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第3節 凸透鏡成像的規律
第五章 透鏡及其應用
知識點
探究凸透鏡成像的規律
知1－講
1
實驗操作：如圖1 所示，用發光二極管作為發光物體，調整發光二極管、凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心高度相同。
知1－講
實驗要點
實驗時為使像呈現在光屏的中間，也可以說成發光二極管中心、光屏中心在凸透鏡的主光軸上。
知1－講
將發光二極管從遠處逐漸移向凸透鏡，每次都將發光二極管向凸透鏡移近4 ~5 cm，并調節光屏到凸透鏡的距離，使光屏上呈現清晰的像。觀察像的大小、倒正，測量物距和像距的大小。
當光屏上看不到發光物體的像時，撤去光屏，從光屏一側透過凸透鏡觀察像的大小、倒正。
知1－講
深度思考什么情況下，光屏到凸透鏡的距離是像距？如
何調節光屏使成像最清晰？
深度理解
光屏上呈現的像最清晰時，光屏到凸透鏡的距離是像距，粗調光屏找到燭焰的大致像；左右微調光屏到像清晰。
知1－講
將觀察和測量的結果記錄在表格中。
f=10 cm
物距/cm 像的性質 像距/cm
虛實 大小 正倒 38 實 縮小 倒立 13
22 實 縮小 倒立 18
18 實 放大 倒立 22
12 實 放大 倒立 42
知1－講
深度思考表格中“物距3 8 cm 對應的像距為1 3 cm”“物距12 cm 卻對應的像距為4 2 cm”似乎違背了光路的可逆性。其中的可能原因是什么？
深度理解
可能是物距和像距的測量誤差引起的，也可能是光屏上的像沒有達到最清晰。
知1－講
分析論證：(1)根據實驗的定性分析，可知“物體成實像時，距離凸透鏡越近(物距越小)，像越大，像距離凸透鏡越遠(像距越大)”“物體成虛像時，距離凸透鏡越近(物距越小)，像越小，像距離凸透鏡越近”。
知1－講
(2)如圖2 所示是將實驗測量的物距、像距、觀察的像呈現出來，結合凸透鏡的焦距大小進行分析得出結論。
知1－講
實驗結論：(1)物體在2 倍焦距之外，成倒立、縮小的實像，像在1 倍焦距和2 倍焦距之間。
(2)物體在1 倍焦距和2 倍焦距之間，成倒立、放大的實像，像在2 倍焦距之外。
(3)物體在1 倍焦距內，成正立、放大的虛像，像和物體在凸透鏡的同側。
知1－講
科學推理物體在凸透鏡的2 倍焦距處成什么性質的像？像距是多大？
推理結果
由實驗結論“物體在2 倍焦距外成倒立、縮小的像”和“2 倍焦距內成倒立、放大的像”推論出“物體在兩個位置之間的某處(2 倍焦距處)成倒立、等大的實像”；同理像距也是2 倍焦距。
知1－練
例 1
[淮安模擬]如圖3 所示，用焦距為10 cm 的凸透鏡做“探究凸透鏡成像規律”的實驗。
解題秘方：根據凸透鏡的成像規律解題。
知1－練
(1)為了使像成在光屏中央，應調節燭焰和光屏的中心位于凸透鏡的______上。
解析：為了使燭焰的像成在光屏中央，要調節燭焰、光屏的中心都位于凸透鏡的主光軸上。
主光軸
(2)如圖所示，當蠟燭距離凸透鏡15 cm 時，移動光屏，可在光屏上找到一個清晰的倒立、 _____(填“放大”“等大”或“縮小”)的實像。
在投影儀、放大鏡中，
成像情況與之類似的
是_______ 。
知1－練
放大
投影儀
解析：當蠟燭距離凸透鏡15 cm 時，即此時f ＜u＜2f, 移動光屏，在光屏上得到清晰的倒立、放大的實像，投影儀就是應用這一原理制成的。
(3)當光屏上成清晰的像時，用白紙遮住凸透鏡的上半部分，則燭焰的像亮度將_______。
知1－練
解析：遮住凸透鏡的上半部分，可以呈現完整的像，但像會變暗。
變暗
知1－練
1．[蘇州模擬] 小明在做“探究凸透鏡成像規律”的實驗時：
(1)如圖，讓一束平行光正對凸透
鏡照射，在凸透鏡后的光屏上
接收到一個最小、最亮的光斑，
由此可以測出凸透鏡的焦距是
______cm。
10.0
知1－練
