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第三章 光 和 眼 睛
第四課時 凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用
1. 探究并了解凸透鏡成像的規(guī)律。了解凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用。
2. 探究凸透鏡成像的規(guī)律。（必做實驗）
課程標(biāo)準(zhǔn)
考點梳理
1. 不同物距時的成像情況：
探究凸透鏡成像的規(guī)律
物距u與焦距f的關(guān)系 像距v與焦距f的關(guān)系 像的性質(zhì) 應(yīng)用
正立或倒立 放大或縮小 實像或虛像
u>2f fu=2f v=2f ______ 測焦距
f2f ______ ______
u=f — 不成像 —
u倒立
縮小
等大
放大
實像
照相機(jī)
投影儀
正立
放大
虛像
放大鏡
注意：(1)u=2f時是像放大與縮小的分界點，u=f時是實像與虛像的分界點。 （一倍焦距分虛實，內(nèi)虛外實；二倍焦距分大小，內(nèi)大外小）
(2)成實像時：物體靠近焦點，像會遠(yuǎn)離凸透鏡且像會變大；物體遠(yuǎn)離焦點，像會靠近凸透鏡且像會變小。（物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變小）
(3)可以利用u=2f時來測量凸透鏡的焦距。
2. 實像和虛像的區(qū)別:
分類 形成原因 接收 實例
實像 由來自物體的光會聚而成 既能被眼睛看到，又能被光屏接收到 照相機(jī)成像、投影儀成像、小孔成像
虛像 光沒有會聚，只是人眼逆著出射光的方向看，感到光是從虛像的位置發(fā)出的 只能被眼睛看到，不能被光屏接收到 平面鏡成像、海市蜃樓、凹透鏡成像、放大鏡成像
1. 照相機(jī)：利用u>2f時，成__________、__________的__________像的原理制成。
2. 幻燈機(jī)、投影儀、電影機(jī)：利用f3. 放大鏡：利用u倒立
凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用
縮小
實
倒立
放大
實
正立
放大
虛
1. 眼睛的成像原理與照相機(jī)的相同，晶狀體相當(dāng)于一個__________，視網(wǎng)膜相當(dāng)于__________，物體經(jīng)晶狀體后在視網(wǎng)膜上成__________、__________的__________像。
2. 晶狀體太厚時，折光能力太強，遠(yuǎn)處景物的像落在視網(wǎng)膜__________的為近視眼，需戴__________鏡來矯正。
3. 晶狀體太薄時，折光能力太弱，近處景物的像落在視網(wǎng)膜__________的為遠(yuǎn)視眼，需戴__________鏡來矯正。
凸透鏡
近視眼和遠(yuǎn)視眼
光屏
倒立
縮小
實
前方
凹透
后方
凸透
課本簡練
1.（八上P70活動改編）小紅在做“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗，她把一支點燃的蠟燭（如圖1-3-53）放在焦距為10 cm的凸透鏡前25 cm處。在凸透鏡的另一側(cè)調(diào)節(jié)光屏的位置可找到一個清晰的燭焰的像。這個像是下圖中的（ ）
D
2. （八上P71活動改編）若凸透鏡的焦距為10 cm。
（1）把一燭焰放在凸透鏡前6 cm處，可得到一個__________________________像。
（2）把一燭焰放在凸透鏡前15 cm處，可得到一個__________________________像。
（3）把一燭焰放在凸透鏡前22 cm處，可得到一個_________________________像。
