教科版八年级物理上册课件 4.5 科学探究：凸透镜成像 (共42张PPT)

(共42张PPT)
第5节 科学探究：凸透镜成像
第四章 在光的世界里
1.认识凸透镜和凹透镜,了解透镜的主光轴、光心、焦点、焦距,会通过实验粗略测量凸透镜的焦距。
2.知道凸透镜对光有会聚作用,凹透镜对光有发散作用,会画相关光路图。
3.通过探究凸透镜成像规律的实验,理解凸透镜的成像规律。
4.了解凸透镜成像规律在生活中的应用。
放大镜、眼镜、照相机它们都有一个重要的光学器件——透镜。
利用放大镜我们可以看清很小的字；视力不好的同学，配上合适的眼镜就可以看清本来看不清的物体；用照相机可以把美丽的自然风光“留住”。
1. 透镜:用透明物质制成的，至少有一个表面为球面一部分的光学元件。
特别提醒：
1. 透镜不一定是玻璃制作的，其他透明物质，如水、水晶、石英、金刚石、树脂等均可制成透镜。
2. 每个透镜有且只有一条主光轴。
3. 透镜的光心在主光轴上。
知识点1
认识透镜
2. 透镜的类型
类型 定义 图示 应用
凸透镜 中间厚、边缘薄 放大镜、照相机等
凹透镜 中间薄、边缘厚 近视眼镜
3. 透镜的主光轴和光心
(1) 主光轴：透镜上通过两个球面球心的直线 C1C2，简称主轴，如图所示。
(2) 光心：透镜主轴上的一个特殊点(O) ，凡是过该点的光，其传播方向不变，如图所示。
4. 透镜的焦点和焦距
(1)焦点：
①平行于凸透镜主轴的光线经凸透镜折射后，会聚于主轴上一点，这一点叫凸透镜的焦点(F)，如图所示。
②平行于凹透镜主轴的光线经凹透镜折射后，发散光线的反向延长线交于主轴上一点，这一点叫凹透镜的焦点( F ) ，如图所示。
③透镜的两侧各有一个焦点，是对称的。
(2)焦距：焦点到光心的距离叫焦距( f ) 。
知1－讲
5. 透镜对光的作用
(1)凸透镜对光有会聚作用，凸透镜又叫会聚透镜。
凸透镜对光有会聚作用，不是指光线经凸透镜后一定会聚到一点上，而是指光线通过凸透镜折射后，折射光线向主光轴偏折，如图所示。
(2) 凹透镜对光有发散作用，凹透镜又叫发散透镜。
凹透镜对光有发散作用，是指光线通过凹透镜折射后，折射光线比原来的入射光线更偏离主光轴，如图所示。
拓展培优：
1. 凸透镜的焦距长短反映了凸透镜对光线会聚能力的强弱，焦距越短，会聚能力越强；凹透镜的焦距长短反映了凹透镜对光线发散能力的强弱，焦距越短，发散能力越强。
2. 相同口径的凸透镜，表面越凸，焦距越短，会聚作用就越强，光线通过透镜后偏折得越厉害。
6.粗测凸透镜焦距的方法
做一做：把一只放大镜正对着太阳光，再把一张纸放在它的另一侧，调整放大镜与纸的距离，观察会出现什么现象？
现象：纸上会出现一个很小、很亮的光斑，且光斑处的温度很高，如果长时间照射，纸会被烤焦。
测出光斑到凸透镜光心的距离，即该凸透镜的焦距，这种测凸透镜焦距的方法称为平行光聚焦法。
纸上的光斑变成最小最亮的这个点就是凸透镜的焦点。
7.关于透镜的三条特殊光线
凸 透 镜
过光心的光线经凸透镜折射后，传播方向不变 跟主光轴平行的光线经凸透镜折射后，折
射光线过焦点
过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后，折射光线平行于主光轴
凹 透 镜
过光心的光线经凹透镜折射后，传播方向不变
跟主光轴平行的光线经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过凹透镜的焦点
射向凹透镜的光线，如果其延长线通过焦点，则该光线经凹透镜折射后平行于主光轴射出
8.透镜中的光路可逆
由于光在发生折射的过程中光路是可逆的，而透镜对光的作用也是折射，所以透镜中光路也是可逆的。
如图所示，F是透镜的焦点，其中正确的光路图是（ ）
C
1. 探究透镜成像时的三个必备物理量(如图所示)
(1)物距：物体到透镜的距离，用 u 表示；
