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例3 一种望远镜内部部分光路图如图所示，物镜和目镜都是凸透镜，$O_1$为物镜光心，$F_1$为物镜焦点，$O_2$为目镜光心，$F_2$为目镜焦点。用该望远镜观测物体AB。
(1)AB经物镜成一个（选填“倒立”或“正立”）、（选填“放大”“等大”或“缩小”）的（选填“实”或“虚”）像$A'B'$。此时物镜的成像原理与（选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”）的成像原理相同。
(2)AB到物镜的距离$u$与物镜焦距$f$的大小满足的关系是（选填“$u＜f$”“$f＜u＜2f$”或“$u＞2f$”）。物体AB远离物镜时，经物镜所成的像（选填“变大”“不变”或“变小”）。
(3)画出光线a、b经目镜折射后的光路。
(1)AB经物镜成一个（选填“倒立”或“正立”）、（选填“放大”“等大”或“缩小”）的（选填“实”或“虚”）像$A'B'$。此时物镜的成像原理与（选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”）的成像原理相同。
(2)AB到物镜的距离$u$与物镜焦距$f$的大小满足的关系是（选填“$u＜f$”“$f＜u＜2f$”或“$u＞2f$”）。物体AB远离物镜时，经物镜所成的像（选填“变大”“不变”或“变小”）。
(3)画出光线a、b经目镜折射后的光路。
答案
解：
(1) 倒立；缩小；实；照相机
(2) $u＞2f$；变小
(3) 光路绘制：
1. 光线a平行于主光轴入射到目镜，经目镜折射后，折射光线直接经过目镜右侧的焦点$F_2$；
2. 光线b从$A'$点入射到目镜，经目镜折射后向外发散，两条折射光线的反向延长线相交于目镜左侧，形成$A'$对应的正立放大虚像点。
(1) 倒立；缩小；实；照相机
(2) $u＞2f$；变小
(3) 光路绘制：
1. 光线a平行于主光轴入射到目镜，经目镜折射后，折射光线直接经过目镜右侧的焦点$F_2$；
2. 光线b从$A'$点入射到目镜，经目镜折射后向外发散，两条折射光线的反向延长线相交于目镜左侧，形成$A'$对应的正立放大虚像点。
解析
【分析】
要解决这道题，需明确望远镜的物镜和目镜的成像原理：物镜相当于照相机，对远处物体成倒立、缩小的实像；目镜相当于放大镜，将物镜所成的实像再次放大成正立、放大的虚像。分析时，先根据凸透镜成像规律判断物镜的物距与焦距的关系，再结合凸透镜成像的动态规律判断像的变化；对于光线的折射，需利用凸透镜的特殊光线规律（平行主光轴的光线经凸透镜后过焦点）分析。
【解析】
(1) 望远镜的物镜是凸透镜，观测远处物体AB时，物体到物镜的距离远大于2倍焦距（u＞2f），根据凸透镜成像规律，此时成倒立、缩小的实像，该成像特点与照相机的成像原理相同，故依次填：倒立、缩小、实、照相机。
(2) 由上述分析，物镜成像时物距满足u＞2f；根据凸透镜成像的动态规律“物远像近像变小”，当物体AB远离物镜时，经物镜所成的像会变小，故依次填：u＞2f、变小。
(3) 光线a平行于目镜的主光轴，根据凸透镜的特殊光线规律，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会过目镜右侧的焦点F₂；光线b从物镜所成实像的A'点发出，入射到目镜，经目镜折射后向外发散，其反向延长线会相交于目镜左侧，形成正立放大的虚像点，据此画出折射光路即可。
【答案】
(1) 倒立；缩小；实；照相机
(2) $u＞2f$；变小
(3) 光路绘制：①光线a平行于主光轴入射到目镜，经目镜折射后，折射光线经过目镜右侧的焦点$F_2$；②光线b从$A'$点入射到目镜，经目镜折射后向外发散，两条折射光线的反向延长线相交于目镜左侧，形成正立放大的虚像点。
【知识点】
凸透镜成像规律；望远镜的原理
【点评】
本题考查望远镜的成像原理，结合凸透镜成像规律进行分析，属于光学基础题，需掌握物镜和目镜的成像特点及凸透镜的特殊光线规律。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需明确望远镜的物镜和目镜的成像原理：物镜相当于照相机，对远处物体成倒立、缩小的实像；目镜相当于放大镜，将物镜所成的实像再次放大成正立、放大的虚像。分析时，先根据凸透镜成像规律判断物镜的物距与焦距的关系，再结合凸透镜成像的动态规律判断像的变化；对于光线的折射，需利用凸透镜的特殊光线规律（平行主光轴的光线经凸透镜后过焦点）分析。
