資源簡介

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第三章 光和眼睛
3.6 凸透鏡成像規律
逐點
導講練
課堂小結
作業提升
課時講解
1
課時流程
2
探究凸透鏡的成像規律
凸透鏡的應用——放大鏡
從身邊的問題出發：
老人用放大鏡閱讀；用攝像機拍攝航天員王亞平的太空授課；用投影儀播放教學圖片。這些都與透鏡的使用有關。為了讓透鏡更好地為我們服務，我們需要認識凸透鏡的成像規律。
科學探究
猜想與假設:是科學探究的重要環節之一，是對問題中事物的因果性、規律性進行的假定性解釋。猜想不是胡猜亂想,要根據已有的理論、自己的經驗和所收集到的有關資料、事實以及人類特有的想象力、創造力提出解決問題的猜想與假設。
知識點
探究凸透鏡的成像規律
1
1. 凸透鏡成像的三個物理量
(1)焦距：凸透鏡的焦點到光心的距離，用f 表示。
(2)物距：景物到___________的距離叫做物距，用u 表示。
(3)像距：像到____________的距離叫做像距，用v 表示。
凸透鏡光心
凸透鏡光心
2. 實驗探究
(1)提出問題：利用凸透鏡能成什么樣的像？成像情況與哪些因素有關？
(2)猜想與假設：可能成倒立的實像；也可能成正立的虛像。成像情況可能跟物距u、透鏡的焦距f 都有關系。
(3)設計實驗與制訂計劃
研究方法：保持凸透鏡焦距不變，改變物距，研究成像情況。記錄物距、像距，總結物距和像距與焦距的關系，并觀察記錄像的情況(大小、倒正、虛實)。
科學探究
設計實驗與制訂計劃：
為了便于收集實驗證據，使實驗能夠有序進行，都要制訂計劃與設計實驗，這是探究過程中不可缺少的重要環節。它承上啟下，決定著猜想與假設能否得到驗證。
此環節中，我們要注意的是：
(1)明確探究目的和已有條件，經歷制訂計劃與設計實驗的過程；
(2)考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識；
(3)選擇科學探究的方法及所需要的器材；
(4) 明確實驗中的注意事項。
實驗器材：如圖2所示。
(4)進行實驗與收集證據
實驗步驟：①了解確認凸透鏡的焦距f。如果不知道，就利用手電筒或太陽光聚焦法測量出來并記錄。
②將蠟燭、凸透鏡和光屏按圖3 依次放在光具座上。點燃蠟燭，調節凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心跟燭焰的中心大致在同一高度上。
目的：成像在光屏中央。
③把凸透鏡固定在光具座的中部，蠟燭移到光具座一端(物距較大)，移動光屏，直到光屏上出現清晰的像。觀察像的倒正以及縮放情況，填入記錄表，并把對應的物距和像距數值也填入記錄表。
④逐漸減小物距，調節光屏位置，分別觀察記錄每次對應的物距、像距和像的特征，填入記錄表，直到蠟燭靠近凸透鏡。至少要能在光屏上得到兩個縮小的清晰的像和一個等大的、一個放大的清晰的像。
⑤當無論怎樣移動光屏都得不到像時，拿掉光屏，直接用眼睛透過透鏡觀察蠟燭，把看到的像的大小、倒正以及對應的物距記錄下來。
操作點撥
安裝器材時，為什么要調節光屏、透鏡、燭焰三者中心在同一高度上？
答：其目的是為了使燭焰的像完整地呈現在光屏中間。調節操作對應的現象
燭焰 凸透鏡 光屏 像
移動方向 向上或向下 不動 不動 向下或向上
不動 向上或向下 不動 向上或向下
不動 不動 向上或向下 不動
實驗表格
透鏡焦距f=10 cm
實驗
序號 物距
u/cm 像距
v/cm 成像情況 像與物同
側或異側
倒立或正立 放大或縮小 實像或虛像
1 40 13.3 倒立 縮小 實像 異側
2 30 15 倒立 縮小 實像 異側
3 20 20 倒立 等大 實像 異側
4 15 30 倒立 放大 實像 異側
5 10 —— —— —— —— ——
6 8 —— 正立 放大 虛像 同側
科學方法
作圖法：為了使要解決的問題更加直觀，作出示意圖以方便問題解決。
凸透鏡成像情況：利用三條特殊光線作出成像光路圖來解釋，更加形象、具體，成像情況一目了然。
