【名师备课】人教版八上物理5.3《凸透镜成像的规律》教学设计

《凸透镜成像的规律》教学设计
江苏丰县初级中学　刘庆贺
一、教学目标
（一）知识与技能
1．理解凸透镜的成像规律。
2．知道凸透镜成放大、缩小实像和虚像的条件。
（二）过程与方法
1．能在探究活动中，初步获得提出问题的能力，体验科学探究的全过程和方法。
2．通过对凸透镜成像现象的观察分析，总结出凸透镜成像规律，并用列表的方法归纳出凸透镜成放大或缩小、正立或倒立、实像或虚像的条件，培养从物理现象中归纳科学规律的方法。
（三）情感态度和价值观
1．通过研究凸透镜成像的实验以及对其成像规律的分析，有意识地渗透辩证唯物主义观点。
2．通过探究活动，激发学生的学习兴趣，培养学生具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，勇于探究日常生活中的物理学规律。
二、教学重难点
这节课是在学生对生活中常见的透镜及对其成像情况获得丰富、具体的感性认识的基础上，通过探究活动，研究凸透镜成像的规律，使学生通过自主探究体验科学探究的全过程和方法。新教材以探究凸透镜成像情况与物距关系为主线，安排了学生“提出问题、猜想、设计实验、进行实验、分析与论证”等教学过程，让学生经历产生兴趣、发现问题、激发矛盾、进一步解决问题的过程，很好地体现了新教材让学生在体验知识的形成、发展过程中，主动获取知识的精神，对今后进一步探究其他知识打下基础。
因为学生对于科学探究的全过程缺乏经验，因而把探究凸透镜成像规律作为教学重点。教学难点是科学探究中实验数据的处理和分析。因为对于实验探究学生处于起步阶段，记录数据后，分析这些数据归纳得到结论，是学生比较陌生的，因而此处确定为难点。
三、教学策略
本节课需要学生进行全过程探究，教学的关键是引导学生怎样去猜想，在教学中创设合理的猜想情景，并且引导学生知道猜想要有猜想的理由，不能胡乱猜想。设计实验是探究的一个重要环节，所以我们要引导学生进行设计实验，让学生明白实验研究什么和怎样去研究，实验时应该观察什么、测量什么、记录什么。在培养学生对实验数据的分析和论证的能力方面，教师引导学生分析表格数据进行比较，让学生进行简单的因果推理，让学生以书面或口头表述自己的观点，最后教师归纳总结，培养学生处理信息、分析概括的能力，从而提高学生的科学素养。
四、教学资源准备
多媒体课件、光具座、光具座附件、蜡烛、火柴、凸透镜等。
五、教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课（5分钟）
学生活动一：让学生用凸透镜观察书上的字，同学们都能看到放大的字，这是他们已有的知识体验。然后让学生通过凸透镜观察老师，学生会观察到老师倒立、缩小的像，引发他们与已有经验的冲突，同时，也引发他们的思索，为什么透过同一凸透镜却看到不同的情景？进而引入新课。
学生活动二：让学生用另一个焦距不同的凸透镜，与前一透镜并排放置，同时观察课本文字，学生通过对比，得出所观察到的像是不同的，进而引发学生对凸透镜的成像可能与透镜焦距有关的猜想。
学生进行观察并描述看到的像的特点，提出猜想。
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让学生在老师创设的情景中进行自主探究，亲身感受到凸透镜成放大的像还是缩小的像与凸透镜到物体的距离有关，引发对凸透镜成像规律的猜想。
通过以上体验活动，学生从中感悟到凸透镜成像是有规律的，物距和焦距都会影响到所成的像，由此完成猜想。
新课教学（30分钟）
1．提出问题
通过上一节的学习，大家知道了照相机、投影仪里面都有凸透镜，放大镜本身就是一个凸透镜。他们都利用凸透镜使物体成像，但成像情况各不相同。照相机所成的像比物体小，而投影仪所成的像比物体大；照相机、投影仪所成的像是倒立的，而放大镜所成的像是正立的。
通过凸透镜能观察到丰富多彩的像，对此大家能提出什么问题？
2．作出猜想
启发学生对提出的问题作出猜想：前面的学生活动一中，凸透镜离书上的字较近，成正立、放大的像；老师离凸透镜较远，成倒立缩小的像。照相时物体到凸透镜的距离较大，成倒立缩小的像；而投影仪中物体到凸透镜的距离较小，成倒立、放大的像。看来凸透镜所成像的大小、正倒跟物体到凸透镜的距离（即物距）有关。
通过学生活动二，可以看出凸透镜的焦距也会影响到所成的像。
因此，物距和焦距可能都会影响到所成的像大小、正倒和虚实。
3．设计实验
要发现凸透镜成像的规律，必须进行实验。实验要研究的问题就是凸透镜所成像的大小、正倒和虚实与物距和焦距有怎样的关系？实验时，可以在凸透镜焦距不变时，不断改变物距，观察所成像的特点。还要研究在物距不变时，换用焦距不同的凸透镜，观察所成的像是否改变。
思考：如何区别像的正立、倒立？怎样观察实像和虚像？
4．进行实验
