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实验六 探究：凸透镜成像规律[教材第6节]
实验梳理
提出问题：物体经凸透镜所成像的大小、正倒及虚实跟物体的位置有什么关系
建立假设：物体经凸透镜所成像的大小、正倒及虚实可能跟物体与凸透镜的距离有关。
准备器材：光具座、凸透镜、蜡烛、火柴、光屏。
实验步骤：
1、把蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上,调节它们的高低使它们的中心处于同一高度。想一想,为什么要这样做 。
2、点燃蜡烛,把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置上,调整光屏到凸透镜的距离,使蜡烛在屏上成一个清晰的像。然后将蜡烛逐次移近凸透镜,每次都需要调整光屏到凸透镜的距离,使蜡烛在屏上成一个清晰的像。观察像的大小、正倒是如何随物距的减小而变化的。
3、当烛焰在光屏上成倒立、缩小的像时,测量并记录物距和像距。
当烛焰在光屏上成倒立、等大的像时,测量并记录物距和像距。
当烛焰在光屏上成倒立、放大的像时,测量并记录物距和像距。
当通过凸透镜能观察到蜡烛正立、放大的像时,测量并记录这时的物距。试一试,这个像能成在光屏上吗 。
4、记录实验数据：
将测量的结果记录在表中。
像的性质 实验次数 物距u(cm) 像距υ(cm)
倒立、缩小的实像 1
2
倒立、等大的实像 1
倒立、放大的实像 1
2
正立、放大的虚像 1 /
2 /
实验结果与结论：
(1)当u f时,在光屏上可得到倒立、缩小的 像。
(2)当u f时,在光屏上可得到倒立、等大的 像。
(3)当f u f时,在光屏上可得到倒立、放大的 像。
(4)当u f时,可透过凸透镜看到正立、放大的 像。
实验小贴士
1、本实验应该选取光线较 环境下完成。
2、用蜡烛作物体的优点：烛焰的形状不规则,有利于判断像与物的正立和倒立；烛焰亮度大,使所成的像更清晰。缺点：烛焰易晃动,不稳定,蜡烛油易滴在桌上,随着蜡烛燃烧变短,成像的高度会发生变化。
3、确定清晰的像的操作是 。
4、寻找正立、放大的虚像的方法是将光屏拿走,人眼在光屏的位置向透镜方向看。
5、凸透镜焦距的测量方法：(1)将凸透镜放在平行光(如太阳光)下,找到最小、最亮的点,即焦点,用刻度尺测量焦点到透镜中心的距离,即焦距；(2)在光具座上移动蜡烛、光屏,当光屏上出现与蜡烛烛焰等大的像时,测量蜡烛或光屏到透镜中心的距离，即两倍焦距,将这个距离除以2,即凸透镜的焦距。
6、实验过程中,蜡烛变短,烛焰中心高度降低,光屏上的像会向上移。说明物体位置与像的位置高低变化是相反的,因此,当像的位置在光屏上方时,应该把蜡烛向上调节,反之,向下调节。凸透镜上下移动与光屏上像的位置移动是相同的。
实验素养提升
例1 小舟在探究“凸透镜成实像时像距与物距的关系”的实验中,所用的实验器材有：光具座、凸透镜、光屏和蜡烛、火柴等。
(1)将蜡烛、凸透镜和光屏放在光具座上,点燃蜡烛,调整凸透镜和光屏的高度,使烛焰、凸透镜和光屏的中心大致在同一 上。
(2)该实验应使凸透镜成实像,那么通过实验探究得出了凸透镜成实像的条件是物距 焦距。
(3)记录的实验数据如表所示。请在坐标系上画出像距与物距的关系图像。
物距u(cm) 14 16 18 20 22 24 26
像距υ(cm) 35 27 22 20 18 17 16
(4)小舟得出探究结论后,又用上述器材做了一个实验。把蜡烛放在光具座上的“0”刻度线处,凸透镜放在15cm刻度线上,如图所示。移动光屏在a位置找到像；蜡烛和光屏不动,只移动凸透镜,当凸透镜向某一方向移动到b位置时,在光屏上又看到像。结合所画图像,下列实验中可能出现的现象合理的是 (填字母)。
