17讲 生活中的透镜、凸透镜成像规律（学生版） 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共26 页 初中物理自主招生讲义17 生活中的透镜、凸透镜成像规律 1．生活中的透镜 【知识点的认识】 一、照相机的原理 1 物体位于凸透镜2 倍焦距以外（μ＞2f），成倒立的、缩小的、实像。 像位于凸透镜的一倍焦距与二倍焦距之间。（f＜μ＜2f）。 物体与实像分别位于凸透镜的两侧。 利用照相机能成倒立的、缩小的、实像。 2 被照的物体位于镜头（凸透镜）的二倍焦点以外（μ＞2f ）。 物体与实像大小比较实像小于物体（像小）。 物距与像距大小比较像距小于物距（像距小）。 3．照相机主要构造： 镜头一般由几个透镜组成，相当于一个凸透镜。 胶卷相当于光屏，用来接收像。 机壳相当于暗室，胶卷上涂着一层对光敏感的物质。 调焦环可以调节镜头到胶卷的距离，在胶卷上形成清晰地像。 光圈可以控制从镜头射入的光线的多少，光圈上的数字越小，光圈就越大，进入镜头的光 就越多。快门可以控制曝光时间，数字表示秒的倒数。 4 ．照相机照相的特点 （1）物体到照相机镜头的距离要大于胶卷到照相机的距离。 第1 页/ 共26 页 （2）物体离照相机越远，物体在胶卷上所成的像越小，像的位置（胶卷到镜头的距离）越 近，暗箱越短。 （3 ）照相机胶卷上所成的像一定比物体小。 （4）物体和像在镜头（凸透镜）的两侧。 二、投影仪的原理 1 物体位于凸透镜的二倍焦距与一倍焦距之间（2f＞μ＞f）成倒立的、放大的、实像。 物体与实像大小比较实像大于物体（像大）。物距与像距大小比较像距大于物距（像距 大）。 2 ．投影仪主要构造 投影仪上有一个相当于凸透镜的镜头，来自投影片上图（物体）的光，通过凸透镜后会聚 在天花板上，形成图的像。 平面镜的作用是改变光的传播方向，使射向天花板的光能在屏幕上成像。 3 ．投影仪成像特点 （1）投影片到镜头的距离小于镜头到像的距离； （2）投影片离镜头越近，屏幕上所成的像越大，像到镜头的距离越大； （3）投影仪在屏幕上所成的像一定比图（物体）大。 三、放大镜原理 物体位于焦点以内，即μ＜f 时，成正立的、放大的、虚像。 第1 页/ 共26 页 2 ．放大镜成像特点 （1 ）物体被放大了 （2 ）物体和像在凸透镜的同侧 （3）放大镜离物体越近，所成的像越小；放大镜离物体越远（不超过焦距），所成的像越 大。 一．生活中的透镜（共1 小题） 1．我校师运用了人脸识别系统签到，老师们站在机器前05m～12m 处时，安装在墙上的人 脸识别系统的摄像机就可以对其面部特征进行快速核对。由此判断，人脸识别系统的摄 像机的镜头（ ） ．相当于凸透镜，焦距可能为04 m B．相当于凸透镜，焦距可能为01 m ．相当于凹透镜，焦距可能为04 m D．相当于凹透镜，焦距可能为01 m 2．探究凸透镜成像的规律 【知识点的认识】 （1）凸透镜成像规律：是指物体放在焦点之外，在凸透镜另一侧成倒立的实像，实像有缩 小、等大、放大三种．物距越小，像距越大，实像越大．物体放在焦点之内，在凸透镜同 一侧成正立放大的虚像．物距越小，像距越小，虚像越小． （2）设计并进行实验： 一、提出问题：凸透镜成像，像的大小、正倒、虚实跟物距有什么关系？ 二、实验器材：带刻度的光具座、蜡烛、光屏、透镜（焦距在10～20 m 之间）、刻度尺． 见实验装置图． 三、实验步骤：1、先测出透镜的焦距：让凸透镜在阳光下来回移动，找着最小、最亮的 点，用刻度尺量出亮点与凸透镜的距离，这就是这个凸透镜的焦距． 