介绍实验器材：光具座、光具座附件、蜡烛、火柴、凸透镜。
思考：
（1）怎样测量凸透镜的焦距？（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，直到纸上的光斑最小最亮，用刻度尺测出光斑到凸透镜中心的距离，即为该凸透镜的焦距）
（2）在光具座上放置蜡烛、凸透镜、光屏时，谁在中间？（凸透镜）
（3）为使像成在光屏，实验中烛焰、凸透镜和光屏还应满足怎样的位置关系？（在同一高度）
（4）怎样固定蜡烛？怎样利用光具座上的刻度确定物距、像距？（利用蜡烛燃烧滴下的蜡油固定蜡烛；利用物体、像与凸透镜所在刻度的差确定物距、像距）
（5）怎样在光屏上得到一个清晰的像？（将光屏向左右两个方向移动一点点，像都比原来模糊，则原来那个位置的像就是最清晰的像，这时光屏到透镜的距离才是像距）
（6）如何观察虚像？可以示范当物由远及近靠近凸透镜时，光屏无论怎样移动都不成像，这时把眼放在光屏这一侧，透过凸透镜观察烛焰，可观察到虚像，与放大镜观察物体相同。
在思考讨论的基础上，学生按课本上的步骤进行实验。
在测得了几组成倒立、缩小的像和倒立、放大的像的数据以后，思考：在什么情况下可以得到等大的像？理论和实验指出，当物距是焦距的二倍时，像和物等大。你通过实验做一做，并观察此时的像距是多少？像是正立的，还是倒立的？
当蜡烛移到透镜的焦点时，在光屏上看不到蜡烛的像，继续把蜡烛向凸透镜靠近，这时在光屏上能看到蜡烛的像吗？拿去光屏，用眼睛直接对着凸透镜观察蜡烛的像，像是放大的，还是缩小的？正立的还是倒立的？此时的像是实像还是虚像？
5．总结归纳
总结凸透镜成像的规律：凸透镜既能成实像，也能成虚像；既能成放大的像，也能成缩小的像；既能成正立的像，也能成倒立像。
当物距大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像。
当物距等于二倍焦距时，成倒立、等大的实像。
当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，成倒立、放大的实像。
当物距小于焦距时，成正立、放大的虚像。
进一步总结升华：
老师：通过实验我们能发现，一倍焦距和二倍焦距是成像的两个重要分界点，分别是成什么像的分界点？
老师：实验并思考：当物体从一倍焦距逐渐远离凸透镜时，像距和像的大小怎样变化？从一倍焦距逐渐靠近凸透镜时，像的大小又怎样变化？（在真实实验的基础上也可用计算机模拟整个过程。直接观看凸透镜成像的整个动态变化，从而对凸透镜成像形成一个宏观的整体的认识）。
老师：很好，为了帮助大家记忆，老师编了一个口诀：
一焦分虚实（即物体在一倍焦距以内成虚像，一倍焦距以外为实像）
二焦分大小（即物距小于二倍焦距，成放大的像；大于二倍焦距成缩小的像）
实像异侧倒（成实像时，物和像总在透镜的两侧，且像是倒立的）
物远像近小（物体离透镜越远，所成实像离透镜越近，且像越小）
虚像同正大（成虚像时，物和像总在透镜的同侧，且像是正立、放大的）
物近像变小（物体离透镜越近，所成虚像越小）
其中一、二两句是对成像情况的总体把握，三、五两句是成像情况的静态分析，四、六两句是成像情况的动态描述。
思考：1．在做“凸透镜成像规律”的实验时，某同学在光具座上将蜡烛放置在凸透镜前，然后移动光屏，可他无论怎样移动光屏，都无法在光屏上观察到烛焰的像。请你分析发生这一现象的可能原因。
2．凸透镜成实像时，像与物体上下是颠倒的，此时像与物体左右是否相反？
引导学生可以通过实验进行研究。最简单的方法是轻轻吹一下烛焰，看光屏上烛焰的像向哪个方向飘动，若两个飘动的方向相同，则说明像与物体左右不相反；若两个飘动的方向相反，则说明像与物体的左右也相反。也可以取一高一低两支蜡烛同时放在凸透镜前，要使它们紧靠在一起并且物距相同，光屏上便出现高低不同的两个烛焰的像，比较烛焰和它们的像的位置关系，便可知道像与物体的左右是否相反。
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引导学生提出问题：凸透镜所成像的大小、正倒跟物体的位置有什么关系？
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引导学生进行合理猜想。?
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学生思考回答：像的正立、倒立是指像与物体的上下位置相比较是否颠倒。实像是由实际光线会聚而成的像，能用光屏承接；虚像不是由实际光线会聚而形成的，无法用光屏承接。
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学生思考并回答。
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学生进行实验，把观察到的现象和测量的数据记入表格。
