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沪科版八年级物理（2024） 第四章 神奇的透镜
第二节 探究：凸透镜成像的规律 （教学设计）
【课题】第二节 探究：凸透镜成像的规律
【学习目标】
1. 能完成“探究凸透镜成像的规律”的实验，有安全意识，能完成实验报告。能提出与透镜成像有关的问题；能收集证据，得出结论，并作出解释。
2. 知道凸透镜成像的规律；能运用这些规律解释身边的相关现象，说明相关的光学技术应用。
能根据凸透镜成像的规律，分析简单的光学问题；能利用证据说出自己的观点。
【学习重点】
1. 能完成“探究凸透镜成像的规律”的实验，能收集证据，得出结论，能完成实验报告。
2. 知道凸透镜成像的规律；能运用凸透镜成像的规律解释身边的相关现象。
【学习难点】
完成“探究凸透镜成像的规律”实验，收集证据，分析归纳得出实验结论。
【教学器材】
凸透镜（焦距f =10cm）、光具座（带刻度尺）、蜡烛（或其他光源）、光屏和火柴（或打火机）。（演示和学生分组实验用）。
【新课导入】
在中国航天的“太空授课”中，航天员王亚平在空间站内，做出了水透镜。通过这个水透镜，我们看见了航天员倒立缩小的像。
我们已经知道平面镜成像的特点，那么凸透镜成像有怎样的特点呢？是否一定成倒立缩小的像？我们通过实验来进行探究。
【板书课题】 第二节 探究：凸透镜成像的规律
探究：凸透镜成像的规律
实验目的
1. 探究凸透镜成像的规律。
2. 体会实像与虚像的区别。
实验器材
凸透镜（焦距f =10cm）、光具座（带刻度尺）、蜡烛（或其他光源）、光屏和火柴（或打火机）。
实验设计
在光具座上，将点燃的蜡烛从离透镜较远的位置（2 倍焦距外）逐渐靠近凸透镜。调整光屏位置使烛焰发出的光经凸透镜折射后，在光屏上成清晰的像；光屏上不能成像时，透过凸透镜观察烛焰的像。通过观察分析得出凸透镜成像的规律。
实验步骤
（1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，注意三者之间的相对位置，如图所示。
（2）点燃蜡烛，调整光屏、凸透镜、烛焰的高度，使它们的中心在同一高度。
调整烛焰、凸透镜和光屏三者中心在同一高度，目的是使烛焰的像成在光屏的中央。
（3）将蜡烛放在离凸透镜较远的位置（2 倍焦距外），调整光屏位置，使烛焰经凸透镜折射后在光屏上成清晰的像，将观察到的像的情况和物距、像距等记录在表中。
实验记录表 凸透镜焦距f =10.0cm
（4）移动蜡烛逐渐靠近凸透镜，同时调整光屏，在烛焰经凸透镜折射后在光屏上分别成等大清晰的像、放大清晰的像时，将成像的情况和物距、像距等记录在表中。
（5）将蜡烛移到凸透镜焦点处，观察能否成像。再继续移动蜡烛靠近凸透镜，观察烛焰在光屏上能否成像。撤去光屏，透过凸透镜观察烛焰的像。将观察到的情况记录在表中。
（6）重复几次上面的实验操作，记录观察到的情况。
【学生分组实验】探究：凸透镜成像的规律
【播放实验视频】探究：凸透镜成像的规律
【收集实验数据】
实验结论：大量实验表明：
（1）当物距大于二倍凸透镜焦距时，凸透镜成物体的倒立、缩小的实像；
（2）当物距等于二倍凸透镜焦距时，凸透镜成物体的倒立、等大的实像；
（3）当物距小于二倍凸透镜焦距、大于凸透镜焦距时，凸透镜成物体的倒立、放大的实像；
