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第五章
透镜及其应用
第3节 凸透镜成像的规律
学习目标——物理学科素养
01
物理观念
理解凸透镜成像的原理，掌握凸透镜成像的规律及其应用
02
科学思维
分析处理凸透镜成像数据，培养推理总结能力，用科学思维解决实际问题
03
科学探究
探究凸透镜成像规律，学会科学探究方法，提高实践能力。
04
科学态度与责任
培养科学态度与探索精神，认识科技作用，增强应用意识与责任感.
教学重难点
教学难点
教学重点
1.掌握凸透镜成像规律，明确物距与像的性质及像距变化。
2.运用规律解释光学现象，实现知识迁移应用。
1. 实验时，确保所成的像清晰呈现在光屏中央。
2. 引导学生归纳凸透镜成像规律，理解物距、像距、焦距关系及虚实像成像机理。
课堂引入
通过上一节的学习，我们已经看到了形形色色的凸透镜成像情况。凸透镜成像究竟有什么规律呢？
课堂引入
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。思考：凸透镜成像究竟有什么规律呢？
01
知识点1 探究凸透镜成像的规律
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
1. 凸透镜的三个物理量
（1）物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为30cm；
（2）像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为60cm；
（3）焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
物距u
像距v
注意：因初中阶段我们研究的透镜均为薄透镜，其厚度可忽略不计，故一般物距也可说是物体到透镜的距离，像距也可说是像到透镜的距离。
2. 探究凸透镜成像的规律
【提出问题】
通过凸透镜可以成“倒立、缩小的实像""倒立、放大的实像"和“正立、放大的虚像”那么，凸透镜成这三种像的条件是什么
【猜想假设】
（1）可能与物体到透镜的距离有关。
支持事例：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。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（2）可能与凸透镜的焦距有关。
支持事例： 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。
支持事例：照相机与投影仪，物体和所成的像分居在凸透镜的两侧；通过放大镜观察物体，物体和像在透镜的同一侧。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
为探究凸透镜成像的规律，我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，把每次观察到的物距以及像的虚实、大小、正倒等情况都记录在表格中，比较实验数据，看看像的虚实、大小、正倒与物距有什么关系，寻找其中的规律。
【实验思路】
f
F
O
凸透镜
光屏
物体
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
光具座、凸透镜（焦距 f =10cm）、蜡烛（烛焰作为发光体）、光屏等。
【实验器材】
光具座就是可以把凸透镜、光屏、蜡烛等器材放置在上面的器材。它下部有刻度尺可以测量各器材之间的距离，帮助我们读出物距、像距。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 正立或倒立 放大或缩小 实像或虚像
①
②
③
④ ⑤
⑥
数据记录表格
凸透镜的焦距 f=10 cm
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（1）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同一高度。
目的是为了使烛焰的像成在光屏的中央。
【进行实验与收集证据】
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
实验 序号 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
（2）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。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（3）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 序号 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
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（4）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 序号 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
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（5）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 序号 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
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（6）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 序号 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
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（7）数据记录汇总
凸透镜的焦距 f=10 cm
实验 序号 物距 u/cm 像距 v/cm 像的性质 正立或倒立 放大或缩小 实像或虚像
① 30 15 倒立 缩小 实像
② 20 20 倒立 等大 实像
③ 15 30 倒立 放大 实像
④ 10 不成像 ⑤ 7 正立 放大 虚像
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（1）像的虚实
凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？
【分析与论证】
一焦距
分虚实
f
实像
虚像
u=f 是成虚像和实像的分界点，当物距大于透镜的1倍焦距时，物体成实像，当物距小于透镜的1倍焦距时，物体成虚像。
分析上表的记录，找出凸透镜成像的规律。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（2）像的大小
凸透镜在什么条件下成缩小的像？在什么条件下成放大的像？
二倍焦距分大小
2f
缩小像
放大像
u=2f 是成像大小的分界点，当物距大于透镜的2倍焦距时，物体成缩小的像，当物距小于透镜的2倍焦距时，物体成放大的像。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（3）像的正倒
凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？
实像异侧倒
虚像同侧正
虚像
实像
凸透镜所成的实像都是异侧倒立，虚像都是同侧正立。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（4）物距、像距与像的大小关系
物距小于像距
物距大于像距
不论成实像还是虚像，成放大的像时必定像距大于物距，成缩小的像时必定像距小于物距。
凸透镜成放大像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小的像时，物距跟像距相比，哪个比较大？
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
（5）像和像距随物距的变化规律
物距减小，像距变大，像变大。
①凸透镜成倒立的实像时：物体靠近凸透镜，物距变小，像远离凸透镜，像距变大，像变大；反之，亦然。
②凸透镜成虚像时：物体靠近凸透镜，物距变小，像距变小，像变小。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
一焦分虚实，二焦分大小；
物近（离焦点）像远像变大；
虚像（与物）同侧正，实像异侧倒，
像物相互跟着跑。
（6）口诀记忆
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
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
虚实 大小 正倒 与物同（异）侧 u > 2f 实像 缩小 倒立 异侧 2f >v >f
u = 2f 实像 等大 倒立 异侧 v = 2f
2f >u >f 实像 放大 倒立 异侧 v>2f
u =f 不成像 u 【探究结论】
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
视频演示——《探究凸透镜成像的规律》
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
【交流讨论】
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？
可能原因有：
①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上；
②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以内；
③蜡烛的位置在透镜的焦点上。
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
2. 用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，像是否完整？像的亮度有什么变化？
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？
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.
