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第五章 透鏡及其應用
探究凸透鏡成像的規律
第3節第一課時
01
通過實驗探究并知道凸透鏡成像的規律。
02
通過探究活動，體驗科學探究的過程和基本研究方法 。
03
體會實驗探究活動在認識事物過程中的重要意義，建立生活與物理知識的聯系.樂于探索自然現象和日常生活中的物理學道理。
復習： 照相機、投影儀、放大鏡的成像情況
物體離照相機鏡頭比較遠，成倒立、縮小的實像。
投影片離投影儀鏡頭比較近，成倒立、放大的實像。
物體離放大鏡很近，成正立、放大的虛像。
可見凸透鏡所成像的虛實、大小、正倒跟物體離凸透鏡的距離（即物距）有關系。
有什么關系呢？
用放大鏡近距離看書，看到文字被放大，可是用放大鏡看遠處的物體時，卻看到物體成了倒立縮小的像。
同樣是凸透鏡，物體到凸透鏡的距離不同，成像特點不同。為何成像特點會有如此大的差別呢？凸透鏡成像遵循什么規律呢？
探究凸透鏡的成像規律
【提出問題】　凸透鏡所成像的虛實、大小、正倒跟哪些因素有關？
【猜想假設】　①可能與物體到透鏡的 有關。
事例：照相機、投影儀和放大鏡的成像特點不同，是因為物體到透鏡的距離不同。
②可能與凸透鏡的 有關。
事例：同一物體通過照相機成像，當照相機的焦距改變時(調焦)，凸透鏡所成像的大小會改變。
③像的正倒很可能跟它與物體是否在同側有關。
事例：照相機與投影儀，物體和所成的像分居在凸透鏡的 側；通過放大鏡觀察物體，物體和像在透鏡的 側。
距離
焦距
兩
同一
物距u
像距v
【設計實驗】
(1)相關概念
①物距u：物體到透鏡光心的距離。如圖所示，物距為 cm；
②像距v：像到透鏡光心的距離。如圖所示，像距為 cm；
③焦距f：焦點到凸透鏡光心的距離。
30
60
我們可以把物體放在距凸透鏡較遠的地方，然后逐漸移近，觀察成像的情況。由于凸透鏡對光的偏折程度跟透鏡的焦距f 有關系，所以研究物距u的變化時，焦距f可能是個應該注意的參照距離。比如，我們可以注意觀察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……時物體成像的情況。
f
F
O
凸透鏡
光屏
物體
2f
像距v
物距u
f = 10cm
發光體—燭焰
光屏
(2)實驗器材：凸透鏡(焦距為10 cm)、蠟燭、光屏、火柴、光具座。
【實驗過程】
(1)在光具座上放置蠟燭、凸透鏡、光屏時，透鏡放在光具座標尺中央。
(2)調整凸透鏡、蠟燭(燭焰的中心)、光屏的高度，使它們的中心大致在
。目的是使燭焰的像成在光屏的 。
同一高度
中央
實驗 次數 物距與焦距 的關系 物距 u/cm 像的性質 像距
v/cm
虛實 大小 正倒 1
凸透鏡焦距
f=10 cm
u＞2f
30
實像 縮小 倒立
15
(4)數據記錄表格
像與物距的關系
實驗 次數 物距與焦 距的關系 物距 u/cm 像的性質 像距
v/cm
虛實 大小 正倒 2
u=2f
20
實像 等大 倒立
20
凸透鏡焦距
f=10 cm
實驗 次數 物距與焦距 的關系 物距 u/cm 像的性質 像距
v/cm
虛實 大小 正倒 3
f＜u＜2f
15
實像 放大 倒立
30
凸透鏡焦距
f=10 cm
實驗 次數 物距與焦距 的關系 物距 u/cm 像的性質 像距
v/cm
虛實 大小 正倒 4 u=f 10
凸透鏡焦距
f=10 cm
不成像