2、实验探讨像的大小、正倒、虚实跟物距的关系： 第1 页/ 共26 页 [方]①把透镜放在光具座标尺中央，从透镜的位置开始在左右两边的标尺上用粉笔标出等 于焦距和2 倍焦距的位置． ②点燃蜡烛，调整它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度． ③把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置上，调整光屏到透镜的距离，使烛焰在屏上成一个清 晰的像，观察像的大小、正倒，测出蜡烛与凸透镜、凸透镜与光屏间的距离．把数据记录 在表格中． ④继续把蜡烛向凸透镜靠近，观察像的变化是放大还是缩小，是正立还是倒立，蜡烛与凸 透镜、凸透镜与光屏的距离测出，将数据记录在表格中． ⑤当蜡烛到一定位置上时，光屏没有像，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像，把蜡烛与 凸透镜、像与凸透镜的距离，像是放大还是缩小的，像的正倒，填入表格中． 物距 （u） 像距 （v） 正倒 大小 虚实 应用 特点 物，像的位置关系 u＞2f 2f＞v＞f 倒立 缩小 实像 照相机、摄像机 ﹣ 物像异侧 u＝2f v＝2f 倒立 等大 实像 精确测焦仪 成像大小的分界点 物像异侧 2f＞u＞f v＞2f 倒立 放大 实像 幻灯机、电影、投影 仪 ﹣ 物像异侧 u＝f ﹣ ﹣ ﹣ 不成像 强光聚焦手电筒 成像虚实的分界点 ﹣ f＞u v＞u 正立 放大 虚像 放大镜 虚像在物体同侧 虚像在物体之后 物像同侧 【命题方向】 凸透镜成像规律及其探究实验是中考命题的热点． 例：小明同学用一个焦距未知的凸透镜、蜡烛、光屏、光具座探究凸透镜成像规律： （1 ）如图可知，该凸透镜的焦距是 m． （2）如图b 所示，若在光屏上（光屏未画出）能得到清晰放大的烛焰的像，则蜡烛可能置 第1 页/ 共26 页 于凸透镜左边、b、、d 四点中的 点上（P 是该凸透镜的2 倍焦距处），此成像特点可 应用在 上． （3 ）通过实验，小明发现蜡烛离凸透镜越远，光屏上得到的清晰像越 “ ” “ ” （填大或小）．把蜡烛向凸透镜靠近时，要在光屏上成清晰的像，光屏应 凸 “ ” “ ” 透镜（填靠近或远离），此时在光屏上成的清晰像是 “ ” “ 的（填倒立或正 ” 立）． （4）实验中，光屏上已成清晰的、缩小的像，此时小明固定蜡烛和凸透镜，在光屏和凸透 镜间放上自己所配戴的近视眼镜，若仍要在光屏上成清晰的像，则需将光屏向 “ ” “ ” （填 靠近 或 远离 ）凸透镜的方向移动，此时所成的清晰像为 像 “ ” “ ” （填实或虚）． 二．探究凸透镜成像的规律（共59 小题） 2 “ ” ．小明在光具座上做研究凸透镜成像的实验。当光屏、透镜及烛焰的相对位置如图所示 时，恰能在光屏上得到一个清晰的像。由此判断，当他把烛焰放在距透镜9m 的位置 时，则（ ） ．成倒立、放大的实像 B．不成像 ．成正立、放大的虚像 D．上述成像都有可能 3．某同学在实验室中探究凸透镜的成像规律，取来一个凸透镜，首先用平行光做了如图甲 所示的实验，然后用该透镜做蜡烛成像的实验，如图所示的四个实验情景中，能在光屏 上得到蜡烛清晰像的是（ ） ． B． 第1 页/ 共26 页 ． D． 4．小王同学将凸透镜及蜡烛、光屏置于光具座上（如图甲），做成像实验，记录每次成实 像的物距u，像距v，物像间距L（u+v），绘出图线乙（以f 为长度单位）。现代物理 “ ” 学中，有一个凸透镜成像的新概念：放大率＝ ＝ ．结合甲、乙两图可知， 下列说法不正确的是（ ） ．要想成实像，蜡烛与光屏的间距应满足L≥4f B．当物距u＝15f 时，则＝2 ．当物距u＝2f 时，则＝1 D．