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4.5 科学探究：凸透镜成像
第二课时
教科版（2024）物理八年级上册
第4章 光的世界
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.会通过实验探究凸透镜成像的规律
2.知道凸透镜所成虚实、倒正、大小像所满足的条件
3.掌握从物理现象中归纳科学规律的方法
用放大镜近距离看书，看到文字被放大，可是用放大镜看远处的物体时，却看到物体成了倒立缩小的像。
同样是凸透镜，物体到凸透镜的距离不同，成像特点不同。为何成像特点会有如此大的差别呢？凸透镜成像遵循什么规律呢？
探究凸透镜成像的规律
物距和像距
F
F
A
B
A′
B′
物体AB
像A′B′
O
光心
焦点
焦点
①物距：物体到透镜光心的距离，用u表示。
②像距：像到透镜光心的距离，用v表示。
焦距f
物距u
像距v
实验：探究凸透镜成像的规律
【问题与猜想】
问题：为什么凸透镜能成正立的像，也能成倒立的像？
猜想：凸透镜所成像的虚实、大小、正倒与物距有关。
【实验材料】
光具座、凸透镜、蜡烛（物）、光屏、发光二极管
光具座
蜡烛（物）
光屏
凸透镜
发光二极管
在光具座上由左向右依次放置器材，调整光源、凸透镜、光屏，使它们的中心在同一高度。
【制定方案】
目的是使像呈现在光屏中央
点燃的蜡烛
凸透镜
光屏
实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 1
凸透镜焦距
f =10 cm
30
实像 缩小 倒立
15
【进行实验】
（1）将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f（u＞20cm），移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察像的大小和正倒，同时测出此时的物距u和像距v，将数据记录在表格中。
（2）把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距（u=20cm），移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，将数据记录在表格中。
实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 2
20
实像 等大 倒立
20
凸透镜焦距
f =10 cm
（3）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间（10～20cm），移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v ，记录在表格中。
实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 3
15
实像 放大 倒立
30
凸透镜焦距
f =10 cm
（4）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离为一倍焦距10cm（在焦点处） ，移动光屏，光屏上不成像；眼睛通过透镜也看不到虚像。
实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 4 10
凸透镜焦距
f =10 cm
不成像
（5）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距以内（小于10cm），移动光屏，光屏上不成像，眼睛通过透镜，能看到虚像，记录像的正倒和大小。测出物距u，记录在表格中。
实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 5
7
虚像 放大 正立
凸透镜焦距
f =10 cm
（6）数据记录汇总
实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 1 30 实像 缩小 倒立 15
2 20 实像 等大 倒立 20
3 15 实像 放大 倒立 30
4 10 不成像 5 6 虚像 放大 正立
像与物距的关系
凸透镜的焦距 f=10 cm
播放视频：探究凸透镜成像的规律
思考1：实验中，若不小心挡住了凸透镜的上半部分或下半部分，光屏上仍能成像吗？
光屏上仍能成像，所成的像变暗
【交流与评估】
思考2：实验中光屏上没有像的原因：
①光源、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度；
②光源恰好在凸透镜的焦点上；
③光源到凸透镜的距离小于1倍焦距；
④光源到凸透镜的距离稍大于1倍焦距，导致像距过大，而光具座长度有限，光屏无法移到成像位置。
思考3：在光源从很远的地方逐渐向凸透镜靠近的过程中，光源经过哪个位置以后，所成实像由缩小变成放大，经过哪个位置以后由实像变成虚像？
凸透镜成像规律：
u＞f 时成实像，u＜f 时成虚像
u＞2f 时成缩小的像，u＜2f 时成放大的像
实像都是倒立的，与物体异侧
虚像都是正立的，与物体同侧
物体向焦点F靠近时，像变大像距也变大
一焦分虚实
二焦分大小
实像异侧倒
虚像同侧正
物近像远大
下面用作图的方式探究凸透镜成像的规律
①当u＞2 f 时
凸透镜成像光路图
当物距大于两倍焦距时，成倒立、缩小的实想，跟照相机的原理是一样的
O
F
F
倒立、缩小、实像
物体
像
②当u=2f 时
当物距等于两倍焦距的时候，成倒立、等大的实像。
O
F
F
倒立、等大、实像
物体
像
③当f物距大于一倍焦距小于两倍焦距时，成倒立、放大的实像。
O
F
F
倒立、放大、实像
物体
像
④当u= f 时
当物距等于一倍焦距时，折射光线与入射光心的光线平行，所以不能成像。
O
F
F
光线平行不成像
物体
⑤当u＜f 时
物距小于一倍焦距时，能在物体同一侧看到放大的正立的虚像。
O
F
F
正立、放大、虚像
物体
虚像
