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第四章 神奇的透镜
探究：凸透镜成像的规律
第2节
02
掌握凸透镜成像的规律。
03
体会实像和虚像的区别。
01
会正确使用相关实验器材收集证据，探究凸透镜成像的规律。
物体离照相机镜头比较远，成倒立缩小的实像；
物体离投影仪镜头比较近，成倒立放大的实像；
物体离放大镜比较近，成正立放大的虚像。
请用小组实验器材中的凸透镜观察课本上的文字，总结能看到放大的字的方法。
答案　并不是任何情况下都能看到放大的字，只有当凸透镜距离课本比较近的时候才能看到放大的字。
点燃的蜡烛
凸透镜
光屏
光具座
一、探究：凸透镜成像的规律
1.实验器材
凸透镜(已知焦距)、光具座(带刻度尺)、蜡烛、光屏和火柴。
f
f
2f
2f
物距u
像距
v
2.相关概念
物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为_______ cm；
像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为_______ cm。
30
60
3.实验设计
在光具座上，将点燃的蜡烛从离透镜较远的位置(2倍焦距外)逐渐靠近凸透镜。调整光屏位置使烛焰发出的光经凸透镜折射后，在光屏上成清晰的像；光屏上不能成像时，在光屏一侧透过凸透镜观察烛焰的像。通过观察分析得出凸透镜成像的规律。
4.实验步骤
(1)在光具座上放置蜡烛、凸透镜、光屏时，透镜放在光具座标尺中央。
(2)调整凸透镜、蜡烛(烛焰的中心)、光屏的高度，使它们的中心大致在____________。目的是使烛焰的像成在光屏的_________。
(3)改变物距，注意观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距时，蜡烛的成像情况，并填写数据记录表格。
同一高度
中央
(4)数据记录表格
凸透镜的焦距f=_____cm
实验次数 物距u/cm 物距与焦距的关系 像的性质 像距v/cm
虚实 大小 正倒 1 30 u > 2f 实像 缩小 倒立 15
2 20 u = 2f 实像 等大 倒立 20
3 18 2f >u >f 实像 放大 倒立 23
4 10 u =f 不成像
5 7 u 10
5.实验分析
(1)________是成实像和虚像的分界点。物体在焦点以外成_______像，焦点以内成_______像。即一倍焦距分虚实。
(2) _____________是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成________的像，在二倍焦距以内成________的像。没有缩小的虚像。
(3)实像必异侧_________，虚像必同侧_________。(均选填“倒立”或“正立”)
(4)u＞v，像是_________的；u＜v，像是_________的。(均选填“放大”或“缩小”)
焦点
实
虚
二倍焦距
缩小
放大
倒立
正立
缩小
放大
物距u与焦距 f 的关系 像的性质 像距v与焦距 f 的关系
正倒 大小 虚实 u>2f 倒立 缩小 实像 fu＝2f 等大 v＝2f
f2f
u＝f 折射光线平行射出，不能成像 uu
(5)实验结论
成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越________，像越________；物体距离透镜越远，像距离透镜越近，像越小。即成实像时，物近像远且大，物远像近且小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越_________，物体距离透镜越远，像越_________。即物体越靠近焦点像越大。
远
大
小
大
6.反思交流
(1)在做实验时，某同学无论怎样移动光屏，都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可能的原因有哪些
①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在_____________上；
②蜡烛的位置在透镜的_____________以内；
③蜡烛的位置在透镜的_________上；
④像距过大，超过了光具座的量程。
同一高度
一倍焦距
焦点
(2)用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质是否变化，像是否完整 像的亮度有什么变化
光屏上像的性质_________，还是_________的，但亮度会变________些。
(3)蜡烛长度变短时，像在光屏上的位置怎样变化 为了使像仍成在光屏的中央，应该怎样进行调节
像将会向_________移动。调节方法：①将光屏向_________移动；②将蜡烛向_________移动；③将透镜和光屏向_________移动。
不变
完整
暗
上
上
上
下
(4)实像与虚像有哪些不同
实像_________呈现在光屏上，虚像_________被光屏承接；实像总是_________的，虚像总是_________的；实像既有放大的，也有缩小的，还有等大的，但是虚像只有_________的。
能够
不能
倒立
正立
放大
某实验小组用一凸透镜做“探究凸透镜成像规律”实验，进行了以下实验步骤：
(1)将凸透镜正对太阳，在另一侧移动光屏，距凸透镜10 cm处，光屏接收到一个最小、最亮的光斑，由此可知该凸透镜的焦距为________ cm。
10
(2)如图所示，将光具座上点燃的蜡烛的烛焰、透镜、光屏三者的中心调节在_____________，移动光屏始终找不到像，这是因为透镜与蜡烛的距离_________(选填“大于”“等于”或“小于”)10 cm所致，应将蜡烛向　　_________(选填“左”或“右”)移动一段距离后，才能在光屏上得到烛焰清晰的像。