当物距u＞2f 时，则＞1 5．小军做凸透镜成像规律的实验时，将焦距为10m 的凸透镜固定在光具座上50m 刻度线 处，光屏和点燃的蜡烛分别位于凸透镜两侧，蜡烛放置在35m 刻度线处，如图所示。移 动光屏，直到在光屏上呈现烛焰清晰的像。下列说法中正确的是（ ） ．光屏上呈现的是烛焰的虚像 B．光屏上呈现的是烛焰正立的像 ．光屏上呈现的是烛焰放大的像 D．该实验现象能说明照相机的成像特点 6 “ ” ．小华同学在做研究凸透镜成像规律实验时，将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏调节到如图 所示的位置，光屏中心正好出现清晰的像（未画出）。下列说法中正确的是（ ） 第1 页/ 共26 页 ．该凸透镜的焦距一定为20m B．当蜡烛向透镜焦点移动的过程中，所成的像逐渐变大 ．随着蜡烛的燃烧蜡烛会变短，蜡烛在光屏上像的位置会下降 D．当蜡烛向远离透镜的方向移动时，要在光屏上得到清晰的像，光屏应远离透镜 7 “ ” “ ．如图所示，在探究凸透镜成像规律时，发光体P”在图中的光屏上成了一个清晰、等 “ 大的像，此时P”到透镜的距离是20m 。以下说法错误的是（ ） ．凸透镜的焦距是10m B．若发光体从该点远离凸透镜，则经凸透镜所成的像与照相机的成像特点相同 ．为了从不同方向观察光屏上的像，光屏应选用粗糙的平面 D．若发光体从该点逐渐靠近凸透镜，则经凸透镜始终能成放大的像 8．如图是用来研究凸透镜成像规律的实验装置示意图（光屏未画出），当蜡烛和凸透镜放 在图示位置时，移动光屏，在光屏上得到与物体等大的像。若透镜位置不变，将蜡烛移 到刻度为0 厘米处，则（ ） ．移动光屏，可以在屏上得到倒立放大的像 B．移动光屏，可以在屏上得到倒立缩小的像 ．移动光屏，可以在屏上得到正立放大的像 D．不论光屏移到什么位置，都不能在屏上得到清晰的像 9 “ ” ．如图是同学们依据探究凸透镜成像规律的实验数据绘制的物体到透镜的距离u 跟像到 透镜的距离v 之间关系图象，下列判断中正确的是（ ） 第1 页/ 共26 页 ．该凸透镜的焦距是15m B．当u＝5m 时，在光屏上能得到一个放大的像 ．当u＝19m 时成放大的像，投影仪是根据这一原理制成的 D．若把物体从距凸透镜16m 处移动到30m 处的过程中，像逐渐变小 10 “ ” ．在探究凸透镜成像规律的实验中，当点燃的蜡烛、凸透镜、光屏置于光具座如图所 示的位置时，下列说法正确的是（ ） ．此时在光屏上一定能得到一个倒立、放大、清晰的烛焰的像 B．透镜不动，将蜡烛和光屏的位置对调一下，一定能得到一个倒立、缩小、清晰的烛 焰的像 ．不论蜡烛放在凸透镜左方何处，去掉光屏而用眼睛从右向左沿主轴直接观察，一定能 看到清晰的烛焰的像 D．把凸透镜换成凹透镜，则不论蜡烛放在凹透镜左方何处，去掉光屏而用眼睛从右向 左沿主光轴直接观察，一定能看到清晰的烛焰的像 11 “ ” ．某班同学在探究凸透镜成像规律的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v 跟物 体到凸透镜的距离u 之间关系的图象，如图所示，下列判断正确的是（ ） ．该凸透镜的焦距是16m 第1 页/ 共26 页 B．当u＝12m 时，在光屏上能得到一个缩小的像 ．当u＝20m 时成放大的像，投影仪就是根据这一原理制成的 D．把物体从距凸透镜12m 处移动到24m 处的过程中，像逐渐变小 12 “ ” ．在探究凸透镜成像的规律实验中，实验桌上有光具座、蜡烛、光屏、焦距分别为 15m 和20m 的凸透镜L1和L2等器材，小明先将蜡烛、凸透镜、光屏正确安放在光具座 上，如图所示。