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
【典例1】如图，在“探究凸透镜成像规律”的实验中：
(1)先应使烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在 ，使像成在光屏的中央。
(2)蜡烛、凸透镜和光屏在光具座上的位置如图所示，光屏上成清晰的像，则光屏上所成的像是 （选填“正立”或“倒立”）的 （选填“缩小”“等大”或“放大”）的实像。
同一高度上
倒立
缩小
知识点1：探究凸透镜成像的规律
探究新知
【典例1】如图，在“探究凸透镜成像规律”的实验中：
(3)若再将蜡烛和光屏互换位置，在光屏上 （选填“能”或“不能”）成烛焰清晰的像，你判断的理由是 。
(4)该实验所用的凸透镜的焦距最可能是 （选填“5cm”或“10cm”）。
能
光路可逆
10cm
02
知识点2 凸透镜成像的光路分析
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
1. 当物距u＞2f 时 ，成_____、_____ 的实像，像距_________，即________的工作原理。
F
2F
F
2F
2f
2f
f
f
利用凸透镜三条特殊光路中的任意两条可以画出相应的光路图，从而判断出像距的大小和成像的具体情况，这是理解凸透镜成像规律的最好方法。
倒立
缩小
f＜v＜2f
照相机
2. 物距u=2f 时，成_______、_______的实像，此时像距______ ，可以用来测凸透镜的_______。
f
2f
2f
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
f
F
2F
F
2F
倒立
等大
v=2f
焦距
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
F
2F
F
2F
3. 当 f＜u＜2f 时 ，成_____、______放大的实像，此时像距 ______
生活中的_________、____________就是根据这一原理制成的。
2f
2f
f
f
倒立
放大
v>2f
投影仪
放映机
f
F
2F
F
2F
2f
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
平行光
不能
4. 当物距u=f 时，折射光线是一束______，不能会聚一点，其反向延长线也不能交于一点，故_ _____成像，可以根据此原理，获得平行光。
f
2f
F
2F
F
2F
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
5. 当物距u＜f 时， 凸透镜成______、______的_____像，此时像距_____,这是_________的原理。
v>u
正立
放大
放大镜
虚
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
（1）移动方向：像儿跟着物体跑。凸透镜成像时物体向哪个方向移动，像就向哪个方向移动，不管成虚像还是成实像，都遵循这个规律。
（2）大小变化：像的大小看像距。像距变大，像就变大；像距变小，像就变小。
（3）物像大小：物像大小看距离。物距大于像距，物体比像大；物距小于像距，物体比像小。当物距等于像距且等于2倍焦距时，物像等大。
（4）最小距离：当物体位于2倍焦距处时，物体和实像之间距离最小，为4 f .