(2)使燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心大致在一條與光具座平行的直線上的目的是____________________。
(3)實驗過程中，當蠟燭與凸透鏡的距離為25 cm 時，在光屏上可得一個清晰的像，這個像是__________的像。
使像呈現在光屏中央
倒立、縮小
知2－講
知識點
凸透鏡成像規律
2
1. 凸透鏡成像的靜態規律
知2－講
情況 物距u 像的性質 像距v 應用 正倒 大小 虛實 1 u＞2f 倒 縮小 實 2f＞v ＞f 照相機、攝像機、攝像頭 2 u=2f 倒 等大 實 v=2f 測焦距 3 2f＞u＞f 倒 放大 實 v＞2f 投影儀、幻燈機、電影放映機 4 u=f 不成像 5 u＜ f 正 放大 虛 v＞u 放大鏡
知2－講
2. 凸透鏡成像的動態規律
(1)成實像時，“物近像遠像變大，物遠像近像變小”。即凸透鏡成實像時，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。
(2)成虛像時，“物近像近像變小，物遠像遠像變大”。即凸透鏡成虛像時，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。
(3)凸透鏡成像時，物體和像的移動方向相同。
知2－講
3. 凸透鏡成像圖解(圖4)
知2－講
深度理解
凸透鏡成像時，1 倍焦距分虛實，2 倍焦距分大小；實像和物體在異側，虛像和物體在同側；實像都是倒立的，虛像都是正立的。
知2－練
[中考·淄博]在“探究凸透鏡成像的規律”實驗中，凸透鏡的焦距f=12 cm，蠟燭、凸透鏡、光屏在光具座上的位置如圖5 所示，此時燭焰在光屏上成清晰的像(像未畫出)。
例2
知2－練
下列判斷正確的是( )
A. 圖中成像特點與投影儀成像特點相同
B. 透鏡位置不動，把蠟燭向左移動，向右移動光屏，光屏上會再次得到清晰的像
C. 透鏡位置不動，把蠟燭移到30 cm 刻度線處，向右移動光屏，光屏上會再次得到清晰的像
D. 透鏡位置不動，把蠟燭移至45 cm 刻度線處，向右移動光屏，光屏上會再次得到清晰的像
知2－練
解題秘方：根據物距與焦距的關系，結合凸透鏡成像規律，判斷所成像的性質及其應用。
解析：由圖可知，此時物距u=30 .0 cm，像距v=20.0 cm，凸透鏡的焦距f=12 cm，u>2 f，成的是倒立、縮小的實像，與投影儀成像特點不同，故A 錯誤；
知2－練
當成實像時，物距變大時，像距變小。透鏡位
置不動，把蠟燭向左移動，像距減小，即向左移動光屏，光屏上會再次得到清晰的像，故B 錯誤；透鏡位置不動，把蠟燭移到3 0 cm 刻度線處，物距減小，像距變大，即向右移動光屏，光屏上會再次得到清晰的像，故C正確；將蠟燭移到4 5 cm 刻度線處，物距為5 cm，小于焦距，成正立、放大的虛像，虛像不能用光屏承接，故D 錯誤。
答案：C
知2－練
方法點評：凸透鏡(焦距已知)成像時，要素“物距、像距、像的性質”之間具有一一對應的關系，解題時，只要知道某一要素，就可以根據凸透鏡成像規律推導出其他幾個要素。如題中根據“物距”，就可以判斷物體通過凸透鏡所成的像。
知2－練
2．[中考·日照] 某興趣小組開展“創新服務生活，科技改變未來”的科技創新活動，模擬制作一款“智能”行駛玩具車。該玩具車利用車載傳感器(攝像頭、雷達)采集生成道路特征數據，完成“自動”駕駛。
知2－練
作為傳感器之一的攝像頭，下列說法正確的是( )
A．攝像頭的鏡頭是凹透鏡
B．遇到障礙物時，要想生成更大的像，鏡頭應該向前伸
C．攝像頭成的像是正立的虛像
D．成像時障礙物位于鏡頭的2 倍焦距以內
B
凸透鏡成像的規律
探究凸透鏡成像的規律
實驗基本要求
設計實驗
進行實驗
分析歸納實驗結論

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