同一高度
小于
左
(3)把蜡烛移动到B处，移动光屏可得到_________(选填“放大”或“缩小”)的像，再将蜡烛移动到A处，并移动光屏可得到_________(选填“放大”或“缩小”)的像，此时光屏与透镜的距离_________(选填“大于”或“小于”)10 cm。
放大
缩小
大于
解析　(1)由题意知，最小、最亮的光斑是焦点，所以焦距为10 cm；(2)为使像能成在光屏的中央，将光具座上点燃的蜡烛的烛焰、透镜、光屏三者的中心调节在同一高度处；在光屏上找不到像，物距小于焦距，成虚像；要在光屏上成像，应将蜡烛移动到1倍焦距之外，所以应将蜡烛向左移动；(3)把蜡烛移动到B处，此时物距为50 cm－36 cm=14 cm，处于1倍和2倍焦距之间，成倒立、放大的实像；若在A处，物距为50 cm－23 cm=27 cm，大于2倍焦距，所以成倒立、缩小的实像，此时像距处于1倍和2倍焦距之间，所以光屏与透镜的距离大于10 cm。
二、照相机
请阅读教材第92页迷你实验室，完成以下内容：
1.照相机的镜头相当于___________，照相机内部的底片相当于实验中的_________，在照相机的底片上形成_________、_________的________像。
凸透镜
光屏
倒立
缩小
实
2.照相机成像的特点
(1)物体到镜头的距离(物距)大于底片到镜头的距离(像距)。
(2)物体离照相机镜头越远，物体在底片上所成的像越小，像(底片)的位置到镜头的距离越近，暗箱越短。
(3)像和物体在镜头(凸透镜)两侧。
(4)物体在底片上成的是_________、缩小的实像。
倒立
(2024·济南莱芜区模拟)在一些超市，消费者结账时可以使用刷脸支付。结账时，消费者站在摄像头前约1 m的位置，面对镜头，系统进行扫描拍照来确认信息。对于此过程，下列说法正确的是(　　)
A.进行扫描拍照的镜头是一个凸透镜，焦距可能是2 m
B.如果让自己的像变小一点，消费者应该靠近镜头
C.“刷脸”时，面部经摄像头成正立、缩小的虚像
D.“刷脸”时，面部应位于摄像头2倍焦距之外
D
1.如图甲，测出凸透镜的焦距，并利用此凸透镜做“探究凸透镜成像规律”实验，当蜡烛、透镜、光屏位置如图乙时，在光
屏上可成清晰的像。下列说法正确的是(　　)
A.凸透镜的焦距是40 cm
B.图乙中烛焰成的是倒立放大的像
C.放大镜成像特点与图乙中所成像的特点相同
D.将蜡烛远离凸透镜，保持凸透镜、光屏位置不变，烛焰可在光屏上成清晰的像
B
2.小明在做“探究凸透镜成像的规律”的实验时，所用凸透镜的焦距为15 cm。将如图所示的蜡烛放在距离该透镜35 cm处时，蜡烛在光屏上所成清晰的像是(　　)
B
3.(多选)在做“探究凸透镜成像实验”时，将焦距为10 cm的凸透镜和蜡烛放在光具座上，位置如图所示，则在光屏上(　　)
A.成倒立放大的实像
B.成倒立缩小的实像
C.光屏上不会得到像
D.像距大于20 cm
AD
4.一个物体到凸透镜的距离是30 cm时，在光屏上得到一个放大的实像，若把物体沿凸透镜的主光轴移到距离凸透镜45 cm处，则成像的情况是(　　)
A.放大的实像
B.缩小的实像
C.等大的实像
D.上述三种情况都有可能
D
5.【实验名称】　探究凸透镜成像规律
【设计实验与进行实验】
(1)实验器材：刻度尺、蜡烛、凸透镜、光屏。
(2)如图甲所示，从左到右分别放置蜡烛、凸透镜和光屏。
A.只需要将三者中心调至同一高度
B.需将三者中心调至同一高度并在同一直线上
其中说法_________正确(填序号)。
正确调整后，不断改变蜡烛与凸透镜间的距离，并移动光屏进行实验，所获得的数据如下表：
B
实验序号 物体到凸透镜的距离/cm 光屏上的像到凸透镜的距离/cm
1 40 13.3
2 30 15
3 20 20
4 15 30
5 10 光屏上没有像
6 8 光屏上没有像
【分析与论证】
(3)当凸透镜成实像时，物距增大，像距_________。
(4)如图乙所示，光屏应移至_________区域才能找到清晰的像。
(5)观察烛焰经凸透镜所成正立、放大的虚像，人眼应透过凸透镜向_________(选填“左”或“右”)观察。
(6)在整理器材时，香香同学偶然在凸透镜上看到了身后景物正立、缩小的像，它的成像原因是光的__________(选填“直线传播”“反射”或“折射”)。
减小
B
左
反射
解析　摄像头是利用物体位于凸透镜二倍焦距之外成倒立、缩小的实像的原理工作的，即2f＜1 m，则焦距应小于0.5 m；“刷脸”时，面部应位于摄像头两倍焦距之外，经摄像头成倒立、缩小的实像；要使得像变小，就要增大物距，即刷脸时消费者应该远离镜头。
解析　由图甲知，此凸透镜的焦距为40 cm－30 cm=10 cm；图乙中，物距u=12 cm，像距v=23 cm，像距大于物距，由凸透镜成像规律可知，图乙中烛焰成的是倒立放大的实像，不符合放大镜的成像特点；因为凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，所以将蜡烛远离凸透镜，保持凸透镜、光屏位置不变，则在光屏上不能成清晰的像，要想在光屏上成清晰的像，应将光屏向靠近透镜的方向移动。
解析　由题意知：f=15 cm，则2f=30 cm，蜡烛到凸透镜的距离即物距u=35 cm＞2f，根据凸透镜成像的规律，此时成倒立、缩小的实像。
解析　由图知蜡烛到凸透镜的距离是16 cm，焦距为10 cm，物体处于凸透镜的1倍和2倍焦距之间，所以此时成倒立放大的实像，像距大于2倍焦距。
解析　根据凸透镜成像的规律，由第一次成放大的实像可以知道f＜u＜2f，即f＜30 cm＜2f，由此可判断焦距的范围是15 cm＜f＜30 cm。当物距为45 cm时，物距肯定大于焦距，但由于焦距f在15 cm到30 cm之间，不能确定物距与二倍焦距2f的关系，所以三种成像情况都有可能。

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