4.5 科学探究：凸透镜成像(共32张PPT)

(共32张PPT)
第5节 科学探究：凸透镜成像
八年级
初中物理
第四章 多彩的光
学习目标
3.通过实验探究，归纳总结凸透镜成像的规律。
5.能够应用凸透镜成像规律解决一些生活中的实际问题。
4.知道凸透镜所成像的正倒、大小、虚实与物距的关系。
1.认识凸透镜和凹透镜，了解透镜的焦点、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，并学会画相关光路图。
凸透镜和凹透镜
知识点一
1.透镜的概念：透镜是利用光的折射原理制成的光学器件。
2.透镜的种类
凸透镜中央
厚、边缘薄，
（如放大镜）
凹透镜中央
薄、边缘厚，
（如近视镜片）
3.透镜的主光轴和光心
光心
主光轴
主光轴
光心
（1）主光轴：通过透镜两个球面球心的直线叫主光轴，简称主轴，每个透镜都有1条主光轴，主光轴用点划线表示。
（2）光心：透镜主光轴上有个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫透镜的光心。可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。
光心
光心
通过透镜光心的光线，它的传播方向不改变。
光心
光心
（1）凸透镜的焦点与焦距
F
①平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于主光轴上的一点，这个点叫凸透镜的焦点（F ）。
F
焦距
②凸透镜有两个焦点。
③焦点到凸透镜光心的距离叫焦距( f )。
f
f
焦点
4.焦点和焦距
①平行于主光轴的光线通过凹透镜后发散，发散光线的反向延长线相交于主光轴上，它不是实际光线的会聚点，叫虚焦点(F )。
F
（2）凹透镜的焦点、焦距
②凹透镜有两个虚焦点。
③虚焦点到凹透镜光心的距离叫焦距( f )。
F
f
f
凸透镜对光线起会聚作用，因此凸透镜也叫会聚透镜。
5.透镜对光的作用
现象：这些光线通过透镜后会聚于主光轴上一点。
让平行于凸透镜主光轴的光束射向凸透镜，观察光通过凸透镜后如何传播？
（1）凸透镜对光的作用
（2）凹透镜对光的作用
凹透镜对光线起发散作用，因此凹透镜也叫发散透镜。
现象：这些光线通过透镜后偏离主光轴散开，但其反向延长线交会聚于主光轴上一点。
让平行于凹透镜主光轴的光束射向凹透镜，观察光通过凹透镜后如何传播？
6. 对会聚和发散的理解
（1）凸透镜对光有会聚作用，指的是折射光的方向比入射光的方向更靠近主光轴，即通过凸透镜的光将向主光轴方向偏折，并不是说通过凸透镜的光都是会聚的。如图所示。
(2)凹透镜对光有发散作用，指的是折射光的方向比入射光的方向更偏离主光轴，即通过凹透镜的光将向远离主光轴方向偏折，并不是说通过凹透镜的光都是发散的。如图所示。
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。
7.透镜中的光路可逆
凸透镜成像
知识点二
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
物距：物体到透镜光心的距离，用字母u 表示。
像距：像到透镜光心的距离，用字母v 表示。
（1）可能与物距有关；
(2)可能与焦距有关。
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。
（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。
使它们的中心处于同一高度，这样像才能成在光屏中心。
5.进行实验与收集证据
（3）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。
（2）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（ 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。
（5）把蜡烛继续靠近凸透镜（ u=f ） ，移动光屏，观察是否能够成像。
（6）继续向凸透镜移动蜡烛（ u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
20
56
56
12
20
12
18
23
23
18
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
