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5.科学探究：凸透镜成像
课程讲授
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本课小结
我来闯关
素养目标
1.能正确区分凸透镜和凹透镜，理解凸透镜、凹透镜对光的作用。
2.能正确在图中标出凸透镜的主光轴、光心、焦点和焦距。
3. 说出凸透镜成像规律，认识凸透镜成像的虚实、倒立、大小与物体位置的关系。
4.尝试根据凸透镜的成像规律，解释常见光学仪器的工作原理。
早在1600多年前，张华(232～300)在《博物志》中记载：“削冰令圆，举以向日，以艾于后承其影，则得火。”
取火所用的冰块是什么形状呢？
一、认识透镜
1．透镜的种类
（1）凸透镜：中央厚，边缘薄的透镜。老花镜、放大镜、照相机的镜头、望远镜的物镜都是凸透镜。
（2）凹透镜：中央薄，边缘厚的透镜。近视眼镜就是凹透镜。
一、认识透镜
2．光心与主光轴
（1）光心：透镜的中心
（2）主光轴：透镜上通过两个球心的直线叫做主光轴。
主光轴
O1
O2
光心(O)
O
O1
O2
主光轴
光心(O)
光穿过三棱镜时，向厚的地方偏折两次。
请大致画出平行光束通过两个三棱镜组合时的传播方向。
讨论：凸透镜对平行光有何作用？
凹透镜对平行光有何作用？
观察：透镜对光的作用
一、认识透镜
3．透镜对光的作用（光从空气射入透镜时）
（1）凸透镜对光有会聚作用
（2）凹透镜对光有发散作用
O
F
F
O
F
F
一、认识透镜
4．凸透镜的焦点和焦距
（1）焦点F:平行于主光轴的光经凸透镜折射后的会聚点
（2）焦距f:焦点到光心的距离。
（3）凸透镜两侧各有一个实焦点，焦距相等。
O
F
F
一、认识透镜
5．凹透镜的焦点和焦距
（1）焦点：平行于主光轴的光线经凹透镜发散后，折射光线反向延长线在主光轴上的会聚点，它不是实际光线的会聚点。
（2）焦距：焦点到光心的距离。
（3）凹透镜两侧各有一个虚焦点，焦距相等。
O
F
F
一、认识透镜
讨论：凸透镜对光有会聚作用，经凸透镜折射后的光线都是会聚的光线吗？
6．凸透镜对光有会聚作用是指经凸透镜折射后的折射光线比原来的入射光线更会聚了，并非指经凸透镜折射后的光线都是会聚的光线。
F
F
F
F
一、认识透镜
讨论：凹透镜对光有发散作用，经凹透镜折射后的光线都是发散的光线吗？
7．凹透镜对光有发散作用是指经凹透镜折射后的折射光线比原来的入射光线更发散了，并非指经凹透镜折射后的光线都是发散的光线。
F
F
一、认识透镜
8．凸透镜的三条特殊光线
①通过光心的光线传播方向不变。
②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点。
③经过凸透镜焦点的光线折射后平行于主光轴射出。
O
F
F
O
F
F
O
F
F
一、认识透镜
9．凹透镜的三条特殊光线
①通过光心的光线传播方向不变。
②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后其折射光线的反向延长线通过焦点。
③射向凹透镜对侧焦点的光线折射后平行于主光轴射出。
O
F
F
O
F
F
O
F
F
一、认识透镜
讨论：太阳光可以看作平行光，如何利用太阳光测量凸透镜的焦距？
10．太阳光聚焦法测量焦距：将凸透镜正对太阳，把一张纸放在它的另一侧，调节透镜到纸面的距离，直到在纸面得到一个最小最亮的光斑，测量该光斑到透镜光心的距离，即为焦距。
凸透镜的焦点是射向透镜光束的能量聚集点
1．香水的主要成分是易燃酒精．如图所示为四瓶香水，透明玻璃瓶盖形状各异，最容易在阳光下引发火灾的是（ ）
A B C D
2．要使小灯泡发出的光经某透镜后变成平行光，应把小灯泡放在（ ）
A. 凸透镜前任意位置
B. 凸透镜的焦点上
C. 凹透镜前任意位置 　　
D. 凹透镜的焦点上
放大镜能成正立的像
放大镜也能成倒立的像
二、实验探究：凸透镜成像的规律
（一）提出问题：像的实虚、大小、正倒有什么关系？
（二）猜想与假设：像的实虚、大小、正倒可能与物体到透镜的距离有关。
1．物距与像距
（1）物距：物体到光心的距离，用u表示。
（2）像距：像到光心的距离，用v表示。
u
v
（三）设计实验：
(1)实验器材：蜡烛、凸透镜、光屏、光具座、（刻度尺）
