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第四章 神奇的透鏡
探究：凸透鏡成像的規(guī)律
第2節(jié)
02
掌握凸透鏡成像的規(guī)律。
03
體會實像和虛像的區(qū)別。
01
會正確使用相關(guān)實驗器材收集證據(jù)，探究凸透鏡成像的規(guī)律。
物體離照相機鏡頭比較遠(yuǎn)，成倒立縮小的實像；
物體離投影儀鏡頭比較近，成倒立放大的實像；
物體離放大鏡比較近，成正立放大的虛像。
請用小組實驗器材中的凸透鏡觀察課本上的文字，總結(jié)能看到放大的字的方法。
答案　并不是任何情況下都能看到放大的字，只有當(dāng)凸透鏡距離課本比較近的時候才能看到放大的字。
點燃的蠟燭
凸透鏡
光屏
光具座
一、探究：凸透鏡成像的規(guī)律
1.實驗器材
凸透鏡(已知焦距)、光具座(帶刻度尺)、蠟燭、光屏和火柴。
f
f
2f
2f
物距u
像距
v
2.相關(guān)概念
物距u：物體到透鏡光心的距離。如圖所示，物距為_______ cm；
像距v：像到透鏡光心的距離。如圖所示，像距為_______ cm。
30
60
3.實驗設(shè)計
在光具座上，將點燃的蠟燭從離透鏡較遠(yuǎn)的位置(2倍焦距外)逐漸靠近凸透鏡。調(diào)整光屏位置使?fàn)T焰發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡折射后，在光屏上成清晰的像；光屏上不能成像時，在光屏一側(cè)透過凸透鏡觀察燭焰的像。通過觀察分析得出凸透鏡成像的規(guī)律。
4.實驗步驟
(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____________。目的是使?fàn)T焰的像成在光屏的_________。
(3)改變物距，注意觀察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距時，蠟燭的成像情況，并填寫數(shù)據(jù)記錄表格。
同一高度
中央
(4)數(shù)據(jù)記錄表格
凸透鏡的焦距f=_____cm
實驗次數(shù) 物距u/cm 物距與焦距的關(guān)系 像的性質(zhì) 像距v/cm
虛實 大小 正倒 1 30 u > 2f 實像 縮小 倒立 15
2 20 u = 2f 實像 等大 倒立 20
3 18 2f >u >f 實像 放大 倒立 23
4 10 u =f 不成像
5 7 u 10
5.實驗分析
(1)________是成實像和虛像的分界點。物體在焦點以外成_______像，焦點以內(nèi)成_______像。即一倍焦距分虛實。
(2) _____________是成放大和縮小像的分界點。物體在二倍焦距以外成________的像，在二倍焦距以內(nèi)成________的像。沒有縮小的虛像。
(3)實像必異側(cè)_________，虛像必同側(cè)_________。(均選填“倒立”或“正立”)
(4)u＞v，像是_________的；u＜v，像是_________的。(均選填“放大”或“縮小”)
焦點
實
虛
二倍焦距
縮小
放大
倒立
正立
縮小
放大
物距u與焦距 f 的關(guān)系 像的性質(zhì) 像距v與焦距 f 的關(guān)系
正倒 大小 虛實 u>2f 倒立 縮小 實像 fu＝2f 等大 v＝2f
f2f
u＝f 折射光線平行射出，不能成像 uu
(5)實驗結(jié)論
成實像時，物體距離透鏡越近，像距離透鏡越________，像越________；物體距離透鏡越遠(yuǎn)，像距離透鏡越近，像越小。即成實像時，物近像遠(yuǎn)且大，物遠(yuǎn)像近且小。成虛像時，物體距離透鏡越近，像越_________，物體距離透鏡越遠(yuǎn)，像越_________。即物體越靠近焦點像越大。
遠(yuǎn)
大
小
大
6.反思交流
(1)在做實驗時，某同學(xué)無論怎樣移動光屏，都無法在光屏上觀察到燭焰的像。發(fā)生這一現(xiàn)象可能的原因有哪些
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(nèi)；