(5)分析與論證
分析實驗數據和現象，歸納得出凸透鏡成像的規律。
物距u 像距v 成像的情況 成像光路圖
像性質 像位置
u>2f f異側
u=2f v=2f 倒立、等
大的實像 像物
異側
2f>u>f v>2f 倒立、放
大的實像 像物異側
u=f —— 不成像(折
射光線為
平行光) ——
uu 正立、放
大的虛像 像物同側
實驗問題點撥
實驗中若出現無論怎樣移動光屏都不能得到清晰的像，主要從以下幾個方面分析：
(1)燭焰、凸透鏡和光屏的中心高度差太大；
(2)物體到透鏡的距離小于或等于焦距；
(3)物體到透鏡的距離大于焦距，但太靠近焦點；
(4)凸透鏡的焦距太大等。
規律口訣
用簡化記憶法把對凸透鏡成像規律的進一步認識編成六句口訣記憶：
(1) 一倍焦距分虛實；(2) 二倍焦距分大小；
(3) 實像總是異側倒；(4) 虛像總是同側正；
(5)成實像，物近像遠像變大；
(6)成虛像，物近像近像變小。
例 1
[ 中考·金昌] 吳江小組進行“探究凸透鏡成像規律”實驗，實驗桌上備有帶支架的蠟燭、光屏、一個凸透鏡、平行光光源（接通電源后可發出平行光）、光具座等器材，他們進行了如下操作并得出了相關結論。
(1)如圖4 甲所示，讓平行光光源正對著凸透鏡照射，把光屏置于另一側，改變光屏與凸透鏡間的距離，直到光屏上出現一個最小最亮的光斑，測得凸透鏡的焦距是 _________cm。
10.0
思路導引：平行光線經凸透鏡折射后在光屏上出現一個最小最亮的光斑即為凸透鏡的焦點處，焦點到凸透鏡的距離為60.0 cm-50.0 cm=10.0 cm，則凸透鏡的焦距是10.0 cm。
(2)將蠟燭、透鏡和光屏放在光具座上，并使燭焰、透鏡和光屏三者的中心大致在__________。
同一高度
思路導引：蠟燭、凸透鏡、光屏，三者在同一條直線上，燭焰、透鏡和光屏三者的中心大致在同一高度，像才能成在光屏的中心。
(3)吳江小組按照實驗步驟做了四次實驗，如圖乙所示是第一次實驗中蠟燭、透鏡和光屏的位置。
實驗序號 物距u/cm 像距v/cm 像的性質
1 40 13 △
2 20 20 倒立、等大的實像
3 13 40 倒立、放大的實像
4 6 無 正立、放大的虛像
①吳江小組忘了記錄第1 次像的性質，表格中標有“△”的位置像的性質是__________________；
②當燭焰從遠處靠近透鏡時，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏應________(填“遠離”或“靠近”)透鏡；
③第4 次實驗中，光屏上接收不到像；在透鏡的右側觀察，看到的像在透鏡的_________(填“左”或“右”)側。
倒立、縮小的實像
遠離
左
思路導引：①已知凸透鏡的焦距是10.0 cm；根據表中序號為1 的數據可知，40 cm ﹥ 2f，2f ﹥13 cm ﹥ f，所以成倒立、縮小的實像；②光屏上仍然得到清晰的像說明凸透鏡成實像，凸透鏡成實像時，物距減小，像距增大，所以當燭焰從遠處向透鏡靠近時，光屏應向遠離凸透鏡的位置移動。
③由凸透鏡成像規律可知，此時物體處于一倍焦距之內時，成的是正立、放大的虛像，而且物像在同一側，因此要想看到這個像，應從凸透鏡的右側（在光屏一側）透過凸透鏡去觀察，看到的像在透鏡的左側。
1. [ 中考·甘孜州] 在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，凸透鏡的焦距是10 cm，按照實驗要求安裝好實驗器材，如圖5 所示。
(1) 點燃蠟燭，當蠟燭、凸透鏡在圖示位置時，移動光屏，在光屏上______ (填“能”或“不能”)得到清晰的像。
(2) 保持凸透鏡位置不變，將光屏移回至50 cm 刻度處，把蠟燭移至15 cm 刻度處后，再將光屏向______ (填“左”或“右”)移動到適當位置，能在光屏上得到清晰的_______ (填“正立”或“倒立”)、 _______(填“放大”或“縮小”)的像。