實驗 次數 物距與焦距 的關系 物距 u/cm 像的性質 像距
v/cm
虛實 大小 正倒 5
u＜f
7
虛像 放大 正立
凸透鏡焦距
f=10 cm
(5)實驗結論
物距u和焦距f的關系 像的性質 像的位置 像距v和焦 距f的關系 應用
舉例
正立 或倒立 縮小 或放大 實像 或虛像 與物同側 或異側 u>2f 倒立 縮小 實像 異側 fu=2f 倒立 等大 實像 異側 v=2f -
f2f 投影儀
u=f 不成像 u【交流與討論】
(1)在做實驗時， 某同學無論怎樣移動光屏， 都無法在光屏上觀察到燭焰的像。發生這一現象可能原因有哪些？
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；
③蠟燭的位置在透鏡的 上。
同一高度
一倍焦距
焦點
(2)用卡片把透鏡遮住一部分，光屏上得到燭焰的像性質是否變化？像是否完整？像的亮度有什么變化？
答案　光屏上像的性質不變，還是完整的，但亮度會變暗些。
(3)蠟燭長度變短時，像在光屏上的位置怎樣變化？為了使像仍成在光屏的中央，應該怎樣進行調節？
答案　像將會向上移動。調節方法：①將光屏向上移動；
②將蠟燭向上移動；
③將透鏡和光屏向下調節。
(2024·無錫模擬)小明在探究凸透鏡成像特點時，將蠟燭、凸透鏡、光屏放置在如圖所示位置，光屏上恰好出現等大的清晰的像，當他不小心用手指尖觸摸到了凸透鏡時，光屏上　　　(選填“會”或“不會”)有他指尖的像，此凸透鏡的焦距為　　　 cm。當蠟燭被移至57 cm刻度處，無論怎樣移動光屏，光屏上始終接收不到像，要想觀察到像可以從凸透鏡的　　(選填“左”或“右”)側用眼睛觀察，生活中的　　 　是利用這個原理制成的。
不會
10.0
左
放大鏡
不小心用手指尖觸摸到了凸透鏡時，因為手指與凸透鏡的距離小于焦距，不成實像，所以光屏上不會有指尖的像。蠟燭恰好在光屏上成倒立、等大的像，由凸透鏡成像規律可知，此時
u=v=70.0 cm -50.0 cm =20.0 cm=2f
則f=10.0 cm。
當蠟燭被移至57 cm刻度處，此時物距是7.0 cm，物距小于焦距，成正立、放大的虛像，光屏上始終接收不到像，且像和物在凸透鏡的同一側，因此要想看到這個像，應從凸透鏡的左側透過凸透鏡去觀察。放大鏡是利用物距小于焦距，成正立放大的虛像這個原理制成的。
A.實驗中隨著蠟燭消耗，像在光屏位
置如圖，要使像回到光屏中央，要
把凸透鏡向上調節
B.如圖位置凸透鏡成像原理和照相機相同
C.若把圖中蠟燭向左移，光屏向右移動才能看到清晰的像
D.若把圖中光屏移走，蠟燭移到45 cm處，眼睛在A位置能看到蠟燭正立
的像
1.(2024·阜陽期中)在用調節好的光具座“探究凸透鏡成像規律”實驗中，選用的凸透鏡焦距為10 cm，下列分析或做法中正確的是(　　)
D
2.(2024·南陽開學考)小紅同學在做“探究凸透鏡成像規律”的實驗時，當凸透鏡、蠟燭和光屏處在如圖所示的位置時，燭焰在光屏上成清晰的像，下列說法正確的是(　　)
A.利用這一成像規律可制成幻燈機
B.要使光屏上燭焰的像變小，只需將
蠟燭靠近凸透鏡
C.實驗中，蠟燭越燒越短，光屏上燭焰的像向上移動
D.為了便于從不同方向觀察光屏上的像，光屏應選用較光滑的玻璃板
C
3.(2024·開州階段練習)小明在光具座上從左向右依次放蠟燭、凸透鏡、光屏探究凸透鏡成像的規律，實驗數據如下表。下列說法正確的是(　　)
B
