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第五章 透镜及其应用
探究凸透镜成像的规律
第3节第一课时
01
通过实验探究并知道凸透镜成像的规律。
02
通过探究活动，体验科学探究的过程和基本研究方法 。
03
体会实验探究活动在认识事物过程中的重要意义，建立生活与物理知识的联系.乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。
复习： 照相机、投影仪、放大镜的成像情况
物体离照相机镜头比较远，成倒立、缩小的实像。
投影片离投影仪镜头比较近，成倒立、放大的实像。
物体离放大镜很近，成正立、放大的虚像。
可见凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟物体离凸透镜的距离（即物距）有关系。
有什么关系呢？
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？
探究凸透镜的成像规律
【提出问题】　凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关？
【猜想假设】　①可能与物体到透镜的 有关。
事例：照相机、投影仪和放大镜的成像特点不同，是因为物体到透镜的距离不同。
②可能与凸透镜的 有关。
事例：同一物体通过照相机成像，当照相机的焦距改变时(调焦)，凸透镜所成像的大小会改变。
③像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。
事例：照相机与投影仪，物体和所成的像分居在凸透镜的 侧；通过放大镜观察物体，物体和像在透镜的 侧。
距离
焦距
两
同一
物距u
像距v
【设计实验】
(1)相关概念
①物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为 cm；
②像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为 cm；
③焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
30
60
我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距f 有关系，所以研究物距u的变化时，焦距f可能是个应该注意的参照距离。比如，我们可以注意观察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……时物体成像的情况。
f
F
O
凸透镜
光屏
物体
2f
像距v
物距u
f = 10cm
发光体—烛焰
光屏
(2)实验器材：凸透镜(焦距为10 cm)、蜡烛、光屏、火柴、光具座。
【实验过程】
(1)在光具座上放置蜡烛、凸透镜、光屏时，透镜放在光具座标尺中央。
(2)调整凸透镜、蜡烛(烛焰的中心)、光屏的高度，使它们的中心大致在
。目的是使烛焰的像成在光屏的 。
同一高度
中央
实验 次数 物距与焦距 的关系 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
u＞2f
30
实像 缩小 倒立
15
(4)数据记录表格
像与物距的关系
实验 次数 物距与焦 距的关系 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 2
u=2f
20
实像 等大 倒立
20
凸透镜焦距
f=10 cm
实验 次数 物距与焦距 的关系 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 3
f＜u＜2f
15
实像 放大 倒立
30
凸透镜焦距
f=10 cm
实验 次数 物距与焦距 的关系 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 4 u=f 10
凸透镜焦距
f=10 cm
不成像
实验 次数 物距与焦距 的关系 物距 u/cm 像的性质 像距
v/cm
虚实 大小 正倒 5
u＜f
7
虚像 放大 正立
凸透镜焦距
f=10 cm
(5)实验结论
物距u和焦距f的关系 像的性质 像的位置 像距v和焦 距f的关系 应用
举例
正立 或倒立 缩小 或放大 实像 或虚像 与物同侧 或异侧 u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 fu=2f 倒立 等大 实像 异侧 v=2f -
f2f 投影仪
u=f 不成像 u【交流与讨论】
(1)在做实验时， 某同学无论怎样移动光屏， 都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可能原因有哪些？
①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在 上；
②蜡烛的位置在透镜的 以内；
③蜡烛的位置在透镜的 上。
同一高度
一倍焦距
焦点
(2)用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质是否变化？像是否完整？像的亮度有什么变化？
答案　光屏上像的性质不变，还是完整的，但亮度会变暗些。
(3)蜡烛长度变短时，像在光屏上的位置怎样变化？为了使像仍成在光屏的中央，应该怎样进行调节？
答案　像将会向上移动。调节方法：①将光屏向上移动；
②将蜡烛向上移动；
③将透镜和光屏向下调节。
