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第五章　透镜及其应用
第3节　凸透镜成像的规律
新旧衔接
1．焦距(f)：　　　　到　　　　的距离；物距：　　　　到　　　　的距离；像距：　　　　到　　　　的距离。
2．虚像：不是由　　　　会聚而成的，　　　　(填“能”或“不能”)用光屏承接到。
实像：由　　　　会聚而成的，　　　　(填“能”或“不能”)用光屏承接到。
3．照相机成　　　　、　　　　的实像，投影仪成　　　　、　　　　的实像，放大镜成　　　　、　　　　的虚像。
4．趣味小实验
我们手拿一个凸透镜观察窗外的景物，会看到　　　　、　　　　的实像，距离课本较近时会看到　　　　、　　　　的虚像，距离课本较远时又会看到　　　　、　　　　的实像。凸透镜成像有什么规律呢？
预学新知
1．凸透镜成像的虚实、大小、正倒跟物体离透镜的距离即　　　　有关。
2．在做“探究凸透镜成像的规律”的实验时，用到的器材有：发光物体、　　　　、光屏和光具座。分别把上述物体安装在光具座上，调整它们的高度，使得发光物体、凸透镜和光屏的中心在　　　　，目的是使像成在光屏的　　　　。光屏的作用是承接并显示凸透镜所成的　　　　(填“虚”或“实”)像。
素养目标
1．(重点、难点)通过实验探究，知道凸透镜成像的规律。
2．通过探究活动，体会实验探究活动在认识事物过程中的重要意义。
课堂任务1　探究凸透镜成像的规律
实验思路：分析照相机、投影仪、放大镜成像特点，初步判断凸透镜成像特点与　　　　有关。由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距f有关系，因此研究物距u的变化时焦距f可能是个应该关注的参照距离。我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，如图所示，实验中要观察并记录物距大于、等于、小于2倍焦距，物距大于、等于、小于焦距时的成像情况。
实验过程
(1)如图所示，用发光二极管制成的“F”形光源作为发光物体，一块白色的硬纸板作为光屏，将光具座放在水平桌面上，将发光物体、凸透镜和光屏固定在光具座上，调整三者的高度，使它们的中心　　　　相同，研究发光物体的成像情况。
(2)选择适当的物距进行实验，注意物距要涵盖各个范围：大于2倍焦距、大于焦距、小于焦距，发光物体位置确定之后，调整光屏到凸透镜的距离直到光屏上呈现清晰的像。观察并记录物距、像距。
(3)根据实验中得到的数据和观察的结果完成下表。(物距用u表示，像距用v表示)
像与物距的关系
物距 像的性质 像距
大小 正倒 虚实
u＞2f
2f＞u＞f
u＜f
u＝2f
u＝f
归纳总结
(1)物体在焦点以外成　　　　像，在焦点以内成　　　　像，即　　　　是成实像和虚像的分界点。
(2)物体在2倍焦距以外成　　　　的像，在焦距和2倍焦距之间成　　　　的像。
(3)比较物距和像距，判断成像性质。
交流评估
若无论怎样左右移动光屏，光屏都承接不到清晰的像，可能的原因有：
(1)发光物体、凸透镜、光屏的中心不在　　　　；
(2)发光物体在凸透镜的焦距以内；
(3)发光物体在凸透镜的　　　　；
(4)物距稍大于焦距，成像在极远处，光具座的长度有限，光屏无法移到该位置。
某物理兴趣小组在“探究凸透镜成像规律”时，将焦距为10 cm的凸透镜固定在光具座上50 cm刻度线处，光屏和点燃的蜡烛分别位于凸透镜两侧，实验前调整好实验器材。如图所示，将蜡烛移至25 cm刻度线处，移动光屏，呈现在光屏上清晰的像的特点是(　　)
A.倒立、缩小的实像
B.正立、放大的虚像
C.倒立、放大的实像
D.倒立、放大的虚像
变式1[2023天津中考改编]在探究凸透镜成像规律时，蜡烛和凸透镜的位置如图所示，移动光屏可承接到烛焰清晰等大的像(图中未画出光屏)。若保持透镜位置不变，将蜡烛调至20 cm刻度线处时，下列判断正确的是(　　)
A.该透镜的焦距是20 cm B.移动光屏可承接到烛焰清晰放大的像
C.像的位置在60～70 cm刻度线之间 D.移动光屏可承接到烛焰清晰的虚像
课堂任务2　探究凸透镜成像规律之动态规律
分析课堂任务1实验表格中的内容，还发现当物距越来越小时，像距　　　　，像的大小怎样变化呢？有什么规律呢？同学们通过实验继续进行探究，将物体从距离透镜较远位置开始逐渐向透镜靠近，每改变一次物距同时寻找一次清晰的像的位置，记录物距、像距并观察像的大小。
