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5.2 凸透镜成像的规律 学案
学习目标
1. 知道凸透镜成像的三种基本情况——实像（倒立）和虚像（正立），理解物距u和焦距f的关系决定了凸透镜成像的性质。
2. 通过动手实验操作，探究凸透镜成像的规律，能够利用光具座测出不同物距条件下凸透镜所成像的物距、像距、像的性质（正倒、大小、虚实），并能进行数据记录和分析。
3. 掌握凸透镜成像的五种情况及其对应的物距条件（u>2f、u=2f、f4. 理解凸透镜成像作图法，能用两条基本光线（平行于主光轴→过焦点、过光心→直线传播）作出不同物距条件下的光路图。
　
一、课前预习
　
知识预习填空
1. 凸透镜对光有______作用（选填“会聚”或“发散”）。平行于主光轴的光经凸透镜后会聚于主轴上的一个点，这个点叫______，用字母______表示。
2. 凸透镜的光心到焦点的距离叫______，用字母______表示。
3. 物体到凸透镜光心的距离叫______，用字母______表示。像到凸透镜光心的距离叫______，用字母______表示。
4. 能用光屏承接的像叫______像，不能用光屏承接的像叫______像。
5. 光具座实验的基本步骤：将蜡烛、______、光屏依次安装在光具座上，调整三者的中心在______高度。
6. 凸透镜成像的两条基本光线：①平行于主光轴的光经凸透镜折射后______；②过光心的光经凸透镜后______。
7. 实验中用点燃的蜡烛作为物体，主要原因是蜡烛火焰是______光源（选填“自身发光的”或“反射光的”），便于观察像。
　
二、对比归纳表
表1：凸透镜成像五种情况对比表
物距u范围 像的性质 像距v 像与物位置 像的大小 应用举例
u>2f __立、__大、__像 fu=2f __________ v=2f 异侧 等大 （等大成像）
fu=f __________ __________ __________ __________ （平行光源）
u　
表2：实像与虚像对比表
对比维度 实像 虚像
光屏能否承接 ______（选填"能"或"不能"） ______（选填"能"或"不能"）
成像原理 实际光线______形成 实际光线______线的交点（不是实际光线会聚）
像的方向 总是______立的 总是______立的
物距条件 u______f（选填">"、"≥"或"<"） u______f（选填">"、"≥"或"<"）
与物的位置 在透镜______侧 在透镜______侧
　
三、实验记录表
实验一：探究凸透镜成像的规律——光具座实验
实验器材：光具座、凸透镜（f=10cm）、蜡烛、光屏、火柴。
实验步骤：
1. 将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上。
2. 调整烛焰中心、透镜光心和光屏中心在同一高度。
3. 将蜡烛放在距凸透镜较远的位置（大于2f），移动光屏找到清晰的像——记录物距、像距、像的性质。
4. 依次改变蜡烛位置（u=2f、f　
实验数据记录表
实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像与物的位置
（同侧/异侧） 像的正倒 像的大小 像的虚实 物距与f、2f的关系
1 ________________ ________________ ________________ ________________ 缩小 ________ u______2f
2 ________________ ________________ ________________ ________________ 等大 ________ u______2f
3 ________________ ________________ ________________ ________________ 放大 ________ f______u______2f
4 ________________ 光屏上______（选填"有"或"无"）像 ________________ ________________ ________________ ________ u______f
5 ________________ 光屏上______（选填"有"或"无"）像 ________________ ________________ 放大 ________ u______f
　
实验结论与分析
（一）两个分界点
1. 焦点F是______像和______像的分界点（口诀：____________）。
2. 2f点是______像和______像的分界点（口诀：____________）。
（二）像的变化规律
3. 成实像时：物距u减小→像距v______（选填“增大”或“减小”）→像变______。即物______像______像变______。
4. 成虚像时：物距u减小→像距v______（选填“增大”或“减小”）→像变______。
（三）像的倒正和虚实规律
