5.3.1 探究凸透镜成像的规律 学案 （含答案）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
【学习目标】
1. 通过实验探究，知道凸透镜成像的规律。
2. 经历探究过程，提升对证据的分析和论证能力。
【自主预习】
1．在做“探究凸透镜成像规律”的实验中用到的器材有：蜡烛、凸透镜、光屏和光具座，分别把上述物体安装在光具座上，调整它们的高度，使得烛焰、凸透镜和光屏的中心在___________，目的是使像成在光屏的___________。光屏的作用是承接并显示凸透镜所成的___________ (选填“虚”或“实”)像。
【合作探究】
一、探究凸透镜成像的规律
【提出问题】凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关？
【猜想假设】 ①可能与物体到透镜的___________有关。
支持事例：照相机、投影仪和放大镜的成像特点不同，是因为物体到透镜的距离不同。
②可能与凸透镜的___________有关。
支持事例：同一物体通过照相机成像，当照相机的焦距改变时（调焦），凸透镜所成像的大小会改变。
③像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。
支持事例：照相机与投影仪，物体和所成的像分居在凸透镜的两侧；通过放大镜观察物体，物体和像在透镜的同一侧。
【设计实验】
（1）相关概念
①物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为30cm；
②像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为60cm；
③焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
（2）我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对光的偏折程度跟凸透镜的焦距f有关系，所以研究物距u的变化时，焦距可能是个应该注意的参照距离。我们可以注意观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距……时，物体成像的情况。
（3）实验器材：凸透镜（焦距为10cm）、蜡烛、光屏、火柴、光具座。
（4）数据记录表格（见下）。
【进行实验与收集证据】
（1）在光具座上放置蜡烛、凸透镜、光屏时，透镜放在光具座标尺中央。
（2）调整凸透镜、蜡烛（烛焰的中心）、光屏的高度，使它们的中心大致在___________。目的是为了使烛焰的像成在光屏的___________。
（2）将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f（u＞20cm），移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察像的大小和正倒，同时测出此时的物距u和像距v，
将数据记录在表格中。
（3）把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距（u=20cm），移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，将数据记录在表格中。
（4）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间（10～20cm），移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v ，记录在表格中。
（5）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离为一倍焦距10cm（在焦点处） ，移动光屏，光屏上不成像；眼睛通过透镜也看不到虚像。
（6）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距以内（小于10cm），移动光屏，光屏上不成像，眼睛通过透镜，能看到虚像，记录像的正倒和大小。测出物距u，记录在表格中。
（7）数据记录汇总
像与物距的关系 凸透镜的焦距f= 10 cm
【分析与论证】
分析上表记录，找出凸透镜成像的规律。
（1）像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像，什么条件下成虚像？
（2）像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的像，在什么条件下成放大的像？有没有缩小的虚像？
（3）像的倒正：凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？
（4）物距、像距与像的大小关系：凸透镜成放大实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？
（5）像和像距随物距的变化规律：当物体成实像时，物体逐渐靠近透镜时，像距是变大了还是变小了？像是变大了还是变小了？当物体成虚像时，物体逐渐靠近透镜，像是变大了还是变小了？
【交流讨论】
（1）在做实验时, 某同学无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可能原因有哪些？
【分析】可能原因有：
1、烛焰、凸透镜、光屏的中心不在___________上；
2、蜡烛的位置在透镜的___________以内；
3、蜡烛的位置在透镜的___________上。
（2）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，像是否完整？像的亮度有什么变化？
【分析】光屏上像的性质不变，还是完整的，但亮度会变_________些。
【自主练习】
1、在做“凸透镜成像”的实验中，凸透镜焦距是10cm，当光屏距凸透镜16cm时，烛焰在光屏上成清晰的像。若光屏不动，将凸透镜向光屏方向移动2cm，要使光屏上再次得到清晰的像，下列说法正确的是（　　）
A．蜡烛不动，像变小 B．蜡烛靠近凸透镜，像变小
C．蜡烛远离凸透镜，像变大 D．蜡烛远离凸透镜，像变小
2、如图所示，甲是__________的工作原理图，乙是_______的工作原理图。（选填“照相机”、幻灯机”或“放大镜”）
3、在银幕上看到的电影画面都是正立的，在放电影时应将电影片（　　）
A．正立着放在大于2f 的位置上 B．倒立着放在大于2f 的位置上
C．正立着放在2f 和f 之间的位置上 D．倒立着放在2f 和f 之间的位置上
【参考答案】
【自主预习】
1．同一高度 中央 实
【合作探究】
一、探究凸透镜成像的规律
【猜想假设】 ①距离
②焦距
【进行实验与收集证据】
（2）同一高度 中央。
【分析与论证】
分析上表记录，找出凸透镜成像的规律。
（1）焦点是成实像和虚像的分界点。物体在焦点以外成实像，焦点以内成虚像。即一倍焦距分虚实。
（2）二倍焦距是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成缩小的像，在二倍焦距以内成放大的像。没有缩小的虚像。
（3）实像必异侧倒立，虚像必同侧正立（选填“倒立”或“正立”）。
（4）物距u＞像距v，像是缩小的；u＜v，像是放大的（选填“放大”或“缩小”）。
（5）成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越远，像越大；物体距离透镜越远，像距离透镜越近，像越小。即成实像时，物近像远且大，物远像近且小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越小，物体距离透镜越远，像越大。即物体越靠近焦点像越大。
【交流讨论】
（1）【分析】
1、同一高度
2、一倍焦距
3、焦点
（2）【分析】暗
【自主练习】
1、【答案】D
【解析】凸透镜焦距是10cm，光屏离凸透镜16cm（像距）时，2f＞16cm＞f，所以在光屏上得到一个倒立、缩小的实像。
保持物体与光屏的位置不变，把凸透镜向光屏方向移动2cm，像距变小，像变小，则物距增大，故蜡烛应远离凸透镜。只有D正确。
2、【答案】照相机，放大镜。
【解析】由图甲可知，物距大于二倍焦距，所以是照相机的工作原理。
图乙，蜡烛到凸透镜的距离小于焦距，此时在凸透镜的另一侧可以观察到正立、放大的虚像，所以乙是放大镜的工作原理。
3、【答案】D
【解析】投影仪成的像是倒立放大的实像，物距满足大于 f 小于2f，为了让观众看到正立的实像，放电影时应将电影片倒立着放在2f 和 f 之间的位置上，故ABC不符合题意，D符合题意。
2