凸透镜成像规律的应用
1.放大镜
（1）成像原理：当物体位于凸透镜焦点以内，即物距小于1倍焦距时，对着凸透镜观察，可以看到物体成正立、放大的虚像。
（2）调节：用放大镜观察物体时，若要让物体的像变大，应该如何操作？
物远像远像变大
增大物体与放大镜的距离，但物体始终要在放大镜的1倍焦距内。
主要构造：
1．镜头：相当于凸透镜。
2．胶片：相当于光屏。
3．调节控制系统：
①取景窗：观察所拍景物；
②光圈环：控制进入镜头的光的多少；
③快门：控制曝光时间。
④调焦环：调节镜头到胶片间的距离，即像距；
照相机的结构
物距（u）
像距（v）
照相机的成像原理
物体的光
照相机镜头
胶片
物体的像
电子感光器件和存储器件
照相机的成像特点
O
F
F
倒立、缩小、实像
现代照相机是利用光学或电子技术把倒立的像转变成正立的。
物体
像
投影仪的构造
凸透镜（成像）
平面镜
（改变光路）
灯泡（发光）
菲涅尔透镜
（聚光）
放置投影片
螺纹透镜的作用：聚光。
平面镜的作用：改变光路。
凸透镜的作用：成倒立、放大的实像。
投影仪的成像原理
成像原理示意图
1．投影仪（或幻灯机）成倒立、放大的实像。
2．像距大于物距。
3．像与物位于凸透镜的两侧。
幻灯机
投影仪
投影仪的成像特点
放大镜成虚像时，物体发出的光经过放大镜后是发散的，但人眼睛的角膜和晶状体相当于凸透镜，能使这些发散的光会聚，在视网膜上成实像，因此我们的眼睛能看到虚像。
实像与虚像
通过放大镜用眼睛看到的像是虚像，为什么我们的眼睛能看见虚像，但在光屏上却接受不到？
请把针孔照相机改成带凸透镜的照相机，使它能照近处的花朵，也能照远处的景物。
制作有透镜的照相机
经典例题
艾力同学在做“研究凸透镜成像规律”的实验，当他把蜡烛移到距离透镜34 cm的地方时，在光屏上观察到如图所示的像，则该凸透镜的焦距可能是 ( )
A.10 cm
B.20 cm
C.30 cm
D.40 cm
A
答案：A
解析：从图知，此时凸透镜成倒立、缩小的像，则应有
解得
故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
在“探究凸透镜成像的规律”实验时，
某小组测量出物距和像距的数据，
并绘制成如图所示的图像，
根据图像可知( )
A.该凸透镜的焦距为20cm
B.当物距为30cm时，成倒立、缩小的实像，照相机利用了这条规律
C.当物距为8cm时，成倒立、放大的实像，投影仪利用了这条规律
D.把物体从距凸透镜15cm处移动到30cm处的过程中，像逐渐变大
B
经典例题
解析：A、分析图象中有关数据可知，物距等于2倍焦距，像距等于物距，故 ，则 ，该透镜的焦距为10cm，故A错误；
B、当物距为30cm时，物距大于2倍焦距，成倒立、缩小的实像，照相机利用了这条规律，故B正确；
C、当物距为8cm时，物距小于1倍焦距，成正立、放大的虚像，放大镜利用了这条规律，故C错误；
D、把物体从距凸透镜15cm处移动到30cm处的过程中，物距增大，像距减小，像变小，故D错误；
经典例题
当用手机扫描健康二维码时（如图所示），下列说法正确的是( )
A.物体上的二维码是光源
B.扫码时二维码要位于摄像头二倍焦距以外
C.二维码通过摄像头成的是正立缩小的实像
D.要使屏幕上二维码的像变小，只需将二维码靠近凸透镜
B
答案：B
解析：A.物体上的二维码只能反射光线，自身不能发光，不是光源，故A错误；
B.由照相机的成像规律可知，成像时物距大于二倍焦距，故扫码时二维码要位于摄像头二倍焦距以外，故B正确；
C.此时物距大于二倍焦距，由凸透镜的成像规律可知，二维码通过摄像头成的是倒立缩小的实像，故C错误；
D.要使屏幕上二维码的像变小，由“物远像近像变小”可知，应将二维码远离凸透镜，故D错误。
物距u 像的性质 物与像 的位置 像距v 光屏能 否承接 应用
u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能 照相机
u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能 测焦距
f2f 能 投影仪
u＝f 不成像 获得平行光
uu 不能 放大镜
表格总结——凸透镜成像规律
1.如图所示，烛焰、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度，该凸透镜的焦距为10.0cm( )
①当蜡烛放在图中A区域时，光屏应放在图中E区域才可能呈现清晰的像
②当蜡烛放在图中B区域时，光屏应放在图中F区域才可能呈现清晰的像
③若光屏上要得到一个放大的像，则蜡烛应该放在图中C区域
④蜡烛从图中位置逐渐远离透镜时，所成的像会逐渐变小
A.①② B.②③④ C.①②④ D.①②③④
C
答案：C
解析：当蜡烛放在图中A区域时，物距大于二倍焦距，成倒立、缩小的实像，像距大于一倍焦距小于二倍焦距，光屏应放在图中E区域才可能呈现清晰的像，故①正确；当蜡烛放在图中B区域时，物距大于一倍焦距小于二倍焦距，成倒立、放大的实像，像距大于二倍焦距，光屏应放在图中F区域才可能呈现清晰的像，故②正确；若光屏上要得到一个放大的像，此像为实像，物距应大于一倍焦距小于二倍焦距，而蜡烛放在图中C区域时物距小于一倍焦距，成正立、放大的虚像，虚像不能用光屏承接，故③错误；蜡烛从图中位置逐渐远离透镜，此时物距增大，根据凸透镜成实像时物远像近像变小可知，所成的像会逐渐变小，故④正确。
2.如图是爱动手的小雅利用手机和透镜自制的简易投影仪，它能将手机上的画面放大投影到墙壁上。下列说法正确的是( )
A.制作简易投影仪的镜头是凹透镜
B.投影仪所成的像是正立、放大的虚像
C.透镜到墙壁的距离应大于透镜的二倍焦距
D.手机应放置在透镜的一倍焦距内
C
答案：C
解析：根据投影仪的成像原理可知，手机到凸透镜的距离（物距）应大于一倍焦距、小于二倍焦距，而墙壁到透镜的距离（像距）应大于透镜的二倍焦距，墙上呈现的是手机画面的倒立、放大的实像。

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