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5.3　凸透镜成像的规律(第1课时)
@学习目标
课程标准(2022年版) 本节要点
2.3.5　探究并了解凸透镜成像的规律. 4.2.8　探究凸透镜成像的规律. 1.掌握凸透镜的成像规律.(重点) 2.弄懂凸透镜的物距变化时，像距和像的变化规律.(难点) 3.通过分析实验数据，认识凸透镜成实像、虚像的条件.
@集慧解惑
探究凸透镜成像的规律
1.学生实验：探究凸透镜成像的规律.
猜想与假设：凸透镜所成像的大小、虚实、正倒可能跟 有关.
实验器材：光具座、凸透镜(焦距f＝　　cm)、F光源、光屏等.
实验步骤：(1)在光具座上由左至右依次放置F光源、凸透镜、光屏，如图所示.
(2)调节F光源、凸透镜、光屏三者的中心在 ，目的是 .
(3)将F光源移至离凸透镜2f以外(即u＞2f)的位置，移动光屏，当光屏上出现较清晰的像时， 移动光屏，直到光屏上出现F光源清晰的像；把像的相关数据记录在下表中.
(4)将F光源分别移至2f处(u＝2f)、2f和f之间(f＜u＜2f)、f处(u＝f)、f以内(u＜f)等的位置，重复第(3)步.
像与物距的关系
凸透镜的焦距f＝　　　　cm.
物距与焦距的关系 物距 u/cm 像距 v/cm 像距与焦距的关系 像的性质
正立/倒立 放大/缩小/等大 实像/虚像 同侧/异侧
u＞2f
u＝2f
f＜u＜2f
u＝f
u＜f — —
评估与交流：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)F光源、凸透镜和光屏的中心不在 .
(2)F光源在凸透镜的1倍焦距以内，成虚像，光屏无法承接.
(3)F光源在凸透镜的 ，不成像.
(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.
　凸透镜成像时的结论
1.1倍焦距是成实像与虚像的分界点，2倍焦距是成放大像与缩小像的分界点.
记忆口诀：一焦分虚实，二焦分大小.
2.实像都是倒立的，且物与像在透镜的异侧；虚像都是正立的，且物与像在透镜的同侧.
记忆口诀：同正虚，异倒实.
3.物像同向移动，像距变大则像变大.
(1)成实像时，物近像远像变大.
(2)成虚像时，物近像近像变小.
4.成实像时，比较物距u和像距v，判断成像性质.
①u＞v时，成倒立、
　缩小的实像　
②u＝v时，成倒立、
　等大的实像　
③u＜v时，成倒立、
　放大的实像
2.拓展：凸透镜成像实验的进一步探究
学生实验1：如图所示，调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像，用纸遮住凸透镜的上半部分，观察成像情况：光屏上看到的像 (选填“完整”或“不完整”)，亮度 (选填“不变”或“变暗”).
学生实验2：调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像，用记号笔在凸透镜上画一只“虫子”，观察成像情况：光屏上 (选填“能”或“不能”)看到“虫子”的像.
学生实验3：调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像，保持凸透镜的位置不变，互换F光源和光屏的位置，如图所示，观察成像情况：在光屏上看到 (选填“倒立”或“正立”)、 (选填“放大”“等大”或“缩小”)的像.
学生实验4：如图所示，如果用点燃的蜡烛作光源，实验过程中，蜡烛越烧越短(或把蜡烛向下移)，发现像不在光屏的中央，应如何调节蜡烛、凸透镜和光屏，使像成在光屏的中央？
答：将蜡烛向 移动，或者凸透镜向 移动，或者光屏向 移动.(均选填“左”“右”“上”或“下”)
小明同学在探究凸透镜成像规律的实验中，选用了焦距未知的凸透镜.
(1)小明为了测量凸透镜的焦距将平行光 凸透镜，移动光屏，直至在光屏上形成一个最小、最亮的光斑，如图甲所示，则该凸透镜的焦距为 cm.
(2)为使凸透镜所成的像便于观察，该实验的环境应该较 (选填“暗”或“亮”).
(3)将F光源、光屏分别放在凸透镜的两侧，调节它们的高度，使 和光屏的中心位于凸透镜的 上，这样做的目的是使像呈现在 .
