凸透镜成像的规律知识讲解基础

凸透镜成像的规律（基础）撰稿：史会娜审稿：蒙阿妮【学习目标】1.理解凸透镜成像规律；2.知道凸透镜成像倒立、缩小（或放大）实像的条件及应用；3.知道凸透镜成正立、放大虚像的条件；4.掌握探究凸透镜成像的过程。能在探究活动中，初步获得提出问题的能力，通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法，学习从物理现象中归纳科学规律的方法。【要点梳理】知识点一、探究凸透镜成像规律1、实验目的：观察凸透镜成各种像的条件2、实验器材：凸透镜、光具座、蜡烛、光屏、火柴3、实验步骤：（1）共轴调节,把蜡烛、凸透镜、光屏依次摆放在光具座上。点燃蜡烛，调整蜡烛、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。（2）把蜡烛放在较远处，使2uf，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像。观察这个像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小。测量像距和物距。（3）把蜡烛移向凸透镜，让蜡烛到凸透镜的距离等于2f，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像。观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小。测量像距和物距。（4）把蜡烛再靠近凸透镜，让蜡烛到凸透镜的距离在2fuf，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像。观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小。测量像距和物距。（5）把蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛在凸透镜的焦点上，移动光屏，看是否能够成像（6）把蜡烛移动到凸透镜的焦点以内，移动光屏，在光屏上还能看到烛焰的像吗?（7）表格：透镜焦距f=cm物距与焦距的关系物距u/cm像的性质像距v/cm实虚大小正倒2uf2uf2fufufuf要点诠释：1、测量凸透镜的焦距：利用平行光源或太阳光粗测凸透镜的焦距。（实验室提供的凸透镜的焦距有5cm、10cm和30cm，我们所选的透镜最好在10cm—20cm之间，太大或太小都不方便）。2、操作过程中，应固定好蜡烛、凸透镜，然后移动光屏，直到在光屏上得到一个清晰的像为止，读出物距与像距的大小。3、当物距小于焦距时，无论怎样移动光屏，在光屏上也找不到物体的像。此时应去掉光屏，透过凸透镜观察火焰的成像情况。知识点二、凸透镜成像规律1、【高清课堂：《凸透镜成像的规律》】凸透镜成像的规律和应用见下表：物的位置像的位置像的性质应用举例u＞2f2f＞v＞f物像异侧缩小、倒立、实像照相机，眼睛u=2fv=2f等大、倒立、实像特点：实像大小转折点2f＞u＞fv＞2f放大、倒立、实像幻灯，电影机u=f不成像特点：像的虚实转折点u＜f物像同侧放大、正立、虚像放大镜2、凸透镜的成像规律可以联想它的应用来加以记忆，典型的三个应用是：照相机、幻灯机和放大镜，它们都是利用凸透镜成像规律制成的。弄清这些仪器的原理，头脑中有使用这些仪器时的情景，就不难记住凸透镜成像的规律了。要点诠释：1、总结凸透镜成像规律，可简要归纳成“一焦分虚实，二焦分大小；成实像时，物近像远像变大；成虚像时，物近像近，像变小。”（1）“一焦分虚实”：物体在一倍焦距以内成虚像，一倍焦距以外成实像。（2）“二焦分大小”：物距小于二倍焦距，成放大的像，（焦点除外）；物距大于二倍焦距成缩小的。（3）“成实像时，物近像远像变大”：成实像时，物体靠近透镜，像远离透镜，像逐渐变大。（4）“成虚像时，物近像近像变小”：成虚像时，物体靠近透镜，像也靠近透镜，像逐渐变小。【典型例题】类型一、探究凸透镜成像规律1.（2012岳阳）在探究凸透镜成像的实验中，（1）让凸透镜正对着太阳，得到图甲所示的光路图，由图可知，凸透镜对光线有作用，该凸透镜的焦距为cm；（2）利用图乙装置进行以下操作：①如果烛焰在光屏上的像偏高，应将光屏向（选填“上”或“下”）调节；②当烛焰距凸透镜30cm时，移动光屏，可以在光屏上得到一个清晰的倒立、（选填“放大”或“缩小”）的实像，在照相机和投影仪中，成像情况与此类似的是；③将蜡烛移到距凸透镜5cm处，无论怎样调节光屏，光屏上始终接收不到清晰的像，这时应从侧透过凸透镜直接观察（选填“左”或“右”）。【思路点拨】（1）测量凸透镜焦距的方法：平行光聚焦法，亮点为焦点，焦点到光心的距离为就焦距。（2）做实验时要注意，为使所成像能在光屏的中心，必须使烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度上；已知凸透镜的焦距和烛焰到凸透镜的距离，根据凸透镜成像规律可以判定成像的性质。【答案】（1）会聚；10（2）上；缩小；照相机；右【解析】（1）阳光通过凸透镜后相交于一点，说明凸透镜对光线有会聚作用；在地面上得到的亮点即为凸透镜的焦点，焦距指的是焦点到光心的距离。