归纳总结
(1)成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越　　　　，像越　　　　，即成实像时，物近像远像变大。
(2)成虚像时，物体距离透镜越近，像越　　　　，物体距离透镜越远，像越　　　　，即成虚像时，物体越靠近焦点像越大。
小芳利用如图所示的装置“探究凸透镜成像的规律”。将蜡烛放在凸透镜左侧适当位置，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的像，分别测出物距u和像距v，实验数据如表所示。下列说法中(　　)
实验次数 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
①该凸透镜的焦距为20 cm
②第1次实验成的是缩小的实像
③从第1次实验到第5次实验，成在光屏上的像越来越大
④当u＝11 cm时，移动光屏，可在光屏上成倒立、缩小的清晰实像
A.只有①④正确　　　B.只有②③正确　　　C.只有①②正确　　　D.只有②③④正确
变式2小明在探究凸透镜成像规律时，安装好器材，调节蜡烛、凸透镜与光屏在如图所示的位置，在光屏上得到清晰的像，则凸透镜的焦距为　　　　cm。固定凸透镜位置，他将蜡烛移到15 cm刻度线处，为了在光屏上得到清晰的像，接下来小明应该进行的操作是　　　　。
课堂任务3　凸透镜成像规律应用
结合凸透镜成像规律对比照相机、投影仪、放大镜成像特点。
1．照相机
(1)照相机成像原理：u＞2f 时，成　　　　、　　　　的　　　　像，f＜v＜2f。
(2)照相机的调节：物体靠近镜头，暗箱拉　　　　，像变　　　　。
2．投影仪
(1)投影仪成像原理：f＜u＜2f 时，成　　　　、　　　　的　　　　像，v＞2f。
(2)投影仪的调节：投影片靠近镜头，投影仪　　　　屏幕，像变　　　　。
3．放大镜
(1)放大镜成像原理：u＜f 时，成　　　　、　　　　的　　　　像，像与物体在　　　　侧。
(2)放大镜的调节：物体稍微远离放大镜，适当调节眼睛位置，像变　　　　。
智能手机扫码功能可快速获取信息，手机摄像头相当于　　　　(填“凸透镜”或“凹透镜”)；二维码通过摄像头在手机中所成的是　　　　(填“实”或“虚”)像。如图所示，蜡烛恰好在光屏上成清晰的像(像未画出)，此时光屏上可观察到倒立、　　　　(填“放大”或“缩小”)的　　　　(填“实”或“虚”)像，该成像原理在生活中的应用是　　　　(填“投影仪”或“照相机”)。
一图看懂凸透镜成像规律
补充：当u＝2f时，v＝2f，成倒立、等大的实像。
参考答案
【新旧衔接】
1.焦点；透镜光心；物体；透镜；像；透镜
2.实际光线；不能；实际光线；能
3.倒立；缩小；倒立；放大；正立；放大
4.倒立；缩小；正立；放大；倒立；缩小
【预学新知】
1.物距
2.凸透镜；同一高度；中央；实
课堂任务1
实验思路：物距
实验过程：(1)高度
(3)如表所示：
物距 像的性质 像距
大小 正倒 虚实
u＞2f 缩小 倒立 实像 2f＞v＞f
2f＞u＞f 放大 倒立 实像 v＞2f
u＜f 放大 正立 虚像
u＝2f 等大 倒立 实像 v＝2f
u＝f 不成像
归纳总结：(1)实；虚；焦点　(2)缩小；放大
交流评估：(1)同一高度　(3)焦点
例1　A　点拨：根据蜡烛、凸透镜的位置，首先找出物距大小并进一步确定物距所属的范围，即u＝25 cm＞2f，根据凸透镜成像规律可得，成倒立、缩小的实像。
变式1　C
课堂任务2
越来越大　(1)远；大　(2)小；大
例2　B　点拨：在凸透镜成像规律中，物距等于像距时，成倒立、等大的实像，由表格中数据得u＝v＝2f＝20 cm，则该实验中凸透镜的焦距f＝10 cm，故①错误；第1次实验中，u＝60 cm＞2f，根据凸透镜成像规律可知，成缩小的实像，故②正确；从第1次实验到第5次实验，像距越来越大，成在光屏上的像越来越大，故③正确；当f＜u＝11 cm＜2f时，移动光屏，可在光屏上成倒立、放大的清晰实像，故④错误。综上所述，只有②③正确，故选B。
变式2　10；向左移动光屏，直到光屏上出现清晰的像
课堂任务3
1.(1)倒立；缩小；实　(2)长；大
2.(1)倒立；放大；实　(2)远离；大
3.(1)正立；放大；虚；同　(2)大
例3　凸透镜；实；放大；实；投影仪

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