A、光屏上第一次的像是倒立,放大的
B、a位置在44∽46cm刻度线之间
C、光屏上第二次的像是倒立、缩小的
D、b位置在19∽21cm刻度线之间
例2 实验室利用光具座研究凸透镜成像的规律。当三个元件移动到如图所示位置时,光屏上出现了清晰的像。回答下列问题：
(1)光屏上像的性质为 。
(2)关于本实验中得到的像在生活中的应用,举一个例子： 。
(3)从图中读出物距为 cm,并推算出焦距为 (填字母)。
A、f＜15cm B、15cm＜f＜20cm C、f＞30cm
(4)如果保持蜡烛与凸透镜的位置不变,撤去光屏,是否仍然成像 (选填“是”或“否”)。
(5)实验过程中飞来一只昆虫落在凸透镜上,在光屏上 (选填“会”或“不会”)出现昆虫的像。
(6)若在如图实验装置中,将凸透镜换成f=21cm的凸透镜,保持蜡烛和凸透镜的位置不变,要在光屏上找到清晰的像,应该将光屏向 移动。
(7)保持蜡烛和凸透镜的位置不变,仔细观察图中光具座的长度,为了能成实像,所选的凸透镜的焦距必须小于 cm。
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实验六 探究：凸透镜成像规律[教材第6节]
实验梳理
提出问题：物体经凸透镜所成像的大小、正倒及虚实跟物体的位置有什么关系
建立假设：物体经凸透镜所成像的大小、正倒及虚实可能跟物体与凸透镜的距离有关。
准备器材：光具座、凸透镜、蜡烛、火柴、光屏。
实验步骤：
1、把蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上,调节它们的高低使它们的中心处于同一高度。想一想,为什么要这样做 ▲ 。
2、点燃蜡烛,把蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置上,调整光屏到凸透镜的距离,使蜡烛在屏上成一个清晰的像。然后将蜡烛逐次移近凸透镜,每次都需要调整光屏到凸透镜的距离,使蜡烛在屏上成一个清晰的像。观察像的大小、正倒是如何随物距的减小而变化的。
3、当烛焰在光屏上成倒立、缩小的像时,测量并记录物距和像距。
当烛焰在光屏上成倒立、等大的像时,测量并记录物距和像距。
当烛焰在光屏上成倒立、放大的像时,测量并记录物距和像距。
当通过凸透镜能观察到蜡烛正立、放大的像时,测量并记录这时的物距。试一试,这个像能成在光屏上吗 ▲ 。
4、记录实验数据：
将测量的结果记录在表中。
像的性质 实验次数 物距u(cm) 像距υ(cm)
倒立、缩小的实像 1
2
倒立、等大的实像 1
倒立、放大的实像 1
2
正立、放大的虚像 1 /
2 /
实验结果与结论：
(1)当u ▲ f时,在光屏上可得到倒立、缩小的 ▲ 像。
(2)当u ▲ f时,在光屏上可得到倒立、等大的 ▲ 像。
(3)当f ▲ u ▲ f时,在光屏上可得到倒立、放大的 ▲ 像。
(4)当u ▲ f时,可透过凸透镜看到正立、放大的 ▲ 像。
【答案】实验步骤：1.使像能成在光屏中央；3.不能；4.（1）＞2；实；（2）=2；实；（3）＜；＜2；实；（4）＜；虚
【解析】【分析】【详解】实验结果与结论：（1）当u＞2f时,在光屏上可得到倒立、缩小的实像。（2）当u=2f时,在光屏上可得到倒立、等大的实像。（3）当f＜u＜2f时,在光屏上可得到倒立、放大的实像。（4）当u＜f时,可透过凸透镜看到正立、放大的虚像。
实验小贴士
1、本实验应该选取光线较 ▲ 环境下完成。