(2)像距：像到透镜的距离，用 v 表示。
知识点2
探究凸透镜成像的规律
2.实验：探究凸透镜成像的规律
（1）提出问题：凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系？
（2）作出猜想：①可能与物距有关；②可能与焦距有关（由于凸透镜的偏折情况和焦距有关）；
（3）实验设计：先把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐向凸透镜移近，同时把光屏放在凸透镜的另一侧，观察光屏上像的变化情况。研究凸透镜的成像与物距的关系（保持焦距不变，即使用同一个凸透镜），物距的变化以焦距为标准，即观察物距大于2倍焦距、大于1倍焦距小于2倍焦距、小于1倍焦距的成像情况。
O
F
2f
光屏
（4）实验仪器：光具座、蜡烛、光屏、凸透镜、火柴等。
（5）进行实验和收集证据
实验步骤：
①如果凸透镜的焦距未知，可以利用太阳光粗测出凸透镜的焦距。
②将蜡烛、凸透镜、光屏依次安放在光具座上，调整它们的高度，使烛焰的中心、凸透镜的光心和光屏的中心大致在同一高度。
使它们的中心处于同一高度，这样像才能成在光屏中心。
③把点燃的蜡烛放在较远处（ u>2f ），然后调整光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。改变物距，重做这一步。
④把蜡烛移向凸透镜（ u=2f ） ，移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。
⑤把蜡烛移向凸透镜（ f＜u＜2f ），移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。改变物距，重做这一步。
⑥把蜡烛继续靠近凸透镜（ u=f ） ，移动光屏，观察是否能够成像。
⑦继续向凸透镜移动蜡烛（ u⑧将实验数据和观察结果填入表中(该实验所用凸透镜的焦距 f=10cm )。
像不能成在光屏上；撤去光屏，从光屏一侧直接用眼睛向透镜方向看去观察到蜡烛正立、放大的虚像；像位于物的同侧。
物距u与焦距 f 的关系 物距 u/cm 像距 v/cm 成像的性质 像的变化情况
u＞2f 倒立、缩小、实像 物距变小时，像距变大，像(相对之前的像，下同）变大
u＝2f 倒立、等大、实像
f＜u＜2f 倒立、放大、实像 物距变小时，像距变大，像变大
24
60
60
15
24
15
18
36
48
16
物距u与焦距 f 的关系 物距 u/cm 像距 v/cm 成像的性质 像的变化情况
u＝f 不成像
u＜f 正立、放大、虚像 物距变小时，像距变小，虚像变小
12
8
6
①焦点是成实像和虚像的分界点。当u＞f 时成实像；当u②二倍焦距处是成放大像和缩小像的分界点。当u＞2f 时，成缩小的实像；当u=2f 时，成等大的实像；当f＜u＜2f 时，成放大的实像。
③凸透镜成的实像都是倒立的，且像、物位于凸透镜的两侧；凸透镜成的虚像都是正立的，且像、物位于凸透镜的同侧。
④凸透镜成实像时，随着物距的变小，像和像距都变大；成虚像时，随着物距的变小，像和像距都变小。
6.分析与论证
物距 （u） 像的性质 相对凸透镜位置
倒正 大小 虚实 像距（v） u＞2f 倒立 缩小 实像 f＜v＜2f 与物异侧
u＝2f 倒立 等大 实像 v＝2f 与物异侧
f＜u＜2f 倒立 放大 实像 v＞2f 与物异侧
u＝f 不成像、得到一束平行光 u＜f 正立 放大 虚像 与物同侧
7.实验结论：
实验中的注意事项：
1. 光具座的长度有限，做实验时最好选用焦距为10cm左右的凸透镜，焦距过大（光具座总长不够4倍焦距长），有些实验无法完成。
2. 凸透镜最好放在光具座的中间位置，便于调节物距和像距。
