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4.2 探究：凸透镜成像的规律
一、探究导入：生活中的 “凸透镜成像” 猜想
（一）情境观察与提问
生活场景展示：播放或展示三组图片 / 视频 ——①用放大镜观察文字，看到放大的字；②用手机相机拍摄远处的风景，屏幕上呈现缩小的像；③投影仪将 PPT 画面投射到幕布上，形成放大的实像。
引导猜想：“同学们，这些场景都用到了凸透镜。同样是凸透镜，为什么有时成放大的像，有时成缩小的像？有时像能呈现在屏幕上，有时只能用眼睛看到？大胆猜想一下：凸透镜成像的特点，可能与什么因素有关？”
已有经验关联：“我们之前学习过光的折射，凸透镜对光有会聚作用。猜想一下：物体到凸透镜的距离（物距）不同，会不会导致成像的大小、正倒、虚实发生变化？今天我们就通过实验，探究凸透镜成像的规律。”
（二）探究目标
通过实验，确定凸透镜成像时，像的大小、正倒、虚实与物距、像距的关系。
理解凸透镜成像的三种典型情况（u>2f、f学会使用光具座、凸透镜、光屏等器材进行实验操作，培养实验数据记录与分析能力，能用成像规律解释生活中的凸透镜应用（如放大镜、相机、投影仪）。
二、探究准备：实验器材与核心概念
（一）核心实验器材
基础组器材（每组 1 套）：光具座（带刻度，量程 0-100cm，最小刻度 1mm）、凸透镜（焦距 f 已知，建议 f=10cm 或 15cm，便于计算物距范围）、光屏（白色硬纸板，大小约 10cm×15cm）、蜡烛（或 LED 发光物体，避免明火，更安全）、火柴（若用蜡烛）、刻度尺（辅助测量，可选）、实验数据记录表。
补充器材（教师演示）：不同焦距的凸透镜（f=5cm、f=20cm）、带箭头的硬纸板（作为 “标准物体”，替代蜡烛，成像更清晰）、光屏支架（固定光屏，避免晃动）。
（二）核心概念铺垫
凸透镜的基本参数：
光心（O）：凸透镜的中心，通过光心的光线传播方向不变。
焦距（f）：焦点到光心的距离（实验前需明确所用凸透镜的焦距，可通过 “太阳光会聚法” 测量：将凸透镜正对太阳光，在另一侧放光屏，移动光屏找到最亮最小的光斑，光斑到光心的距离即为焦距）。
2 倍焦距（2f）：焦距的 2 倍，是判断成像特点的重要分界点。
实验关键物理量：
物距（u）：物体到凸透镜光心的距离。
像距（v）：像到凸透镜光心的距离（实像的像距为光屏到光心的距离，虚像无法用光屏承接，需通过眼睛观察判断）。
像的性质：包括 “大小”（放大 / 缩小 / 等大）、“正倒”（正立 / 倒立）、“虚实”（实像 / 虚像）—— 实像能呈现在光屏上，虚像只能用眼睛透过凸透镜看到，无法在光屏上承接。
三、探究过程：分步骤实验与数据记录
（一）实验装置搭建与调整
器材组装：将凸透镜固定在光具座的中间位置（如光具座 50cm 刻度处，确保物距和像距有足够测量空间），将蜡烛（或 LED 物体）放在光具座左侧，光屏放在右侧，使蜡烛的火焰（或 LED 物体的中心）、凸透镜的光心、光屏的中心在同一高度（简称 “三心等高”）。
调整目的：确保蜡烛的光经凸透镜折射后，能准确成像在光屏中央，避免像偏移到光屏外，导致无法观察或测量。
（二）实验步骤：分四种情况探究
情况 1：探究 u>2f（物距大于 2 倍焦距）
操作步骤：
将蜡烛移到光具座上 “u>2f” 的位置（若 f=10cm，蜡烛放在光具座 20cm 刻度左侧，如 15cm 处，此时 u=50cm-15cm=35cm>20cm=2f）。
点燃蜡烛（或打开 LED 灯），缓慢移动右侧的光屏，直到光屏上出现最清晰、最明亮的像，停止移动光屏。