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学生实验并回答。
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在分析实验数据的基础上，总结归纳。
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学生：一倍焦距为成倒立实像与正立虚像的分界点；二倍焦距为成放大实像与缩小实像的分界点。
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学生：前者成的是实像，像距和像都变小；后者成的是虚像，像变小。
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学生交流并回答：光屏上不能出现像，这个原因比较多。可能是烛焰位于凸透镜焦点以内，这时凸透镜只能成虚像，而虚像不能成在光屏上，眼睛必须从光屏一侧向蜡烛看，才能看到正立放大的虚像。也可能是烛焰正好位于凸透镜焦点上，这时凸透镜既不能成实像，也不能成虚像。还有可能是烛焰、凸透镜和光屏的中心不在同一高度，按要求调整好即可。最后一个可能是烛焰位于比凸透镜焦距稍大的位置，这时成的像离凸透镜太远，像也太大，小小的光屏接收不了。
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培养学生提出问题的能力。
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让学生有根据地进行猜想。
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使学生明白实验研究什么问题，怎样去研究这些问题。
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为了顺利进行实验，这些问题必须弄清楚。
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了解观察虚像的方法。
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得出凸透镜成像的规律。
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对凸透镜的成像规律进一步加深理解。
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学会应用凸透镜成像的规律回答问题。
课堂小结（5分钟）
通过这节课你学到了什么？学生回答或与同学们进行交流，老师恰当总结。
梳理本节课知识内容，把自己所学到的知识与老师同学交流，最后总结出本节课的知识点。
培养学生总结归纳的能力。同时也可以帮助学生记忆。
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《凸透镜成像的规律》同步试题
江苏省丰县初级中学　戴松方
一、选择题
1．（2014·临沂）光的世界丰富多彩，光学器件在我们的生活、学习中有着广泛应用。下列说法中符合实际的是（　　）
A．近视眼镜利用了凸透镜对光线的发散作用
B．照相时，被照者应站在距镜头二倍焦距以外
C．借助放大镜看地图时，地图到放大镜的距离应大于一倍焦距
D．阳光通过凸透镜可以点燃纸屑，是利用凸透镜对光线的放大作用
答案：B
解析：凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用；当物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，这是照相机的应用；当物距小于1倍焦距时，凸透镜会成正立、放大的虚像，这是放大镜的应用；凸透镜能使阳光会聚在一点上，并且会使此点温度升高至纸屑的燃点，将纸屑燃烧；近视眼需戴凹透镜加以矫正。
2．（2013·常德）在探究凸透镜成像规律实验中，当烛焰位于距离凸透镜一倍焦距内时，人眼观察到烛焰成像的情形是图1中的（　　）
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A?????????????? B??????????? C???????????????? D
图1
答案：C
解析：当物距小于一倍焦距时，物体在凸透镜成的是正立的放大的虚像。只有选择项C中所示的情况符合这个规律。
3．（2014·邵阳）甲同学拿着焦距为10cm的放大镜去看离他1.5m远处的乙同学，乙同学却通过放大镜看到了甲同学眼睛成正立放大的、清晰的虚像，则放大镜与甲同学的距离（　　）
图2
A．小于10cm ?????