凸透镜成像的动态变化规律
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
视频：凸透镜成像规律
知识点2：凸透镜成像的光路分析
探究新知
【例2】如图所示，F是凸透镜的焦点，请在图中画出物体AB在凸透镜中所成像的光路图。
A’
B’
【详解】对凸透镜来说，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过焦点，通过光心的光线传播方向不变；连接A与凸透镜的光心O并延长；过A点画出平行于主光轴的入射光线交凸透镜于一点，连接该点和凸透镜右侧的焦点F并延长，两条折射光线交于A’点（即为A点的像点），过A’点作主光轴的垂线，交主光轴于B’，A’B’即为物体AB所成的像。如图所示：
03
课堂小结
课堂小结
探究新知
物距（u） 像距（v） 正倒 大小 虚实 应用 特点 特点
u>2f 2f>v>f 倒立 缩小 实像 照相机、摄像机 - 物像
异侧
u=2f v=2f 倒立 等大 实像 测焦距 成像大小的分界点 物像
异侧
2f>u>f v>2f 倒立 放大 实像 幻灯机、电影放映机、投影仪 - 物像
异侧
u=f - - - 不成像 强光聚焦手电筒 成像虚实的分界点 -
f>u v>u 正立 放大 虚像 放大镜 虚像在物体的同侧，虚像在物体之后 物像
同侧
记忆口诀： 一焦分虚实，二焦分大小；虚像同侧正，实像异侧倒；物近相远像变大，物远像近像变小。 04
课堂练习
课堂练习
探究新知
1．如图所示，小明将焦距为10cm的凸透镜固定在光具座40cm的位置，探究凸透镜的成像规律。下列说法不正确的是（　　）
A．若蜡烛、凸透镜、光屏放置在如图所示的光具座上，此时光屏上不能成清晰的像
B．当光屏上呈现清晰的像时，在贴近凸透镜左侧的位置放一个远视镜片，向右移动光屏，光屏上才能得到清晰的像
C．将蜡烛放在25cm刻线处，移动光屏可在光屏上得到倒立、放大的清晰的像
D．当光屏上成清晰像时，拿开光屏，眼睛在一定范围内仍能看到像
B
课堂练习
探究新知
2．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象，根据图象可知（　　）
A．该凸透镜的焦距f＝10cm
B．当物距u＝20cm时，成倒立、缩小的实像，照相机利用了这条规律
C．当物距u＝3cm时，成倒立、放大的实像，幻灯机利用了这条规律
D．当物距u＝7cm时，光屏要在距离透镜5～10cm的范围内移动才能得到清晰的像
B
课堂练习
探究新知
3．在全国防范冠状病毒的大环境下，学校延迟开学，然而学生的学习不能停，教育部开通了各种学习平台，号召我们停课不停学。有些平台需要手机扫描二维码学习，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．要使屏幕上二维码的像变小，只需将二维
码靠近凸透镜
D．影像传感器上成的是正立的实像
B
课堂练习
探究新知
4．当物体距离凸透镜6cm时，在凸透镜成一个清晰放大的虚像，若保持物体的位置不变，把凸透镜向远离物体的方向移动4cm，移动光屏，在光屏上成一清晰的放大的像。则凸透镜的焦距为（ ）
D
课堂练习
探究新知
5．小方探究凸透镜成像规律的实验装置如图所示，焦距为12cm的凸透镜固定在光具座上50cm刻线处，光屏和蜡烛位于其两侧。小方将蜡烛移至20cm刻度线处，移动光屏，光屏将出现烛焰清晰的像，则该像的性质是 ；又将蜡烛移至30cm刻度线处，此时应向 （选填“左”或“右”）调节光屏才能呈现烛焰清晰的像，该像的性质是 。
倒立缩小的实像
右
倒立放大的实像
课堂练习
探究新知
6．图中L表示凸透镜，MN为凸透镜的主光轴，O点为光心，F为凸透镜的焦点。请在图中作出物体AB通过凸透镜所成的像A'B'的光路图。
课堂练习
探究新知
7．请用作图法找出蜡烛火焰A点的像A＇。
课堂练习
探究新知
8．某同学利用图示装置来研究凸透镜成像。
(1)如图甲，实验前，应调整烛焰、光屏的中心位于凸透镜的 上；实验时，当凸透镜位于光具座上A处时，恰好在光屏上成清晰的像，成的是 （选填“正立”或“倒立”）的像，与这种成像原理一致的光学仪器是 。
主光轴
倒立
投影仪
课堂练习
探究新知
(2)如图甲，在保持（1）中蜡烛和光屏位置不变的情况下，将凸透镜向右移到B处，光屏上再次成清晰的像，成 （选填“放大”、“缩小”或“等大”）的像。
(3)A处的位置示意图如图乙所示，请从光具座上用虚线画出B处的位置，并说明B处的位置是通过 来确定的。
(4)在（1）（2）探究活动中，若换用焦距更小的凸透镜完成实验，则AB之间的距离将 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。
缩小
光路是可逆的
变小
课后作业
探究新知
作业
内容
同步作业
完成课后作业：“练习与应用”
自主安排
配套同步分层作业
谢谢聆听
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