记录此时的物距 u（蜡烛到凸透镜的距离）、像距 v（光屏到凸透镜的距离），并观察像的性质（大小：与物体对比，缩小；正倒：倒立；虚实：能在光屏上承接，实像），填入数据记录表。
重复验证：改变蜡烛位置（仍保持 u>2f，如 f=10cm 时，蜡烛放在 10cm 处，u=40cm>20cm），重复上述操作，记录第二组数据，对比两次成像特点是否一致。
情况 2：探究 f操作步骤：
将蜡烛移到光具座上 “f移动光屏，找到最清晰的像，记录物距 u、像距 v，观察像的性质（大小：放大；正倒：倒立；虚实：实像）。
数据对比：对比情况 1 与情况 2 的像距 —— 情况 2 的像距 v>2f（如 f=10cm 时，v 可能为 30cm>20cm），与情况 1 的 v<2f 形成鲜明对比。
情况 3：探究 u=2f（物距等于 2 倍焦距）
操作步骤：
将蜡烛移到光具座上 “u=2f” 的位置（若 f=10cm，蜡烛放在光具座 30cm 处，此时 u=50cm-30cm=20cm=2f）。
移动光屏，找到最清晰的像，记录物距 u、像距 v（此时 v=2f，如 20cm），观察像的性质（大小：等大；正倒：倒立；虚实：实像）。
关键结论：u=2f 是凸透镜成 “等大实像” 的分界点，也是 “放大实像” 与 “缩小实像” 的分界点（u>2f 成缩小实像，f情况 4：探究 u操作步骤：
将蜡烛移到光具座上 “u尝试移动光屏，观察光屏上是否能承接像（现象：无论如何移动光屏，都无法在光屏上看到清晰的像）。
取下光屏，眼睛透过凸透镜观察蜡烛，记录像的性质（大小：放大；正倒：正立；虚实：虚像）。
特殊说明：u（三）实验数据记录表（以 f=10cm 为例）
实验情况
物距 u 与焦距的关系
物距 u（cm）
像距 v（cm）
像的大小（放大 / 缩小 / 等大）
像的正倒（正立 / 倒立）
像的虚实（实像 / 虚像）
典型应用
1
u>2f（u>20cm）
35
14
缩小
倒立
实像
照相机
2
f15
30
放大
倒立
实像
投影仪
3
u=2f（u=20cm）
20
20
等大
倒立
实像
精确测量焦距
4
u5
无法测量（虚像）
放大
正立
虚像
放大镜
四、探究结论：凸透镜成像规律总结
结合实验数据，凸透镜成像规律可归纳为 “三区域、三分界、三特点”，具体如下：
（一）三个关键分界点
焦点（F，u=f）：
是 “实像” 与 “虚像” 的分界点：u>f 时成实像，u应用：判断凸透镜是否成实像，只需看物距是否大于焦距。
2 倍焦点（2F，u=2f）：
是 “放大实像” 与 “缩小实像” 的分界点：u>2f 时成缩小实像，f应用：照相机需成缩小实像，故物体需放在 u>2f 处；投影仪需成放大实像，故物体需放在 f（二）三种典型成像情况（核心规律）
物距 u 与焦距 f 的关系
像距 v 与焦距 f 的关系
像的性质
应用举例
u>2f
f缩小、倒立、实像
照相机、手机相机
fv>2f
放大、倒立、实像
投影仪、幻灯机
uv>u（虚像与物体同侧）
放大、正立、虚像
放大镜
u=2f
v=2f
等大、倒立、实像
测量凸透镜焦距（已知 u=2f，v=2f，可通过测量 v 得到 f=v/2）
u=f
不成像（光线平行）
——
制作平行光源（如手电筒中的凸透镜，将灯泡放在焦点处，射出平行光）
（三）辅助规律（动态变化）
当物体在实像区域（u>f）移动时：物距 u 减小，像距 v 增大，像变大；物距 u 增大，像距 v 减小，像变小（“物近像远像变大，物远像近像变小”）。
