資源簡介

5.3.1 探究凸透鏡成像的規(guī)律
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1. 通過實(shí)驗(yàn)探究，知道凸透鏡成像的規(guī)律。
2. 經(jīng)歷探究過程，提升對(duì)證據(jù)的分析和論證能力。
【自主預(yù)習(xí)】
1．在做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中用到的器材有：蠟燭、凸透鏡、光屏和光具座，分別把上述物體安裝在光具座上，調(diào)整它們的高度，使得燭焰、凸透鏡和光屏的中心在___________，目的是使像成在光屏的___________。光屏的作用是承接并顯示凸透鏡所成的___________ (選填“虛”或“實(shí)”)像。
【合作探究】
一、探究凸透鏡成像的規(guī)律
【提出問題】凸透鏡所成像的虛實(shí)、大小、正倒跟哪些因素有關(guān)？
【猜想假設(shè)】 ①可能與物體到透鏡的___________有關(guān)。
支持事例：照相機(jī)、投影儀和放大鏡的成像特點(diǎn)不同，是因?yàn)槲矬w到透鏡的距離不同。
②可能與凸透鏡的___________有關(guān)。
支持事例：同一物體通過照相機(jī)成像，當(dāng)照相機(jī)的焦距改變時(shí)（調(diào)焦），凸透鏡所成像的大小會(huì)改變。
③像的正倒很可能跟它與物體是否在同側(cè)有關(guān)。
支持事例：照相機(jī)與投影儀，物體和所成的像分居在凸透鏡的兩側(cè)；通過放大鏡觀察物體，物體和像在透鏡的同一側(cè)。
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
（1）相關(guān)概念
①物距u：物體到透鏡光心的距離。如圖所示，物距為30cm；
②像距v：像到透鏡光心的距離。如圖所示，像距為60cm；
③焦距f：焦點(diǎn)到凸透鏡光心的距離。
（2）我們可以把物體放在距凸透鏡較遠(yuǎn)的地方，然后逐漸移近，觀察成像的情況。由于凸透鏡對(duì)光的偏折程度跟凸透鏡的焦距f有關(guān)系，所以研究物距u的變化時(shí)，焦距可能是個(gè)應(yīng)該注意的參照距離。我們可以注意觀察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距……時(shí)，物體成像的情況。
（3）實(shí)驗(yàn)器材：凸透鏡（焦距為10cm）、蠟燭、光屏、火柴、光具座。
（4）數(shù)據(jù)記錄表格（見下）。
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)】
（1）在光具座上放置蠟燭、凸透鏡、光屏?xí)r，透鏡放在光具座標(biāo)尺中央。
（2）調(diào)整凸透鏡、蠟燭（燭焰的中心）、光屏的高度，使它們的中心大致在___________。目的是為了使?fàn)T焰的像成在光屏的___________。
（2）將凸透鏡固定在光具座中間50cm刻度處，把蠟燭放在較遠(yuǎn)處，使物距u＞2f（u＞20cm），移動(dòng)光屏，直到光屏上出現(xiàn)清晰的燭焰的像，觀察像的大小和正倒，同時(shí)測出此時(shí)的物距u和像距v，
將數(shù)據(jù)記錄在表格中。
（3）把蠟燭向透鏡移近，使蠟燭到凸透鏡的距離等于二倍焦距（u=20cm），移動(dòng)光屏，直到光屏上出現(xiàn)明亮、清晰的燭焰的像，觀察像的正倒和大小，測出物距u和像距v，將數(shù)據(jù)記錄在表格中。
（4）把蠟燭繼續(xù)向透鏡移近，使蠟燭到凸透鏡的距離在一倍焦距和二倍焦距之間（10～20cm），移動(dòng)光屏，直到光屏上出現(xiàn)明亮、清晰的燭焰的像，觀察像的正倒和大小，測出物距u和像距v ，記錄在表格中。
（5）把蠟燭繼續(xù)向透鏡移近，使蠟燭到凸透鏡的距離為一倍焦距10cm（在焦點(diǎn)處） ，移動(dòng)光屏，光屏上不成像；眼睛通過透鏡也看不到虛像。
（6）把蠟燭繼續(xù)向透鏡移近，使蠟燭到凸透鏡的距離在一倍焦距以內(nèi)（小于10cm），移動(dòng)光屏，光屏上不成像，眼睛通過透鏡，能看到虛像，記錄像的正倒和大小。測出物距u，記錄在表格中。
（7）數(shù)據(jù)記錄匯總
像與物距的關(guān)系 凸透鏡的焦距f= 10 cm
【分析與論證】
分析上表記錄，找出凸透鏡成像的規(guī)律。
（1）像的虛實(shí)：凸透鏡在什么條件下成實(shí)像，什么條件下成虛像？
（2）像的大小：凸透鏡在什么條件下成縮小的像，在什么條件下成放大的像？有沒有縮小的虛像？