（4）当物距等于凸透镜焦距时，从凸透镜出射的光是平行光，凸透镜不能成物体的像；
（5）当物距小于凸透镜焦距时，凸透镜成物体的正立、放大的虚像。
注意：①当物距大于凸透镜的焦距时，凸透镜成物体的实像，当物距小于凸透镜的焦距时，凸透镜成物体的虚像。实像是倒立的，能被光屏接收，虚像是正立的，不能被光屏接收。实像和物体分别位于凸透镜的两侧，虚像和物体位于凸透镜的同侧；②当物距大于2倍凸透镜焦距时，凸透镜成物体缩小的像，当物距小于2倍凸透镜焦距时，凸透镜成物体放大的像。
凸透镜成像的规律
反思交流
1. 实验中，怎样确定光屏上的像是清晰的？
调整光屏位置（沿光具座左右来回移动光屏），使烛焰发出的光经凸透镜折射后在光屏上所成的像最亮，此时光屏上的像是最清晰的。
2. 实像与虚像有哪些不同？
凸透镜所成物体的像，实像既能用眼睛观察到，又能呈现在光屏上。实像相对物体是倒立的，和物体分别位于凸透镜的两侧；虚像只能用眼睛观察到，不能呈现在光屏上。虚像相对物体是正立的，和物体位于凸透镜的同一侧。
3. 太空授课中航天员成像时，物距与水球的焦距存在怎样的关系？
航天员太空授课中，制作的水球相当于凸透镜，成航天员倒立、缩小的实像，物距（航天员和水球之间的距离）大于二倍水球的焦距。
4. 实验中，怎样选择凸透镜？
光具座的长度有限（一般为80～90cm），实验时选择的凸透镜的焦距f＜ L=×80cm=20cm，最好选用焦距在10 cm 左右的凸透镜，这样便于测量物距和像距。若选用的凸透镜的焦距过大，实验中可能找不到物体清晰的像。
5. 实验中，如何在光具座上调整器材？
实验中，点燃蜡烛，调整蜡烛、凸透镜和光屏的光屏的高度，使烛焰、凸透镜和光屏的中心大致在同一高度，使烛焰的像完整地成在光屏的中央，便于观察。
6. 实验中，蜡烛燃烧变短，如何调节器材使烛焰像仍成在光屏中央？
随着实验的进行，像在光屏上的位置升高，原因是蜡烛燃烧变短。将蜡烛向上移动，或将凸透镜向下移动，或将光屏向上移动，直至烛焰的像成在光屏中央。
7. 实验中，无论如何移动光屏都找不到烛焰像的原因是什么？
①烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度，烛焰的像可能成在光屏的上方或下方；
②烛焰与凸透镜的距离（物距）略大于凸透镜的焦距（蜡烛位置非常靠近焦点），所成的烛焰放大的像很大，像距也很大，光具座长度有限，光屏不能承接到烛焰清晰的像；
③烛焰与凸透镜的距离（物距）等于凸透镜的焦距，烛焰发出的光经凸透镜折射后平行射出，光屏上不会出现烛焰的像；
④烛焰与凸透镜的距离（物距）小于凸透镜的焦距，烛焰位于凸透镜的1倍焦距内，像是与烛焰在凸透镜的同一侧的虚像，此时光屏接收不到烛焰的像。
凸透镜成像规律的光路分析
（1） 物距u＞2f 时 ，凸透镜成物体倒立、缩小的实像，像距v： f＜v＜2f .
照相机就是利用凸透镜成物体倒立、缩小的实像的现象制成和工作的。
照相机的镜头相当于一个凸透镜，照相时，物体离照相机镜头比较远，像是倒立、缩小的。
（2） 物距u＝2f 时 ，凸透镜成物体倒立、等大的实像，像距 v＝2f .
利用凸透镜成物体倒立、等大的实像的现象用来测量凸透镜的焦距。
凸透镜的焦距 f=u/2 = v/2.
（3）物距u：f＜u＜2f 时 ，凸透镜成物体成倒立、放大的实像，像距 v>2f .
