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凸透鏡成像的規律
第五章
第3節
課時1
1.通過實驗探究，歸納總結凸透鏡成像的規律。
2.通過探究活動，學習從物理現象中歸納科學規律的方法。
我們知道照相機、投影儀里面都有凸透鏡，放大鏡本身就是凸透鏡。
這些都是用的凸透鏡，為什么所成的像會不一樣呢？
照相機：物體離鏡頭比較遠成倒立的、縮小的實像。
投影儀：物體離鏡頭比較近成一個放大的、倒立的實像。
放大鏡：物體離鏡頭很近，能成放大的、正立的虛像。
基本概念
1.物距：物體到透鏡光心的距離，用字母u表示。
2.像距：像到透鏡光心的距離，用字母v表示。
物距u
像距v
物體AB
B
A
像A’
B’
B’
A’
F焦點
F焦點
光心
知識點
探究凸透鏡成像的規律
注意：因初中階段我們研究的透鏡均為薄透鏡，其厚度可忽略不計，所以一般物距也可說為物體到透鏡的距離，像距也可說為像到透鏡的距離。
探究凸透鏡成像的規律
1.提出問題：凸透鏡所成像的虛實、大小、正倒跟物距有什么關系？
2.作出猜想：①可能與物距有關；②可能與焦距有關（由于凸透鏡的偏折情況和焦距有關）；
3.實驗設計：先把物體放在距凸透鏡較遠的地方，然后逐漸向凸透鏡移近，同時把光屏放在凸透鏡的另一側，觀察光屏上像的變化情況。研究凸透鏡的成像與物距的關系（保持焦距不變，即使用同一個凸透鏡），物距的變化以焦距為標準，即觀察物距大于2倍焦距、大于1倍焦距小于2倍焦距、小于1倍焦距的成像情況。
O
F
2f
光屏
4.實驗儀器：光具座、蠟燭、光屏、凸透鏡、火柴等。
5.進行實驗和收集證據
實驗步驟：
①如果凸透鏡的焦距未知，可以利用太陽光粗測出凸透鏡的焦距。
②將蠟燭、凸透鏡、光屏依次安放在光具座上，調整它們的高度，使燭焰的中心、凸透鏡的光心和光屏的中心大致在同一高度。
使它們的中心處于同一高度，這樣像才能成在光屏中心。
③把點燃的蠟燭放在較遠處（
u>2f
），然后調整光屏到凸透鏡的距離，直到光屏上出現清晰的燭焰的像，觀察并記錄像的大小和正倒，測出物距u和像距v。改變物距，重做這一步。
④把蠟燭移向凸透鏡（
u=2f
）
，移動光屏，直到光屏上出現清晰的燭焰的像，觀察并記錄像的大小和正倒，測出物距u和像距v。
⑤把蠟燭移向凸透鏡（
f＜u＜2f
），移動光屏，直到光屏上出現清晰的燭焰的像，觀察并記錄像的大小和正倒，測出物距u和像距v。改變物距，重做這一步。
⑥把蠟燭繼續靠近凸透鏡（
u=f
）
，移動光屏，觀察是否能夠成像。
⑦繼續向凸透鏡移動蠟燭（
u）并調整光屏的位置，你能在屏上得到蠟燭的像嗎？撤去光屏，從光屏一側向透鏡方向看去，能否觀察到蠟燭的像？像在什么位置？記錄所看到的像的正倒、大小以及此時的物距u。改變物距，重做這一步。
⑧將實驗數據和觀察結果填入表中(該實驗所用凸透鏡的焦距
f=10cm
)。
像不能成在光屏上；撤去光屏，從光屏一側直接用眼睛向透鏡方向看去觀察到蠟燭正立、放大的虛像；像位于物的同側。
物距u與焦距
f
的關系
物距
u/cm
像距
v/cm
成像的性質
像的變化情況
u＞2f
倒立、縮小、實像
物距變小時，像距變大，像(相對之前的像，下同）變大
u＝2f
倒立、等大、實像
f＜u＜2f
倒立、放大、實像
物距變小時，像距變大，像變大
20
56
56
12
20
12
18
23
23
18
物距u與焦距
f
的關系
物距
u/cm
像距
v/cm
成像的性質
像的變化情況
u＝f
不成像