B．大于10cm小于20cm
C．大于20cm??????
D．等于10cm
答案：A
解析：凸透镜成像时，u＜f，成正立、放大的虚像，应用于放大镜。乙同学通过放大镜看到了甲同学眼睛成正立放大的、清晰的虚像，此时凸透镜的焦距是10cm，那么放大镜与甲同学的距离小于10cm，所以只有A选项符合题意。
4．（2013·揭阳）在做观察“凸透镜成像”的实验时，物体放在距离凸透镜60cm处，在光屏上得到一个倒立、缩小的实像，则该凸透镜的焦距可能是（　　）
A．20cm　　B．30cm　　C．60cm　　D．80cm
答案：A
解析：因为物距大于二倍焦距时，凸透镜成倒立缩小实像，所以60cm＞2f，即30cm＞f，即焦距小于30cm。
5．（2014·绵阳）在“探究凸透镜成像的规律”的实验中，凸透镜焦距为15cm，把蜡烛放在凸透镜前25cm处，光屏上可承接到烛焰放大、倒立、清晰的实像，然后保持凸透镜位置不变，将蜡烛缓慢向凸透镜靠近。最终停在距凸透镜20cm处，为在光屏上得到烛焰清晰的实像，则光屏的移动方向和光屏上所得到像的大小变化分别是（　　）
A．靠近凸透镜，变大
B．远离凸透镜，变大
C．靠近凸透镜，变小
D．远离凸透镜，变小
答案：B
解析：凸透镜成实像的过程中，如果将蜡烛向靠近透镜方向移动，使物距减小，则像距增大，同时像也变大。所以将蜡烛缓慢向凸透镜靠近，最终停在距凸透镜20cm处，为在光屏上得到烛焰清晰的实像，则光屏要远离凸透镜，光屏上所得到像的大小变化是变大了。
6．（2014·潍坊）将点燃的蜡烛放在距凸透镜20cm处时，在另一侧距凸透镜20cm处的光屏上出现了一个与烛焰等大的清晰像，若保持物距不变，更换一个焦距为15cm的凸透镜，要想在屏上出现清晰像，下列操作可行的是（　　）
A．使屏远离透镜
B．使屏靠近透镜
C．使屏向上移动
D．使屏向下移动
答案：A
解析：根据凸透镜成像规律，当u=2f时，成倒立、等大的实像，像距v=2f；本题中u=20cm时，在另一侧距凸透镜20cm处的光屏上可以得到一个与蜡烛等大的像，所以2f=20cm，即f=10cm。当f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像，此时像距v＞2f，所以当凸透镜焦距为15cm时，f=15cm＜20cm＜2f=30cm，成倒立、放大的实像，像距v＞2f=30cm，所以屏应远离透镜。
7．（2014·宜昌）如图3所示，此时蜡烛通过凸透镜在光屏上形成一个清晰的像，现保持凸透镜的位置不变，将光屏与蜡烛的位置对调，则光屏上（　　）
A．无像????????????