（3）像的倒正：凸透鏡在什么條件下成正立的像？在什么條件下成倒立的像？
（4）物距、像距與像的大小關(guān)系：凸透鏡成放大實(shí)像時(shí)，物距跟像距相比，哪個(gè)比較大？成縮小實(shí)像時(shí)，物距跟像距相比，哪個(gè)比較大？
（5）像和像距隨物距的變化規(guī)律：當(dāng)物體成實(shí)像時(shí)，物體逐漸靠近透鏡時(shí)，像距是變大了還是變小了？像是變大了還是變小了？當(dāng)物體成虛像時(shí)，物體逐漸靠近透鏡，像是變大了還是變小了？
【交流討論】
（1）在做實(shí)驗(yàn)時(shí), 某同學(xué)無論怎樣移動(dòng)光屏, 都無法在光屏上觀察到燭焰的像。發(fā)生這一現(xiàn)象可能原因有哪些？
【分析】可能原因有：
1、燭焰、凸透鏡、光屏的中心不在___________上；
2、蠟燭的位置在透鏡的___________以內(nèi)；
3、蠟燭的位置在透鏡的___________上。
（2）用卡片把透鏡遮住一部分，光屏上得到燭焰的像性質(zhì)不變，像是否完整？像的亮度有什么變化？
【分析】光屏上像的性質(zhì)不變，還是完整的，但亮度會(huì)變_________些。
【自主練習(xí)】
1、在做“凸透鏡成像”的實(shí)驗(yàn)中，凸透鏡焦距是10cm，當(dāng)光屏距凸透鏡16cm時(shí)，燭焰在光屏上成清晰的像。若光屏不動(dòng)，將凸透鏡向光屏方向移動(dòng)2cm，要使光屏上再次得到清晰的像，下列說法正確的是（　　）
A．蠟燭不動(dòng)，像變小 B．蠟燭靠近凸透鏡，像變小
C．蠟燭遠(yuǎn)離凸透鏡，像變大 D．蠟燭遠(yuǎn)離凸透鏡，像變小
2、如圖所示，甲是__________的工作原理圖，乙是_______的工作原理圖。（選填“照相機(jī)”、幻燈機(jī)”或“放大鏡”）
3、在銀幕上看到的電影畫面都是正立的，在放電影時(shí)應(yīng)將電影片（　　）
A．正立著放在大于2f 的位置上 B．倒立著放在大于2f 的位置上
C．正立著放在2f 和f 之間的位置上 D．倒立著放在2f 和f 之間的位置上
【參考答案】
【自主預(yù)習(xí)】
1．同一高度 中央 實(shí)
【合作探究】
一、探究凸透鏡成像的規(guī)律
【猜想假設(shè)】 ①距離
②焦距
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)】
（2）同一高度 中央。
【分析與論證】
分析上表記錄，找出凸透鏡成像的規(guī)律。
（1）焦點(diǎn)是成實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)。物體在焦點(diǎn)以外成實(shí)像，焦點(diǎn)以內(nèi)成虛像。即一倍焦距分虛實(shí)。
（2）二倍焦距是成放大和縮小像的分界點(diǎn)。物體在二倍焦距以外成縮小的像，在二倍焦距以內(nèi)成放大的像。沒有縮小的虛像。
（3）實(shí)像必異側(cè)倒立，虛像必同側(cè)正立（選填“倒立”或“正立”）。
（4）物距u＞像距v，像是縮小的；u＜v，像是放大的（選填“放大”或“縮小”）。
（5）成實(shí)像時(shí)，物體距離透鏡越近，像距離透鏡越遠(yuǎn)，像越大；物體距離透鏡越遠(yuǎn)，像距離透鏡越近，像越小。即成實(shí)像時(shí)，物近像遠(yuǎn)且大，物遠(yuǎn)像近且小。成虛像時(shí)，物體距離透鏡越近，像越小，物體距離透鏡越遠(yuǎn)，像越大。即物體越靠近焦點(diǎn)像越大。
【交流討論】
（1）【分析】
1、同一高度
2、一倍焦距
3、焦點(diǎn)
（2）【分析】暗
【自主練習(xí)】
1、【答案】D
【解析】凸透鏡焦距是10cm，光屏離凸透鏡16cm（像距）時(shí)，2f＞16cm＞f，所以在光屏上得到一個(gè)倒立、縮小的實(shí)像。
保持物體與光屏的位置不變，把凸透鏡向光屏方向移動(dòng)2cm，像距變小，像變小，則物距增大，故蠟燭應(yīng)遠(yuǎn)離凸透鏡。只有D正確。
2、【答案】照相機(jī)，放大鏡。
【解析】由圖甲可知，物距大于二倍焦距，所以是照相機(jī)的工作原理。
圖乙，蠟燭到凸透鏡的距離小于焦距，此時(shí)在凸透鏡的另一側(cè)可以觀察到正立、放大的虛像，所以乙是放大鏡的工作原理。
3、【答案】D
【解析】投影儀成的像是倒立放大的實(shí)像，物距滿足大于 f 小于2f，為了讓觀眾看到正立的實(shí)像，放電影時(shí)應(yīng)將電影片倒立著放在2f 和 f 之間的位置上，故ABC不符合題意，D符合題意。
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