正立、放大的虛
倒立、放大的實
倒立、縮小的實
3.（八上P75活動2改編）利用“紅外發(fā)熱人群檢測”裝置，每分鐘可以對500人實行快速檢測，同時監(jiān)控主機(jī)中的攝像頭可以對體溫異常者進(jìn)行人像采集，攝像頭的焦距為f。在采集過程中，被檢測人群應(yīng)位于攝像頭的（ ）
A．大于f處 B．小于f處
C．f與2f之間 D．大于 2f處
D
4. (八上P72自我評價與作業(yè)4改編)如圖1-3-54所示,小華用凸透鏡先后兩次觀察書本上的字,以下說法正確的是（ ）
A． 圖甲成的是實像
B． 圖乙成的是虛像
C． 圖甲中的成像規(guī)律可應(yīng)用于放大鏡
D． 圖乙中的成像規(guī)律可應(yīng)用于照相機(jī)
C
5.（八上P74活動1改編）在圖1-3-55中表示遠(yuǎn)視眼的是圖__________（填“甲”或“乙”）。近視眼應(yīng)配戴__________（填“凸透鏡”或“凹透鏡”）制成的眼鏡進(jìn)行矯正。
乙
凹透鏡
易錯精講
【例1】某同學(xué)在探究凸透鏡成像的規(guī)律時,在光屏上得到了一個清晰的燭焰的像（如圖1-3-56），為了使光屏上清晰的像變大些，下列調(diào)節(jié)方法可行的是（ ）
A． 將蠟燭適當(dāng)遠(yuǎn)離透鏡,光屏適當(dāng)靠近透鏡
B． 將蠟燭適當(dāng)靠近透鏡,光屏適當(dāng)遠(yuǎn)離透鏡
C． 將光屏適當(dāng)遠(yuǎn)離透鏡
D． 將透鏡適當(dāng)靠近光屏
易錯點1
凸透鏡成像規(guī)律的動態(tài)分析
B
思路點撥：（1）當(dāng)物距大于f時，凸透鏡成實像，物近像遠(yuǎn)像變大（相對于焦點來說）。因此，要使光屏上清晰的像變大或變小，移動物體（改變物距）的同時，也要移動光屏（改變像距）。（2）當(dāng)物距小于f時，凸透鏡成虛像,物近像近像變小（相對于凸透鏡來說）。
【變式1】探究凸透鏡成像的規(guī)律時，將焦距為10 cm的凸透鏡放置在光具座上50 cm刻度線處（如圖1-3-57）。在蠟燭從10 cm刻度線處逐漸移至45 cm刻度線處的過程中，燭焰成像大小的變化情況是（ ）
A. 一直變大
B. 一直變小
C. 先變大后變小
D. 先變小后變大
C
【例2】如圖1-3-58所示，P點位于凸透鏡2倍焦距處，F(xiàn)為凸透鏡的焦點，請作圖確定發(fā)光體上點A經(jīng)凸透鏡所成的像點A′的位置。
易錯點2
凸透鏡成像規(guī)律的作圖
如答圖1-3-16所示。
思路點撥：凸透鏡成實像時，折射光線相交形成像點；凸透鏡成虛像時，折射光線的反向延長線相交形成像點。因此，可以利用三條特殊光線的其中兩條來確定像點的位置。
【變式2】（2021廣東）如圖1-3-59所示，蠟燭的燭焰中心A在主光軸上距凸透鏡光心O二倍焦距以外。①根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，在圖甲中標(biāo)出A所成的像A′的大致位置；②借助輔助線或光路圖，在圖乙中找到A所成的像A′的確切位置，保留作圖痕跡。
如答圖1-3-17所示。
【變式3】在探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中，小新透過凸透鏡看到燭焰S的像點S′。請在圖1-3-60中畫出光路圖確定像點S′的位置，圖中O為光心，F(xiàn)為焦點（保留必要的作圖痕跡）。
如答圖1-3-18所示。
實驗 探究凸透鏡成像的規(guī)律(10年4考：2015年、2017年、2019年、2023年)
重點實驗
實驗名稱 探究凸透鏡成像的規(guī)律
實驗器材 凸透鏡、光具座、蠟燭、光屏、火柴、遮光板
考點歸納 （1）凸透鏡對光的作用：凸透鏡的會聚作用使光比原來更靠近主光軸
