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5.2凸透镜成像的规律
新知梳理
一、实像和虚像
项目 实像 虚像
原理 由 光线会聚而成 由实际光线的反向延长线会聚而成
特点 能用光屏承接 只能用眼睛观察， 用光屏承接
图示
举例 小孔成像 平面镜成像、海市蜃楼、水面倒影、池水变浅
[拓展]影子不是像，影子是光沿直线传播时，物体挡住光线而形成的较暗的区域，它不是由实际光线会聚而成的，因此既不是实像也不是虚像。
二、探究凸透镜成像的规律
1.发现问题、提出问题：小强发现用凸透镜看远处物体时，可以看见倒立、缩小的像，用该凸透镜看自己的指纹时，能看见正立、放大的像。手持凸透镜远离和靠近眼睛，发现所成的像的大小也发生变化，那么怎样探究像的特点与物体到凸透镜的距离(物距u)的关系呢
2.设计方案、收集证据
(1)实验方案：
如图 T5-2-1所示，将蜡烛置于透镜前的不同位置，移动光屏，寻找像的位置，确定像到透镜的距离(像距v)，记录物距、像距及成像特点，在此基础上探究成像规律。
(2)实验过程：
a.记录所选凸透镜的焦距 f。
b.点燃蜡烛，调整烛焰、凸透镜和光屏的高度，使它们的中心大致在 。
c.使烛焰从距离凸透镜较远处逐次靠近透镜，每次都调节光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的像，注意观察像的虚实、 、正倒以及物像在透镜同侧还是异侧。
d.在成虚像和成实像的两种情况下，轻轻吹烛焰，使它向左侧或右侧偏斜，注意观察烛焰的像与烛焰的偏斜方向是否相同。
(3)数据处理：
凸透镜的焦距/ cm 物体到凸透镜的距离(物距)/ cm 像到凸透镜的距离(像距) / cm 像的性质
正立或倒立 放大或缩小 虚像或实像
3.得出结论、作出解释
(1)当u>f 时,成 的 像。当u(2)当u>2f时,f当u=2f 时,v=2f,成 、等大的实像；
当f2f,成 、 的实像；
当u=f时，不成像；
当u4.交流合作、评估反思
(1)无论如何移动光屏均得不到像的原因：
①烛焰、凸透镜和光屏三者的中心不在同一高度。
② 。
③ 、
(2)若烛焰在光屏上所成像的位置偏高，要想使像成在光屏的中央，应调节蜡烛使烛焰向 移动或将凸透镜向 移动。
(3)换用焦距不同的凸透镜做实验，也能得出与上述相同的结论，但成实像时，在物距相同 的情况下，凸透镜的焦距越大，像距越 ，像越 、
(4)当成虚像时，像与物的左右 (选填“互换”或“不互换”)，上下 (选填“颠倒”或“不颠倒”)。当成实像时，像与物的左右 (选填“互换”或“不互换”)，上下 (选填“颠倒”或“不颠倒”)。
(5)当凸透镜成实像时，物距减小，像距 ，像 ；当凸透镜成虚像时，物距增大，像距 ，像
应用示例
类型1探究凸透镜成像的规律
例1 (2023大庆改编)某实验小组进行探究凸透镜成像规律的实验，操作如下：
(1)实验前，调整烛焰、光屏的中心以及凸透镜的光心，使三者在同一高度。
(2)正确测出凸透镜的焦距f，当物距uf时，烛焰成 (选填“正立的实像”“正立的虚像”“倒立的实像”或“倒立的虚像”)。同学们分析得出：像的虚实由 的大小关系决定。
(3)当蜡烛、凸透镜和光屏处于如图 T5-2-2甲所示位置时，恰好在光屏上成清晰的像(像未画出)，此时光屏上成的是 的 像。
(4)若仅将图甲中凸透镜换成焦距相同、直径较小的凸透镜，光屏上所成的像与原来相比 (选填“变小”“变暗”或“变不完整”)了。
(5)若仅将图甲中凸透镜换成直径大小相同、焦距稍小的凸透镜，则需将光屏 (选填“向左”或“向右”)移动才能在光屏上成清晰的像。
(6)如图乙所示，凸透镜的焦距为10 cm，保持光屏位置不变，让蜡烛和凸透镜分别以4 cm/s和2cm/s的速度，同时沿光具座匀速向左运动，经过2.5s，光屏上成清晰 (选填“放大”“等大”或“缩小”)的像。