例：照相机拍摄近景时，物距变小，需将镜头向前伸（增大像距），才能成清晰的像；拍摄远景时，物距变大，镜头向后缩（减小像距）。
当物体在虚像区域（u例：用放大镜观察文字时，适当远离文字（增大 u，仍小于 f），看到的字会更大。
五、探究反思与注意事项
实验安全：
若用蜡烛，点燃后需注意防火，避免蜡烛倾倒引燃纸张；实验结束后及时熄灭蜡烛，用湿抹布处理烛油。
光具座、凸透镜等器材避免碰撞，防止损坏（凸透镜易碎，需轻拿轻放）。
误差分析：
“三心等高” 调整不当：若蜡烛、凸透镜、光屏中心不在同一高度，像会偏移到光屏外，导致无法准确测量像距，需耐心调整，确保像呈现在光屏中央。
光屏上 “最清晰像” 的判断误差：不同人对 “清晰” 的判断可能不同，建议小组内多人确认，找到共识的最清晰位置，减小主观误差。
光具座刻度读数误差：读数时视线需与刻度线垂直，避免视差导致读数偏大或偏小（如从上方斜视读数，可能使物距测量值偏小）。
问题讨论：“为什么用凸透镜观察远处的物体时，看到的是倒立缩小的像，而观察近处的物体时，看到的是正立放大的像？”（结合成像规律：远处物体 u>2f，成倒立缩小实像；近处物体 u六、课堂练习
（一）基础题
某凸透镜的焦距 f=15cm，将物体放在距离凸透镜 25cm 处（fA. 缩小、倒立、实像
B. 放大、倒立、实像
C. 放大、正立、虚像
D. 等大、倒立、实像
（答案：B，解析：f=15cm，u=25cm，满足 f用照相机拍摄景物时，要使像变大，下列操作正确的是（ ）
A. 照相机靠近景物，镜头向前伸
B. 照相机远离景物，镜头向前伸
C. 照相机靠近景物，镜头向后缩
D. 照相机远离景物，镜头向后缩
（答案：A，解析：照相机成实像，“物近像远像变大”，靠近景物（减小 u），镜头向前伸（增大 v），像变大）
（二）提升题
某同学用焦距为 10cm 的凸透镜做实验，当物体放在光具座上 30cm 刻度处，凸透镜放在 50cm 刻度处，光屏应放在光具座的什么位置才能承接到清晰的像？像的性质是什么？（写出计算过程与分析）
（答案：①物距 u=50cm-30cm=20cm，已知 f=10cm，故 u=2f；②根据规律 u=2f 时 v=2f=20cm，因此光屏应放在 50cm+20cm=70cm 刻度处；③像的性质为等大、倒立、实像）
为什么投影仪的投影片要 “倒着放”，才能在幕布上看到正立的画面？请结合凸透镜成像规律解释。
（答案：投影仪的投影片放在凸透镜的 f七、课后作业
实践作业：
家庭实验：用放大镜（已知焦距，可通过太阳光会聚法测量）观察不同距离的物体 ——①观察远处的窗户（u>2f），②观察课本上的文字（u制作 “简易照相机”：用一个纸盒（如鞋盒），在一端开一个小孔，贴上焦距合适的凸透镜，另一端蒙上半透明塑料膜（作为光屏），移动凸透镜的位置，观察远处物体在塑料膜上的像，记录像的性质，分析该 “照相机” 的成像原理（u>2f，成缩小倒立实像）。
书面作业：完成课本对应练习题，重点练习 “不同物距下的成像特点判断”“像距计算”“生活应用解释” 相关题目，巩固探究结论。
沪科版2024版物理八年级全册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
4.2探究：凸透镜成像的规律
第四章 神奇的透镜
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
我们上节课学习了凸透镜和凹透镜 , 认识了凸透镜对光线具有会聚作用，也正是凸透镜对光线具有会聚作用，才使得凸透镜在实际的生活和生产中有着比较广泛的应用——成像。