③蠟燭的位置在透鏡的_________上；
④像距過大，超過了光具座的量程。
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(zhì)是否變化，像是否完整 像的亮度有什么變化
光屏上像的性質(zhì)_________，還是_________的，但亮度會變________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(yīng)該怎樣進行調(diào)節(jié)
像將會向_________移動。調(diào)節(jié)方法：①將光屏向_________移動；②將蠟燭向_________移動；③將透鏡和光屏向_________移動。
不變
完整
暗
上
上
上
下
(4)實像與虛像有哪些不同
實像_________呈現(xiàn)在光屏上，虛像_________被光屏承接；實像總是_________的，虛像總是_________的；實像既有放大的，也有縮小的，還有等大的，但是虛像只有_________的。
能夠
不能
倒立
正立
放大
某實驗小組用一凸透鏡做“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗，進行了以下實驗步驟：
(1)將凸透鏡正對太陽，在另一側(cè)移動光屏，距凸透鏡10 cm處，光屏接收到一個最小、最亮的光斑，由此可知該凸透鏡的焦距為________ cm。
10
(2)如圖所示，將光具座上點燃的蠟燭的燭焰、透鏡、光屏三者的中心調(diào)節(jié)在_____________，移動光屏始終找不到像，這是因為透鏡與蠟燭的距離_________(選填“大于”“等于”或“小于”)10 cm所致，應(yīng)將蠟燭向　　_________(選填“左”或“右”)移動一段距離后，才能在光屏上得到燭焰清晰的像。
同一高度
小于
左
(3)把蠟燭移動到B處，移動光屏可得到_________(選填“放大”或“縮小”)的像，再將蠟燭移動到A處，并移動光屏可得到_________(選填“放大”或“縮小”)的像，此時光屏與透鏡的距離_________(選填“大于”或“小于”)10 cm。
放大
縮小
大于
解析　(1)由題意知，最小、最亮的光斑是焦點，所以焦距為10 cm；(2)為使像能成在光屏的中央，將光具座上點燃的蠟燭的燭焰、透鏡、光屏三者的中心調(diào)節(jié)在同一高度處；在光屏上找不到像，物距小于焦距，成虛像；要在光屏上成像，應(yīng)將蠟燭移動到1倍焦距之外，所以應(yīng)將蠟燭向左移動；(3)把蠟燭移動到B處，此時物距為50 cm－36 cm=14 cm，處于1倍和2倍焦距之間，成倒立、放大的實像；若在A處，物距為50 cm－23 cm=27 cm，大于2倍焦距，所以成倒立、縮小的實像，此時像距處于1倍和2倍焦距之間，所以光屏與透鏡的距離大于10 cm。
二、照相機
請閱讀教材第92頁迷你實驗室，完成以下內(nèi)容：
1.照相機的鏡頭相當(dāng)于___________，照相機內(nèi)部的底片相當(dāng)于實驗中的_________，在照相機的底片上形成_________、_________的________像。
凸透鏡
光屏
倒立
縮小
實
2.照相機成像的特點
(1)物體到鏡頭的距離(物距)大于底片到鏡頭的距離(像距)。
(2)物體離照相機鏡頭越遠(yuǎn)，物體在底片上所成的像越小，像(底片)的位置到鏡頭的距離越近，暗箱越短。
(3)像和物體在鏡頭(凸透鏡)兩側(cè)。
(4)物體在底片上成的是_________、縮小的實像。
倒立
(2024·濟南萊蕪區(qū)模擬)在一些超市，消費者結(jié)賬時可以使用刷臉支付。結(jié)賬時，消費者站在攝像頭前約1 m的位置，面對鏡頭，系統(tǒng)進行掃描拍照來確認(rèn)信息。對于此過程，下列說法正確的是(　　)
A.進行掃描拍照的鏡頭是一個凸透鏡，焦距可能是2 m
B.如果讓自己的像變小一點，消費者應(yīng)該靠近鏡頭
C.“刷臉”時，面部經(jīng)攝像頭成正立、縮小的虛像
D.“刷臉”時，面部應(yīng)位于攝像頭2倍焦距之外
D