〔实验点拨〕(1)实验过程中，需调节光具座上烛焰、透镜、光屏三者的中心大致在同一高度，是为了让像呈现在光屏中央，若实验过程中蜡烛燃烧变短，像在光屏上的位置将上移，要使像成在光屏中央，根据光过光心不改变传播方向，将透镜向下移动或将光屏向上移动都可使像成在光屏的中央。
(2)凸透镜成像过程中光路是可逆的，当光屏上成消晰像时，将蜡烛与光屏互换位置仍能成滴晰的像。
(3)在实验过程中，若将凸透镜挡住一半，因为透过的光变少了，所以成的像比原来暗一些，但依旧是完整的像。
类型2凸透镜成像规律
例2 (2023 泰安改编)小芳利用如图 T5-2-3所示的装置做“探究凸透镜成像的规律”实验。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，多次实验后记录的实验数据如下表所示。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20cm
②第1 次实验成倒立、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α=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
〔方法指导〕判断凸透镜成像情况
在“探究凸透镜成像规律”的实验中，虽然需要记录的数据及现象，以及需要分析的关系比较多，但最终还是落到物距、像距和焦距这“三距”与像的特点的对应关系。归纳总结后可这样记：“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；实像倒，虚像正；成实像物近像远像变大，物远像近像变小；成虚像物近像近像变小，物远像远像变大。”
类型3动态成像问题
例3 如图 T5-2-4所示，某同学用自制的水凸透镜做凸透镜成像实验，此时在光屏上得到了清晰的像(像未画出)。他从水凸透镜内抽出部分水，光屏上所成的像变模糊，如果不改变蜡烛和水凸透镜的位置，要在光屏上再次成清晰的像，下列说法正确的是 )
A.光屏应向左移动，所成的清晰像比原来稍小
B.光屏应向右移动，所成的清晰像比原来稍大
C.光屏应向左移动，所成的清晰像比原来稍大
D.光屏应向右移动，所成的清晰像比原来稍小
〔方法指导〕更换透镜、增加透镜、水透镜焦距变化类的动态问题
(1)先判断更换透镜(或增加透镜)会使光线如何变化，是延迟还是提前会聚。
(2)a.透镜和光源不动，判断光屏如何移动；根据光线会限的特点便可作出判断；b.透镜和光屏不动，判断光源如何移动：根据透镜成实像时的动态规律便可作出判断。
类型4 根据凸透镜成像规律判断焦距
例4 在探究凸透镜成像规律时，当烛焰离透镜12cm时成的是放大的实像，当烛焰离透镜7 cm时成的是放大的虚像，则这个透镜的焦距不可能是 ( )
A.8cm B.10 cm
C.11 cm D.14 cm
〔方法指导〕三步确定凸透镜焦距的取值范围
(1)明确题目中物距或像距不同情况下的成像情况，看符合哪条规律。
(2)将u或v分别代入符合条件的不等式。
(3)分别求解两个不等式，结合结果，求出焦距的取值范围。
课堂小结
课堂反馈(二十一)
[凸透镜成像的规律]
1.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，测得凸透镜的焦距如图 21-1所示，则该凸透镜的焦距为 cm。实验中，小明移动蜡烛，观察到光屏上呈现清晰缩小的像，此像是 (选填“实”或“虚”)像。
2.在“探究凸透镜成像规律”的实验中：
(1)实验应在 (选填“较暗”或“较亮”)的环境中进行，现象更明显。
(2)将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛后，调整蜡烛、凸透镜和光屏的高度，使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度，这样做的目的是使像呈现在 。