(4)小明将F光源、凸透镜和光屏依次安装在光具座上，闭合开关，二极管发光后，发现无论怎样移动光屏，都不能在光屏中心得到清晰的像，其原因可能是 (写出一条即可).
(5)小明按照实验步骤做了四次实验，下表是他记录的实验数据.
实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质
1 40 13 ①
2 20 20 倒立、等大的实像
3 ② 40 倒立、放大的实像
4 6 无 正立、放大的虚像
　　
表格中①处应填 ，②处应填 .
(6)如图乙所示，在光屏中央恰好得到清晰的像，则像应为图丙中的 (选填“1”“2”“3”或“4”).
(7)在第(6)问的基础上，保持凸透镜的位置不变，将F光源和光屏的位置互换，发现光屏上仍然有清晰的像，判断的依据是 ，此时像的大小变 .
(8)如图丁所示，F光源通过凸透镜成正立的像时，人眼在图中 处能观察到像.
【实验拓展】
(9)用点燃的蜡烛作光源时，由于实验时间较长，烛焰的像即将超出光屏的上边缘，这时可以向上移动 ，使像呈现在光屏中央.
(10)当光屏上成清晰的像时，如果用遮光板挡住凸透镜的上半部分，观察光屏时，会在光屏上看到 (填字母).
A.F光源像的下半部分
B.F光源像的上半部分
C.F光源完整的像，像的亮度变暗
D.F光源完整的像，像的亮度不变
(11)如果有一只蚊子突然飞来停在凸透镜的左侧面上，则光屏上 (选填“会”或“不会”)出现蚊子的像，原因是 .
@慧化亮人
1.某同学探究凸透镜成像规律时，光屏上得到了烛焰清晰的像(像未画出)，如图所示.下列说法正确的是 (　 　)
A.光屏上的像是正立、放大的
B.光屏上的像是倒立、放大的
C.光屏上的像是正立、缩小的
D.撤去光屏，烛焰清晰的像仍然在原处
2.[物理观念]如图甲所示，一束平行光经过凸透镜后，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑.由此可知，凸透镜的焦距是 cm；当该凸透镜在如图乙所示位置时，光屏上刚好成一个清晰的 、 的像；当蜡烛移动到44 cm刻度线处时，无论怎样移动光屏都接收不到清晰的像.此时小芳应该从图丙中的 处观察.
3.在探究凸透镜成像规律的实验中，凸透镜焦距为10 cm，调节凸透镜、光屏和烛焰中心大致在同一高度，其目的是使像成在 ；当烛焰距凸透镜15 cm时，移动光屏，可得到一个清晰的倒立、 (选填“放大”或“缩小”)的实像.生活中 (选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这一成像规律工作的.
4.[物理学与日常生活]小明用透镜观察自己的手指，现象如图甲所示，则他用的是一个 (选填“凸”或“凹”)透镜；若要图甲中手指的像变得更大，透镜应适当 (选填“远离”或“靠近”)手指；如图乙所示，通过此透镜观察窗外远处的房屋，他会看到房屋 (选填“放大”“等大”或“缩小”)的像.
5.(2024·梅州平远县期末改编)小明在探究凸透镜成像规律的实验时，将点燃的蜡烛、凸透镜和光屏放置在光具座上，调整后的位置如图所示，此时在光屏上得到烛焰清晰的像，此像是倒立、 (选填“放大”或“缩小”)的实像.如果用遮光板挡住凸透镜的上半部分，光屏上的像将 (选填“不完整”或“完整”)；实验一段时间后，蜡烛因燃烧变短，烛焰在光屏上成的像会向 (选填“上”或“下”)移.5.3　凸透镜成像的规律(第1课时)
@学习目标
课程标准(2022年版) 本节要点
2.3.5　探究并了解凸透镜成像的规律. 4.2.8　探究凸透镜成像的规律. 1.掌握凸透镜的成像规律.(重点) 2.弄懂凸透镜的物距变化时，像距和像的变化规律.(难点) 3.通过分析实验数据，认识凸透镜成实像、虚像的条件.