2、用蜡烛作物体的优点：烛焰的形状不规则,有利于判断像与物的正立和倒立；烛焰亮度大,使所成的像更清晰。缺点：烛焰易晃动,不稳定,蜡烛油易滴在桌上,随着蜡烛燃烧变短,成像的高度会发生变化。
3、确定清晰的像的操作是 ▲ 。
4、寻找正立、放大的虚像的方法是将光屏拿走,人眼在光屏的位置向透镜方向看。
5、凸透镜焦距的测量方法：(1)将凸透镜放在平行光(如太阳光)下,找到最小、最亮的点,即焦点,用刻度尺测量焦点到透镜中心的距离,即焦距；(2)在光具座上移动蜡烛、光屏,当光屏上出现与蜡烛烛焰等大的像时,测量蜡烛或光屏到透镜中心的距离，即两倍焦距,将这个距离除以2,即凸透镜的焦距。
6、实验过程中,蜡烛变短,烛焰中心高度降低,光屏上的像会向上移。说明物体位置与像的位置高低变化是相反的,因此,当像的位置在光屏上方时,应该把蜡烛向上调节,反之,向下调节。凸透镜上下移动与光屏上像的位置移动是相同的。
【答案】1.暗；3.当光屏上出现较清晰的像时，来回移动光屏并比较，使光屏上的像最清晰，此时即清晰的像的位置
【解析】【分析】【详解】1、本实验应该选取光线较暗环境下完成。3、确定清晰的像的操作是当光屏上出现较清晰的像时，来回移动光屏并比较，使光屏上的像最清晰，此时即清晰的像的位置。
实验素养提升
例1 小舟在探究“凸透镜成实像时像距与物距的关系”的实验中,所用的实验器材有：光具座、凸透镜、光屏和蜡烛、火柴等。
(1)将蜡烛、凸透镜和光屏放在光具座上,点燃蜡烛,调整凸透镜和光屏的高度,使烛焰、凸透镜和光屏的中心大致在同一 ▲ 上。
(2)该实验应使凸透镜成实像,那么通过实验探究得出了凸透镜成实像的条件是物距 ▲ 焦距。
(3)记录的实验数据如表所示。请在坐标系上画出像距与物距的关系图像。
物距u(cm) 14 16 18 20 22 24 26
像距υ(cm) 35 27 22 20 18 17 16
(4)小舟得出探究结论后,又用上述器材做了一个实验。把蜡烛放在光具座上的“0”刻度线处,凸透镜放在15cm刻度线上,如图所示。移动光屏在a位置找到像；蜡烛和光屏不动,只移动凸透镜,当凸透镜向某一方向移动到b位置时,在光屏上又看到像。结合所画图像,下列实验中可能出现的现象合理的是 ▲ (填字母)。
A、光屏上第一次的像是倒立,放大的
B、a位置在44∽46cm刻度线之间
C、光屏上第二次的像是倒立、缩小的
D、b位置在19∽21cm刻度线之间
【答案】（1）高度；（2）大于；（3）如图所示：
（4）ABC
【解析】（1）调整凸透镜、光屏、烛焰的中心大致在同一高度上，这样做的目的是使物体的像能够成在光屏的中心。（2）由凸透镜成像的三种情况：U＞2f,成倒立、缩小的实像。2f＞ ＞f,成倒立、放大的实像。U＜f,成正立、放大的虚像，可得出结论。（3）在坐标上找到每组像距、物距对应的点，然后用线连点即可。（4）根据（3）中的物距为20cm和像距为20cm,可得出此透镜的焦距f=10cm,再结合所画图象即可做出选择。
【分析】此题主要考查凸透镜成像实验，此题的难点在（4）根据图象对实验中可能出现的现象作出合理的判断，要对凸透镜成像规律中的物距和像距熟练掌握才行。
【详解】（1）当物体通过凸透镜成实像时，成的像要用光屏来承接，所以要调整凸透镜、光屏、烛焰的中心大致在同一高度上，以保证物体的像能够成在光屏的中心。故答案为：高度。（2）由凸透镜成像的三种情况：U＞2f,成倒立、缩小的实像。2f＞ ＞f,成倒立、放大的实像。U＜f,成正立、放大的虚像。可知当物距大于焦距时，凸透镜成实像。故答案为：大于。（3）找出每组数据对应的点，然后用平滑的线把点连起来，如图所示