思考：凸透镜能成怎样的像 凸透镜成像有着怎样的规律
小明的爷爷手持用凸透镜制成的放大镜看书时发现了一个有趣的现象，缓慢将放大镜从桌面书本移向眼睛，将会观察到不同大小的字体，而且有正立的也有倒立的。你能帮他解释一下这是为什么吗
航天员在“ 太空授课”中做出了水透镜。
任务一、探究凸透镜成像规律
通过凸透镜可以看到正立或倒立 、放大或缩小的像 , 有时能看到像 , 有时看不到像。
1.提出问题并设计实验
凸透镜成像有何规律呢？
物距（u）：物体到凸透镜的距离；
像距（v）：像到凸透镜的距离。
任务一、探究凸透镜成像规律
猜想: 凸透镜成像不同跟哪些因素有关？
任务一、探究凸透镜成像规律
凸透镜成像跟物体离凸透镜的距离（物距）有关。
想一想：①为了验证你的猜想 , 需要哪些器材？
凸透镜、蜡烛、光屏、火柴、光具座等；
调整蜡烛、透镜、光屏三者中心在同一水平高度。
②为了使像成在光屏的中心上，对蜡烛 、透镜 、光 屏三者的高度有什么要求？
任务一、探究凸透镜成像规律
16的平方根是什么？
思维点拨：探究凸透镜成像规律，需要不断改变物距，我们通常用焦距（或焦点）作为一个标准（参考）表述物距的变化情况，用物距跟焦距的相对大小关系描述物距的变化。不断改变物距，观看成像情况，比较物距与焦距的大小关系。
任务一、探究凸透镜成像规律
2.进行实验
(1)组装实验器材并进行实验前的调节。
(2)进行实验操作，教师巡视并进行指导。
(3)观察实验探究现象和采集实验数据 , 记录在自己设计的表格中。
(4)展示交流凸透镜成像现象和数据。
任务一、探究凸透镜成像规律
思考：①烛焰在凸透镜的 2 倍焦距以外并不断向凸透镜靠近的过 程中 , 在光屏上可以得到怎样的像？
可以得到倒立、缩小的实像，且随着物距减小，得到的像逐渐变大。
②如果蜡烛、凸透镜、光屏的中心不在同一高度的话，会出现什么现象呢？
像会呈现在光屏的上或下方。
任务一、探究凸透镜成像规律
思考：③光屏上不能得到烛焰像的原因有哪些？
烛焰在焦点处时，不成像的原因在于光线经凸透镜折射后变成平行光线，无法成像；烛焰在焦距以内时，光屏上得不到像的原因在于光线经凸透镜折射后，折射光线变得发散，无法成实像，透过凸透镜观察烛焰，即逆着折射光线看去，好像是这些发散光线的反向延长线的交点发出的，故成虚像。
烛焰， 凸透镜光心、光屏中心不在同一高度上或成像位置很远，光屏无法移动到该位置。
任务一、探究凸透镜成像规律
掌握光屏上像的特点
任务一、探究凸透镜成像规律
凸透镜成像规律
任务一、探究凸透镜成像规律
凸透镜成像规律巧记：
16的平方根是什么？
口诀：一焦分虚实，二焦分大小。实像异侧倒，物近像远像变大，虚像同侧正，物远像远像变大。
任务二、认识照相机
阅读教材“ 迷你实验室 ”, 认识照相机。
思考：照相机主要由那几部分组成；照相机的镜头和胶片各有什么作用？
任务二、认识照相机
16的平方根是什么？
归纳掌握：
①镜头：由一组透镜组成，相当于一个凸透镜，起到成像的作用；
②胶片：相当于光屏；③快门：控制曝光时间；
④光圈：控制进光量的多少；⑤调焦环：调节镜头到胶片间的距离，即像距；⑥取景窗：观察所拍景物。
任务二、认识照相机
思考：照相机是如何成像的？
照相机的镜头相当于一个凸透镜,胶片相当于光屏,来自物体的光经过照相机的镜头后会聚在胶片上,形成一个倒立、缩小的实像。且物体到镜头的距离大于镜头到胶片的距离。
任务二、认识照相机
16的平方根是什么？
早期照相馆里，摄影师取景时看到的像就是缩小、倒立的。
