3.6 探究凸透镜成像规律 导学案（含答案）

3.6 探究凸透镜成像规律
学习目标
1.通过光路图描述凸透镜所成像的虚实、倒正、大小与物体位置的关系.
2.解释放大镜的工作原理,理解虚像和实像的区别.
3.尝试根据凸透镜的成像规律,解释常见光学仪器的工作原理.
一、情景引入
你知道你爷爷戴的是什么镜吗？放在太阳光下，上下移动，看能否会成一个亮点？在房内面向窗户而立，移动凸透镜或光屏板的位置，使窗外景物在屏上形成一个清晰的像，这个像是怎样的？凸透镜成像规律是什么？
二、教材研究
问题1——透镜在生活中有哪些使用？
透镜与我们的生活和现代科技的联系非常密切，如青少年学生戴的用来矫正视力的 ，老年人由于眼花戴的 ，实验室里用 来观察微小物体的结构，电影院里放映电影的 ，为了保存美好瞬间影像的 等都用到了凸透镜。
问题2——凸透镜成像有什么规律？
物距（u）： 的距离；
像距（v）： 的距离；
提出问题：利用透镜可以成什么像？成像时，物距（u）、像距（v）与焦距（f）三者之间有怎样的关系？
猜想与假设：利用照相机照相时，在相机后面的毛玻璃板上可以看到倒立、缩小像，物距大，像距小；
看电影时，可以在银幕上看到放大、实像，物距小，像距大；
 。
制订计划与设计实验：
参考课本中所给器材光具座，设想一下你想怎样利用这个光具座进行实验。写出你的想法：
。
进行实验与收集证据：
先利用你前面所学知识测出凸透镜的焦距f= cm。
把蜡烛、透镜和光屏放在光具座上。点燃蜡烛，调节透镜和光屏的高度，使它们的中心跟烛焰的中心大致在同一高度上。
固定透镜在光具座的中间位置上，使蜡烛在离透镜最远位置上，移动光屏，直到在光屏上得到最清晰的像，观察像的性质，测出物距和像距，并填入表格。
减小物距，慢慢移动蜡烛和光屏，在光屏上得到与烛焰等大的清晰的像，测出物距和像距，并填入表格。
继续减小物距，移动光屏，以光屏上得到清晰的像，观察像的性质，测出物距和像距，并填入表格。
继续减小物距，使得物距等于焦距，移动光屏，观察光屏上的情况。
继续减小物距，使得蜡烛在焦点内，移动光屏，观察光屏上的情况，如观察不到像，把光屏取下来，通过透镜向蜡烛看，能观察到什么情况？
分析与论证：填写下面空格.
序号
物距
成像特点
像距
1
倒立、缩小、实像
f﹤v﹤2f
2
u=2f
V=2f
3
f﹤u﹤2f
v﹥2f
4
u﹤f
物与像同侧
5
u﹥f
物距减小，像距变大，像变大。
问题3——放大镜是凸透镜哪个规律的应用？
从上面的实验可以知道，当物距u 焦距f时，通过透镜成 、 、 像，利用这一特点可以把凸透镜做成放大镜，通常选用焦距较 的凸透镜作放大镜。并找一凸透镜体会一下作放大镜使用的情景。
三、典例分析
如图所示的四种光学现象 ，由于光的折射形成的是 （ ）
解析：这是综合基础题，概括了光的规律应用。A说明了光的直线传播，B说明凸透镜成像，属于光的折射现象，是凸透镜成像规律中成正立放大的虚像情况，C说明了平面镜成像规律，D与C一样说明光的反射。
答案：B
四、达标训练
1、小明在做凸透镜成像的实验，他把蜡烛放在2倍焦距的地方，逐渐远离凸透镜。移动光屏，观察像的大小及像到凸透镜的距离。他发现：物距增大时，像 ，像距 （填“变大”“变小”或“不变”）。
2、医用体温计的刻度部分为三棱体。横截面如图所示。其正面呈圆弧形。这样就可看清体温计内极细的汞柱，以便于读数，这是因为圆弧形玻璃的作用相当于 ，我们用它能看到汞柱被放大后正立的 。
3、一束平行光线经过凸透镜折射后的传播方向如图甲所示，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”）。
4、透过装水的玻璃杯看到的手指是 （选填“放大”“等大”或“缩小”）的像，这是因为装有水的玻璃杯可看成 。
5、在凸透镜成像的实验中可以发现：实像和虚像的分界点是物体在 处，成放大像和缩小像的分界点是物体在 处，把物体放在 处不成像。
6、关于实像和虚像，说法错误的是 （ ）
A、实像和虚像都能用眼睛看到； B、实像是倒立的，虚像是正立放大的；
C、实像能在光屏上得到，虚像则不能； D、实像是光实际会聚而成，虚像不是；