(3)当光具座上各元件在如图 21-2所示的位置时，恰能在光屏上得到清晰的像(未画出)，此时成 、 的实像。
3.小杨学了“平面镜成像”和“凸透镜成像”后，总结出一些关于实像和虚像的特点，其中错误的是 ( )
A.实像可以是放大的，也可以是缩小的
B.虚像不可以用光屏承接
C.虚像可以是正立的，也可以是倒立的
D.实像一定可以用光屏承接
4.在进行“探究凸透镜成像规律”的实验时，把一支点燃的蜡烛(如图21-3所示)放在凸透镜2倍焦距以外的地方，调节光屏位置，可找到一个清晰的像，这个像是图21-4 中的 ( )
5.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，凸透镜的焦距为10 cm，将点燃的蜡烛放在距凸透镜15 cm处时，光屏上烛焰的像是 ( )
A.正立、放大的实像 B.倒立、缩小的实像
C.正立、放大的虚像 D.倒立、放大的实像
6.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，已知凸透镜的焦距为15 cm，若将蜡烛放在距凸透镜 10 cm处，移动光屏，在光屏上将看到 ( )
A.倒立、缩小的实像 B.倒立、放大的实像
C.正立、放大的虚像 D.无像
7.物体通过凸透镜在光屏上成放大的像，像距为30cm、像高为2cm。移动该物体使物距变为40 cm，关于此时所成像的高度，下列判断正确的是 ( )
A.一定大于 2cm B.可能小于 2cm
C.一定等于 2cm D.一定小于 2cm
8.如图21-5所示是小明通过凸透镜看花朵成放大的像的情景，下列说法正确的是 ( )
A.花朵的放大的像是正立的实像
B.花朵正好位于凸透镜的焦点上
C.花朵到凸透镜的距离一定小于凸透镜的焦距
D.若凸透镜远离花朵，则花朵的像会一直变小
9.小华进行“探究凸透镜成像规律”的实验。实验器材有带支架的电子蜡烛(如图21-6甲所示)、光屏、两个焦距不同的凸透镜A 和B、平行光光源(接通电源后可发出平行光)、光具座等器材。
(1)小华安装调试好器材后，首先测量凸透镜A 的焦距。他接通平行光光源的电源，在透镜另一侧不断移动光屏，直到光屏上的光斑最亮、最小，此时各元件位置如图乙所示，则凸透镜A 的焦距为 cm。
(2)小华只将平行光源替换成电子蜡烛，若要探究“凸透镜成像时，像的特点与物距的关系”，他应当不断改变 ，并移动光屏，观察所成像的情况。
(3)在探究“凸透镜成像时，像的特点与凸透镜的焦距是否有关”时，小华使蜡烛到凸透镜A 的距离为20cm，移动光屏直到光屏上呈现清晰的像，如图丙所示；换上凸透镜 B 后，保持物距不变，移动光屏直到光屏上呈现清晰的像，如图丁所示。可以得到的结论是 。根据两次成像情况可知，凸透镜 (选填“A”或“B”)的焦距比较大。
【新知梳理】
一、实际 不能
二、2.(2)同一高度 大小
3.(1)倒立 实 正立 虚 大
(2)缩小 倒立 倒立 放大 正立放大 虚
4.(1)②蜡烛在凸透镜1倍焦距以内或焦点位置处
③蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座上的光屏无法移到该位置
(2)上 下
(3)大 大
(4)不互换 不颠倒 互换 颠倒
(5)增大 变大 增大 变大
【应用示例】
例1 (2)不能 倒立的实像
物距和焦距
(3)倒立 放大 实
(4)变暗 (5)向左 (6)等大
例2 B 例3 B 例4 D
课后反馈
1. 11.0 实
2. (1)较暗 (2)光屏中央 (3)倒立 缩小3. C 4. B 5. D 6. D
7. D 8. C
9. (1)10.0
(2)电子蜡烛到凸透镜A 的距离(或物距)
(3)凸透镜成像时，像的特点与凸透镜的焦距有关 B

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