下列说法正确的是（ ） ．若凸透镜是L1，小明能在光屏上看到烛焰清晰的像 B．若凸透镜是L1，小明将光屏向右移动适当的距离，光屏上能出现烛焰清晰的像 ．若凸透镜是L2，小明将光屏移到60m 刻度线处，光屏上能出现烛焰清晰的像 D．若凸透镜是L2，小明将光屏移到70m 刻度线处，光屏上能出现烛焰清晰的像 13．在凸透镜的主光轴上放一根木棒，端在2 倍焦距之外，而b 端在1 倍焦距与2 倍焦距 之间，如图所示，那么在另一侧所成的像是（ ） ．端变细，b 端变粗 B．端变粗，b 端变细 ．、b 端变粗 D．、b 端变细 14．如图，蜡烛在光屏上能成一清晰的像。如果沿直径对称地切除透镜很小的一部分，如 图所示，再把上半截透镜和下半截透镜B 向原主光轴位置合拢，则下列说法中正确的是 （ ） ．在图中，如果一只小飞虫恰好落在透镜上的P 点，不会在光屏上留下小飞虫的影子 B．在图中，如果蜡烛向透镜不断靠近，则所成的像一直变大 ．在b 图中，、B 合拢后，所成像情况与图相同，只是亮度变低 第1 页/ 共26 页 D．在b 图中，、B 合拢后，无论怎样移动光屏，在光屏上都不能成像 15．如图，S 为小电珠，它发出的光可看作由一点发出的。S 正对圆孔，到孔的距离为L， 透过圆孔的光在后面的光屏上得到一个圆斑，圆斑的直径是圆孔直径的2 倍。若在孔上 嵌一凸透镜，则光屏上立刻出现一个清晰的亮点，则该透镜的焦距、圆孔与光屏之间的 距离可能为（ ） ． ， B． ，L ．L，L D．L，2L 16 “ ” ．小明同学在光具座上做研究凸透镜成像的实验。当烛焰、透镜及光屏的相对位置如 图所示时，恰能在光屏上得到一个清晰的像。由此判断，他所用的凸透镜的焦距 （ ） ．一定小于8m B．一定大于20m ．一定在8m 到10m 之间 D．一定在10m 到16m 之间 17．在凸透镜成像时，当物体由远处向着透镜以速度v 匀速移近，直到位于透镜一倍焦距 的过程中（ ） ．像的移动方向与物体的移动方向总相反 B．像与物体间的距离先减小后增加然后又减小 ．像的移动速度先大于v 后小于v D．像的移动速度先小于v 后大于v 18．凸透镜成像时，当u＝12m 时成一倒立缩小的像，则当u＝6m 时不可能成的像是（ ） ．放大倒立的实像 B．放大正立的虚像 ．缩小倒立的实像 D．等大倒立的实像 19．物体离凸透镜22 厘米时，能在光上屏上得到一个清晰的倒立缩小的像，则下列判断正 确的是（ ） ．如果物距小于11 厘米时，一定不能成实像 第1 页/ 共26 页 B．如果物距等于11 厘米时，一定成放大的实像 ．如果物距大于11 厘米时，一定成放大的实像 D．改变物距，当像距为22 厘米时，在光屏上得到的是放大的像 20．如图所示，F1、F2是凸透镜的焦点，S 是放在凸透镜前的点光源，S′为S 经凸透镜所成 的像。当光源S 沿平行主轴的方向向透镜移动时（始终保持u＞f），像S′的移动情况是 （ ） ．沿平行主轴方向远离透镜移动 B．沿0 与S′连线方向远离透镜移动 ．沿F2与S′连线方向远离透镜移动 D．沿Fl与S′连线方向远离透镜移动 21．如图所示，将蜡烛放在凸透镜的2 倍焦距处，蜡烛焰心、凸透镜的光心、光屏的中心 在同一高度上，则其像在另一侧的位置和火焰像的指向（ ） ．主光轴的上方向上 B．主光轴的上方向下 ．主光轴的下方向上 D．主光轴的下方向下 22 “ ” ．琦琦同学在做探究凸透镜成像规律实验时用画像代替蜡烛，她在透明的玻璃板上用 黑色笔画了个画像，实际大小如图（甲）所示。把这个玻璃板放在光具座上，并用平行 光源对着玻璃板上的画像照射，如图（乙）所示。移动光屏直到在光屏成清晰像为止。 此时画像在光屏上所成的像是图中的哪一个？