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3.6 凸透鏡成像規(guī)律
第三章 光和眼睛
知識點
探究凸透鏡成像的規(guī)律
知1－講
1
【提出問題】利用面鏡能成像，利用透鏡是否也能成像？如果能成像，成像條件是什么？成像規(guī)律又是怎樣的？
【設(shè)計實驗與制訂方案】實驗器材：凸透鏡、光屏、蠟燭、火柴、光具座。
知1－講
實驗步驟：(1 )如圖1所示，用一束平行光測出凸透鏡的焦距(若焦距已知，則此步驟可跳過)。
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(2)如圖2所示，把蠟燭、凸透鏡、光屏依次放在光具座上，調(diào)整燭焰的焰心、凸透鏡的光心和光屏的中心三者在同一高度(簡稱“ 三心等高”)。
燭焰所成的像不太穩(wěn)定，且光的亮度較小，可以選擇亮度較大的發(fā)光二極管，因為二極管的成像穩(wěn)定，實驗時效果較好。
其目的是使燭焰的像完整地呈現(xiàn)在光屏中間。
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(3)將蠟燭從較遠處向凸透鏡逐漸靠近, 在不同物距下, 找到光屏上對應(yīng)的最清晰的像, 記錄相應(yīng)的物距、像距的大小以及成像的性質(zhì)。
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探究過程注意事項:
(1)利用光具座進行實驗時,凸透鏡的焦距不能太大,否則物距與像距的和將會大于光具座的總長度,導(dǎo)致很難找到清晰的像。
(2)實驗過程中，隨著蠟燭的燃燒, 燭焰逐漸下移, 此時會看到燭焰所成的清晰的像往光屏上部移動, 應(yīng)將光屏向上部移動或?qū)⑼哥R向下移動。
知1－講
關(guān)聯(lián)思考 如何確定像的位置？
關(guān)聯(lián)結(jié)果
光屏上呈現(xiàn)的像最清晰時，光屏到凸透鏡的距離是像距。粗調(diào)光屏找到燭焰的像；左右微調(diào)光屏使像清晰。
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【獲取與處理信息】分析實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，歸納得出凸透鏡成像的規(guī)律。
物距u 像距v 成像的情況 成像光路圖
像性質(zhì) 像位置 u>2f fu=2f v=2f 倒立、等 大的實像 像物異側(cè)
知1－講
續(xù)表：
物距u 像距v 成像的情況 成像光路圖
像性質(zhì) 像位置 2f >u>f v>2f 倒立、放 大的實像 像物異側(cè)
知1－講
續(xù)表：
物距u 像距v 成像的情況 成像光路圖
像性質(zhì) 像位置 u=f —— 不成像(折射光線為平行光) ——
uu 正立、放 大的虛像 像物同側(cè)
知1－講
凸透鏡的動態(tài)規(guī)律
(1)凸透鏡成實像時，物體離凸透鏡越近，像離凸透鏡越遠，像越大；物體離凸透鏡越遠，像離凸透鏡越近，像越小；概括為“物近像遠像變大，物遠像近像變小”；
(2)凸透鏡成虛像時，物體離凸透鏡越近，像離凸透鏡越近，像越小；物體離凸透鏡越遠，像離凸透鏡越遠，像越大；概括為“物近像近像變小，物遠像遠像變大”；
(3)凸透鏡成像時，物體和像的移動方向相同。
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結(jié)論拓展：物體離凸透鏡越遠，像越靠近焦點；物體越靠近兩倍焦距，像也越靠近兩倍焦距。
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知識拓展
實驗問題點撥
實驗中若無論怎樣移動光屏都不能得到清晰的像。主要從以下幾個方面分析：
(1)燭焰、凸透鏡和光屏的中心高度差太大。
(2)物體到透鏡的距離小于或等于焦距。
(3)物體到透鏡的距離大于焦距但太靠近焦點。
(4)凸透鏡的焦距太大等。
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規(guī)律口訣
一倍焦距分虛實；二倍焦距分大小；實像總是異側(cè)倒；虛像總是同側(cè)正；成實像，物近像遠像變大；成虛像,物近像近像變小。
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例 1
如圖3所示，水平桌面的光具座上有電子蠟燭、焦距
為10 cm的凸透鏡、光屏和刻度尺。
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解題秘方：(1)為使像成在光屏中央，應(yīng)調(diào)節(jié)“三心等高”，蠟燭應(yīng)該處于點燃的狀態(tài)。(2)實驗方案設(shè)計過程中注意控制變量。(3)要通過實驗得到一個普遍規(guī)律，需多次實驗，避免以偏概全。
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(1)為驗證“凸透鏡成實像時，物距越小，像的高度越高”，小明設(shè)計了如下實驗，請將該實驗步驟補充完整。
①按如圖所示裝置組裝實驗器材，調(diào)節(jié)凸透鏡光心、燭焰中心和光屏的中心在_________；
解析：組裝實驗器材，為了使像成在光屏中央，應(yīng)調(diào)節(jié)凸透鏡光心、燭焰中心和光屏的中心在同一高度；
同一高度
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②將發(fā)光的電子蠟燭移動到10 cm 刻線處，移動光屏，直至光屏上觀察到燭焰清晰的像，用刻度尺測量像的高度h，并將物距u和像的高度h記錄在表格中；