考點歸納 （2）凸透鏡焦距的測量：用平行光（太陽光或遠(yuǎn)距離的手電筒）垂直照射凸透鏡，在凸透鏡的另一側(cè)的光屏上承接到最小、最亮的光斑，用刻度尺測量該光斑到凸透鏡光心的距離，即是凸透鏡的焦距
（3）器材放置及要求：將凸透鏡固定在中間位置，左右兩側(cè)各放置蠟燭和光屏，同時讓燭焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度，目的是讓像成在光屏的中央
（4）無論怎樣移動光屏都找不到像的
原因：①燭焰在一倍焦距以內(nèi)成虛像；
②燭焰在一倍焦距上不成像；③燭焰、
凸透鏡和光屏的中心不在同一高度；
④成像太遠(yuǎn)，超出光具座的量程
考點
歸納 （5）成像變化情況：成實像時，要使光屏上的像變大，可以讓物體靠近凸透鏡，同時讓光屏遠(yuǎn)離凸透鏡
（6）用有圖形的發(fā)光二極管代替蠟燭的優(yōu)點：使成像更清晰、穩(wěn)定且容易對比像和物體的大小關(guān)系
（7）凸透鏡被遮擋一部分：光屏上成亮度稍暗的完整的像
（8）在光屏上畫方格子的優(yōu)點：方便比較像與物體的大小關(guān)系
（9）在凸透鏡前加凹透鏡（近視眼鏡的鏡片）后，像和像距都變大，光屏要遠(yuǎn)離凸透鏡才能承接到像
（10）實驗過程中，蠟燭會越燒越短，燭焰的位置越來越低，光屏上像的位置越來越高，為了使像繼續(xù)成在光屏中央，可將蠟燭或光屏向上移，或?qū)⑼雇哥R向下移
（11）實驗數(shù)據(jù)收集、記錄和表格的設(shè)計；像距和物距的關(guān)系圖像處理
實驗結(jié)論 u>2f，成倒立、縮小的實像；u=2f,成倒立、等大的實像；f考點應(yīng)用 照相機(jī)、幻燈機(jī)、投影儀、放大鏡、眼睛
【例】 【科學(xué)探究】在“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗中：
【實驗步驟1】
(1)一束平行于凸透鏡主光軸的光經(jīng)過凸透鏡后，在光屏上形成了一個最小、最亮的光斑，由圖1-3-61可知，凸透鏡對光具有__________作用，該凸透鏡的焦距是__________cm。
會聚
10.0
【實驗步驟2】
(2)將凸透鏡、蠟燭和光屏放在圖1-3-62甲的光具座上進(jìn)行實驗。若在圖中C位置上放置光屏，則B位置上應(yīng)放置__________；李安在安裝實驗裝置時出現(xiàn)如圖1-3-62乙所示的現(xiàn)象，造成這一現(xiàn)象的原因是___________________________________________，應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整的操作是___________________________________________。
凸透鏡
燭焰、透鏡和光屏的中心不在同一高度上
調(diào)整燭焰、透鏡和光屏的中心在同一高度上
【實驗操作】
(3)圖1-3-63是趙強同學(xué)用蠟燭、凸透鏡和光屏在光具座上研究凸透鏡成像規(guī)律的實驗裝置，其中明顯還需要調(diào)整的是________的高度；實驗一段時間后，蠟燭變短了，要使?fàn)T焰的像仍然成在光屏的中心，應(yīng)該將光屏向______移動，或者將蠟燭向______移動。
光屏
上
上
【實驗結(jié)論1】
(4)在圖1-3-63中，調(diào)整完實驗器材的高度后，當(dāng)蠟燭與凸透鏡的距離如圖所示時，在光屏上可得到一個清晰的像，這個像是__________（填“倒立”或“正立”）、__________（填“放大”“縮小”或“等大”）的像。生活中常用的__________(填“照相機(jī)”“投影儀”或“放大鏡”)就是利用這個原理制成的。
倒立
縮小
照相機(jī)
【實驗結(jié)論2】