(2)实验步骤：①将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，点燃蜡烛，调节三者高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。
②先把蜡烛放在离透镜较远的地方，然后逐渐向透镜移动。选取若干个位置，调整光屏的位置，观察并记录成像的情况及物距和像距的大小。
（三）设计实验：
(3) 设计统计数据的方法：列表法
实验
次数 物距 像距 像的性质 物像
位置 应用
倒正 大小 虚实
1 u＞2f
2 u＝2f
3 f＜u＜2f
4 u＝f
5 u＜f
（四）进行实验：
（五）分析论证：
2．凸透镜的成像规律
实验
次数 物距 像距 像的性质 物像
位置 应用
倒正 大小 虚实
1
2
3
4
5
u＞2f f＜u＜2f 倒立 缩小 实像 异侧 照相机
u＝2f u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 测焦距
f＜u＜2f u＞2f 倒立 放大 实像 异侧 投影仪幻灯机电影放映机
u＝f 不成像（获得了平行光） 汽车大灯
u＜f v＞u 正立 放大 虚像 同侧 放大镜
三、凸透镜成像规律的应用
（1）当u＞2 f 时
u＞2 f 时应用：照相机
（2）当u＝2 f 时
u＝2 f 时应用：测量焦距
（3）当f＜u＜2 f 时
当f＜u＜2 f 时应用：幻灯机、投影仪、电影放映机
（4）当u＝ f 时
u＝f 时应用：汽车大灯
（5）当u＜f 时
u＜ f 时应用：放大镜
讨论：实像与虚像由什么区别？当成实像时，蜡烛靠近凸透镜的过程中，所成像的位置有何变化？像的大小有何变化？经过哪个位置以后由实像变成虚像？
4．实像与虚像的区别
（1）实像由真正的光会聚而成，实像是能量的聚集，能被光屏承接。
（2）虚像不是实际光线会聚而成的，在像的位置上没有能量聚集，不能被光屏承接。
（3）无论实像还是虚像均能被眼睛看到，被照相机捕捉。
5．对凸透镜成像规律的认识
（1）一倍焦距分虚实（u＞f成倒立实像，u＜f成正立虚像）；
（2）二倍焦距分大小（u＞2f成缩小像，u＜2f成放大像）；
（3）无论成实像还是虚像，物体越靠近焦点，所成像越大，像距也越大；
（4）成实像时，u＞v时，成倒立缩小实像；u＜v时，成倒立放大实像；
（5）凸透镜所成实像都是倒立的，虚像都是正立的；
（6）成实像时物像异侧,而成虚像时物像同侧；
（7）成实像时像与物上下左右均颠倒；
讨论交流：在如图所示的实验中，光屏上出现了清晰的像，则像的形状为( )
5．对凸透镜成像规律的认识
（8）向上移动物体，像下运动；向上移动凸透镜，像向上运动；
（9）若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能原因为：①蜡烛在焦点以内；②烛焰在焦点上；③烛焰、凸透镜、光屏的中心不等高、共线；④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置．
（10）若实验中凸透镜上出现一只昆虫，光屏上不会出现昆虫的像，但像的亮度变暗．
课堂小结
1．某同学拿着一个凸透镜正对着太阳光，用一张白纸在透镜的另一侧来回移动，得到一个最小、最亮的光斑，测得此时光斑到透镜光心的距离是6㎝，该同学用此透镜观察较小的文字时，看到了正立的较大的字，则较小文字到透镜的距离（ 　）
A．等于12㎝ B．大于6㎝小于12㎝
C．小于6㎝ D．大小12㎝
C
我来闯关
2．在“太空授课”中，女航天员王亚平制造了一个小水球，我们看到了她在水球中的“倒影”，如图，下列说法正确的是（　　）
A．“倒影”是光的反射形成的
B．“倒影”不能成在光屏上
C．照相机是利用这一成像原理制成的
D．若王亚平距水球变远，“倒影”会变大
C
3.某物体经凸透镜在光屏上得到一个像，现将透镜中部遮住不让光通过，则屏上的像（ ）
A.缺少中部 　　　　　　　　　
B.变小
C.性质不变，像变暗　　　　　
D.变大
C
4.要使小灯泡发出的光经某透镜后变成平行光，应把小灯泡放在（ ）
A. 凸透镜前任意位置
B. 凸透镜的焦点上
C. 凹透镜前任意位置 　　
D. 凹透镜的焦点上
B
5．蜡烛、凸透镜、光屏的位置如图所示，此时光屏上出现烛焰清晰的像，则像的特点是（ ）
A．倒立缩小
B．倒立等大
C．倒立放大
D．正立放大
C
6.如图是一束光线通过两个透镜前后的传播方向，请在长方框中填上适当类型的透镜。

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