（b）所示，我们可以利用凸透镜对光的会聚作用，在眼睛前放一个合适的凸透镜，使近处物体的光会聚在视网膜上，便能看清近处的物体了。
透镜在生活中还有哪些应用？
人们利用透镜成像的原理，发明了许多光学设备。
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
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是倒立、缩小的。为了使像清晰地成在感光元器件上，可以利用调焦旋钮调节镜头与感光元器件间的距离。图 4–5–7 是一台数码相机的成像原理图。
如图 4–5–8 所示，显微镜的镜筒两端各有一组透镜，每组透镜都相当于一个凸透镜，靠近眼睛的一组透镜叫做目镜，靠近被观察物体的一组透镜叫做物镜。经过物镜和目镜两次放大，可以观察到肉眼无法直接看到的微小物体。
如图 4–5–9 所示，望远镜也有两组透镜，开普勒式望远镜的物镜和目镜均为凸透镜。通过开普勒式望远镜观察到的是远处天体倒立的像。
显微镜和望远镜的发明具有里程碑的意义，而透镜则是构筑这一里程碑的基石。
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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门，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（图 4–5–10）、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，可以将物体放大 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。
1．人眼的结构中，______对光有会聚作用，像呈现在______上。
2．图 4–5–11 是某人眼睛成像的示意图，他的眼睛属于________（选填“近视眼”或“远视眼”），他需要戴________（选填“凸”或“凹”）透镜来矫正视力。
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3．将一副远视眼镜与一副近视眼镜按照图 4–5–12 所示的方式放置，可知图中上面的是________透镜；某同学需要戴近视眼镜，他应该选择________（选填“上面”或“下面”）的眼镜。
4．眼睛是心灵的窗户，是人类感官中最重要的器官，它有着精细的结构。照相机是参考眼睛的结构发明的。通过查阅资料，比较照相机和眼睛的结构，把它们功能相似的部位填入表 4–5–1 中。
| 照相机 | 感光元件 | 快门 | ||
|---|---|---|---|---|
| 眼睛 | 角膜、晶状体 | 瞳孔 |
5．自制简易望远镜：如图 4–5–13 所示，取两个焦距不同的放大镜，两手各拿一只。通过两个透镜观察远处的景物，调整两个凸透镜间的距离，直到看得最清楚为止，物体是变大还是缩小了？将两个凸透镜的位置互换，重复操作，看看分别会有什么样的变化。（注意：不要正对光源）
发布时间：2026/2/6 下午8:22:02 阅读次数：17