u＜f
正立、放大、虛像
物距變小時，像距變小，虛像變小
10
8
6
①焦點是成實像和虛像的分界點。當u＞f
時成實像；當u時成虛像；當u=f
時不成像。
②二倍焦距處是成放大像和縮小像的分界點。當u＞2f
時，成縮小的實像；當u=2f
時，成等大的實像；當f＜u＜2f
時，成放大的實像。
③凸透鏡成的實像都是倒立的，且像、物位于凸透鏡的兩側；凸透鏡成的虛像都是正立的，且像、物位于凸透鏡的同側。
④凸透鏡成實像時，隨著物距的變小，像和像距都變大；成虛像時，隨著物距的變小，像和像距都變小。
6.分析與論證
物距
（u）
像的性質
相對凸透鏡位置
應用
倒正
大小
虛實
像距（v）
u＞2f
倒立
縮小
實像
f＜v＜2f
與物異側
照相機
u＝2f
倒立
等大
實像
v＝2f
與物異側
測焦距
f＜u＜2f
倒立
放大
實像
v＞2f
與物異側
投影儀
u＝f
不成像、得到一束平行光
u＜f
正立
放大
虛像
與物同側
放大鏡
7.實驗結論：
實驗中的注意事項：
1.
光具座的長度有限，做實驗時最好選用焦距為10cm左右的凸透鏡，焦距過大（光具座總長不夠4倍焦距長），有些實驗無法完成。
2.
凸透鏡最好放在光具座的中間位置，便于調節物距和像距。
3.
調整燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心在同一高度，目的是讓燭焰的像成在光屏的中央。
4.
調整光屏時不可再調整凸透鏡的位置，否則會使物距改變。
5.判斷燭焰的像是否最清晰的方法：光屏在某位置時，向前或向后移動光屏，像都會變模糊，則此位置即為像最清晰的位置。
6.
同一個物距范圍內要取兩個以上的物距進行實驗，這樣做是為了排除偶然因素，尋找普遍規律。
思考討論1：你知道實驗中無論如何移動光屏都找不到像的原因有哪些？
(1)
燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心不在同一高度。
(2)當燭焰在凸透鏡一倍焦距以外，但非常靠近焦點時，所成的像很大，且像距也很大，而光具座長度有限，光屏不能承接到像。
思考討論2：若把凸透鏡遮擋一部分，像會發生什么變化？
若把凸透鏡遮掉一部分，成像性質不變，只是成的像暗一些。
（2020·威海中考改編）如圖所示，小李用點燃的蠟燭、凸透鏡和光屏進行“探究凸透鏡成像規律”的實驗，凸透鏡的焦距為12cm。
(1)蠟燭和凸透鏡的位置不變，要使光屏承接到一個倒立、______的清晰的實像，具體的操作是首先將光屏向____移動，直到找到最清晰的像。日常生活中______
(選填“照相機”“投影儀”或“放大鏡”)就是利用這一原理制成的。
投影儀
放大
右
看圖可知物距u=15.0cm，f2f.
(2)當蠟燭燃燒一段時間后會變短，燭焰的像會往______偏離光屏中心。
(3)請你指出用燭焰作為發光物體完成“探究凸透鏡成像規律”實驗存在的兩點不足之處：①
______________
____________________
;
②___________________________。
上
蠟燭燃燒會變短
燭焰容易晃動影響觀察
使燭焰位置發生變化
蠟燭燃燒變短時，燭焰向下偏離中心線，故燭焰的像往上偏離光屏中心。
u>2f
：倒立、縮小的實像，fu=2f
：倒立、等大的實像，v=2f
照相機原理
u=f
：平行光束，不成像
投影儀原理
f：倒立、放大的實像，v>2f
放大鏡原理
u：正立、放大的虛像
實驗探究：凸透鏡的成像規律
1.