1.如圖甲，測出凸透鏡的焦距，并利用此凸透鏡做“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗，當(dāng)蠟燭、透鏡、光屏位置如圖乙時，在光
屏上可成清晰的像。下列說法正確的是(　　)
A.凸透鏡的焦距是40 cm
B.圖乙中燭焰成的是倒立放大的像
C.放大鏡成像特點與圖乙中所成像的特點相同
D.將蠟燭遠(yuǎn)離凸透鏡，保持凸透鏡、光屏位置不變，燭焰可在光屏上成清晰的像
B
2.小明在做“探究凸透鏡成像的規(guī)律”的實驗時，所用凸透鏡的焦距為15 cm。將如圖所示的蠟燭放在距離該透鏡35 cm處時，蠟燭在光屏上所成清晰的像是(　　)
B
3.(多選)在做“探究凸透鏡成像實驗”時，將焦距為10 cm的凸透鏡和蠟燭放在光具座上，位置如圖所示，則在光屏上(　　)
A.成倒立放大的實像
B.成倒立縮小的實像
C.光屏上不會得到像
D.像距大于20 cm
AD
4.一個物體到凸透鏡的距離是30 cm時，在光屏上得到一個放大的實像，若把物體沿凸透鏡的主光軸移到距離凸透鏡45 cm處，則成像的情況是(　　)
A.放大的實像
B.縮小的實像
C.等大的實像
D.上述三種情況都有可能
D
5.【實驗名稱】　探究凸透鏡成像規(guī)律
【設(shè)計實驗與進行實驗】
(1)實驗器材：刻度尺、蠟燭、凸透鏡、光屏。
(2)如圖甲所示，從左到右分別放置蠟燭、凸透鏡和光屏。
A.只需要將三者中心調(diào)至同一高度
B.需將三者中心調(diào)至同一高度并在同一直線上
其中說法_________正確(填序號)。
正確調(diào)整后，不斷改變蠟燭與凸透鏡間的距離，并移動光屏進行實驗，所獲得的數(shù)據(jù)如下表：
B
實驗序號 物體到凸透鏡的距離/cm 光屏上的像到凸透鏡的距離/cm
1 40 13.3
2 30 15
3 20 20
4 15 30
5 10 光屏上沒有像
6 8 光屏上沒有像
【分析與論證】
(3)當(dāng)凸透鏡成實像時，物距增大，像距_________。
(4)如圖乙所示，光屏應(yīng)移至_________區(qū)域才能找到清晰的像。
(5)觀察燭焰經(jīng)凸透鏡所成正立、放大的虛像，人眼應(yīng)透過凸透鏡向_________(選填“左”或“右”)觀察。
(6)在整理器材時，香香同學(xué)偶然在凸透鏡上看到了身后景物正立、縮小的像，它的成像原因是光的__________(選填“直線傳播”“反射”或“折射”)。
減小
B
左
反射
解析　攝像頭是利用物體位于凸透鏡二倍焦距之外成倒立、縮小的實像的原理工作的，即2f＜1 m，則焦距應(yīng)小于0.5 m；“刷臉”時，面部應(yīng)位于攝像頭兩倍焦距之外，經(jīng)攝像頭成倒立、縮小的實像；要使得像變小，就要增大物距，即刷臉時消費者應(yīng)該遠(yuǎn)離鏡頭。
解析　由圖甲知，此凸透鏡的焦距為40 cm－30 cm=10 cm；圖乙中，物距u=12 cm，像距v=23 cm，像距大于物距，由凸透鏡成像規(guī)律可知，圖乙中燭焰成的是倒立放大的實像，不符合放大鏡的成像特點；因為凸透鏡成實像時，物距增大，像距減小，所以將蠟燭遠(yuǎn)離凸透鏡，保持凸透鏡、光屏位置不變，則在光屏上不能成清晰的像，要想在光屏上成清晰的像，應(yīng)將光屏向靠近透鏡的方向移動。
解析　由題意知：f=15 cm，則2f=30 cm，蠟燭到凸透鏡的距離即物距u=35 cm＞2f，根據(jù)凸透鏡成像的規(guī)律，此時成倒立、縮小的實像。
解析　由圖知蠟燭到凸透鏡的距離是16 cm，焦距為10 cm，物體處于凸透鏡的1倍和2倍焦距之間，所以此時成倒立放大的實像，像距大于2倍焦距。
解析　根據(jù)凸透鏡成像的規(guī)律，由第一次成放大的實像可以知道f＜u＜2f，即f＜30 cm＜2f，由此可判斷焦距的范圍是15 cm＜f＜30 cm。當(dāng)物距為45 cm時，物距肯定大于焦距，但由于焦距f在15 cm到30 cm之間，不能確定物距與二倍焦距2f的關(guān)系，所以三種成像情況都有可能。

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