@集慧解惑
探究凸透镜成像的规律
1.学生实验：探究凸透镜成像的规律.
猜想与假设：凸透镜所成像的大小、虚实、正倒可能跟　物距　有关.
实验器材：光具座、凸透镜(焦距f＝　　cm)、F光源、光屏等.
实验步骤：(1)在光具座上由左至右依次放置F光源、凸透镜、光屏，如图所示.
(2)调节F光源、凸透镜、光屏三者的中心在　同一高度　，目的是　使像成在光屏中央　.
(3)将F光源移至离凸透镜2f以外(即u＞2f)的位置，移动光屏，当光屏上出现较清晰的像时，　前后　移动光屏，直到光屏上出现F光源清晰的像；把像的相关数据记录在下表中.
(4)将F光源分别移至2f处(u＝2f)、2f和f之间(f＜u＜2f)、f处(u＝f)、f以内(u＜f)等的位置，重复第(3)步.
像与物距的关系
凸透镜的焦距f＝　　　　cm.
物距与焦距的关系 物距 u/cm 像距 v/cm 像距与焦距的关系 像的性质
正立/倒立 放大/缩小/等大 实像/虚像 同侧/异侧
u＞2f
u＝2f
f＜u＜2f
u＝f
u＜f — —
评估与交流：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)F光源、凸透镜和光屏的中心不在　同一高度　.
(2)F光源在凸透镜的1倍焦距以内，成虚像，光屏无法承接.
(3)F光源在凸透镜的　焦点上　，不成像.
(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.
　凸透镜成像时的结论
1.1倍焦距是成实像与虚像的分界点，2倍焦距是成放大像与缩小像的分界点.
记忆口诀：一焦分虚实，二焦分大小.
2.实像都是倒立的，且物与像在透镜的异侧；虚像都是正立的，且物与像在透镜的同侧.
记忆口诀：同正虚，异倒实.
3.物像同向移动，像距变大则像变大.
(1)成实像时，物近像远像变大.
(2)成虚像时，物近像近像变小.
4.成实像时，比较物距u和像距v，判断成像性质.
①u＞v时，成倒立、
　缩小的实像　
②u＝v时，成倒立、
　等大的实像　
③u＜v时，成倒立、
　放大的实像
2.拓展：凸透镜成像实验的进一步探究
学生实验1：如图所示，调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像，用纸遮住凸透镜的上半部分，观察成像情况：光屏上看到的像　完整　(选填“完整”或“不完整”)，亮度　变暗　(选填“不变”或“变暗”).
学生实验2：调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像，用记号笔在凸透镜上画一只“虫子”，观察成像情况：光屏上　不能　(选填“能”或“不能”)看到“虫子”的像.
学生实验3：调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像，保持凸透镜的位置不变，互换F光源和光屏的位置，如图所示，观察成像情况：在光屏上看到　倒立　(选填“倒立”或“正立”)、　缩小　(选填“放大”“等大”或“缩小”)的像.
学生实验4：如图所示，如果用点燃的蜡烛作光源，实验过程中，蜡烛越烧越短(或把蜡烛向下移)，发现像不在光屏的中央，应如何调节蜡烛、凸透镜和光屏，使像成在光屏的中央？
答：将蜡烛向　上　移动，或者凸透镜向　下　移动，或者光屏向　上　移动.(均选填“左”“右”“上”或“下”)
　小明同学在探究凸透镜成像规律的实验中，选用了焦距未知的凸透镜.
(1)小明为了测量凸透镜的焦距将平行光　正对　凸透镜，移动光屏，直至在光屏上形成一个最小、最亮的光斑，如图甲所示，则该凸透镜的焦距为　10.0　cm.
(2)为使凸透镜所成的像便于观察，该实验的环境应该较　暗　(选填“暗”或“亮”).
(3)将F光源、光屏分别放在凸透镜的两侧，调节它们的高度，使　F光源　和光屏的中心位于凸透镜的　主光轴　上，这样做的目的是使像呈现在　光屏中央　.