(5)在（4）的基礎(chǔ)上，將蠟燭和光屏的位置互換，則光屏上的成像性質(zhì)是__________、__________的__________，這是因為光在折射時，光路是__________。生活中常用的__________(填“投影儀”“放大鏡”或“照相機(jī)”)就是利用這個原理制成的。
倒立
放大
實像
可逆的
投影儀
【實驗拓展1】
(6)在實驗中得到清晰的實像后，當(dāng)用黑色硬紙片遮住透鏡的上半部分，則所成的像_____________________（填“燭焰的像不完整”“會有紙片的像”或“燭焰的像變暗了”)。
燭焰的像變暗了
【實驗拓展2】
(7) 在圖1－3－63中，調(diào)整實驗裝置后，光屏上已成清晰的像，如果給凸透鏡戴上近視眼鏡后，為使光屏上再次呈清晰的像，應(yīng)將光屏向_______(填“左”或“右”)移動。
（8）將蠟燭在圖1-3-63的基礎(chǔ)上遠(yuǎn)離凸透鏡，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏應(yīng)向__________ (填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)凸透鏡的方向移動。若不移動光屏，則可在蠟燭和凸透鏡之間再放上一個焦距合適的__________
(填“凸透鏡”或“凹透鏡”)。
右
靠近
凹透鏡
考點1 凸透鏡成像的規(guī)律［10年7考：2015年(實驗)、2017年(實驗)、2019年(綜合)、2020年(填空)、2021年(作圖)、2022年(填空)、2023年(實驗)考查］
考點精練
1. 如圖1-3-64所示，燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心在同一高度，該凸透鏡的焦距為10.0 cm，凸透鏡的位置保持不變。以下說法正確的是（ ）
A. 當(dāng)蠟燭放在圖中A區(qū)域時，光屏應(yīng)放在圖中D區(qū)域才可能呈現(xiàn)清晰的像
B. 蠟燭從圖中位置逐漸遠(yuǎn)離透鏡時，所成的像會逐漸變小
C. 若無論怎么移動光屏，在光屏上都找不到像，則蠟燭可能放在圖中B區(qū)域
D. 若光屏上要得到一個放
大的像，則蠟燭應(yīng)該放在
圖中C區(qū)域
B
2. 【科學(xué)思維】點燃蠟燭，燭焰通過焦距為20 cm的凸透鏡甲成縮小的像。現(xiàn)用焦距為10 cm的凸透鏡乙替代凸透鏡甲，且保持燭焰和透鏡的位置不變，燭焰通過凸透鏡乙所成的像是（ ）
A. 縮小的實像 B. 放大的虛像
C. 倒立的虛像 D. 正立的實像
A
3. 【科學(xué)探究】（2023廣東）小明在學(xué)習(xí)了凸透鏡成像的規(guī)律后，繼續(xù)深入探究。選用下表中某一規(guī)格的凸透鏡做實驗，調(diào)整好器材后如圖1-3-65甲所示，此時燭焰在光屏上成放大的像。
實像
凸透鏡編號 焦距/cm 直徑/cm
① 5 3.5
② 5 4.5
③ 10 4.5
④ 15 4.5
（1）光屏上的像是實像還是虛像？__________。
（2）一段時間后，小明發(fā)現(xiàn)燭焰的像如圖1-3-65乙所示，此時將蠟燭向__________調(diào)節(jié)可以使?fàn)T焰的像移到光屏中央。
（3）小明選的凸透鏡焦距為__________cm。
（4）小明將蠟燭換成F字光源，調(diào)整了光源和光屏的位置，在光屏上仍可觀察到清晰的像，如圖1-3-65丙所示，則小明看到的像應(yīng)是__________（填字母）。
（5）小明認(rèn)為凸透鏡成像的規(guī)律還可能與凸透鏡的直徑有關(guān)。若要驗證其猜想，則可在表中選取編號為__________兩個凸透鏡進(jìn)行實驗驗證。
上
10
D
①②
考點2 凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用［10年4考：2015年(實驗)、2017年(實驗)、2022年(填空)、2024年(填空)考查］
