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凸透镜成像的规律
第五章
第3节
课时1
1.通过实验探究，归纳总结凸透镜成像的规律。
2.通过探究活动，学习从物理现象中归纳科学规律的方法。
我们知道照相机、投影仪里面都有凸透镜，放大镜本身就是凸透镜。
这些都是用的凸透镜，为什么所成的像会不一样呢？
照相机：物体离镜头比较远成倒立的、缩小的实像。
投影仪：物体离镜头比较近成一个放大的、倒立的实像。
放大镜：物体离镜头很近，能成放大的、正立的虚像。
基本概念
1.物距：物体到透镜光心的距离，用字母u表示。
2.像距：像到透镜光心的距离，用字母v表示。
物距u
像距v
物体AB
B
A
像A’
B’
B’
A’
F焦点
F焦点
光心
知识点
探究凸透镜成像的规律
注意：因初中阶段我们研究的透镜均为薄透镜，其厚度可忽略不计，所以一般物距也可说为物体到透镜的距离，像距也可说为像到透镜的距离。
探究凸透镜成像的规律
1.提出问题：凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系？
2.作出猜想：①可能与物距有关；②可能与焦距有关（由于凸透镜的偏折情况和焦距有关）；
3.实验设计：先把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐向凸透镜移近，同时把光屏放在凸透镜的另一侧，观察光屏上像的变化情况。研究凸透镜的成像与物距的关系（保持焦距不变，即使用同一个凸透镜），物距的变化以焦距为标准，即观察物距大于2倍焦距、大于1倍焦距小于2倍焦距、小于1倍焦距的成像情况。
O
F
2f
光屏
4.实验仪器：光具座、蜡烛、光屏、凸透镜、火柴等。
5.进行实验和收集证据
实验步骤：
①如果凸透镜的焦距未知，可以利用太阳光粗测出凸透镜的焦距。
②将蜡烛、凸透镜、光屏依次安放在光具座上，调整它们的高度，使烛焰的中心、凸透镜的光心和光屏的中心大致在同一高度。
使它们的中心处于同一高度，这样像才能成在光屏中心。
③把点燃的蜡烛放在较远处（
u>2f
），然后调整光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。改变物距，重做这一步。
④把蜡烛移向凸透镜（
u=2f
）
，移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。
⑤把蜡烛移向凸透镜（
f＜u＜2f
），移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。改变物距，重做这一步。
⑥把蜡烛继续靠近凸透镜（
u=f
）
，移动光屏，观察是否能够成像。
⑦继续向凸透镜移动蜡烛（
u）并调整光屏的位置，你能在屏上得到蜡烛的像吗？撤去光屏，从光屏一侧向透镜方向看去，能否观察到蜡烛的像？像在什么位置？记录所看到的像的正倒、大小以及此时的物距u。改变物距，重做这一步。
⑧将实验数据和观察结果填入表中(该实验所用凸透镜的焦距
f=10cm
)。
像不能成在光屏上；撤去光屏，从光屏一侧直接用眼睛向透镜方向看去观察到蜡烛正立、放大的虚像；像位于物的同侧。
物距u与焦距
f
的关系
物距
u/cm
像距
v/cm
成像的性质
像的变化情况
u＞2f
倒立、缩小、实像
物距变小时，像距变大，像(相对之前的像，下同）变大
u＝2f
倒立、等大、实像
f＜u＜2f
倒立、放大、实像
物距变小时，像距变大，像变大
20
56
56
12
20
12
18
23
23
18
物距u与焦距
f
的关系
物距
u/cm
像距
v/cm
成像的性质
像的变化情况
u＝f
不成像
u＜f
正立、放大、虚像
物距变小时，像距变小，虚像变小
10
8
6
①焦点是成实像和虚像的分界点。当u＞f
时成实像；当u时成虚像；当u=f
时不成像。
②二倍焦距处是成放大像和缩小像的分界点。当u＞2f
时，成缩小的实像；当u=2f
时，成等大的实像；当f＜u＜2f
时，成放大的实像。
③凸透镜成的实像都是倒立的，且像、物位于凸透镜的两侧；凸透镜成的虚像都是正立的，且像、物位于凸透镜的同侧。
④凸透镜成实像时，随着物距的变小，像和像距都变大；成虚像时，随着物距的变小，像和像距都变小。
6.分析与论证
物距
（u）
像的性质
相对凸透镜位置
应用
倒正
大小
虚实
像距（v）
u＞2f
倒立
缩小
实像
f＜v＜2f
与物异侧
照相机
u＝2f
倒立
等大
实像
v＝2f
与物异侧
测焦距
f＜u＜2f
倒立
放大
实像
v＞2f
与物异侧
投影仪
u＝f
不成像、得到一束平行光
u＜f
正立
放大
虚像
与物同侧
放大镜
7.实验结论：
实验中的注意事项：
1.