投影仪就是利用凸透镜成物体倒立、放大的实像的现象制成和工作的。
投影仪的镜头相当于一个凸透镜。来自投影片（物体）的光，通过凸透镜后会聚在屏幕上，形成图案（物体）的像。投影时，物体离投影仪镜头比较近，像是倒立、放大的。
（4）物距u＝f 时 ，来自物体的光经凸透镜折射后平行射出，凸透镜不能成物体的像。
利用物距等于凸透镜的焦距时从凸透镜出射的光是平行光的现象，将光源安装在凸透镜焦点处，可以获取平行光（制作平行光源）。
（5）物距u＜f 时 ，凸透镜成物体正立、放大的虚像，像与物体在透镜的同侧。
凸透镜成像的动态变化规律
（1）焦点处是物体成实像和虚像的分界点，2倍焦距处是物体成放大实像和缩小实像的分界点.不论成实像还是成虚像，物体离焦点越近，所成的像越大，像离凸透镜也越远。
（2）物体位置发生变化，像的性质和位置也发生相应变化。无论成实像还是成虚像，像与物体移动的方一致。 ①成实像时，物体和像在凸透镜两侧，物距减小，像距增大，像变大；物距增大，像距减小，像变小；②成虚像时，物体和像在凸透镜同侧，物距减小，像距减小，像变小；物距增大，像距增大，像变大。
【课堂练习】
【例题1】(2026年江苏苏州中考题)小华用图甲装置探究凸透镜成像规律，使用LED灯珠排列成的“F”发光体作为光源。
（1）能在光屏上呈现的像称为________像。为使像呈现于光屏中央，实验前需将F光源和光屏两者中心调整到凸透镜的________上。
（2）装置调好后，将F光源放在光具座上不同位置，移动光屏找到清晰像的位置，观察并记录成像情况。如图乙，小华根据观测结果，在纸上用带箭头的线段记录物、像情况（～E′分别是物体处在A～E位置时对应的像，线段长度表示它们的大小）。分析图乙，可发现物体靠近凸透镜的过程中，所成的实像________。
（3）分析可知，F光源从位置A移至E的过程中，必然存在像、物等大的情况，为快速、准确找到此位置，应在图乙中________两位置间移动光源，并使用图丙中________光屏观察像。小华测量发现：物距等于两倍焦距时，像与物等大。为了验证该结论的普遍性，接下来的操作是：________。
【答案】（1）实 主光轴 （2）远离凸透镜且变大 （3） C、D c 换用多个不同焦距的凸透镜重复上述实验
【解析】（1）能被光屏承接的像是实际光线会聚形成的，叫做实像，虚像无法用光屏承接；实验时为了使像成在光屏中央，需要将光源、光屏的中心调整到凸透镜的主光轴上，保证三者中心在同一高度。
（2）由图乙可知，凸透镜成实像时，物体靠近凸透镜时，物距减小，像距变大，所成的实像也会逐渐变大。
（3）凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小的实像，物距等于二倍焦距时成等大的实像，物距在一倍到二倍焦距之间时成放大的实像，因此等大的实像一定在缩小实像和放大实像之间；由图乙可知，等大的实像在C、D之间；要准确比较像和物的大小，需要带网格的光屏方便对比大小，因此选c；一次实验得到的结论具有偶然性，为了验证结论的普遍性，需要换用不同焦距的凸透镜重复实验。
【例题2】(2026年安徽中考题）为了探究凸透镜成像规律，把光具座放在水平桌面上，将焦距为10cm的凸透镜固定在光具座上50cm刻度处，光屏和点燃的蜡烛分别位于凸透镜的两侧，调节凸透镜和光屏的高度，使它们的中心与烛焰中心大致在同一高度。
（1）当蜡烛、凸透镜和光屏位置如图所示时，光屏上有清晰的像。将蜡烛向左移动一段距离，光屏上的像变得模糊，要使光屏上再次成清晰的像，需要将光屏向______移动适当距离；
（2）随着蜡烛燃烧变短，光屏上烛焰的像会上移，为了使像仍成在光屏中央，应_______（选填“A”、“B”或“C”）；
A. 把光屏适当向下调节
B. 把凸透镜适当向上调节
C. 把光屏和凸透镜均适当向下调节
（3）将蜡烛移到45cm刻度处，移去光屏，直接用眼睛透过凸透镜观察烛焰，会看到______（选填“放大”或“缩小”）的像。
【答案】（1）左 （2）C （3）放大
【解析】（1）将蜡烛向左移动一段距离，物距变大，根据凸透镜成实像的规律，像距变小，则光屏上的像变得模糊，所以要使光屏上再次成清晰的像，需要将光屏向左移动适当距离。
（2）随着蜡烛燃烧变短，光屏上烛焰的像会上移，为了使像仍成在光屏中央，根据过光心的光线传播方向不变，应把光屏适当向上调节，或者把凸透镜适当向下调节，或者把光屏和凸透镜均适当向下调节，故AB不符合题意，C符合题意。故选择C.