4. 如圖1-3-66所示，小明通過焦距為15 cm的凸透鏡觀察到郵票正立放大的像。下列說法正確的是（ ）
A. 通過凸透鏡觀察到的像是實像
B. 郵票到凸透鏡的距離等于15 cm
C. 郵票到凸透鏡的距離小于15 cm
D. 郵票到凸透鏡的距離大于30 cm
C
5. （2024廣東）航空器的攝像頭相當(dāng)于________透鏡，遠(yuǎn)處的物體通過攝像頭成倒立、縮小的________(填“實”或“虛”)像。在攝像頭遠(yuǎn)離物體的過程中，像的大小將變__________。
凸
實
小
6. （2024廣元）“問天”學(xué)習(xí)小組在實驗室研究投影儀的成像特點（如圖1-3-67）。
（1）他們將投影片放在載物臺上，調(diào)節(jié)鏡頭的位置，屏幕上出現(xiàn)清晰、倒立、放大的實像，是因為投影片放在了距離鏡頭__________的位置。（只填下列正確選項前的序號）
A. 二倍焦距以外
B. 一倍焦距到二倍焦距之間
C. 一倍焦距以內(nèi)
B
（2）他們將投影片到鏡頭的距離調(diào)大，同時將鏡頭到屏幕的距離調(diào)小，當(dāng)屏幕上再次出現(xiàn)清晰的像時，與（1）中的像相比，像_________（填“變大”“不變”或“變小”）。
變小
考點3 近視眼和遠(yuǎn)視眼［10年1考：2017年(作圖)考查］
7. 【物理觀念】現(xiàn)代生活中，智能手機(jī)給人們帶來了許多便利，但長時間盯著手機(jī)屏幕容易導(dǎo)致視力下降。如圖1-3-68所示，關(guān)于遠(yuǎn)視眼及其矯正的原理圖正確的是（ ）
A. ①③ B. ②④ C. ①④ D. ②③
A
8. 【物理觀念】圖1-3-69甲是近視眼的成像示意圖，其中晶狀體相當(dāng)于凸透鏡，平行光經(jīng)過晶狀體等結(jié)構(gòu)未會聚在視網(wǎng)膜上。請在圖1-3-69乙的虛線框內(nèi)畫出適當(dāng)?shù)耐哥R進(jìn)行矯正，并將兩條光線的光路補充完整，使光線會聚在視網(wǎng)膜上的a點。
如答圖1-3-19所示。
考點4 跨學(xué)科實踐用“水透鏡”探究近視眼的形成原因?qū)嵺`
9. 有一種特殊鏡片b，如圖1-3-70所示，其厚度變化可通過抽出液體（或注入液體）來實現(xiàn)。為矯正近視，可調(diào)整為鏡片________（填“a”或“c”）佩戴。鏡片c對光有__________（填“會聚”或“發(fā)散”）作用；將某物體放在鏡片c前1 cm處，在鏡片的另一側(cè)透過鏡片能看到一個正
立放大的像，鏡片c的焦距__________
（填“大于”“等于”或“小于”）1 cm。
a
會聚
大于
10. 在6月6日全國愛眼日活動中，小睿用“水透鏡”制作了可變焦的眼睛模型，如圖1-3-71所示，此時蠟燭恰好在光屏上成清晰的像。當(dāng)小睿用注射器向“水透鏡”注水時，“水透鏡”變厚，像變模糊，這模擬了__________視眼的成因，如果想在光屏上呈現(xiàn)清晰的像，可以將__________透鏡放在“水透鏡”前面，相當(dāng)于給“眼睛”戴上了“眼鏡”。
近
凹
考點5 綜合真題
11. 【科學(xué)探究】(2019廣東）小明在用蠟燭作為光源完成“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗后，發(fā)現(xiàn)了蠟燭火焰飄忽不定、像與物體的對比較難判定等問題，小明和老師、同學(xué)一起對實驗裝置進(jìn)行了一系列創(chuàng)新，創(chuàng)新點如圖1-3-72所示：光具座上凸透鏡所在位置為零刻度，數(shù)值向左、向右依次增大；在標(biāo)有均勻格子的面板上制作字母“A”狀LED燈替代蠟燭；光屏上標(biāo)有同樣的均勻格子。