實驗序號 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
A.該凸透鏡的焦距為 20 cm
B.從第1次實驗到第 5 次實驗，成在光屏上的像越來越大
C.當物距 u=45 cm時，移動光屏，可在光屏上成倒立、放大的實像
D.第5次實驗后，在貼近凸透鏡左側放一眼鏡片，向右移動光屏，能在光
屏上成清晰的像，則眼鏡片對光起會聚作用
恰好在光屏上成清晰的實像，生活中的　　 　(選填“照相機”“投影儀”或“放大鏡”)就是利用了這樣的成像原理；在圖乙中，小南將一凹透鏡置于蠟燭和凸透鏡之間，發現光屏上的像變模糊了，為了在光屏上再次得到清晰的像，保持蠟燭和凸透鏡的位置不變，應將光屏向　　(選填“左”或“右”)移動。
4.(2024·重慶南岸區模擬)如圖甲所示，小南在“探究凸透鏡成像的規律”實驗中，一束平行于主光軸的光通過凸透鏡后在光屏上得到一個最小最亮的光點，則凸透鏡的焦距為　　　 cm；如圖乙所示，燭焰
10.0
投影儀
右
實驗中隨著蠟燭消耗，像逐漸向上移，要使像回到光屏中央，要把凸透鏡和光屏向下調或將蠟燭向上調，故A錯誤；
凸透鏡焦距為10 cm，此時物距為15.0 cm，在一倍和兩倍焦距之間，成的是倒立、放大的實像，與投影儀成像原理相同，照相機成的是倒立、縮小的實像，故B錯誤；
成實像時，“物遠像近像變小”，所以若把圖中蠟燭向左移，物距變大，則像距變小，光屏向左移動才能看到清晰的像，故C錯誤；
蠟燭移到45 cm處，此時物距小于一倍焦距，成的是正立的虛像，虛像與物在同側，所以把圖中光屏移走，在光屏一側，即A位置能看到蠟燭正立的像，故D正確。
由題圖知，蠟燭放在2倍焦距之外，所以此時成縮小、倒立的實像，照相機是根據這個原理制成的，而幻燈機是根據物距處于f和2f之間時，成放大、倒立的實像原理制成，故A錯誤；
要使光屏上的燭焰的像變小，蠟燭應遠離
凸透鏡，同時要將光屏靠近凸透鏡，故B
錯誤；
蠟燭越燒越短，光屏上燭焰的像會向上移動，故C正確；
為了便于從不同方向觀察光屏上的像，光屏應選用較粗糙的毛玻璃板，故D錯誤。
當物距和像距相等時，成倒立、等大的實像，則有u=v=2f=20 cm，解得該凸透鏡的焦距f=10 cm，故A錯誤；
根據凸透鏡成像的規律，從第1次實驗到第5次實驗，物距逐漸變小，則像距逐漸變大，同時像變大，故B正確；
實驗序號 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
實驗序號 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
當物距u=45 cm時，物距大于二倍焦距，所以可在光屏上成倒立、縮小的實像，故C錯誤；
第5次實驗后，在貼近凸透鏡左側放一眼鏡片，向右移動光屏，能在光屏上成清晰的像，說明成像延遲，則眼鏡片對光起發散作用，故D錯誤。
平行于主光軸的光線經凸透鏡后
會聚在主光軸上一點，這點是凸透鏡的
焦點，焦點到光心的距離是凸透鏡的焦
距，所以凸透鏡的焦距為
f=60.0 cm-50.0 cm=10.0 cm
由題圖乙知，物距小于像距，根據凸透鏡成像的規律可知，此時成倒立、放大的實像，應用是投影儀。
凹透鏡放在蠟燭和凸透鏡之間，對光線有發散作用，使原來會聚成像的光線延后會聚，像的位置會遠離凸透鏡，則光屏向右遠離凸透鏡時，光屏上會再次成清晰的像。

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