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第五章 透鏡及其應(yīng)用
第三節(jié) 凸透鏡成像的規(guī)律
1.理解凸透鏡成像的規(guī)律。
2.知道凸透鏡所成像的正倒、大小、虛實(shí)與物距的關(guān)系。
3.進(jìn)一步學(xué)習(xí)凸透鏡成像規(guī)律在生活中的綜合應(yīng)用。
用放大鏡近距離看書(shū)，看到文字被放大，可是用放大鏡看遠(yuǎn)處的物體時(shí)，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(diǎn)不同。為何成像特點(diǎn)會(huì)有如此大的差別呢？凸透鏡成像遵循什么規(guī)律呢？
凸透鏡所成像的虛實(shí)、大小、正倒跟什么因素有關(guān)系？
①可能與物體到透鏡的距離有關(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可能與凸透鏡的焦距有關(guān)。
支持事例： 同一物體通過(guò)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。
實(shí)驗(yàn)：探究凸透鏡成像的規(guī)律
提出問(wèn)題
猜想假設(shè)
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
如何組裝實(shí)驗(yàn)裝置？凸透鏡、蠟燭、光屏如何放置？
注意：調(diào)整蠟燭、光屏的高度，使?fàn)T焰、凸透鏡、 光屏的中心大致在同一高度。
1.實(shí)驗(yàn)裝置：凸透鏡、蠟燭、光屏、火柴、光具座
F
2F
2F
物距u
像距 v
物距u：物體到 的距離；
像距v：像到 的距離。
凸透鏡中心
凸透鏡中心
F
2.物距和像距
3.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。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(shí)物體成像的情況。
f
F
O
凸透鏡
光屏
物體
2f
像距v
物距u
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
1.實(shí)驗(yàn)步驟
①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同一高度。
目的是為了使?fàn)T焰的像成在光屏的中央。
②將凸透鏡固定在光具座中間40cm刻度處，把蠟燭放在較遠(yuǎn)處，使物距u＞2f，移動(dòng)光屏，直到光屏上出現(xiàn)清晰的燭焰的像，觀察并記錄像的大小和正倒，同時(shí)測(cè)出此時(shí)的物距u和像距v。
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 物距與焦距 的關(guān)系 物距 u/cm 像的性質(zhì) 像距
v/cm
虛實(shí) 大小 正倒 1
凸透鏡的焦距：
f=10 cm
u＞2f
30
實(shí)像 縮小 倒立
15
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，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(cè)出物距u和像距v，并將數(shù)據(jù)記錄在表格中。
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 物距與焦 距的關(guān)系 物距 u/cm 像的性質(zhì) 像距
v/cm
虛實(shí) 大小 正倒 2
凸透鏡的焦距：
f=10 cm
u=2f
20
實(shí)像 等大 倒立
20
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，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(cè)出物距u和像距v ，記錄在表格中。
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 物距與焦距 的關(guān)系 物距 u/cm 像的性質(zhì) 像距
v/cm
虛實(shí) 大小 正倒 3
凸透鏡的焦距：
f=10 cm
f＜u＜2f
15
實(shí)像 放大 倒立
30
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(在焦點(diǎn)處) ，移動(dòng)光屏，光屏上不成像；眼睛過(guò)透鏡也看不到虛像。
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 物距與焦距 的關(guān)系 物距 u/cm 像的性質(zhì) 像距
v/cm
虛實(shí) 大小 正倒 4 u=f 10 不成像 ——
凸透鏡的焦距：
f=10 cm
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)，移動(dòng)光屏，光屏上不成像，眼睛過(guò)透鏡，能看到虛像，記錄像的正倒和大小。測(cè)出物距u，記錄在表格中。