由此可知该凸透镜的焦距为10cm；（2）①为使所成像能在光屏的中心，必须使烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度上。由于烛焰在光屏上像的位置偏高，要想使像成在光屏中央，应将光屏向上调节；②因为物距u=30cm＞2f，所以物体通过凸透镜成倒立、缩小的实像；成倒立、缩小、实像这一特点的应用是照相机；③当物距u=5cm＜f时，物体通过凸透镜成放大的虚像，并且虚像和物体在同一侧。所以应从右侧透过凸透镜直接观察。【总结升华】题目考查了粗测焦距的方法和凸透镜成像规律。让太阳光经凸透镜会聚成最小最亮的光斑，用刻度尺测出亮斑到凸透镜的距离即为焦距；当u＞2f时，凸透镜成倒立缩小的实像，应用是照相机；当u=2f时，凸透镜成倒立等大的实像，应用是测焦距；当f＜u＜2f时，凸透镜成倒立放大的实像，应用是投影仪；当u=f时，不成像；当u＜f时，成正立放大的虚像，应用是放大镜。2.（2011淮安）小明用凸透镜、蜡烛、光屏和刻度尺等器材，探究凸透镜成像的规律。（1）如图所示，将凸透镜正对着太阳光，把光屏置于另一侧，改变光屏与凸透镜间的距离，直到光屏上出现一个的光斑，测得凸透镜的焦距是cm。（2）小明将蜡烛、凸透镜和光屏的中心调到同一高度，无论怎样移动光屏，都不能得到清晰的像的原因。（3）实验一段时间蜡烛变短，要使烛焰像仍然成在光屏的中心，应将光屏向移动。【答案】（1）最小、最亮；10（2）物距小于焦距，像是虚像（3）上【解析】（1）太阳光可以近似看为平行光源，将凸透镜正对着太阳光，太阳光经凸透镜后将会聚在焦点。所以把光屏置于另一侧，改变光屏与凸透镜间的距离，直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑。这个光斑便为焦点。测出光斑到凸透镜的距离，便是焦距。由图知，凸透镜的焦距是10cm。（2）蜡烛、凸透镜和光屏的中心调到同一高度，仍不能得到清晰的像，这说明此时成的是虚像或者物距小于焦距。（3）实验一段时间蜡烛变短，由于凸透镜成的是倒立的实像，所以成的像将靠近光屏的上方。所以应向上移动光屏。【总结升华】此题主要考查了粗略测量凸透镜焦距的方法，关键是掌握焦点和焦距的概念。同时考查了实验过程中经常出现的两个问题，在平时遇到问题要善于分析原因。举一反三：【变式】如图所示，小明用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像规律”的实验。（1）凸透镜的焦距是10cm，当烛焰在图示位置时，移动光屏可以在光屏上得到一个倒立、的实像。在照相机和投影仪中，成像情况与此类似的是。（2）实验中，蜡烛越烧越短，光屏上烛焰的像（选填“向上”、“向下”或“不”）移动。【答案】（1）放大；投影仪（2）向上类型二、凸透镜成像规律的应用3.（2011包头）一物体放在距凸透镜20cm处时，在另一侧距凸透镜6cm处的光屏上出现了一个清晰的像。那么该透镜的焦距可能是（）A．3cmB．5cmC．7cmD．9cm【思路点拨】根据凸透镜成像规律，物距大于像距，成倒立缩小实像，这时的物距大于2倍焦距，像距小于2倍焦距大于1倍焦距，根据数学知识求焦距的范围。【答案】B【解析】由题意知，物体经凸透镜后成的是实像，物距为20cm，像距为6cm，物距大于像距。根据凸透镜成像的规律：20cm＞2f，所以f＜10cm——①f＜6cm＜2f，所以3cm＜f＜6cm——②综合①②得：3cm＜f＜6cm。所以B选项正确。【总结升华】此题主要考查了凸透镜成像规律的应用。要熟记凸透镜成像的规律，特别是物距与像距之间的关系。举一反三：【变式】（2012三明）点燃的蜡烛放置在离凸透镜15cm处，在凸透镜的另一侧得到一个倒立、放大的烛焰像，则该凸透镜的焦距可能为（）A．5cmB．10cmC．15cmD．20cm【答案】B4.在探究凸透镜成像规律的实验中，当凸透镜、光屏和烛焰的位置如图所示时，光屏上能成一清晰的像。则（）A．所成的像是正立缩小的实像B．所成的像是倒立缩小的实像C．把蜡烛向左移动，调整光屏的位置，得到的像变小D．把蜡烛向右移动少许，调整光屏的位置，得到的像变小【答案】C【解析】由图知：f＜u＜2f，v＞2f，此时光屏上成倒立放大的实像，所以A、B说法错误；当把蜡烛向左移动时，物距变大，像距变小，光屏上得到的像变小，所以C说法正确；当把蜡烛向右移动时，物距变小，像距变大，光屏上得到的像变大，所以D说法错误。【总结升华】要求学生能从图中获取信息，然后利用所学规律分析解答问题，这是考试中常见的题型，考查学生的分析能力。此题的关键是掌握凸透镜成像的规律。搞清像距、像的大小与物距之间的关系。举一反三：【变式1】（2011山西）如图所示，小梦同学在“探究凸透镜成像规律”的实验时，烛焰在光屏上成了一个清晰的像，下列说法正确的是（）A．利用这一成像规律可制成幻灯机B．实验中，蜡烛越烧越短，光屏上烛焰的像向上移动C．为了便于从不同方向观察光屏上的像，光屏应选用较光滑的玻璃板D．要使光屏上烛焰的像变小，只须将蜡烛靠近凸透镜【答案】B【变式2】【高清课堂：《凸透镜成像的规律》例3】有时透过盛满水的玻璃杯能看见握着杯子的手指比实际的手指要粗些，这是什么原因？【答案】答：因为盛满水的玻璃杯相当于一个放大镜。