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。
知识拓展：早期照相机和现在的照相机的不同。
任务二、认识照相机
思考：为什么同样的照相机能照出全景和非全景的像？
照相机通过调节物距和像距得到全景和非全景的像。物体距离镜头越远 , 像越小；反之像越大。
任务二、认识照相机
随讲随练：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 50 cm 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（　　）
C
A. 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
C. 该摄像头的焦距可能是 0.20 m
D. 该摄像头成像原理是光的反射
知识点1 探究凸透镜成像的规律
1.小明利用蜡烛、凸透镜、光屏、光具座等做“探究凸透镜成
像规律”的实验。
（1）测焦距：如图甲所示，将一束
平行光正对凸透镜照射，光屏上出
现一个最小、最亮的光斑，则凸透
镜的焦距_____ 。
10.0
（2）组装实验装置：如图乙所示，
在光具座上将点燃的蜡烛、光屏放
在凸透镜的两侧，调节它们的高度，
使烛焰、凸透镜和光屏的中心在
__________，这样做的目的是使像
呈现在__________。
同一高度
光屏中央
（3）如图丙所示，将凸透镜固定在
刻度线处，蜡烛移动到
刻度线处，向______（填“靠近”或
“远离”）凸透镜的方向移动光屏，
直到出现烛焰______（填“正立”或
远离
倒立
缩小
（4）小明将蜡烛放在凸透镜的焦点处，在移动光屏的过程
中，______（填“能”或“不能”）在光屏上找到像。
不能
“倒立”）、______（填“放大”或“缩小” ）的实像。
（5）保持蜡烛位置不变，移动凸透
镜至如图丁所示位置，则人眼在图
中___（填“”或“ ” ）处能观察到
烛焰______（填“正立”或“倒立”）
的像。
正立
（6）实验中，蜡烛由于燃烧而变短，
烛焰在光屏上的像位于光屏的_______
（填“上半部”或“下半部”），为了使
像回到中央，接下来的操作是____
（填“①”“②”或“③”）。
①向下调光屏 ②向上调凸透镜
③向上调蜡烛
上半部
③
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知识点2 凸透镜成像规律的应用
2. 如图所示，在“探究凸透镜成像的规
律”实验中，下列说法正确的是( )
D
A. 将蜡烛移至 处时，移动光屏，可看见放大、正立的实像
B. 将蜡烛移至 处时，移动光屏，可看见缩小、倒立的实像
C. 将蜡烛移至 处时，移动光屏，可看见放大、正立的虚像
D. 将蜡烛移至 处时，移动光屏，可看见缩小、倒立的实像
【点拨】将蜡烛移至 处时，物距小于1倍焦距，成正立、放
大的虚像，移动光屏，找不到像，故A错误；将蜡烛移至 处
时，物距等于1倍焦距，此时不成像，故B错误；将蜡烛移至
处时，物距大于1倍焦距小于2倍焦距，移动光屏，可看见
放大、倒立的实像，故C错误；将蜡烛移至 处时，物距处于
2倍焦距以外，可以成缩小、倒立的实像，故D正确。
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3. ［2025·东营月考］如图所示，蜡烛距凸透镜 ,能在距
凸透镜 的光屏上得到一个倒立、放大的实像
（未画出），则透镜的焦距可能是( )