光具座的长度有限，做实验时最好选用焦距为10cm左右的凸透镜，焦距过大（光具座总长不够4倍焦距长），有些实验无法完成。
2.
凸透镜最好放在光具座的中间位置，便于调节物距和像距。
3.
调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，目的是让烛焰的像成在光屏的中央。
4.
调整光屏时不可再调整凸透镜的位置，否则会使物距改变。
5.判断烛焰的像是否最清晰的方法：光屏在某位置时，向前或向后移动光屏，像都会变模糊，则此位置即为像最清晰的位置。
6.
同一个物距范围内要取两个以上的物距进行实验，这样做是为了排除偶然因素，寻找普遍规律。
思考讨论1：你知道实验中无论如何移动光屏都找不到像的原因有哪些？
(1)
烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度。
(2)当烛焰在凸透镜一倍焦距以外，但非常靠近焦点时，所成的像很大，且像距也很大，而光具座长度有限，光屏不能承接到像。
思考讨论2：若把凸透镜遮挡一部分，像会发生什么变化？
若把凸透镜遮掉一部分，成像性质不变，只是成的像暗一些。
（2020·威海中考改编）如图所示，小李用点燃的蜡烛、凸透镜和光屏进行“探究凸透镜成像规律”的实验，凸透镜的焦距为12cm。
(1)蜡烛和凸透镜的位置不变，要使光屏承接到一个倒立、______的清晰的实像，具体的操作是首先将光屏向____移动，直到找到最清晰的像。日常生活中______
(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这一原理制成的。
投影仪
放大
右
看图可知物距u=15.0cm，f2f.
(2)当蜡烛燃烧一段时间后会变短，烛焰的像会往______偏离光屏中心。
(3)请你指出用烛焰作为发光物体完成“探究凸透镜成像规律”实验存在的两点不足之处：①
______________
____________________
;
②___________________________。
上
蜡烛燃烧会变短
烛焰容易晃动影响观察
使烛焰位置发生变化
蜡烛燃烧变短时，烛焰向下偏离中心线，故烛焰的像往上偏离光屏中心。
u>2f
：倒立、缩小的实像，fu=2f
：倒立、等大的实像，v=2f
照相机原理
u=f
：平行光束，不成像
投影仪原理
f：倒立、放大的实像，v>2f
放大镜原理
u：正立、放大的虚像
实验探究：凸透镜的成像规律
1.
如图为凸透镜成像的示意图，由于不慎将透镜的上沿摔掉一块(图中阴影部分)，则
(
)
A.
像的A'部分消失了
B.
像的B'部分消失了
C.
成像的效果不受影响
D.
像A'B'是完整的，但亮度变暗
D
2.
小明同学做凸透镜成像的实验时，将点燃的蜡烛放在凸透镜前，在光屏上得到清晰的倒立、放大的实像。保持透镜位置不变，把蜡烛与光屏的位置对换，则(
)
光屏上有倒立、缩小的实像
B.
光屏上有倒立、放大的实像
C.
光屏上有正立、等大的虚像
D.
光屏上没有像
A
此时f＜u＜2f，v＞2f；此时蜡烛与光屏的位置对换则u＞2f，f＜v＜2f，此时成倒立缩小实像。
3.小明同学做“探究凸透镜成像的规律”的实验，当他把烛焰移到距透镜18cm的位置时，在光屏上观察到倒立放大清晰的像。他判断凸透镜焦距可能是①6cm、②9cm、③12cm、④16cm，其中正确的是（　　
）
A.
①②
B.
②③
C.
①④
D.
③④
D
此时f＜u＜2f，
u＝18cm，则9cm＜
f＜18cm。
4.
在研究凸透镜成像规律的实验中，小明同学无论怎样移动光屏，在光屏上始终观察不到烛焰清晰的像，造成这种现象的原因可能是（
）
A.
蜡烛、凸透镜、光屏三者中心在同一条水平线上
B.
蜡烛距凸透镜距离大于焦距
C.
蜡烛距凸透镜距离小于焦距
D.
