5.3.1 探究凸透镜成像的规律 教案 （表格式）2023-2024学年初中物理人教版八年级上册

5.3.1 探究凸透镜成像的规律
【教学目标】
1. 通过学习理解凸透镜成像的规律，比较不同点。
2. 知道凸透镜所成像的正倒、大小、虚实与物距的关系。
【重点难点】
掌握凸透镜成放大、缩小实像和虚像的条件
提出问题 凸透镜所成的像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系？
实验设计 先把物体放在距离凸透镜较远的地方，然后逐渐向凸透镜方向靠近，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。由于凸透镜的偏折情况和焦距有关，所以应着重观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距时，物体的成像情况。
实验器材 光具座、蜡烛、凸透镜、光屏等
进行实验与收集证据 (1)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； (2)把蜡烛放在凸透镜二倍焦距以外的地方并点燃，然后调整光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出现清晰烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。稍稍改变物距，重复做这一步； (3)把蜡烛移向凸透镜，让蜡烛到凸透镜的距离大于二倍焦距，移动光屏，直到光屏上出现蜡烛清晰的像，观察并记录像的大小、正倒，测出物距u和像距v； (4)把蜡烛移向凸透镜，让蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间，移动光屏，直到光屏上出现蜡烛清晰的像，观察并记录像大小、正倒，测出物距u和像距v。稍稍改变物距，重做这一步； (5)把蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛位于凸透镜的焦点上，移动光屏，观察是否能够成像； (6)把蜡烛移到凸透镜的一倍焦距以内，移动光屏，观察在光屏上能否看到蜡烛的像。如果不能，可以从光屏这一侧透过凸透镜观察，记录所看到的像的正倒、大小以及此时的物距u。稍稍改变物距，重做这一步； (7)将实验数据和观察结果填入表中(该实验所用凸透镜焦距f=12cm) 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>2f6015倒立、缩小的实像物距变小时，像距变大，像(相对于之前)变大4816u=2f2424倒立、等大的实像——f分析论证 (1)焦点是成实像和虚像的分界点。当物距大于一倍焦距时，成实像；当物距小于一倍焦距时，成虚像；当物距大于一倍焦距时，不成像； (2)二倍焦距是成放大实像还是缩小实像的分界点。当物距大于二倍焦距时，成缩小的实像；当物距大于二倍焦距时，成等大的实像；当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，成放大的实像； (3)凸透镜成实像都是倒立的，且像、物位于凸透镜的两侧；凸透镜成虚像时，都是正立的，且像、物同侧； (4)凸透镜成实像时，随着物距的减小，像和像距都变大；成虚像时，随着物距的减小，像和物都不小。
得出结论 物距u与焦距f的关系像的性质像距v与焦距f的关系相对凸透镜的位置应用正倒大小虚实u>2f倒立缩小实像f2f与物异侧投影仪u=f不成像u注：
1、①二倍焦距处为放大实像与缩小实像的转折点；②焦点处是成实像与成虚像的转折点，但焦点处是不成像点；③物离焦点越近，像越大，像距也越大。④一切实像都是倒立的，一切虚像都是正立的。⑤利用凸透镜成像特点解题时主要用“不等式法”。⑥任何一条“非特殊光线”的折射光线都要过像点。
2、测焦距的方法：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，发现纸上有一个亮点，用尺子量出点与凸透镜的距离，就是凸透镜的焦距。
3、实验时先固定凸透镜，然后调整蜡烛的位置，最后移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰像为止，并观察像的性质。同时在光具座刻度上读出此时的物距和像距，并和凸透镜的一倍焦距和二倍焦距作比较得出结论。
4、点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。
5、无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能的原因有：①蜡烛在焦点以内；②烛焰在焦点上；③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度；④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远处，光具座的光屏无法移到该位置。
6、口诀“三者同线、透镜中间；点燃蜡烛、三心同高；实像用屏、虚像用眼”。
解题策略
1.实验操作：实验时点燃蜡烛，使烛焰中心、凸透镜光心、光屏的中心（即焰心、光心、光屏中心）大致在同一高度，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。 实验时发现蜡烛的像呈在光屏的上半部分，要想使像呈在光屏的中心，该如何操作：①向上移动光屏；②向上移动蜡烛；③向下移动凸透镜。
2.如果用手将凸透镜遮住一半，则光屏上依然是一个完整的像，但亮度较暗。
3.若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：①蜡烛在焦点以内（u4.燃烧的蜡烛不断变短，光屏上的像向上移动，为使像呈在光屏中央，应该将光屏向上移动或蜡烛向上移动或凸透镜向下移动。
5.实验结论：（凸透镜成像规律）F分虚实,2f大小,实倒虚正,具体见下表
物距 像的性质 像距 应用
倒、正 放、缩 虚、实
u>2f 倒立 缩小 实像 ff2f 幻灯机
u6.对规律的进一步认识：一倍焦距分虚实 二倍焦距分大小，物近像远像变大。像跟着物体跑（谁远谁大）。
【随堂练习】
1、如图是宇航员王亚平太空授课时的一个镜头，若她的脸离水球球心的距离是30 cm，则该水球的焦距可能是(　　)
A.8 cm B.15 cm
C.20 cm D.40 cm
答案：A
2、用水彩笔在磨砂电灯泡的侧面画一个你所喜欢的图案，然后接通电源，拿一个凸透镜在灯泡和白墙之间移动，下列情况不可能发生的是(　　)
A.能在墙上看到倒立、缩小的所画图案的像
B.能在墙上看到倒立、放大的所画图案的像
C.只能在墙上看到放大的所画图案的像
D.不能在墙上看到所画图案的像
答案：C
3、在“探究凸透镜成像规律”的实验中，当烛焰、凸透镜(焦距约为13 cm)、光屏处于如图所示的位置时，在光屏上恰好得到一个清晰的像。利用这一成像规律可以制成(　　)
A.照相机 B.投影仪
C.放大镜 D.潜望镜
答案：A
4、用图甲所示的装置测出凸透镜的焦距，并“探究凸透镜成像规律”，当蜡烛、透镜、光屏位置如图乙时，在光屏上可成清晰的像．下列说法正确的是（　　）

A. 凸透镜的焦距是30cm
B. 图乙中烛焰成的是倒立放大的像
C. 照相机成像特点与图乙中所成像的特点相同
D. 保持凸透镜、光屏位置不变，将蜡烛远离凸透镜，烛焰仍可在光屏上成清晰的
答案：B
5、已知凸透镜的焦距为10cm，设物体到透镜的距离为u，则下列判断错误的是 ( )
A. 该透镜作放大镜使用时，u<10cm
B. 物体为一点光源时，利用该透镜可得到一束平行光，此时u＝10cm
C. 该透镜作投影仪的镜头使用时，u>10cm
D. 该透镜作照相机的镜头使用时，u>20cm
答案：C
6、小明拿着放大镜，伸直手臂，通过放大镜观察远处的景物，看到的是景物的(　　)
A．正立放大的像 B．倒立放大的像 C．倒立缩小的像 D．正立缩小的像
答案：C
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