【解析】
(1) 望远镜的物镜是凸透镜，观测远处物体AB时，物体到物镜的距离远大于2倍焦距（u＞2f），根据凸透镜成像规律，此时成倒立、缩小的实像，该成像特点与照相机的成像原理相同，故依次填：倒立、缩小、实、照相机。
(2) 由上述分析，物镜成像时物距满足u＞2f；根据凸透镜成像的动态规律“物远像近像变小”，当物体AB远离物镜时，经物镜所成的像会变小，故依次填：u＞2f、变小。
(3) 光线a平行于目镜的主光轴，根据凸透镜的特殊光线规律，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会过目镜右侧的焦点F₂；光线b从物镜所成实像的A'点发出，入射到目镜，经目镜折射后向外发散，其反向延长线会相交于目镜左侧，形成正立放大的虚像点，据此画出折射光路即可。
【答案】
(1) 倒立；缩小；实；照相机
(2) $u＞2f$；变小
(3) 光路绘制：①光线a平行于主光轴入射到目镜，经目镜折射后，折射光线经过目镜右侧的焦点$F_2$；②光线b从$A'$点入射到目镜，经目镜折射后向外发散，两条折射光线的反向延长线相交于目镜左侧，形成正立放大的虚像点。
【知识点】
凸透镜成像规律；望远镜的原理
【点评】
本题考查望远镜的成像原理，结合凸透镜成像规律进行分析，属于光学基础题，需掌握物镜和目镜的成像特点及凸透镜的特殊光线规律。
【难度系数】
0.6
阅读短文，回答问题。
有一种望远镜是由两组凸透镜组成的。靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观测物体的叫作物镜（如图甲所示）。物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成 ① 像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。
反射式天文望远镜中有一个很大的凹面镜，口径可达数米。利用凹面镜能够把来自遥远宇宙空间的微弱星光进行 ② ，便于观测。我们能否看清一个物体，取决于物体对我们的眼
睛所成的视角（如图乙所示）的大小。物体对眼睛所成视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和物体到眼睛的距离有关。
（1）短文①处应填（选填“实”或“虚”），短文②处应填（选填“会聚”或“发散”）。
（2）根据短文可知，星体在望远镜中所成的像是放大的还是缩小的？为什么？
（3）为什么使用望远镜观察星体时会感到星体被放大了，而且看得更清楚了？
有一种望远镜是由两组凸透镜组成的。靠近眼睛的叫作目镜，靠近被观测物体的叫作物镜（如图甲所示）。物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成 ① 像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。
反射式天文望远镜中有一个很大的凹面镜，口径可达数米。利用凹面镜能够把来自遥远宇宙空间的微弱星光进行 ② ，便于观测。我们能否看清一个物体，取决于物体对我们的眼
睛所成的视角（如图乙所示）的大小。物体对眼睛所成视角的大小不仅和物体本身的大小有关，还和物体到眼睛的距离有关。
（1）短文①处应填（选填“实”或“虚”），短文②处应填（选填“会聚”或“发散”）。
（2）根据短文可知，星体在望远镜中所成的像是放大的还是缩小的？为什么？
（3）为什么使用望远镜观察星体时会感到星体被放大了，而且看得更清楚了？
答案
解：
（1）实；会聚
（2）星体在望远镜中所成的像是缩小的。
因为被观测的星体距离望远镜的物镜非常远，物距远大于凸透镜物镜的二倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时物镜会成倒立、缩小的实像，所以最终星体所成的像远小于星体本身，是缩小的。
（3）望远镜通过目镜将物镜所成的像放大后，大幅增大了星体对人眼的视角；同时望远镜的大口径物镜（或反射式望远镜的大凹面镜）可以会聚更多来自星体的微弱光线，让所成的像亮度更高，所以使用望远镜观察星体时会感到星体被放大了，而且看得更清楚了。
（1）实；会聚
（2）星体在望远镜中所成的像是缩小的。
因为被观测的星体距离望远镜的物镜非常远，物距远大于凸透镜物镜的二倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时物镜会成倒立、缩小的实像，所以最终星体所成的像远小于星体本身，是缩小的。
