5.3 凸透镜成像的规律（含解析）

0 1 学习目标 02 预习导学 第五章 透镜及应用 第3 节 凸透镜成像的规律 课程标准 学习目标 探究并知道凸透镜成像的 规律。 1．理解凸透镜的成像规律。 2．知道凸透镜成放大、缩小实像和虚像的条件。 （一）课前阅读： 预习：请同学们认真阅读课本P97--98 页内容，思考并且回答下面的问题： （1）怎样测量凸透镜的焦距？ （2）在光具座上放置蜡烛、凸透镜、光屏时，谁在中间？ （3）为使像成在光屏，实验中烛焰、凸透镜和光屏还应满足怎样的位置关系？ （4）怎样固定蜡烛？怎样利用光具座上的刻度确定物距、像距？ （5）怎样在光屏上得到一个清晰的像？ （6）如何观察虚像？ （二）基础梳理 53 凸透镜成像的规律 一、实验：探究凸透镜成像规律 1 实验器材： 、蜡烛、透镜、光屏。 2 实验步骤： 【加油站1】 （1）在光具座上依次放置蜡烛、 、光屏。 （2）点燃蜡烛，调整凸透镜、光屏高度，使它们的 。 （3）让烛焰通过凸透镜成放大实像，记下此时的物距、像距。 （4）分别让烛焰通过凸透镜成等大实像、缩小实像、放大虚像，重复上述实 验操作。 3 实验结论： 物距u 变 化 像的性质 像距v 变 化 应用 倒正 大小 实虚 u>2f 逐 渐 减 小 倒立 缩小 实像 2f>v>f 逐 渐 增 大 照相机 u=2f 倒立 等大 实像 v=2f 测焦距 2f>u>f 倒立 放大 实像 v>2f 投影仪 u=f 不成像 平行光 u<f 正立 放大 虚像 放大镜 4 实验常考点： （1）实验在较暗的环境下进行，使实验现象 。 （2）实验前调整烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度， 目的：使像成在 。 （3）蜡烛燃烧变短，光屏上的像会向 移动，为了使像仍在光屏中央，可 采取： 向 移动蜡烛。 B 向 移动光屏。 向 移动凸透镜。 （4）实验中，如果光屏上找不到像，原因可能是： 烛焰、凸透镜和光屏的中心没有在同一高度。 B 物距小于或等于一倍焦距，不成实像。 物距太小，像距太大，超过了光具座的范围。 （5）成清晰实像时，蜡烛与光屏位置互换，仍能成清晰的像。因为折射光路 。 1 如何测焦距： 怎样测量凸透镜的焦距？ （让凸透镜正对着太阳 光，拿一张白纸在它的另 一侧来回移动，直到纸上 的光斑最小最亮，用刻度 尺测出光斑到凸透镜中心 的距离，即为该凸透镜的 焦距）。 【加油站2】 凸透镜成像规律： 一焦分虚实（即物体在一 倍焦距以内成虚像，一倍 焦距以外为实像） 二焦分大小（即物距小于 二倍焦距，成放大的像； 大于二倍焦距成缩小的 像） 实像异侧倒（成实像时， 物和像总在透镜的两侧， 且像是倒立的） 物远像近小（物体离透镜 （三）预习作业 1（2023 四川泸州）小明在探究凸透镜成像规律时，安装好器材，调节蜡烛、凸透镜与光屏在如图所示的 位置，在光屏上得到清晰的像，则凸透镜的焦距为 _________m。固定凸透镜位置，他将蜡烛移到15m 刻 度处，为了在光屏上得到清晰的像，接下来小明应该进行的操作是 ________________；生活中应用这一规 律的光学器材是 ________。 2．（2023 重庆）小刚用焦距为10m 的凸透镜探究凸透镜成像的规律，当蜡烛、凸透镜、光屏三者高度 如图所示时，适当调节__________的高度后便可开始实验；当蜡烛距凸透镜25m 时，移动光屏，在光屏 上承接到一个清晰缩小的像，生活中的__________就是根据该成像规律制成的；把蜡烛适当靠近凸透镜， 应将光屏____（选填“靠近”或“远离”）凸透镜，才能再次承接到清晰的像。 （6）用纸板遮住透镜部分或凸透镜部分破损缺失，光屏上仍能成 的像，不 过像变暗。 （7）成实像时，保持蜡烛、透镜位置不变，撤去光屏，仍能成像： 因为实像是由实际光线会聚形成的，与有无光屏没有关系。 （8）实验中，常用发光F 形光源代替蜡烛，这样做成像稳定，容易对比像与 物的倒正及左右关系。 （9）凸透镜的两条动态变化规律： 成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小。 B 成虚像时，物近像近像变小，物远像远像变大。 二、判断凸透镜成像的方法 1 比较u 与f 的关系：如u>2f 成倒立缩小实像。 2 比较v 与f 的关系：如v>2f 成倒立放大实像。 3 比较u 与v 的关系：如u>v 成倒立缩小实像。 越远，所成实像离透镜越 近，且像越小） 虚像同正大（成虚像时， 物和像总在透镜的同侧， 且像是正立、放大的） 物近像变小（物体离透镜 越近，所成虚像越小）。 3．（2023 四川自贡）小明同学将点燃的蜡烛、凸透镜和光屏放在如图所示的位置时，在光屏上观察到了 清晰的像。 （1）由图可以判断出实验所用透镜的焦距为______m； （2）小明把蜡烛移到光具座的10m 刻度线处，需要把光屏向______适当移动（选填“左”或“右”）， 才能在光屏上得到一个清晰的像，此时的像将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 4．（2023 重庆）在“探究凸透镜成像的规律”实验中： （1）小宇先将蜡烛、光屏安装在凸透镜两侧，然后点燃蜡烛，并调节烛焰、凸透镜、光屏的中心在_____ _； （2）实验所用凸透镜焦距 ，移动蜡烛、凸透镜及光屏位置到如图所示时，恰能在光屏上得到一 个清晰、倒立、______的实像，生活中的______是利用该成像规律制成的。 说明：1 时间：10 分钟；2 分值：100 分（每题10 分）3 要求：合上书本，独立完成。 1（2023 四川广元）某物理兴趣小组在“探究凸透镜成像规律”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，实验前调整好实验器材。如图所示，将蜡 烛移至25m 刻度线处，移动光屏，呈现在光屏上清晰的像的特点是（ ） ．倒立、缩小的实像 B．正立、放大的虚像 ．倒立、放大的实像 D．与投影仪的成像特点相同 2．（2023 山东临沂）在探究凸透镜成像规律的实验中，当蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示时，光屏 上恰能承接到烛焰清晰的像，下列判断正确的是（ ） ．实验用凸透镜的焦距为150m B．光屏上的像是烛焰放大的实像 ．仅将凸透镜左移不能再次成像 D．仅将光屏右移可模拟近视眼成像 3．（2023 湖南岳阳）在探究性学习活动中，小聪做了如下两个光学实验。 03 强化训练 （1）图甲是探究平面镜成像特点的实验，改变蜡烛的位置，发现外形相同的蜡烛B 总能与蜡烛的像重合， 表明像与物的大小___________；蜡烛的像不能用光屏承接，说明平面镜所成的像是___________像； （2）图乙是探究凸透镜成像规律的实验，凸透镜的焦距是10m，图中光屏上恰好成一清晰的像，这个像 是___________（选填“正立”或“倒立”）缩小的实像。 4．（2023 江苏苏州）在“探究凸透镜成像规律”的实验中。 （1）如图甲，把蜡烛、凸透镜、光屏依次摆放在光具座上，并将蜡烛烛焰和光屏的中心调到凸透镜的主 光轴上，目的是使像成在_________； （2）按要求进行观察和测量，并将部分观测情况记录在下列表中： 实验序号 物距u/m 像距v/m 像的性质 1 60 20 倒立、缩小、实像 2 30 30 倒立、等大、实像 3 20 4 10 ①凸透镜焦距f＝_________m； ②当物距u=20m 时，像距v＝_________m； ③当物距u=10m 时，像的性质是_________； （3）如图乙是航天员王亚平太空授课制作水球时呈现的情景，假设她稍向 后 远离水球，则她在球中所成的像将_________（“变大”、“变小”或“不 变”）。 