7、关于实像和虚像，下列说法正确的是 （ ）
A、实像能用光屏收集到，虚像不能；
B、虚像是人的幻觉，并没有光线进入人眼，实像则相反；
C、实像一定是由光的折射现象形成的，而虚像都是放大的；
D、实像有放大的也有缩小的，而虚像都是放大的；
8、某凸透镜的焦距为10cm。当物体沿主光轴从距透镜30cm处向透镜处移动时，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；
9、在做凸透镜成像的实验过程中，有一只小飞虫落在了凸透镜上，此时蜡烛火焰在光屏上的像会 （ ）
A、几乎无影响； B、光屏上也会出现一小虫子，但不清晰；
C、像上有只小飞虫； D、像会变得模糊不清；
10、在用光具座研究凸透镜成像规律的实验中：
(1)测量凸透镜的焦距如图所示，则该凸透镜的焦距为_____cm．
(2)将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上．点燃蜡烛后，调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在_______________上．
(3)当烛焰距凸透镜30cm时，移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的倒立、_____的实像。
11、张强同学在做“凸透镜成像规律”的实验时，调整物体到凸透镜的距离和像到凸透镜的距离，在光屏上得到一个清晰的烛焰的像，然后他用纸板把凸透镜遮住一半，请猜想会发生什么现象？
（1）你的猜想是： 。
（2）猜想的理由是： 。
（3）验证结果： 。
12、张强同学在光具座上做“探究凸透镜成像”的实验中，当光屏、凸透镜及烛焰的相对位置如图所示时，恰能在光屏上得到一个清晰的像。由此判断，他所用凸透镜的焦距 （ ）
A、一定小于20cm ； B、一定在10cm和16cm之间；
C、一定小于8cm ； D、一定在8cm和10cm之间。
13、在一个不透明的木板上，钻一个小孔．用眼睛通过小孔可以观察到一定的范围．如图所示。为了扩大观察的范围，在小孔中嵌入各种形状的玻璃制品。则在图中的四个截面中能获得最大观察范围的是： ( )
14、有一凸透镜不知焦距，你有几种办法可以测出它的焦距？
15、将一物体置于凸透镜前，使物距分别为6cm、18cm和24cm，得到的像分别是放大的虚像、放大的实像和缩小的实像，试推证：凸透镜的焦距f应满足9cm＜f＜12cm。
五、中考试题
1.我们都做过“探究凸透镜成像规律”的实验，图示为该实验的装置图。实验时首先利用太阳光测出所使用的凸透镜的焦距f。请你认真思考以下的实验方法和过程，然后回答问题：
a．分别把点燃的蜡烛放在一倍焦距f和二倍焦距2f处，调整光屏到凸透镜的距离，观察并记录在屏上能否成像以及所成像的特点，经过分析总结得出凸透镜成像的规律。
b．除a中的做法外，还应该把蜡烛放在大于2f的某一位置和大于f、小于2f的某一位置，观察并记录对应的成像情况，才能总结得出凸透镜成像的规律。
c．把点燃的蜡烛从距凸透镜较远的位置逐渐移近（或从较近的位置逐渐远离），通过不断调整光屏到凸透镜的距离，观察并记录在屏上能否成像，以及所成像的特点，包括观察所成像随烛焰位置变化而变化的趋势，尤其是在f和2f处所成像的情况，从而总结得出凸透镜成像的规律。
d．与c不同的是，将蜡烛从靠近凸透镜的位置逐渐远离，其它做法相同。
以上探究过程与方法中，科学合理的是： （填标号）。
解析：这是探究凸透镜成像规律的实验，要求同学们要熟悉本实验的目的、器材、步骤、数据分析与评估等。a和b是不全面的，只不过是某些成像的特殊情况，并不能分析总结得出凸透镜成像的规律
答案：c、 d
2.把高2 cm的发光棒立于焦距为5 cm的凸透镜前，在凸透镜后的光屏上成了4 cm高的像，物体离凸透镜的距离可能是
A．7.5 cm B．12.5 cm C．4.5 cm D． 10 cm
解析：物体是2cm，而像是4cm，说明像变大了，这是物距在f与 2f之间时成的倒立放大的实像情况，则可断定物距是5-10cm之间。
答案：A