B．成倒立缩小的实像
C．成倒立放大的实像
D．成正立放大的实像
图3
答案：C
解析：由题意知，u＞2f，由凸透镜成像规律可知，在光屏上能成倒立、缩小的实像，此时2f＞v＞f；若保持凸透镜的位置不动，将蜡烛和光屏互换一下位置，则2f＞u＞f，根据光路是可逆的，由凸透镜成像规律可知，成倒立、放大的实像。
8．（2014·凉山州）小琳用光具座探究凸透镜成像规律，她先将物体放在凸透镜前某一位置时恰在透镜后20cm处的光屏上出现一个与该物体等大的像；若现将物体移至透镜前5cm处时，则光屏上（　　）
A．倒立放大的实像
B．倒立缩小的实像
C．光屏上接收不到像
D．倒立放大的虚像
答案：C
解析：距离凸透镜20cm的光屏上得到一个清晰的与物体等大的像，所以v=2f=20cm，则f=10cm。若将物体移至透镜前5cm处时，此时物距u=5cm，则物距应小于焦距，成正立、放大的虚像，虚像不能呈现在光屏上，光屏上接收不到。
9．（2014·鄂州）在探究“凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、凸透镜和光屏在光具座上的位置如图4所示，此时在光屏上得到烛焰清晰的像，若保持凸透镜位置不动，将蜡烛移到光具座的35cm刻度处，对于此时像的性质判断正确的是（　　）
图4
A．一定是放大的像
B．一定是缩小的像
C．可能是倒立的像
D．可能是正立的像
答案：A
解析：由图4知，物距u=50cm-30cm=20cm，像距v=65cm-50cm=15cm。当物距大于像距时，成倒立缩小的实像，因此物距大于2倍焦距，像距处于1倍和2倍焦距之间。即：
20cm＞2f，f＜15cm＜2f，解得：7.5cm＜f＜10cm
将蜡烛移到光具座的35cm刻度处时，物距u=50cm-35cm=15cm，处于1倍和2倍焦距之间，所以成倒立放大的实像。
10．小明手里拿一个放大镜，对准房间天花板上的白炽灯泡，并在地板上铺一张白纸，适当调整透镜到纸面的距离，即可得到正在发光的灯泡中灯丝的（　　）
A．放大的实像
B．放大的虚像
C．缩小的实像
D．放大的实像或缩小的实像
答案：D
解析：放大镜是焦距较短的凸透镜，白炽灯与白纸之间的距离足够大，在它们之间调整凸透镜的位置，将会在白纸上得到两种像：一种是凸透镜距白纸近时灯丝在白纸上成缩小的实像；一种是当凸透镜靠近白炽灯时，灯丝在白纸上成放大的实像。
11．凸透镜的焦距为10cm，若物体沿主光轴从距透镜30cm处向透镜处移动，直到距透镜10cm，则下述凸透镜所成像的变化情况中，正确的是（　　）
A．像始终变大
B．像始终变小
C．像先变小后变大
D．像先变大后变小
答案：A
解析：在2倍焦距之外成倒立缩小的实像，物距等于2倍焦距时，成等大倒立的实像，物距小于2倍焦距时，成放大倒立的实像。
12．如图5所示是探究凸透镜成像规律的实验装置，将点燃的蜡烛放在离透镜较远处，移动光屏使烛焰在屏上成一缩小实像，然后只将蜡烛向透镜逐渐移近，那么（　　）
A．光屏上出现等大的实像
B．光屏上出现放大的实像
C．光屏上出现缩小的实像
D．透过凸透镜可能会看到放大的像
答案：D
解析：根据凸透镜成像规律“物近像远像变大”，只将蜡烛向透镜逐渐移近，即物距变小，像距要变大，但光屏没有移动，所以光屏上不会出现清晰的实像。但当物体移至焦点以内，能出现正立、放大的虚像，这个像不能呈现在光屏上，要透过凸透镜才能用眼睛观察到。
二、填空题
13．在研究“凸透镜成像规律”实验中，若不知道透镜焦距的粗略值，要先让凸透镜正对_______将其测出；实验要用的主要器材有凸透镜、蜡烛、光屏和_______，实验时，已测出凸透镜焦距为10cm，若烛焰位于凸透镜2倍焦距处，其像离透镜_______cm。
答案：太阳　　光具座或刻度尺　　20