(4)小明将F光源、凸透镜和光屏依次安装在光具座上，闭合开关，二极管发光后，发现无论怎样移动光屏，都不能在光屏中心得到清晰的像，其原因可能是　物距小于或等于1倍焦距(或物距稍大于焦距，成像在极远处，光具座的长度有限，光屏无法移到该位置等)　(写出一条即可).
(5)小明按照实验步骤做了四次实验，下表是他记录的实验数据.
实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质
1 40 13 ①
2 20 20 倒立、等大的实像
3 ② 40 倒立、放大的实像
4 6 无 正立、放大的虚像
　　
表格中①处应填　倒立、缩小的实像　，②处应填　13　.
(6)如图乙所示，在光屏中央恰好得到清晰的像，则像应为图丙中的　3　(选填“1”“2”“3”或“4”).
(7)在第(6)问的基础上，保持凸透镜的位置不变，将F光源和光屏的位置互换，发现光屏上仍然有清晰的像，判断的依据是　在折射现象中，光路可逆　，此时像的大小变　小　.
(8)如图丁所示，F光源通过凸透镜成正立的像时，人眼在图中　B　处能观察到像.
【实验拓展】
(9)用点燃的蜡烛作光源时，由于实验时间较长，烛焰的像即将超出光屏的上边缘，这时可以向上移动　蜡烛(或光屏)　，使像呈现在光屏中央.
(10)当光屏上成清晰的像时，如果用遮光板挡住凸透镜的上半部分，观察光屏时，会在光屏上看到　C　(填字母).
A.F光源像的下半部分
B.F光源像的上半部分
C.F光源完整的像，像的亮度变暗
D.F光源完整的像，像的亮度不变
(11)如果有一只蚊子突然飞来停在凸透镜的左侧面上，则光屏上　不会　(选填“会”或“不会”)出现蚊子的像，原因是　蚊子到凸透镜的距离小于焦距，成正立、放大的虚像　.
@慧化亮人
1.某同学探究凸透镜成像规律时，光屏上得到了烛焰清晰的像(像未画出)，如图所示.下列说法正确的是 (　D　)
A.光屏上的像是正立、放大的
B.光屏上的像是倒立、放大的
C.光屏上的像是正立、缩小的
D.撤去光屏，烛焰清晰的像仍然在原处
【解析】由题图可知，此时物距大于像距，根据凸透镜成像规律可知，成倒立、缩小的实像，故ABC错误；由于此时成的是实像，所以即使实验中撤去光屏，烛焰清晰的像仍然在原处，故D正确.
2.[物理观念]如图甲所示，一束平行光经过凸透镜后，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑.由此可知，凸透镜的焦距是　10.0　cm；当该凸透镜在如图乙所示位置时，光屏上刚好成一个清晰的　倒立　、　放大　的像；当蜡烛移动到44 cm刻度线处时，无论怎样移动光屏都接收不到清晰的像.此时小芳应该从图丙中的　B　处观察.
3.在探究凸透镜成像规律的实验中，凸透镜焦距为10 cm，调节凸透镜、光屏和烛焰中心大致在同一高度，其目的是使像成在　光屏中央　；当烛焰距凸透镜15 cm时，移动光屏，可得到一个清晰的倒立、　放大　(选填“放大”或“缩小”)的实像.生活中　投影仪　(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这一成像规律工作的.
4.[物理学与日常生活]小明用透镜观察自己的手指，现象如图甲所示，则他用的是一个　凸　(选填“凸”或“凹”)透镜；若要图甲中手指的像变得更大，透镜应适当　远离　(选填“远离”或“靠近”)手指；如图乙所示，通过此透镜观察窗外远处的房屋，他会看到房屋　缩小　(选填“放大”“等大”或“缩小”)的像.
5.(2024·梅州平远县期末改编)小明在探究凸透镜成像规律的实验时，将点燃的蜡烛、凸透镜和光屏放置在光具座上，调整后的位置如图所示，此时在光屏上得到烛焰清晰的像，此像是倒立、　缩小　(选填“放大”或“缩小”)的实像.如果用遮光板挡住凸透镜的上半部分，光屏上的像将　完整　(选填“不完整”或“完整”)；实验一段时间后，蜡烛因燃烧变短，烛焰在光屏上成的像会向　上　(选填“上”或“下”)移.

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