B
A. B. C. D.
【点拨】由题意可知, ；因光屏上得到一
个倒立、放大的实像，则由凸透镜成像规律可知
,所以；由 可得，
,解得 ,由物距、像距不等
式可得 ,故B正确。
返回
4.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、透镜和光屏的
位置如图所示，此时光屏上成倒立、等大的像（未画出），
则此实验中凸透镜的焦距为_____ ；固定凸透镜的位置不
变，将蜡烛移到 刻度线处，要在光屏上再次看到清晰
的像，应将光屏向____（填“左”或“右”）移动。
10.0
右
【点拨】当物距等于凸透镜2倍
焦距时，成倒立、等大的实像，
像距等于2倍焦距；由图知，物距等于像距，等于 ,成倒
立、等大的实像，所以此时的物距等于凸透镜的2倍焦距，
则此实验中凸透镜的焦距为 。固定凸透镜位置不变，
将蜡烛移到 刻度线处，则物距
,物距大于1倍焦距小于2倍焦距，
此时成倒立、放大的实像，像距大于2倍焦距，所以，要在
光屏上再次看到清晰的像，应将光屏向右移动。
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5. 在“探究凸透镜成像规律的实验”中，当蜡烛、凸透镜、光
屏位于如图所示位置时，在光屏上出现一个清晰烛焰的像
（未画出），其成像特点是( )
A
A. 倒立、放大的实像 B. 倒立、放大的虚像
C. 倒立、缩小的实像 D. 正立、放大的虚像
【点拨】由图可知，此时物距小于像距，成实像，则成倒立、
放大的实像，故A正确。
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6. ［2024·天津改编，多选］在用一凸透镜研究其成像的规
律时，某同学得到的部分实验信息如下表所示。根据表中信
息判定下列说法正确的是( )
实验次序 像的性质
1 20 倒立、等大、实像
2 30 15
3 15 30
A. 第1次实验的像距为
B. 第2次实验成倒立、缩小的实像
C. 第3次实验成正立、放大的实像
D. 若物距是 ，物体通过透镜成虚像
√
√
【点拨】由表中信息可知，第1次实验时， ，凸透
镜成倒立、等大的实像，则此时像距 ，
则该凸透镜的焦距 ，故A正确；由表中信息可知，
第2次实验时， ，则凸透镜成倒立、缩小的
实像，故B正确；由表中信息可知，第3次实验时，
,则凸透镜成倒立、放大的实像，故C错
误；若物距是，因 ，则物体通过凸透
镜成倒立、放大的实像，故D错误。
返回
7. 某同学在做“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像
到凸透镜的距离与物到凸透镜的距离 的关系图像，如图所示。
下列说法正确的有( )
B
A. 该凸透镜的焦距
B. 时，光屏上得到的是放大的像
C. 当 时，在光屏上得到的是倒立、
缩小的实像
D. 把物体从距凸透镜 处移动到距凸透
镜 处的过程中，像逐渐变小
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8. ［2025·杭州期末］如图所示，在凸透镜左侧的主光轴
上一光点恰能在透镜右侧等距处生成一像点 ，将透镜沿顺
时针方向转过 角后，像点的位置( )
D
A. 仍在原处没有移动
B. 像点移动，但不一定在原来的 上
C. 像点沿着 向左移动
D. 像点沿着 向右移动
【点拨】在凸透镜左侧的主光轴上一光点 恰能在凸透镜
右侧等距处生成一像点 ，此时成的是倒立、等大的实像，
物距等于2倍焦距；将透镜沿顺时针方向转过 角后，物
距减小了，像距应变大，像点会远离凸透镜，由于经过光心
的光线的传播方向不变，故像仍在原来的主光轴 上，像点
沿着向右移动，故 错误，D正确。故选D。
返回
9.［2025·济宁月考］将如图甲所示
的黑白卡片放在一只未装满水的薄
高脚玻璃杯后面，在高脚玻璃杯前
方观察到如图乙所示装水部分“黑白
颠倒”的现象，此时装水部分的高脚
杯和杯内水的组合相当于一个____
凸
靠近
透镜，若希望看到“黑白颠倒”的现象重新颠倒回来，则应将
高脚杯______（填“靠近”或“远离”）黑白卡片。
【点拨】玻璃杯中有水的这一部分
中间厚、边缘薄，相当于一个凸透
镜，黑白卡片是左右颠倒的，说明
成倒立的实像；希望看到“黑白颠倒”
的现象重新颠倒回来，像应该是正
立的，所以需要将高脚杯靠近卡片。
返回
10. 如图所示，凸透镜竖直放置，凸透镜
焦距为,现有一点光源 在凸透镜左侧以凸透镜两倍焦距处为
圆心，在经过主光轴的竖直平面内做顺时针圆周运动，直径
为，且 ,则在下列关于点光源所成的像的运动轨
迹的各图中，正确的是( )
D
A. B. C. D.
物距与像距的关系
(成实像时)
物距与焦距的关系
当u>2f时，成倒立、缩小的实像—照相机原理
当u当u>v时，成倒立、缩小的实像
凸透镜成像的规律
当u=2f时，成倒立、等大的实像
当2f >u>f 时，成倒立、放大的实像
当u=f 时，不成像
当u必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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