10
8
6
（7）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=10 cm )。
（1）焦点是成实像和虚像的分界点。当u＞f 时成实像；当u（2）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 应用
倒正 大小 虚实 像距（v）
u＞2f 倒立 缩小 实像 f＜v＜2f 与物异侧 照相机
u＝2f 倒立 等大 实像 v＝2f 与物异侧 测焦距
f＜u＜2f 倒立 放大 实像 v＞2f 与物异侧 投影仪
u＝f 不成像、得到一束平行光
u＜f 正立 放大 虚像 —— 与物同侧 放大镜
7.实验结论
（1）所选凸透镜的焦距最好在 10～20 cm 之间，太大或太小都不方便。
8. 实验注意事项
（2）应把蜡烛、凸透镜、光屏按顺序安放在光具座上，调整它们的高度，使烛焰中心、光屏的中心和凸透镜的中心大致在同一高度，这样做的目的是使烛焰通过凸透镜成的像能完整地成在光屏中央，便于观察。
典例1
在探究“凸透镜成像规律”的实验中，已调好的实验装置如图所示，凸透镜在光具座50 cm刻度线处，凸透镜焦距为10 cm。
（１）先将蜡烛移到光具座上35 cm刻度线处，只移动光屏，可在光屏上得到烛焰所成的清晰、倒立、_____的实像。
放大
（2）保持透镜位置不变，将蜡烛放到光具座上15cm刻度线处，移动光屏，可在光屏上得到烛焰所成的清晰、倒立、______的实像。
(3)在(2)的基础上将透镜换成焦距为8 cm的凸透镜，发现光屏上的像变得模糊，应将光屏_______（填“远离”或“靠近”）凸透镜，光屏上又可得到清晰的像。
（4）此时再把蜡烛和光屏位置对调，_____（填“能”或“不能”）得到清晰的实像，理由是光在折射时 _____________。
缩小
靠近
光路是可逆的
能
解析：由题可知，凸透镜的焦距f =10 cm，凸透镜在50 cm刻度线处，当蜡烛移到35 cm刻度线处时，u =50 cm-35 cm=15 cm，满足f2f， 此时凸透镜成倒立、缩小的实像。 对比两透镜，由于后者焦距变小，蜡烛和透镜未动，物体相当于“变远”了。 根据“物远像近”的特点可知，要使像变清晰，只要把光屏靠近凸透镜即可。 由于在光的折射中光路是可逆的，因此把蜡烛和光屏位置对调，仍能得到清晰的实像。
答案：（1）放大 （2）缩小 （3）靠近 （4）能光路是可逆的
课堂小结
u>2f ：倒立、缩小的实像，fu=2f ：倒立、等大的实像，v=2f
u=f ：平行光束，不成像
f2f
u凸透镜成像的规律
透镜
凸透镜：对光有汇聚作用
凹透镜：对光有发散作用
科学探究：凸透镜成像
1.有媒体报道：在烈日下洗车，水滴所产生的效果会使车身局部产生高温现象，时间长了车漆便失去光泽，对这一现象合理的解释是（　　）
B
A．水滴相当于平面镜，能使光发生折射而让车漆失去光泽
B．水滴相当于凸透镜，能使光聚在车身的局部而产生高温
C．水滴相当于凹透镜，能使光聚在车身的局部而产生高温
D．水滴相当于凸透镜，能使光发散从而车身局部产生高温
随堂练习
2.让甲、乙两个透镜正对平行光，观察到的现象如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．甲、乙两个透镜对光线都是会聚的
B．甲透镜对光线是会聚的，乙透镜对光线发散
C．甲是凹透镜，乙是凸透镜
D．甲是凸透镜，乙是凹透镜
甲 乙
C
D
3.如图所示，是一款手机屏幕放大器，其主要部件是一个透镜，通过它就可以看到正立、放大的手机视频画面，下面关于它的说法错误的是（　　）
A．该透镜是一个凸透镜
B．通过透镜看到的画面是放大的虚像
C．手机离透镜的距离要小于该透镜的焦距
D．手机离透镜越近看到的像越大
4.在探究凸透镜成像规律时，记录实验数据并绘制了物距u和像距v之间的关系图象（如图所示），下列说法正确的是（　　）
A．当物体从距凸透镜16 cm处移到10 cm处的过 程中，其所成像逐渐变大
B．当u=8 cm时，在光屏上得到放大的像
C．实验过程中移动光屏，只要光屏上观察到像就可以直接利用光具座上的刻度尺读取此时物距所对应的像距大小
D．该凸透镜的焦距是16 cm
A
5.如图所示，点燃的蜡烛及焦距为15cm的凸透镜固定在光具座上，要在光屏上承接到烛焰______（选填“正立”或“倒立”）、放大的清晰实像，需将光屏向______（选填“左”或“右”）移动。
倒立
右