如圖為凸透鏡成像的示意圖，由于不慎將透鏡的上沿摔掉一塊(圖中陰影部分)，則
(
)
A.
像的A'部分消失了
B.
像的B'部分消失了
C.
成像的效果不受影響
D.
像A'B'是完整的，但亮度變暗
D
2.
小明同學做凸透鏡成像的實驗時，將點燃的蠟燭放在凸透鏡前，在光屏上得到清晰的倒立、放大的實像。保持透鏡位置不變，把蠟燭與光屏的位置對換，則(
)
光屏上有倒立、縮小的實像
B.
光屏上有倒立、放大的實像
C.
光屏上有正立、等大的虛像
D.
光屏上沒有像
A
此時f＜u＜2f，v＞2f；此時蠟燭與光屏的位置對換則u＞2f，f＜v＜2f，此時成倒立縮小實像。
3.小明同學做“探究凸透鏡成像的規律”的實驗，當他把燭焰移到距透鏡18cm的位置時，在光屏上觀察到倒立放大清晰的像。他判斷凸透鏡焦距可能是①6cm、②9cm、③12cm、④16cm，其中正確的是（　　
）
A.
①②
B.
②③
C.
①④
D.
③④
D
此時f＜u＜2f，
u＝18cm，則9cm＜
f＜18cm。
4.
在研究凸透鏡成像規律的實驗中，小明同學無論怎樣移動光屏，在光屏上始終觀察不到燭焰清晰的像，造成這種現象的原因可能是（
）
A.
蠟燭、凸透鏡、光屏三者中心在同一條水平線上
B.
蠟燭距凸透鏡距離大于焦距
C.
蠟燭距凸透鏡距離小于焦距
D.
蠟燭距凸透鏡距離等于2倍焦距
C
此時像不能成在光屏上；撤去光屏，從光屏一側直接用眼睛向透鏡方向看去觀察到蠟燭正立、放大的虛像；像位于物的同側。
凸透鏡成像的規律
第五章
第3節
課時2
1.學習凸透鏡成像規律的光路分析，體會三種特殊光線在做圖中的重要性。
2.能夠應用凸透鏡成像規律解決一些生活中的實際問題。
之前我們學習過通過凸透鏡的三條特殊光路：通過光心的光、平行于主光軸的光、通過焦點的光經凸透鏡折射后的情況。
F
F
F
F
F
F
我們如何運用通過凸透鏡的三條特殊光路來解釋凸透鏡成像的規律呢？
凸透鏡成像規律的光路分析
利用凸透鏡三條特殊光路中的任意兩條可以畫出相應的光路圖，從而判斷出像距的大小和成像的具體情況。
2f
f
f
2f
知識點1
凸透鏡成像規律的光路圖
1.當u>2f
時，成倒立縮小的實像，此時
f2.當u=2f
時，成倒立、等大的實像，此時v=2f，光路圖如圖所示。
2f
f
f
2f
3.當
f時，成倒立、放大的實像，此時v>2f，
光路圖如圖所示。
f
f
2f
2f
4.當u=f
時，折射光是一束平行光，不能相交，其反向延長線也不能相交，所以不能成像，光路圖如圖所示。
f
2f
2f
f
5.當u時，成正立、放大的虛像，此時v>u，光路圖如圖所示。
f
f
f
f
思考討論：觀察右邊的圖片你能總結凸透鏡成實像時的規律嗎？
f
f
物體左移像左移，物體右移像右移，像兒跟著物體跑。
規律：物近像遠像變大,物遠像近像變小。
f
f
f
f
f
f
思考討論：觀察右邊的圖片你能總結凸透鏡成虛像時的規律嗎？
物體左移像左移，物體右移像右移，像兒跟著物體跑。
規律：物近像近像變小,物遠像遠像變大。
當物體在2倍焦距以外移動時，物體移動的距離大，像移動的距離小。
f
f
f
f
f
f
f
f