（ ） 第1 页/ 共26 页 ． B． ． D． 23．如图所示，B 为的中点，蜡烛烛焰通过凸透镜后在右侧的光屏上成一个清晰的缩小的 像，则凸透镜（ ） ．应该放在、B 之间的某处 B．应该放在B、之间的某处 ．应该放在B 点 D．可能放在蜡烛的左侧某处 24．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（ ） ．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 ．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 25 “ ” ．在探究凸透镜成像实验中烛焰在光屏上成一个清晰缩小的像，光屏离凸透镜的距离 为20m；当蜡焰距凸透镜的距离为30m 时，烛焰所成的像（ ） ．只可能是倒立缩小的实像 B．只可能是倒立放大的实像 ．只可能是正立放大的像 D．倒立放大、缩小或等大的实像都可能 26．如图，L ’ 是凸透镜，是它的主轴，B 是垂直主轴的光源，P 是垂直于主轴的光屏。当 光源和光屏到凸透镜的距离相等时，在光屏上得到清晰的像。如将B 向右移动任意一段 距离后（不越过L），再移动P，则在P 上（ ） 第1 页/ 共26 页 ．总能得到缩小的像 B．总能得到放大的像 ．可能得到放大的像，也可能得到缩小的像 D．可能得到放大的像，也可能得不到像 27．凸透镜的焦距为15m，当物体放在镜前60m 处时，所成的像是（ ） ．倒立缩小的实像 B．倒立等大的实像 ．倒立放大的实像 D．正立放大的虚像 28 “ ” ．某同学做观察凸透镜成像实验，如图所示，F 点到透镜的距离为一倍焦距，P 点到透 镜的距离为两倍焦距，透镜和光屏的位置不变。实验中可能看到的现象是（ ） ．蜡烛放在点时，光屏上会成明亮、清晰的像 B．蜡烛放在F 点时，光屏上会成等大、清晰的像 ．蜡烛放在F 点和点之间，光屏上会成放大的虚像 D．蜡烛放在B 点时，光屏上会成明亮、清晰的像 29．如图，F 是凸透镜的焦点，将点燃的蜡烛依次放在、b、、d 等位置，则在光屏上生成 最大的像时，蜡烛的位置是（ ） ．点 B．b 点 ．点 D．d 点 30．如图所示，在一个凸透镜的主光轴上距光心2 倍焦距的地方放一点光源S，在透镜的 另一侧距光心3 倍焦距的地方垂直于主光轴放置的屏上得到一个亮圆斑，若将透镜的上 半部遮住，则（ ） 第1 页/ 共26 页 ．屏上亮圆斑上半部消失 B．屏上亮圆斑下半部消失 ．屏上亮圆斑仍完整，但亮度减弱 D．屏上亮圆斑直径减小 31．在凸透镜成像实验中，测得透镜与物体B 及光屏之间的相对位置如图时，光屏上恰好 得到清晰的像，由此可知这个凸透镜的焦距应该是（ ） ．大于40 厘米 B．在20 厘米和40 厘米之间 ．在7 厘米和14 厘米之间 D．等于14 厘米 （多选）32．如图所示，将焦距为10m 的凸透镜固定在光具座50m 刻度线处，此时在光屏 中心已成烛焰清晰的像，下列说法正确的是（ ） ．此时烛焰在光屏上的成像特点与投影仪成像特点相同 B．若蜡烛和光屏不动，把透镜向左移动，可在光屏上呈现烛焰清晰放大的像 ．若蜡烛移至45m 刻度线处，移动光屏，可在光屏上呈现烛焰清晰放大的像 D．在图示中的烛焰和凸透镜之间放一副远视镜，将光屏左移可再次成清晰的像 （多选）33．凸透镜甲的焦距为9m，凸透镜乙的焦距为15m。把同一个物体分别放在甲、 乙前25m 处，通过这两个凸透镜都能在各自合适位置处的光屏上成清晰的像。下列说法 中正确的是（ ） ．甲透镜成像较大 B．乙透镜成像较大 第1 页/ 共26 页 ．甲透镜成倒立像