3. 调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，目的是让烛焰的像成在光屏的中央。
4. 调整光屏时不可再调整凸透镜的位置，否则会使物距改变。
5.判断烛焰的像是否最清晰的方法：光屏在某位置时，向前或向后移动光屏，像都会变模糊，则此位置即为像最清晰的位置。
6. 同一个物距范围内要取两个以上的物距进行实验，这样做是为了排除偶然因素，寻找普遍规律。
思考讨论1：你知道实验中无论如何移动光屏都找不到像的原因有哪些？
(1) 烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度。
(2)当烛焰在凸透镜一倍焦距以外，但非常靠近焦点时，所成的像很大，且像距也很大，而光具座长度有限，光屏不能承接到像。
思考讨论2：若把凸透镜遮挡一部分，像会发生什么变化？
若把凸透镜遮掉一部分，成像性质不变，只是成的像暗一些。
某同学用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像的规律”实验,装置如图所示。
(1)观察图示,为使烛焰的像成在光屏的中央,应将蜡烛向 (选填“上”或“下”)调节。
上
(2)当烛焰距凸透镜20 cm时,移动光屏至某一位置,能在光屏上得到一个与烛焰等大的像,则该凸透镜的焦距是 cm。
10
(3)当烛焰距凸透镜35 cm时,移动光屏,可在光屏上得到一个清晰、倒立、 的实像.要使烛焰在光屏上所成的像变大,在保持凸透镜位置不动的情况下,蜡烛应向靠近凸透镜方向移动,同时将光屏向 (选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动,直至得到清晰的像。
缩小
远离
(4)实验中,怎样判断光屏上的像是最清晰的？
调节光屏位置,感觉烛焰的像清晰时,再将光屏向靠近和远离凸透镜的方向微微调节,如果像都变模糊,则此前观察到的像即为最清晰的像。
1. 放大镜：放大镜实质是一个短焦距凸透镜。
(1)成像特点： 成正立、放大的虚像，如图所示。
特别提醒：
不要误认为放大镜在任何情况下都成正立、放大的虚像。用放大镜观察远处景物时，看到的就是倒立、缩小的实像。
知识点3
探究凸透镜成像规律在生活中的应用
(2)使用：使用放大镜时，放大镜应置于物体和眼睛之间，物体离放大镜较近，眼睛要透过放大镜来观察物体。在一定范围内，放大镜离物体越近，所成的虚像越小；放大镜离物体越远，所成的虚像越大。若放大镜与物体的距离增大到一定程度，所成的虚像便消失了。
2. 照相机
(1)普通照相机的简单结构，如图所示。
①镜头：一般由一组透镜组成，相当于一个凸透镜。
②胶卷：相当于光屏。
(2) 工作原理：凸透镜成倒立、缩小的实像。
3. 电影放映机
(1)电影放映机的原理，如图所示。
①放映片到镜头的距离小于镜头到屏幕的距离。
②放映片通过放映机在屏幕上所成的像比放映片上的图案大。
③像和放映片在镜头的两侧。
④放映片在屏幕上所成的像是倒立、放大的实像。
⑤放映片离镜头越近,像到镜头的距离越大,屏幕上所成的像越大。
凸透镜成倒立、放大的实像
照相机的镜头相当于一个凸透镜,在胶片上得到的像是 （ ）
A.正立、放大的实像 B.正立、缩小的虚像
C.倒立、放大的实像 D.倒立、缩小的实像
D
易错警示：
用照相机拍照时，在照相机的观察屏上看到的是正立的像，有些学生会错误地认为照相机成正立的像，这是因为照相机内部器材把第一次成的倒立的像转变成了正立的。
u>2f ：倒立、缩小的实像，fu=2f ：倒立、等大的实像，v=2f
照相机原理
u=f ：平行光束，不成像
投影仪原理
f2f
放大镜原理
u实验探究：凸透镜的成像规律
透镜
凸透镜的成像规律
实像
照相机、电影放映机和放大镜的成像特点
感性认识
初步了解
关键
概念
虚像
由实际光线会聚而成
由光线的反向延长线相交而成