如下图所示是幻灯机的工作原理图．幻灯机的镜头相当于一个　　　　镜．为了使观众看到正立的像，幻灯片要　　　　(填“顺着"或“倒着")插入架上．用强光照射幻灯片，幻灯片上的画面在屏幕上形成
　　　像(填“实”或“虚”)。
解析：这是凸透镜成像规律中一个应用：在物距在f与 2f之间时成的倒立放大的实像情况。
答案：凸透镜；倒着；实。
六、课堂测评
1、凸透镜成像规律的实验中需要的器材有：光具座、蜡烛、 、光屏、火柴等。 放在蜡烛和光屏之间，调整透镜、光屏的高度，使它们的中心大致在 。
2、在“研究凸透镜成像条件”的实验中，凸透镜的焦距为10cm；当烛焰在光屏上成倒立、缩小的实像时，蜡烛到凸透镜的距离应大于 cm；当蜡烛到凸透镜的距离小于 cm时，透过凸透镜能看到正立、放大的虚像。
3、关于凸透镜的成像规律，下列说法中正确的是 （ ）
A、物体位于焦点以内时，成正立、放大的实像；
B、物体位于焦点以内时，成正立、放大的虚像；
C、物体位于焦点以外，2倍焦距以内时，成倒立、放大的虚像；
D、物体位于焦点以外，2倍焦距以内时，成正立、放大的实像；
4、用一个凸透镜成像时，下列说法中正确的是 （ ）
A、成实像时，物体离凸透镜越远，像越大；
B、成虚像时，物体离凸透镜越近，像越大；
C、实像总是倒立的，虚像总是正立的；
D、实像和虚像都可能成放大或缩小的。
5、在研究凸透镜成像规律的实验中，小明同学无论怎样移动光屏，在光屏上始终观察不到烛焰清晰的像，造成这种现象的原因不可能是 （ ）
A、蜡烛、凸透镜、光屏三者中心不在同一水平线上；
B、蜡烛距凸透镜距离大于焦距；
C、蜡烛距凸透镜距离小于焦距；
D、蜡烛距凸透镜距离等于焦距；
6、把一张透明塑料纸铺在一张平放于水平桌面上的报纸上，用筷子在塑料上滴一个水珠（直径约为5mm），透过水珠看到报纸上的字，下列说法正确的是（ ）
A、是放大的实像；B、是放大的虚像；C、是缩小的实像；D、是缩小的虚像；
7、物体经凸透镜所成的像，哪种像无法显示在光屏上 （ ）
A、倒立的像； B、放大的像； C、缩小的像； D、正立的像；
8、蜡烛放在离凸透镜20cm的主光轴上，在透镜的另一侧光屏上得到放大的像，若把蜡烛向透镜方向移动8cm，则所成的像一定是 （ ）
A、缩小的； B、放大的； C、正立的； D、倒立的；
9、如下图所示四种现象中，由于光的反射而形成的 （ ）
10、如下图所示，其中不属于光的折射现象的是 （ ）

11、如下图所示，把一支点燃的蜡烛放在距离凸透镜2倍焦距以外的地方，在透镜的另一侧调节光屏位置可找到一个清晰的像。这个像是下图中的 （ ）
 A B C D
12、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”)。
13、用一个凸透镜成像时，下列说法不正确的是 （ ）
A、成实像时，物体离凸透镜越近像越大；
B、成虚像时，物体离凸透镜越近，像越大；
C、成虚像时，物体离凸透镜越近像越小；
D、实像总是倒立的，虚像总是正立的。
参考答案
四、达标训练
1、变小 变小
2、凸透镜 虚像
3、15 正立 4、放大 凸透镜 5、焦点 2倍焦距 焦点
B 7、A 8、A 9、A
（1）9.5 （2）同一高度 （3）缩小
11、（1）像是完整的，但高度变暗些 （2）透镜上每一部分都能成完整像 （3）与猜想相同
12、D 13、D
14、法一、（自然法）把透镜放在阳光下，移动透镜后的光屏位置，直到能得到最小最亮光斑为止，用刻度尺测出光屏到透镜的距离；法二、（二倍成像法）在光具座上移动蜡烛和光屏的位置，直到在光屏上得到倒立，等大像，测出物距，则f=U/2；法三、（无限远成像法）通过透镜能在光屏上得到眼睛所能看清的最远处物体的像，测出像距即可。
15、成放大虚像的条件是：u＜f，即是：6cm＜f；放大实像的条件是：f＜u＜2f，即f＜18cm＜2f；缩小像的条件是：u＞2f，即24cm＞2f；解上面的三个不等式即可得到9cm＜f＜12cm；
六、课堂测评
1、凸透镜 凸透镜 同一高度 2、20 10
3、B 4、C 5、B 6、B 7、D 8、B 9、B 10、B 11、B
12、（1）下 （2）7.5 （3）左 缩小 13、B