5. 成实像时——像总是______立的，像和物在透镜的______侧；成虚像时——像总是______立的，像和物在透镜的______侧。
（四）完整口诀
6. 总结口诀：一焦分______，二焦分______；虚像同侧______，实像异侧______；成实像时——物近像______像变______，物远像______像变______。
　
实验二：凸透镜成像作图法练习
作图规则——利用两条基本光线：①平行于主光轴→过焦点；②过光心→方向不变。
情境1（u>2f）：物体在2f以外——两条光线经透镜后______（选填“会聚”或“发散”），在透镜另一侧f与2f之间形成______立______小的______像。
情境2（f情境3（u情境4（u=f）：物体在焦点上——两条光线经透镜后______（选填“会聚”或“平行”或“发散”），______（选填“能”或“不能”）成像。
情境5（u=2f）：物体在2f处——两条光线经透镜后在另一侧______（用“f”和“2f”表示）处会聚，形成______立______大的______像。
　
四、解题脚手架
脚手架一：凸透镜成像判断四步法
当遇到“已知物距/像距判断像的性质”或“已知像的性质判断物距范围”的问题时，按以下四步法完成：
第一步——确定焦距f。如果题目给出了焦距——直接使用；如果给出了2f——则f = ______；如果给出了焦点位置——则f等于______到______的距离。
第二步——比较u与f、2f的大小关系。
已知u=30cm——f=10cm——则u______2f（填“>”、“=”或“<”）→对应第______种成像情况——像的性质为______。
第三步——如已知像的性质，反推物距区间。
已知成倒立放大实像→物距在______和______之间→即______第四步——应用变化规律。
蜡烛从2f外向透镜移动→物距u在______→像距v在______→像变______。
蜡烛从焦点内向透镜移动→物距u在______→像距v在______→像变______。
判断检查清单：
是否明确焦距f的大小？
是否正确比较了u与f、2f的关系？
是否区分了成实像区域（u>f）与成虚像区域（u 是否用对了实像的变化规律（物近像远像变大）和虚像的变化规律？
　
脚手架二：光路作图题解题指导
遇到凸透镜成像的光路作图题——按以下步骤完成：
第一步——画出凸透镜，标出主光轴、光心O、焦点F和2f点。
第二步——在主光轴上标出物体AB的位置（A在轴上，B在轴上方）。
第三步——从B点出发，画出两条光线：
光线1：平行于主光轴→经凸透镜折射后过______点。
光线2：过光心O→经凸透镜后______不变。
第四步——找到两条光线（或它们的反向延长线）的交点——即为像点B'。
从B'向主光轴作垂线——垂足为A'——则A'B'即为物体AB的像。当u>f时——光线实际______——像为实像；当u设计检查清单：
光线1是否正确（平行→过焦点）？
光线2是否正确（过光心→方向不变）？
交点是否找对了（实像在前方会聚，虚像在反向延长线会聚）？
是否正确标出了像点B'和A'？
　
五、课堂练习
练习1：选择题——物距与成像性质判断
一个凸透镜的焦距为10cm——当物体放在距透镜25cm处时——所成的像是（ ）
A．倒立、放大的实像
B．倒立、缩小的实像
C．正立、放大的虚像
D．正立、缩小的虚像
你的答案：________
解题过程：u=______cm——f=______cm——2f=______cm——u______2f→成______像。
　
练习2：选择题——像距与成像性质判断
一个凸透镜的焦距为10cm——当光屏离透镜15cm处得到清晰的像时——物体应该在（ ）
A．大于20cm处
B．等于20cm处
C．10cm到20cm之间
D．小于10cm处
你的答案：________
解题过程：v=______cm——f　
练习3：选择题——成像性质的判断
凸透镜的焦距为10cm——当物体放在距透镜15cm处时——所成的像是（ ）
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．正立、缩小的虚像
你的答案：________
解题过程：u=______cm——f　
练习4：填空题——物距与像距的变化关系
在“探究凸透镜成像规律”的实验中——当蜡烛从远处向凸透镜靠近时——
（1）要在光屏上得到清晰的像——光屏应向______（选填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动。
（2）光屏上的像将逐渐变______（选填“大”或“小”）。
你的答案：（1）________；（2）________。
解题依据：________________________________________________。
　
练习5：作图题——根据成像情况判断物距范围
在光具座上——当光屏上出现一个倒立放大的实像时——
（1）此时物距u在______和______之间。
（2）像距v______2f（选填“>”、“=”或“<”）。