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③_______________________________________________，移動光屏，直至光屏上觀察到燭焰清晰的像，用刻度尺測量像的高度h，并將物距u和像高h記錄在表格中；
④仿照步驟③，再做一次；
將發(fā)光的電子蠟燭向靠近透鏡的方向稍移動一段距離
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解析：本題目的是設(shè)計實驗證明“凸透鏡成實像時，物距越小，像的高度越高”；由于所成實像的高度(大小)與物距大小有關(guān)系，所以要采用控制變量法，控制凸透鏡的位置不變，改變物體到凸透鏡的距離，進行實驗，即應(yīng)將發(fā)光的電子蠟燭向靠近透鏡的方向稍移動一段距離。
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(2)請你為上述實驗設(shè)計一個實驗數(shù)據(jù)記錄表。
解析：由題可知，測量的物理量為物距u和像高h，故設(shè)計表格如下。
解：設(shè)計表格如下。
實驗次數(shù) 1 2 3
物距u/cm
像高h/cm
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1. [徐州模擬] 小紅想探究“凸透鏡成像的規(guī)律”，在第一次實驗時將蠟燭和透鏡放在如圖所示位置(光屏未畫出)，移動光屏，在光屏上得到一個清晰的像；然后再移動蠟燭、光屏繼續(xù)進行實驗，當蠟燭在30 cm 刻度線處時，光屏上得到一個相同大小、清晰的像。
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下列說法錯誤的是(　　)
A. 該凸透鏡的焦距是10.0 cm
B. 第一次實驗得到的像是倒立、縮小的實像
C. 蠟燭燃燒變短，光屏上的像會向上移動
D. 將蠟燭從圖中位置向25 cm 刻度線處移動的過程中，光屏上的像在逐漸變小
D
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[中考·赤峰]如圖4所示，通過焦距為10 cm的凸透鏡觀察窗外遠處的風(fēng)景，看到的是(　　)
A. 正立、放大的虛像
B. 倒立、放大的實像
C. 倒立、縮小的實像
D. 倒立、縮小的虛像
例 2
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解題秘方：本題旨在掌握凸透鏡成像的三種情況基礎(chǔ)上，根據(jù)物距和焦距的關(guān)系判斷成像情況。
解析：拿著一個焦距為10 cm的凸透鏡，觀察窗外遠處的
景物，景物到凸透鏡的距離遠遠大于凸透鏡的二倍焦距，成倒立、縮小的實像，所以看到的是景物的倒立、縮小的實像，故C 正確，A、B、D 錯誤。
答案：C
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2. [中考·包頭] 如圖所示，物理課上，同學(xué)們用凸透鏡觀察周圍的物體，透過凸透鏡不能看到的像是(　　)
A. 正立、放大的像
B. 正立、縮小的像
C. 倒立、放大的像
D. 倒立、縮小的像
B
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知識點
凸透鏡的應(yīng)用——放大鏡
2
1. 放大鏡的成像規(guī)律 放大鏡成正立、放大的虛像。
2. 使用放大鏡看虛像時，物體要放在放大鏡的一倍焦距以內(nèi)。
3. 物體越靠近放大鏡的焦點，看到的像越大。
知2－講
知識鏈接
凸透鏡越厚，焦距越小，放大倍數(shù)越大。
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微雕是集中國文化精華的袖珍藝術(shù)品，技藝精湛的微雕大師可以在米粒大小的象牙片、竹片或數(shù)毫米的頭發(fā)絲上進行雕刻。如圖5所示為透過某一光學(xué)元件觀察到的微雕作品，這個光學(xué)元件應(yīng)
該是(　　)
A. 平面鏡 B. 凸面鏡
C. 凸透鏡 D. 凹透鏡
例 3
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解題秘方：根據(jù)面鏡只能反光，不能透光，再結(jié)合凸透鏡和凹透鏡成像性質(zhì)進行判斷。
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解析：由題意可知，該光學(xué)元件能透光，由于面鏡只能反光，不能透光，故A、B錯誤；當u＜f時，凸透鏡成正立、放大的虛像，應(yīng)用于放大鏡，能看清較小的物體，而凹透鏡成正立、縮小的虛像，與題意不符，故C正確，D錯誤。
答案：C
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3. 小明通過焦距為15 cm 的凸透鏡觀察到郵票正立、放大的像。下列說法正確的是(　　)
A. 通過凸透鏡觀察到的像是實像
B. 郵票到凸透鏡的距離等于15 cm
C. 郵票到凸透鏡的距離小于15 cm
D. 郵票到凸透鏡的距離大于30 cm
C
凸透鏡成像規(guī)律
凸透鏡成
像規(guī)律
實驗探究
規(guī)律總結(jié)
規(guī)律應(yīng)用——放大鏡

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