蜡烛距凸透镜距离等于2倍焦距
C
此时像不能成在光屏上；撤去光屏，从光屏一侧直接用眼睛向透镜方向看去观察到蜡烛正立、放大的虚像；像位于物的同侧。
凸透镜成像的规律
第五章
第3节
课时2
1.学习凸透镜成像规律的光路分析，体会三种特殊光线在做图中的重要性。
2.能够应用凸透镜成像规律解决一些生活中的实际问题。
之前我们学习过通过凸透镜的三条特殊光路：通过光心的光、平行于主光轴的光、通过焦点的光经凸透镜折射后的情况。
F
F
F
F
F
F
我们如何运用通过凸透镜的三条特殊光路来解释凸透镜成像的规律呢？
凸透镜成像规律的光路分析
利用凸透镜三条特殊光路中的任意两条可以画出相应的光路图，从而判断出像距的大小和成像的具体情况。
2f
f
f
2f
知识点1
凸透镜成像规律的光路图
1.当u>2f
时，成倒立缩小的实像，此时
f2.当u=2f
时，成倒立、等大的实像，此时v=2f，光路图如图所示。
2f
f
f
2f
3.当
f时，成倒立、放大的实像，此时v>2f，
光路图如图所示。
f
f
2f
2f
4.当u=f
时，折射光是一束平行光，不能相交，其反向延长线也不能相交，所以不能成像，光路图如图所示。
f
2f
2f
f
5.当u时，成正立、放大的虚像，此时v>u，光路图如图所示。
f
f
f
f
思考讨论：观察右边的图片你能总结凸透镜成实像时的规律吗？
f
f
物体左移像左移，物体右移像右移，像儿跟着物体跑。
规律：物近像远像变大,物远像近像变小。
f
f
f
f
f
f
思考讨论：观察右边的图片你能总结凸透镜成虚像时的规律吗？
物体左移像左移，物体右移像右移，像儿跟着物体跑。
规律：物近像近像变小,物远像远像变大。
当物体在2倍焦距以外移动时，物体移动的距离大，像移动的距离小。
f
f
f
f
f
f
f
f
当物体在一倍焦距到2倍焦距之间移动时，物体移动距离小，像移动的距离大。
照相机的调节
用照相机照相时，要使胶片上的像大一些。可使被拍摄物体离镜头近一些，同时胶片离镜头要远一些，
即镜头前伸，暗箱拉长。
(成实像：物近像远像变大)
知识点2
凸透镜成像规律的应用
投影仪的调节
使用投影仪时，要使屏幕上的像大一些，应使投影片离镜头近一些，同时屏幕离镜头要远一些
。
(成实像：物近像远像变大)
放大镜的调节
使用放大镜观察物体时，要想让被观察的物体大一些，应使被观察物体离放大镜稍远一些，但物体始终要在放大镜一倍焦距以内。
(成虚像：物远像远像变大)
想一想：当凸透镜成放大的像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小的像时，物距跟像距相比，哪个比较大？由此你可以得出什么结论？凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？
1.凸透镜成放大的实像时，像距大于物距；成缩小的实像时，像距小于物距。
2.由此可以得出结论：凸透镜成实像时，物距越大，像距越小，像越小；物距越小，像距越大，像越大。
3.由实验可知，凸透镜所成的像没有正立的实像，也没有倒立的虚像。
探究小组将装有半杯清水的圆柱形透明玻璃杯放在水平窗台上，透过玻璃杯观察街对面的指路牌。当从水面上方观察时，看到指路牌上的箭头指向右方；若从水面下方观察，下面说法正确的是(
)
箭头指向右方
B.
指路牌上下宽度变大
C.
指路牌上的字上下颠倒
D.
原理类似于照相机成像
D
从水面上方看时，光发生折射成正立的虚像，箭头指向不变，所以实际箭头还是指向右方，而从水面下方观察物体时，相当于是“凸透镜”，观察远处的物时，成像会变小且上下左右都颠倒；该原理类似于照相机成像。
左
小
左右都
成虚像时物远像远像变大
成实像时物远像近像变小
放大镜：正立、放大、虚像
凸透镜成像规律及其应用
照相机：倒立、缩小、实像
投影仪：倒立、放大、实像
（2020·咸宁中考）关于常见的光学仪器，下列说法正确的是（
）
A．焦距越小的凸透镜，对光的会聚作用越明显
B．校园内安装的监控摄像头，相当于一个凹透镜
C．为矫正近视眼，要用适当的凸透镜片做成眼镜
D．平行于主光轴的光，通过凹透镜后一定经过焦点
A
凸
凹
凸
2.
当摄影师用一台镜头焦距一定的相机给全班同学照完合影后，接着又给小明同学照半身像，这时摄影师应该__________(选填”增大”或”减小”)照相机镜头和小明的距离，同时_________
(选填”增大”或”减小”)镜头到底片的距离。
减小
增大
成实像：物近像远像变大
3.
（2020·宁波中考改编）放幻灯片时，想在荧幕上得到一个放大的“F”字母，那么幻灯片正确的插法应选用图中的哪一种（
）
A
B
C
D
D
成实像时，像和物上下左右都颠倒
4.
如图为航天员王亚平太空授课的情景，图中水球相当于一个透镜，假设水球的焦距为f，此时航天员到水球的距离为40cm，则下列说法正确的是
(
)
A.
f
<20cm
B.
40cm>f
>20
cm
C.
水球相当于一个凹透镜
D.
航天员的像是虚像
A
如图此时成倒立、缩小的实像，则u>2f
凸
实

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