（1）請分析創(chuàng)新后實驗裝置的優(yōu)點：
①可以直接讀出物距以及__________;
②光屏上成像更清晰、__________；
③從光屏上可以準(zhǔn)確得出像與物體的
__________關(guān)系。
像距
穩(wěn)定
大小
（2）完成“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗后，還可以更換（或增加）實驗器材進(jìn)行拓展探究。請仿照示例寫出兩種不同方案。
項目 更換（或增加）實驗器材及操作 探究的問題
示例 用黑色紙片遮擋凸透鏡的一部分 探究凸透鏡沒被遮擋部分的成像情況
方案1 ①_____________________________ ②______________________________
方案2 ③_____________________________ ④______________________________
更換厚度更大的凸透鏡
探究焦距變化對成像的影響
將近視眼鏡放在凸透鏡前面
探究近視眼的矯正原理
12. （2022廣東）如圖1-3-73所示，電子蠟燭的“燭焰”通過凸透鏡在光屏上成一個清晰__________立的實像。利用這一成像規(guī)律可制成__________（填“照相機(jī)”“投影儀”或“放大鏡”）。若保持蠟燭和光屏的位置不變，僅將凸透鏡更換成另一個焦距相同、尺寸更大的凸透鏡，此時光屏上像的大小與原來的像對比應(yīng)__________（填“變大”“變小”或“不變”）。
倒
照相機(jī)
不變
13. （2020廣東）如圖1-3-74所示，將點燃的蠟燭及焦距為15 cm的凸透鏡固定在光具座上，要在光屏上承接到燭焰__________（填“正立”或“倒立”）、放大的清晰實像，需將光屏向________（填“左”或“右”）移動；一段時間后，蠟燭變短了，燭焰在光屏上成的像會向__________（填“上”或“下”）移。
倒立
右
上
14. 【科學(xué)探究】（2015廣東）用焦距為10 cm的凸透鏡做“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗，如圖1-3-75所示（凸透鏡的位置固定不動）。
(1)為了便于觀察實驗現(xiàn)象，實驗環(huán)境應(yīng)該__________（填“較亮”或“較暗”）一些。
較暗
(2)記錄實驗數(shù)據(jù)如下表，請將所缺的實驗數(shù)據(jù)和像的性質(zhì)補充完整。請根據(jù)實驗序號4的成像規(guī)律，寫出在生活中的一個應(yīng)用：③__________。
放大鏡
實驗序號 物距u/cm 像距v/cm 像的性質(zhì)
1 30 15 ①______________________
2 20 20 倒立、等大的實像
3 15 ②______ 倒立、放大的實像
4 6 — 正立、放大的虛像
倒立、縮小的實像
30
(3)若已在光屏上成清晰的像，此時用遮光布遮住凸透鏡的下小半部分，則所成的燭焰的像為_______________________________（填“不完整的像”“亮度相同的完整的像”或“亮度稍暗的完整的像”）。
(4)曉紅在早上9：00利用太陽光進(jìn)行觀察凸透鏡焦點的活動，她將凸透鏡與水平地面平行放置，調(diào)節(jié)凸透鏡到地面的距離，直至地面上出現(xiàn)一個最小的亮點，她認(rèn)為此點就是凸透鏡的焦點。你認(rèn)為她在活動過程中存在的問題是______________________
____________________________________________________________。
亮度稍暗的完整的像
凸透鏡沒有正對著太陽光

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