预习作业参考答 1、【答】 100 将光屏向左移动适当距离 照相机 【解析】由图可知，此时物距和像距的关系是u=v=200m，根据u=v=2f，成倒立等大的实像，所以， 该凸透镜的焦距为f=100m 将蜡烛移到15m 刻度处，此时u=50m-15m=35m＞2f，根据u＞2f，2f＞v＞f，成倒立缩小的实像， 所以，为了在光屏上得到清晰的像，接下来小明应该进行的操作是将光屏向左移动适当距离，照相机就是 利用此原理制成的。 2、【答】 蜡烛 照相机 远离 【解析】探究凸透镜成像的规律时，要调节蜡烛、凸透镜、光屏三者同一高度，由图可知，蜡烛偏高，则 要适当将蜡烛向下调节。 当蜡烛距凸透镜25m，即物距大于两倍焦距时，移动光屏，在光屏上承接到一个清晰缩小的像，照相机就 是根据该成像规律制成的。 把蜡烛适当靠近凸透镜，即物距变小，则像距变大，则应将光屏远离凸透镜，才能再次承接到清晰的像。 3、【答】（1）150 （2）左 变小 【解析】（1）由图可知，此时u=v=2f=300m，烛焰成倒立、等大的实像，所以 （2）把蜡烛移到光具座的10m 刻度线处，此时物距u=400m>2f，根据凸透镜成像特点可知，像距 f<v<2f，需要把光屏向左移动，才能在光屏上得到一个倒立、缩小的实像，即像将变小。 4、【答】（1）同一高度 （2）缩小 照相机 【解析】（1）探究凸透镜成像的实验时，要调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，像才能呈 在光屏的中央位置。 （2）凸透镜的焦距是10m，由图可知物距为500m-200m=300m，此时物距大于2 倍焦距，成倒立缩 小的实像，照相机应用此原理制成的。 强化训练参考答 1、【答】 【解析】凸透镜的焦距是10m，由题可知，此时的物距是25m，物距大于2 倍焦距，移动光屏，就会得 到倒立、缩小的实像；此时的成像特点与照相机的成像特点相同。故符合题意，BD 不符合题意。 故选。 2、【答】D 【解析】B．由图可知，此时的物距为 ，像距为 ，即 ，根据凸透镜成像规律可知此时： ， ，则 ， ，由上述 式子可知，焦距范围为 ，成的是倒立缩小的实像，故B 错误； ．仅将凸透镜左移，此时物距减小，像距增大，由凸透镜成像规律可知，成实像时，物距减小，像距增大， 所以仅将凸透镜左移能再次成像，故错误； D．近视眼成像是光提前会聚，在视膜前方会聚成像，仅将光屏右移，此时像距减小，相当于光提前会聚， 故D 正确。 故选D。 3、【答】（1）相等 虚 （2）倒立 【解析】（1）该实验中，蜡烛B 与蜡烛是等大的，改变蜡烛的位置，发现外形相同的蜡烛B 总能与蜡烛 的像重合，表明像与物的大小相等。 蜡烛的像不能用光屏承接，说明平面镜所成的像不是由实际光线会聚而成的像，是虚像。 （2）由图可知，蜡烛到凸透镜的距离大于2 倍焦距，这是照相机的成像原理，说明这个像是倒立、缩小 的实像。 4、【答】（1）光屏中央 （2）15 60 正立、放大、虚像 （3）变小 【解析】（1）将蜡烛烛焰、凸透镜中心和光屏中央调到同一高度，目的是使像成在光屏中央。 （2）①观察表格中数据，当物距为30m 时，像距也为30m，可知，此时蜡烛在2 倍焦距处，因此该凸 透镜额焦距f=15m ②观察表格数据，当物距为60m 时，像距为20m，根据光的折射中光路可逆可知，当物距为20m 时， 像距为60m。 ③当物距为10m，物距小于一倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，此时成正立、放大的虚像。 （3）图中成倒立的像，说明此时成实像。当王亚平稍向后远离水球，则物距变大，根据凸透镜成实像时 的规律（物远像近像变小）可知，她在球中所成的像变小。