（3）望远镜通过目镜将物镜所成的像放大后，大幅增大了星体对人眼的视角；同时望远镜的大口径物镜（或反射式望远镜的大凹面镜）可以会聚更多来自星体的微弱光线，让所成的像亮度更高，所以使用望远镜观察星体时会感到星体被放大了，而且看得更清楚了。
解析
【分析】
本题围绕望远镜的原理展开，需结合凸透镜成像规律、凹面镜的光学特性及视角的概念解题：
1. 第（1）问：回忆凸透镜成像规律中望远镜物镜的成像特点，以及凹面镜对光线的作用，即可确定两处答案；
2. 第（2）问：根据星体距离物镜极远的特点，结合凸透镜成像规律判断像的大小；
3. 第（3）问：从目镜放大像增大视角、会聚光线提升像的亮度两方面，解释望远镜让星体看起来放大且更清楚的原因。
【解析】
（1）望远镜的物镜是凸透镜，当远处物体在物镜的2倍焦距以外时，根据凸透镜成像规律，会成倒立、缩小的实像，故①处填“实”；凹面镜对光线有会聚作用，反射式天文望远镜的大凹面镜可会聚微弱星光，便于观测，故②处填“会聚”。
（2）星体距离望远镜物镜非常远，物距远大于物镜的2倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时物镜成倒立、缩小的实像，因此星体在望远镜中所成的像是缩小的。
（3）望远镜的目镜相当于放大镜，能将物镜所成的缩小实像放大，大幅增大了星体对人眼的视角；同时望远镜的大口径物镜（或反射式望远镜的大凹面镜）可以会聚更多来自星体的微弱光线，使所成的像亮度更高，所以使用望远镜观察星体时会感到星体被放大，而且看得更清楚。
【答案】
（1）实；会聚
（2）星体在望远镜中所成的像是缩小的。因为被观测的星体距离望远镜的物镜非常远，物距远大于凸透镜物镜的二倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时物镜会成倒立、缩小的实像，所以最终星体所成的像远小于星体本身，是缩小的。
（3）望远镜通过目镜将物镜所成的像放大后，大幅增大了星体对人眼的视角；同时望远镜的大口径物镜（或反射式望远镜的大凹面镜）可以会聚更多来自星体的微弱光线，让所成的像亮度更高，所以使用望远镜观察星体时会感到星体被放大了，而且看得更清楚了。
【知识点】
凸透镜成像规律、凹面镜的会聚作用、视角
【点评】
本题考查望远镜的工作原理，结合光学核心知识点与实际应用，需要学生将理论知识结合分析，属于初中光学部分的常规考查题，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕望远镜的原理展开，需结合凸透镜成像规律、凹面镜的光学特性及视角的概念解题：
1. 第（1）问：回忆凸透镜成像规律中望远镜物镜的成像特点，以及凹面镜对光线的作用，即可确定两处答案；
2. 第（2）问：根据星体距离物镜极远的特点，结合凸透镜成像规律判断像的大小；
3. 第（3）问：从目镜放大像增大视角、会聚光线提升像的亮度两方面，解释望远镜让星体看起来放大且更清楚的原因。
【解析】
（1）望远镜的物镜是凸透镜，当远处物体在物镜的2倍焦距以外时，根据凸透镜成像规律，会成倒立、缩小的实像，故①处填“实”；凹面镜对光线有会聚作用，反射式天文望远镜的大凹面镜可会聚微弱星光，便于观测，故②处填“会聚”。
（2）星体距离望远镜物镜非常远，物距远大于物镜的2倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时物镜成倒立、缩小的实像，因此星体在望远镜中所成的像是缩小的。
（3）望远镜的目镜相当于放大镜，能将物镜所成的缩小实像放大，大幅增大了星体对人眼的视角；同时望远镜的大口径物镜（或反射式望远镜的大凹面镜）可以会聚更多来自星体的微弱光线，使所成的像亮度更高，所以使用望远镜观察星体时会感到星体被放大，而且看得更清楚。
【答案】
（1）实；会聚
（2）星体在望远镜中所成的像是缩小的。因为被观测的星体距离望远镜的物镜非常远，物距远大于凸透镜物镜的二倍焦距，根据凸透镜成像规律，此时物镜会成倒立、缩小的实像，所以最终星体所成的像远小于星体本身，是缩小的。
（3）望远镜通过目镜将物镜所成的像放大后，大幅增大了星体对人眼的视角；同时望远镜的大口径物镜（或反射式望远镜的大凹面镜）可以会聚更多来自星体的微弱光线，让所成的像亮度更高，所以使用望远镜观察星体时会感到星体被放大了，而且看得更清楚了。
【知识点】
凸透镜成像规律、凹面镜的会聚作用、视角
【点评】
本题考查望远镜的工作原理，结合光学核心知识点与实际应用，需要学生将理论知识结合分析，属于初中光学部分的常规考查题，难度适中。
【难度系数】
0.6