(2024·无锡模拟)小明在探究凸透镜成像特点时，将蜡烛、凸透镜、光屏放置在如图所示位置，光屏上恰好出现等大的清晰的像，当他不小心用手指尖触摸到了凸透镜时，光屏上　　　(选填“会”或“不会”)有他指尖的像，此凸透镜的焦距为　　　 cm。当蜡烛被移至57 cm刻度处，无论怎样移动光屏，光屏上始终接收不到像，要想观察到像可以从凸透镜的　　(选填“左”或“右”)侧用眼睛观察，生活中的　　 　是利用这个原理制成的。
不会
10.0
左
放大镜
不小心用手指尖触摸到了凸透镜时，因为手指与凸透镜的距离小于焦距，不成实像，所以光屏上不会有指尖的像。蜡烛恰好在光屏上成倒立、等大的像，由凸透镜成像规律可知，此时
u=v=70.0 cm -50.0 cm =20.0 cm=2f
则f=10.0 cm。
当蜡烛被移至57 cm刻度处，此时物距是7.0 cm，物距小于焦距，成正立、放大的虚像，光屏上始终接收不到像，且像和物在凸透镜的同一侧，因此要想看到这个像，应从凸透镜的左侧透过凸透镜去观察。放大镜是利用物距小于焦距，成正立放大的虚像这个原理制成的。
A.实验中随着蜡烛消耗，像在光屏位
置如图，要使像回到光屏中央，要
把凸透镜向上调节
B.如图位置凸透镜成像原理和照相机相同
C.若把图中蜡烛向左移，光屏向右移动才能看到清晰的像
D.若把图中光屏移走，蜡烛移到45 cm处，眼睛在A位置能看到蜡烛正立
的像
1.(2024·阜阳期中)在用调节好的光具座“探究凸透镜成像规律”实验中，选用的凸透镜焦距为10 cm，下列分析或做法中正确的是(　　)
D
2.(2024·南阳开学考)小红同学在做“探究凸透镜成像规律”的实验时，当凸透镜、蜡烛和光屏处在如图所示的位置时，烛焰在光屏上成清晰的像，下列说法正确的是(　　)
A.利用这一成像规律可制成幻灯机
B.要使光屏上烛焰的像变小，只需将
蜡烛靠近凸透镜
C.实验中，蜡烛越烧越短，光屏上烛焰的像向上移动
D.为了便于从不同方向观察光屏上的像，光屏应选用较光滑的玻璃板
C
3.(2024·开州阶段练习)小明在光具座上从左向右依次放蜡烛、凸透镜、光屏探究凸透镜成像的规律，实验数据如下表。下列说法正确的是(　　)
B
实验序号 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
A.该凸透镜的焦距为 20 cm
B.从第1次实验到第 5 次实验，成在光屏上的像越来越大
C.当物距 u=45 cm时，移动光屏，可在光屏上成倒立、放大的实像
D.第5次实验后，在贴近凸透镜左侧放一眼镜片，向右移动光屏，能在光
屏上成清晰的像，则眼镜片对光起会聚作用
恰好在光屏上成清晰的实像，生活中的　　 　(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用了这样的成像原理；在图乙中，小南将一凹透镜置于蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上的像变模糊了，为了在光屏上再次得到清晰的像，保持蜡烛和凸透镜的位置不变，应将光屏向　　(选填“左”或“右”)移动。
4.(2024·重庆南岸区模拟)如图甲所示，小南在“探究凸透镜成像的规律”实验中，一束平行于主光轴的光通过凸透镜后在光屏上得到一个最小最亮的光点，则凸透镜的焦距为　　　 cm；如图乙所示，烛焰
10.0
投影仪
右
实验中随着蜡烛消耗，像逐渐向上移，要使像回到光屏中央，要把凸透镜和光屏向下调或将蜡烛向上调，故A错误；
凸透镜焦距为10 cm，此时物距为15.0 cm，在一倍和两倍焦距之间，成的是倒立、放大的实像，与投影仪成像原理相同，照相机成的是倒立、缩小的实像，故B错误；
成实像时，“物远像近像变小”，所以若把图中蜡烛向左移，物距变大，则像距变小，光屏向左移动才能看到清晰的像，故C错误；
蜡烛移到45 cm处，此时物距小于一倍焦距，成的是正立的虚像，虚像与物在同侧，所以把图中光屏移走，在光屏一侧，即A位置能看到蜡烛正立的像，故D正确。
由题图知，蜡烛放在2倍焦距之外，所以此时成缩小、倒立的实像，照相机是根据这个原理制成的，而幻灯机是根据物距处于f和2f之间时，成放大、倒立的实像原理制成，故A错误；
要使光屏上的烛焰的像变小，蜡烛应远离
凸透镜，同时要将光屏靠近凸透镜，故B
错误；
蜡烛越烧越短，光屏上烛焰的像会向上移动，故C正确；
为了便于从不同方向观察光屏上的像，光屏应选用较粗糙的毛玻璃板，故D错误。
当物距和像距相等时，成倒立、等大的实像，则有u=v=2f=20 cm，解得该凸透镜的焦距f=10 cm，故A错误；
根据凸透镜成像的规律，从第1次实验到第5次实验，物距逐渐变小，则像距逐渐变大，同时像变大，故B正确；
实验序号 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
实验序号 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
当物距u=45 cm时，物距大于二倍焦距，所以可在光屏上成倒立、缩小的实像，故C错误；
第5次实验后，在贴近凸透镜左侧放一眼镜片，向右移动光屏，能在光屏上成清晰的像，说明成像延迟，则眼镜片对光起发散作用，故D错误。
平行于主光轴的光线经凸透镜后
会聚在主光轴上一点，这点是凸透镜的
焦点，焦点到光心的距离是凸透镜的焦
距，所以凸透镜的焦距为
f=60.0 cm-50.0 cm=10.0 cm
由题图乙知，物距小于像距，根据凸透镜成像的规律可知，此时成倒立、放大的实像，应用是投影仪。
凹透镜放在蜡烛和凸透镜之间，对光线有发散作用，使原来会聚成像的光线延后会聚，像的位置会远离凸透镜，则光屏向右远离凸透镜时，光屏上会再次成清晰的像。

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