不能
右
倒立
放大
1.關注物距的特殊點
一倍焦距分虛實，二倍焦距分大小。
f 是實像和虛像的分界點。u>f，成實像；u2f是放大像和縮小像的分界點。 u>2成，f縮小的實像；f注意 ：
(1)利用光具座進行實驗時，凸透鏡的焦距不能太大，否則物距與像距的和將會大于光具座的總長度，導致很難找到清晰的像。
(2)實驗過程中，隨著蠟燭的燃燒，燭焰逐漸下移，此時會看到燭焰所成的清晰的像往光屏上部移動，應將光屏向上部移動或將透鏡向下移動。
(3)如果燭焰在透鏡的一倍焦距處或一倍焦距以內，無論怎樣移動光屏都不會在光屏上找到像。
(4)燭焰所成的像不太穩定，且光的亮度較小，可以選擇亮度較大的發光二極管，因為二極管的成像穩定，實驗時效果較好。
3.看圖識別，判斷像的性質
成實像時，根據題目所給圖片，比較物體和光屏到透鏡的距離大小。
若u>v，則成倒立、縮小的實像；
若u若u=v，則成倒立、等大的實像。
例2
[ 中考·連云港] 在探究“凸透鏡成像規律”的實驗中，下表是小華同學實驗時記錄的幾組數據，根據表中數據完成下列問題：
實驗次數 物距u/cm 像距v/cm 成像性質
1 30 15 倒立、縮小實像
2 20 20 倒立、等大實像
3 15 倒立、放大實像
(1)此凸透鏡的焦距為_______ cm。
10
思路導引：由表中第2 次實驗的數據，物距等于像距，物像等大，可知，此時u ＝ 2f ＝ 20 cm，則f ＝ 10 cm，即該凸透鏡的焦距為10 cm。
(2)第3 次實驗中像距為 _______cm，判斷依據是___________________。
30
光折射時，光路可逆
思路導引：比較1、3 實驗數據可知，第1 次實驗的像距等于第3 次實驗的物距，因此第3 次實驗的像距等于第1 次實驗的物距，即表格中像距數據為30。判斷的依據是：光折射時，光路可逆。
4.判斷凸透鏡焦距的方法
方法一：利用焦距概念。焦點到光心的距離就是焦距；
方法二：利用圖像。成等大實像時，u=v=2f；
方法三：利用凸透鏡成像規律。根據題意列出物距、像距跟焦距之間的關系式，解不等式獲取焦距的范圍。
知識點
凸透鏡的應用——放大鏡
2
1. 放大鏡 通常選用焦距比較短的凸透鏡作為放大鏡。通過放大鏡人們可以將一些較小的、眼睛看不清的物體放大，看得更清楚。
2. 工作原理 當物距小于凸透鏡的一倍焦距（u3. 使用放大鏡時，將物體放在凸透鏡的焦點以內 ，對著凸透鏡觀察，就可以看到物體正立、放大的虛像。
正立
放大
例 3
[ 中考·山西] 小亮在重陽節送給奶奶一個臺式放大鏡，如圖6所示，放大鏡的焦距為25 cm。奶奶正確使用這個放大鏡看書時( )
A. 書與放大鏡之間的距離應等于25 cm
B. 書與放大鏡之間的距離應小于25 cm
C. 看到的是倒立、放大的虛像
D. 看到的是正立、放大的實像
B
思路導引：正確使用這個放大鏡看書時，放大鏡成正立、放大的虛像，需滿足u ＜ f ＝ 25 cm，即書與放大鏡之間的距離應小于25 cm，故B 正確，A、C、D 錯誤。
5.熟記放大鏡的成像規律
放大鏡：利用凸透鏡成正立、放大的虛像的規律來工作。使用時物體要放在凸透鏡的一倍焦距以內。成虛像時，物近像近像變小。
不同厚度的放大鏡，其放大的倍數不相同，凸透鏡越厚，焦距越小，放大倍數越大。
探究凸透鏡成像規律
1. 凸透鏡成像規律及其應用：
物距u 像的性質 應用
正倒 大小 虛實 像距v
u＞2f 倒 縮小 實 2f＞v＞f 照相機、攝像機
u＝2f 倒 等大 實 v＝2f 測焦距
2f＞u＞f 倒 放大 實 v＞2f 投影儀、幻燈機
u＝f 不成像
u＜f 正 放大 虛 v＞u 放大鏡
探究凸透鏡成像規律
2. 凸透鏡成像中物體與像的移動規律：凸透鏡成實像時，若凸透鏡不動，物體向上移動，像會向下移動。 若物體不動，凸透鏡向上移動，像也向上移動。
3. 凸透鏡成像規律：(如圖所示)

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