當物體在一倍焦距到2倍焦距之間移動時，物體移動距離小，像移動的距離大。
照相機的調節
用照相機照相時，要使膠片上的像大一些。可使被拍攝物體離鏡頭近一些，同時膠片離鏡頭要遠一些，
即鏡頭前伸，暗箱拉長。
(成實像：物近像遠像變大)
知識點2
凸透鏡成像規律的應用
投影儀的調節
使用投影儀時，要使屏幕上的像大一些，應使投影片離鏡頭近一些，同時屏幕離鏡頭要遠一些
。
(成實像：物近像遠像變大)
放大鏡的調節
使用放大鏡觀察物體時，要想讓被觀察的物體大一些，應使被觀察物體離放大鏡稍遠一些，但物體始終要在放大鏡一倍焦距以內。
(成虛像：物遠像遠像變大)
想一想：當凸透鏡成放大的像時，物距跟像距相比，哪個比較大？成縮小的像時，物距跟像距相比，哪個比較大？由此你可以得出什么結論？凸透鏡所成的像有沒有正立的實像？有沒有倒立的虛像？
1.凸透鏡成放大的實像時，像距大于物距；成縮小的實像時，像距小于物距。
2.由此可以得出結論：凸透鏡成實像時，物距越大，像距越小，像越小；物距越小，像距越大，像越大。
3.由實驗可知，凸透鏡所成的像沒有正立的實像，也沒有倒立的虛像。
探究小組將裝有半杯清水的圓柱形透明玻璃杯放在水平窗臺上，透過玻璃杯觀察街對面的指路牌。當從水面上方觀察時，看到指路牌上的箭頭指向右方；若從水面下方觀察，下面說法正確的是(
)
箭頭指向右方
B.
指路牌上下寬度變大
C.
指路牌上的字上下顛倒
D.
原理類似于照相機成像
D
從水面上方看時，光發生折射成正立的虛像，箭頭指向不變，所以實際箭頭還是指向右方，而從水面下方觀察物體時，相當于是“凸透鏡”，觀察遠處的物時，成像會變小且上下左右都顛倒；該原理類似于照相機成像。
左
小
左右都
成虛像時物遠像遠像變大
成實像時物遠像近像變小
放大鏡：正立、放大、虛像
凸透鏡成像規律及其應用
照相機：倒立、縮小、實像
投影儀：倒立、放大、實像
（2020·咸寧中考）關于常見的光學儀器，下列說法正確的是（
）
A．焦距越小的凸透鏡，對光的會聚作用越明顯
B．校園內安裝的監控攝像頭，相當于一個凹透鏡
C．為矯正近視眼，要用適當的凸透鏡片做成眼鏡
D．平行于主光軸的光，通過凹透鏡后一定經過焦點
A
凸
凹
凸
2.
當攝影師用一臺鏡頭焦距一定的相機給全班同學照完合影后，接著又給小明同學照半身像，這時攝影師應該__________(選填”增大”或”減小”)照相機鏡頭和小明的距離，同時_________
(選填”增大”或”減小”)鏡頭到底片的距離。
減小
增大
成實像：物近像遠像變大
3.
（2020·寧波中考改編）放幻燈片時，想在熒幕上得到一個放大的“F”字母，那么幻燈片正確的插法應選用圖中的哪一種（
）
A
B
C
D
D
成實像時，像和物上下左右都顛倒
4.
如圖為航天員王亞平太空授課的情景，圖中水球相當于一個透鏡，假設水球的焦距為f，此時航天員到水球的距離為40cm，則下列說法正確的是
(
)
A.
f
<20cm
B.
40cm>f
>20
cm
C.
水球相當于一個凹透鏡
D.
航天員的像是虛像
A
如圖此時成倒立、縮小的實像，則u>2f
凸
實

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