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 物距與焦距 的關(guān)系 物距 u/cm 像的性質(zhì) 像距
v/cm
虛實(shí) 大小 正倒 5 ——
凸透鏡的焦距：
f=10 cm
u＜f
6
虛像 放大 正立
視頻演示——《探究凸透鏡成像的規(guī)律》
2.數(shù)據(jù)記錄
實(shí)驗(yàn) 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(shí) 大小 正倒 1 30 u > 2f 實(shí)像 縮小 倒立 15
2 20 u = 2f 實(shí)像 等大 倒立 20
3 15 2f >u >f 實(shí)像 放大 倒立 30
4 10 u =f 不成像 5 6 u 像與物距的關(guān)系
凸透鏡的焦距 f=10 cm
分析與論證
1.在實(shí)驗(yàn)中，你能發(fā)現(xiàn)實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)在什么位置嗎？
2.在實(shí)驗(yàn)中，你能發(fā)現(xiàn)放大的像和縮小的像的分界點(diǎn)在什么位置嗎？
焦點(diǎn)是實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)
二倍焦距是縮小像和放大像的分界點(diǎn)
3.什么情況下像和物體在凸透鏡兩側(cè)？什么情況下像和物體在凸透鏡同側(cè)？
成實(shí)像時(shí)物像異側(cè)；成虛像時(shí)物像同側(cè)
物距減少，像距增大
即物像同方向移動(dòng)
像跟著物體在移動(dòng)
4.當(dāng)凸透鏡成實(shí)像時(shí)，隨著物距的減少，像距是怎樣變化的？
物距 像的特點(diǎn) 像的位置 應(yīng)用
正倒 大小 虛實(shí) 同側(cè)或異側(cè) 像距 u>2f
u=2f
fu=f
u1.一倍焦距分虛實(shí)，二倍焦距分大小。
2.凸透鏡所成的實(shí)像都是倒立的，虛像都是正立的
倒立
縮小
實(shí)像
異側(cè)
f照相機(jī)
倒立
等大
實(shí)像
異側(cè)
v=2f
測(cè)焦距
倒立
放大
實(shí)像
異側(cè)
v＞2f
投影儀
不成像
正立
放大
虛像
同側(cè)
放大鏡
凸透鏡成像的光路分析及其應(yīng)用
F
2F
F
2F
2f
2f
f
f
1.物距大于2倍焦距，即u＞2f 時(shí)
①物距 u>2f 時(shí)， 成倒立、縮小的實(shí)像，像距v f應(yīng)用于照相機(jī)：物距u＞2f 時(shí) ，成倒立、縮小的實(shí)像，像距 f＜v＜2f
物體
鏡頭
膠片
F
2F
F
2F
2.物距u ： f＜u＜2f 時(shí)
物距U ： f＜u＜2f 時(shí) ，成倒立、放大的實(shí)像，像距 v>2f
2f
2f
f
f
應(yīng)用于投影儀：物距f＜u＜2f 時(shí) ，成倒立、放大的實(shí)像，像距 v>2f
f
2f
F
2F
F
2F
3.物距u＜f 時(shí)
當(dāng)物距u應(yīng)用：放大鏡
f
F
2F
F
2F
4.物距u=2f 時(shí)
f
2f
2f
當(dāng)物距u=2f時(shí)，凸透鏡成倒立、等大的實(shí)像，像距v=2f
f
F
2F
F
2F
物距 u=f 時(shí)，折射光線不能會(huì)聚，反向延長(zhǎng)線也不能會(huì)聚。
5.物距u=f 時(shí)
2f
當(dāng)物距u=f 時(shí)，凸透鏡不成像。
物距u 像的性質(zhì) 物與像 的位置 像距v 光屏能 否承接 應(yīng)用
u>2f 倒立 縮小 實(shí)像 異側(cè) 2f>v>f 能 照相機(jī)
u＝2f 倒立 等大 實(shí)像 異側(cè) v＝2f 能 測(cè)焦距
f2f 能 投影儀
u＝f 不成像 獲得平行光
uu 不能 放大鏡
表格總結(jié)——凸透鏡成像規(guī)律
1.小明在探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，蠟燭與光屏分別置于凸透鏡兩側(cè)，保持凸透鏡的位置不變，先后把蠟燭放在如圖所的a、b、c、d四點(diǎn)，分別調(diào)整光屏的位置。當(dāng)把蠟燭位于______點(diǎn)時(shí)，屏上出現(xiàn)放大的像；當(dāng)蠟燭位于_______點(diǎn)時(shí)，無(wú)論怎樣移動(dòng)光屏，在光屏上都找不到像。
a
b
c
d
F
2f
b或c
d
2.小周同學(xué)在探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)時(shí)，在光屏上得到清晰的與燭焰等大的像，保持凸透鏡位置不變，為了得到清晰縮小的像，他應(yīng)該（ ）
A.讓蠟燭遠(yuǎn)離透鏡，同時(shí)讓光屏也遠(yuǎn)離透鏡
B.讓蠟燭遠(yuǎn)離透鏡，同時(shí)讓光屏靠近透鏡
C.讓蠟燭靠近透鏡，同時(shí)讓光屏也靠近透鏡
D.讓蠟燭靠近透鏡，同時(shí)讓光屏遠(yuǎn)離透鏡
B
3.將物體放在凸透鏡前16厘米處，在光屏上得到倒立縮小的像，則凸透鏡的焦距可能是（ ）
Ａ.10cm Ｂ.7cm
Ｃ.8cm Ｄ.16cm
B

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