解析：测量凸透镜焦距的方法是利用它对太阳光的会聚作用，测出焦点到凸透镜中心的距离；研究凸透镜成像规律实验中，应使用凸透镜、蜡烛、光屏及刻度尺等器材；当物距等于二倍焦距时，像距也等于二倍焦距。
14．在观察凸透镜成像条件时，调整蜡烛火焰、凸透镜和_______的高度，使它们的中心大致在同一高度处。当蜡烛从焦点向外移动时，像逐渐变_______（填“大”或“小”），像到透镜的距离逐渐_______（填“增大”“减小”或“不变”）。
答案：光屏　　小　　减小
解析：当物体从焦点以外向外移动时，像距变小，像的大小也变小。
15．一束平行光线经过凸透镜折射后的传播方向如图6甲所示，由图可知，此透镜的焦距为_______cm；当把烛焰放在此凸透镜左侧12cm处时，如图6乙所示，则从该凸透镜右侧通过透镜可以看到一个_______、放大的虚像（填：“正立”或“倒立”）。
答案：15　　正立
解析：由图甲可知，平行光通过凸透镜后在主轴上15cm处会聚，该点是焦点，凸透镜的焦距是15cm，再由图乙可知，物距为12cm，在一倍焦距之内，所以可得到正立、放大的虚像。
16．在观察凸透镜成像的现象时，保持凸透镜的位置不变，先后把烛焰放在图7中的a、b、c、d、e各点，并且分别调整光屏的位置，那么：
（1）把烛焰放在_______点时，屏上所成的像最大。
（2）把烛焰放在_______点时，屏上所成的像最小。
（3）把烛焰放在_______点时，无论怎样调整屏的位置都不能接收到像，眼睛也无论如何看不到像。
（4）把烛焰放在_______点时，可以用眼睛观察到正立放大的像。
答案：（1）c　　（2）a　　（3）d　　（4）e
解析：根据凸透镜的成像规律，a、b、c三点都在焦点以外，即到凸透镜的距离大于焦距，都能成实像。其中a点离凸透镜最远，物距最大，所成的像最小；b点在2倍焦距处，所成的像与物体等大；c点在焦点以外2倍焦距以内，成倒立、放大的实像，故物体放在c点，在屏上所成的像最大；d点是焦点，ｕ=f，不能成像，即看不到也承接不到d点所成的“像”；e点在焦距之内，能成正立放大的虚像。
三、实验题
17．小明用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像的规律”的实验，如图8所示：
（1）要使像能够成在光屏的中央，应将光屏向______调整（选填“上”或“下”）；
（2）实验过程中，当烛焰距凸透镜15cm时，移动光屏至某一位置，在光屏上得到一等大清晰的像，则该凸透镜的焦距是______cm；
（3）接着使烛焰向左移动5cm，此时应该将光屏向______移到某一位置（选填“左”或“右”），才能在屏上得到倒立、______、清晰的实像（选填“放大”“缩小”或“等大”）。
答案：（1）下　　（2）7.5　　（3）左　缩小
解析：（1）只有蜡烛、凸透镜和光屏在同一高度，像才能够成在光屏的中央，因此应将光屏向下调整；（2）物体在二倍焦距处成等大的实像，所以该凸透镜的焦距是15cm÷2＝7.5cm；（3）烛焰再向左移动5cm，此时物距大于二倍焦距，屏上得到倒立、缩小的实像，此时像距也变小，所以光屏应向左移。
18．（2014·镇江）如图9是探究凸透镜成像的实验装置，光屏上得到了一个清晰的像（光屏上像未给出），则该像为_______________、______的实像，应用这一规律可以制成_______（选填“照相机”或“投影仪”），保持透镜不动，将蜡烛向左移动，为使光屏上再次出现清晰的像，应将光屏向____________移动（选填“左”或“右”）。
图9
答案：倒立　　缩小　　照相机　　左
解析：根据图中蜡烛和凸透镜的位置，读出物距u=25cm，像距是v=10cm，u＞v，成倒立、缩小的实像，应用于照相机；将蜡烛向左移动，物距增大，为使光屏上再次出现清晰的像，像距要减小，所以将光屏向左移动。