（4）A、由（3）可知，此透镜的焦距f=10cm,当把蜡烛放在光具座上的0刻线处，凸透镜放在15cm刻线上，即2f＞ ＞f,成倒立放大的实像；故A正确；B、此时υ＞2f,即a的位置υ＞20cm,结合图象可知υ在29∽31cm之间，所以a位置在（29+15)∽(31+15)cm即44∽46刻线之间，故B正确；C、 当蜡烛和光屏不动，只移动凸透镜，当凸透镜向某一方向移动到b位置时，在光屏上又看到像，说明此时物距和像距之和不变，以设想将蜡烛和光屏互换位置，则物距处于u＞2f,凸透镜成倒立、缩小的实像，此时2f＞υ＞f,像的位置在10cm∽20cm之间，故C正确；D、由图象可知，当凸透镜向某一方向移动到b位置时，在光屏上又看到像。此时像的位置在16cm∽35cm之间，而题目中指出光屏的位置不变，所以b位置在19∽21cm刻线之间时，光屏上是看不到像的。故D错误。故选ABC。故答案为：（1）高度；（2）大于；（3）如图所示：
（4）ABC
例2 实验室利用光具座研究凸透镜成像的规律。当三个元件移动到如图所示位置时,光屏上出现了清晰的像。回答下列问题：
(1)光屏上像的性质为 ▲ 。
(2)关于本实验中得到的像在生活中的应用,举一个例子： ▲ 。
(3)从图中读出物距为 ▲ cm,并推算出焦距为 ▲ (填字母)。
A、f＜15cm B、15cm＜f＜20cm C、f＞30cm
(4)如果保持蜡烛与凸透镜的位置不变,撤去光屏,是否仍然成像 ▲ (选填“是”或“否”)。
(5)实验过程中飞来一只昆虫落在凸透镜上,在光屏上 ▲ (选填“会”或“不会”)出现昆虫的像。
(6)若在如图实验装置中,将凸透镜换成f=21cm的凸透镜,保持蜡烛和凸透镜的位置不变,要在光屏上找到清晰的像,应该将光屏向 ▲ 移动。
(7)保持蜡烛和凸透镜的位置不变,仔细观察图中光具座的长度,为了能成实像,所选的凸透镜的焦距必须小于 ▲ cm。
【答案】（1）倒立、缩小的实像；（2）照相机；（3）40.0；B；（4）是；（5）不会；（6）右；（7）25
【解析】凸透镜成像规律及其应用之一：物距大于二倍焦距成倒立缩小实像，像距大于一倍焦距小于二倍焦距，应用于照相机。物距是指蜡烛到凸透镜的距离，像距是像到凸透镜的距离，解不等式即可；小昆虫落在凸透镜上，通过凸透镜的光线变少，像变暗，物距小于1倍焦距时，凸透镜成的是正立放大的虚像，虚像不能成在光屏上。
【分析】此题主要考查了凸透镜成像的规律。关键要熟练掌握凸透镜成像特点与物距之间的关系以及像距与物距之间的关系、在平时的学习中要善于总结，寻找规律。
【详解】（1）根据能在光屏上成像，得出一定是实像，再根据物距大于像距，可知，光屏上的像为倒立所小的实像。（2）倒立缩小实像的应用主要是照相机。（3）由图可知，物距u=50cm-10cm=40cm,因为所成的像是倒立缩小的实像，则u＞2f,像距范围2f＞υ＞f,40cm＞2f，2f＞30cm＞f 。解得20cm＞f＞15cm。故选B。（4）保持蜡烛与凸透镜的位置不变，不影响成像。只是撤去光屏，光屏上不能承接到像了。（5）实验过程中，飞来一只小昆虫落在凸透镜上，通过凸透镜的光线变少，像变暗，物距小于1倍焦距时，凸透镜成的是正立放大的虚像，虚像不能成在光屏上。（6）若在如图实验装置中,将凸透镜换成f=21cm的凸透镜,保持蜡烛和凸透镜的位置不变,要在光屏上找到清晰的像,应该将光屏向右移动。（7）保持蜡烛和凸透镜的位置不变,仔细观察图中光具座的长度,为了能成实像,所选的凸透镜的焦距必须小于25cm。故答案为：（1）倒立、缩小的实像；（2）照相机；（3）40.0；B；（4）是；（5）不会；（6）右；（7）25。
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