（3）如果保持透镜位置不变——将蜡烛向远离透镜方向移动——光屏上的像将变______（选填“大”或“小”），光屏应向______（选填“靠近”或“远离”）透镜方向移动才能再次得到清晰的像。
你的答案：（1）________、________；（2）________；（3）________、________。
　
六、自我评价
1. 本节课我学会了：_______________________________________________
2. 我还不太理解的地方：_______________________________________________
3. 我觉得这节课实验中最有意思的现象是：_______________________________________________
4. 我能说出凸透镜成像的五种情况吗？________（选填“能”或“还需要练习”）
5. 我能区分实像和虚像吗？________（选填“能”或“还需要练习”）
6. 我能用口诀记住成像规律吗？________（选填“能”或“还需要练习”）
7. 我能用光具座独立完成凸透镜成像实验并记录数据吗？________（选填“能”或“还需要练习”）
8. 我能用两条基本光线作出凸透镜成像的光路图吗？________（选填“能”或“还需要练习”）
9. 我能根据物距判断像的性质吗？________（选填“能”或“还需要练习”）
10. 我能应用“物近像远像变大”的规律解决实际问题吗？________（选填“能”或“还需要练习”）
11. 我对“凸透镜成像的规律”这节课的整体掌握程度（1-5分）：________分
12. 我觉得需要额外练习的题型是：_______________________________________________
　
=== 参考答案 ===
一、KWL预习表（示例）
K：凸透镜对光有会聚作用；焦点F——焦距f；物体到凸透镜的距离叫物距u——像到凸透镜的距离叫像距v；用光屏能承接的像叫实像——不能承接的叫虚像；光具座实验中需将蜡烛、凸透镜、光屏中心调到同一高度。
W：不同物距下凸透镜成什么性质的像、实像和虚像怎么区分、能否总结口诀帮助记忆、凸透镜成像在生活中的应用。
L：（课后填写）五种成像情况——u>2f→倒立缩小实像；u=2f→倒立等大实像；f　
二、知识预习填空答案
1. 会聚 / 焦点 / F。2. 焦距 / f。3. 物距 / u / 像距 / v。4. 实 / 虚。5. 凸透镜 / 同一。6. 过焦点 / 方向不变（沿直线传播）。7. 自身发光的。
　
三、对比归纳表答案
表1：凸透镜成像五种情况对比表
u>2f——倒立、缩小、实像 / f2f / 异侧。u=f——不成像 / 无 / 无。uu / 同侧。
　
表2：实像与虚像对比表
实像：能 / 会聚 / 倒 / > / 异。虚像：不能 / 反向延长 / 正 / < / 同。
　
四、实验记录表答案
实验数据记录表——参考数据（以f=10cm为例）：
序号1：u=30cm——v约15cm——异侧——倒立——缩小——实像——u>2f。
序号2：u=20cm——v=20cm——异侧——倒立——等大——实像——u=2f。
序号3：u=15cm——v约30cm——异侧——倒立——放大——实像——f序号4：u=10cm——光屏上无像——无——无——无——（不成像）——u=f。
序号5：u=5cm——光屏上无像——同侧——正立——放大——虚像——u　
实验结论与分析答案：
1. 实、虚、一焦分虚实。2. 放大、缩小、二焦分大小。3. 增大、大、近、远、大。4. 减小、小。5. 倒、异、正、同。6. 虚实、大小、正、倒、远、大、近、小。
　
作图法答案：
情境1：会聚 / 倒 / 缩 / 实。情境2：> / 会聚 / 倒 / 放 / 实。情境3：发散 / 同 / 正 / 放 / 虚。情境4：平行 / 不能。情境5：2f / 倒 / 等 / 实。
　
五、解题脚手架答案
脚手架一：
第一步：2f÷2 / 光心 / 焦点。第二步：> / 1 / 倒立缩小实像。第三步：f / 2f / f / 2f；< / <。第四步：减小 / 增大 / 大；减小 / 减小 / 小。
　
脚手架二：
第三步：焦 / 方向。第四步：会聚 / 会聚。
　
六、课堂练习答案
练习1：答案B。u=25cm——f=10cm——2f=20cm——u>2f→成倒立缩小实像。
练习2：答案A。v=15cm——f2f→u>20cm。
练习3：答案B。u=15cm——f练习4：答案（1）远离；（2）大。依据：成实像时——物近像远像变大——物体靠近凸透镜（物距减小）→像距增大（光屏需远离）→像变大。
练习5：答案（1）f——2f；（2）>；（3）小——靠近。依据：倒立放大实像→f2f；蜡烛远离→物距增大→像距减小→像变小（物远像近像变小）——光屏需靠近透镜。
　
七、自我评价（参考）
根据个人实际情况填写，不设标准答案。
　

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