（3）将蜡烛移到45cm刻度处，物距u=50cm-45cm=5cm＜f，根据凸透镜成像规律，移去光屏，直接用眼睛透过凸透镜观察烛焰，会看到正立、放大的像。
【例题3】(2026年广西中考题）在探究凸透镜成像的规律实验中，由图乙可知，凸透镜的焦距为________cm；如图丙，当把物体放在一倍焦距以内时，观察到正立、放大的________像，________（选填“放大镜”或“照相机”）就是根据这一规律制成的。
【答案】10.0 虚 放大镜
【解析】平行光经凸透镜会聚后在主光轴上的最小最亮光斑就是焦点，焦点到凸透镜的距离等于凸透镜的焦距，为f=60.0cm-50.0cm=10.0cm；
根据凸透镜成像规律，物体在一倍焦距以内时，成正立、放大的虚像，放大镜就是根据这一规律制成和工作的。
【例题4】(25～26年广西钦州灵山县期末考试题）在用凸透镜观察物体的活动中，甲、乙、丙、丁是通过凸透镜所看到的插图的像。若凸透镜先贴着插图然后逐渐远离，关于凸透镜与插图之间的距离，下列判断正确的是【 】
A.图甲最小，图丙最大
B.图乙最小，图丙最大
C.图甲最小，图丁最大
D.图丙最小，图甲最大
【答案】B
【解析】由凸透镜成像的规律可知，凸透镜先贴着插图然后逐渐远离，物距逐渐增大，①物距小于凸透镜焦距时，通过凸透镜可观察到物体正立、放大的虚像（图乙所示）；②物距大于凸透镜焦距小于二倍凸透镜焦距时，凸透镜成物体的倒立、放大实像，而且物距越大，像距越小，像越小（图丁、图甲所示）；③物距大于二倍凸透镜焦距时，凸透镜成物体的倒立、缩小的实像（图丙所示）。关于凸透镜与插图之间的距离（物距）判断正确的是：图乙最小，图丙最大。故选择B.
【例题5】(25-26年广西崇左扶绥县期末考试题)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像，根据图像可知【 】
A.该凸透镜的焦距f=20cm
B.当物距u=30cm时，成倒立、缩小的实像，照相机利用了这条规律
C.当物距u=15cm时，成正立放大的实像,“刷脸支付”利用了这条规律
D.把物体从距凸透镜15cm处远离凸透镜方向移动过程中，所成的像会逐渐变大
【答案】B
【解析】A.由图像看到，物距u=20cm时，像距v=20cm.根据凸透镜成像规律可知，凸透镜成物体倒立等大实像，凸透镜焦距f=1/2u=1/2v=1/2×20cm=10cm.A判断错误；
B.物距u=30cm时，物距大于二倍凸透镜的焦距，凸透镜成物体倒立缩小的实像， 照相机利用了凸透镜的这一成像规律，B判断正确；
C.物距u=15cm时，物距大于焦距小于二倍焦距，凸透镜成物体倒立放大的实像,投影仪利用了凸透镜的这一成像规律，“刷脸支付”利用的是物距大于二倍焦距时凸透镜成倒立、缩小的实像的规律，C判断错误；
D.把物体从距凸透镜15cm处远离凸透镜方向移动过程中，物距增大，像距减小，所成的像会逐渐变小。D判断错误。故选择B.
自制照相机
人们常用照相机留存生活中的珍贵瞬间。无论是胶卷相机还是数码相机，其镜头都相当于凸透镜。使用胶卷的照相机通过镜头在照相机内部的底片上形成倒立缩小的实像。
用硬纸板做两个粗细相差很小、可套在一起且能前后滑动的纸筒，在一个纸筒一端固定凸透镜，即照相机的镜头；在另一纸筒的一端粘贴半透明薄膜（半透膜），即感光底片。这样就做成了模型照相机。在较暗的室内，将镜头正对着明亮的室外景物，前后伸缩纸筒，改变镜头（凸透镜）和半透明薄膜间的距离，调节成像位置，使半透膜上出现室外景物缩小、倒立的实像，这就是照相机成的像。
【播放视频】自制照相机
【课后作业】作业：1～8题

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