3.6　探究凸透镜成像规律　第1课时(要点讲解+当堂检测+答案)

沪粤版物理八年级上册同步学案
第三章　光和眼睛
3.6　探究凸透镜成像规律
第1课时　探究凸透镜成像规律
要 点 讲 解
要点　探究凸透镜成像规律
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呢？
猜想与假设：凸透镜成像的大小、正倒和虚实可能与物距有关，也可能与凸透镜的焦距有关。
设计并进行实验：首先利用太阳光聚焦法测定凸透镜的焦距。
(1)如图所示，把蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上。点燃蜡烛，调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度。
(2)把蜡烛放在与凸透镜的距离大于二倍焦距的地方，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像。观察这个像是倒立的还是正立的，是放大的还是缩小的，并观察像到凸透镜的距离。改变物距，重做这一步。
(3)把蜡烛移向凸透镜：让蜡烛与凸透镜的距离等于二倍焦距，移动光屏得到清晰的像，观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小。
(4)把蜡烛再靠近凸透镜，让蜡烛与凸透镜的距离在一倍焦距与二倍焦距之间，移动光屏得到清晰的像，观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小。改变物距，重做这一步。
(5)把蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛在凸透镜的焦点上，移动光屏，看是否能够成像。
(6)把蜡烛移到凸透镜的焦点以内，移动光屏，在光屏上还能看到烛焰的像吗？
从光屏这一侧透过凸透镜用眼睛直接观察烛焰，是不是看到了一个正立、放大的烛焰的像？这个像不是实际光线会聚成的，不能用光屏承接，是虚像。改变物距，重做这一步。
将实验数据和观察结果填入下表中。(凸透镜的焦距为10cm)
物体到凸透镜的距离/cm
光屏上像到凸透镜的距离/cm
光屏上像的性质
像的其他性质
40
13.5
倒立的、缩小的
与物分居凸透镜的两侧，光屏能接收
30
15
倒立的、缩小的
20
20
倒立的、等大的
15
30
倒立的、放大的
13.5
40
倒立的、放大的
10
—
光屏上没有像
—
8
—
光屏上没有像，但通过凸透镜观察烛焰，能看到它正立的、放大的像
与物同侧，光屏不能接收
实验结论：物体通过凸透镜所成的像，其性质由物距u跟焦距f的关系来确定(见下表)。
物距u和焦
距f的关系
像的性质
像距v和焦
距f的关系
正倒
大小
虚实
物像位置
u>2f
倒立
缩小
实像
异侧
fu＝2f
倒立
等大
实像
异侧
v＝2f
f倒立
放大
实像
异侧
v>2f
u＝f
不成像
u正立
放大
虚像
同侧
—
拓展：(1)物体在一倍焦距外成实像，物体在一倍焦距内成虚像，焦点是成实像和虚像的分界点。同一凸透镜成实像时，物体离凸透镜越近，像离凸透镜越远，像越大；同一凸透镜成实像时，物体离凸透镜越远，像离凸透镜越近，像越小。同一凸透镜成虚像时，物体离凸透镜焦点越近，虚像离凸透镜越远，像越大。
(2)物距、像距、焦距
物距
像距
焦距
定义
物体到透镜光心的距离
像到透镜光心的距离
从焦点到透镜光心的距离
符号
u
v
f
相互
关系
物距大于焦距时，物距越大，像距越小，物距越小，像距越大；物距小于焦距时，物距越大(越小)，像距就越大(越小)
(3)凸透镜所成的实像、虚像
实像
虚像
成因
实际光线会聚而成
光线的反向延长线会聚而成
是否可承接
可以用光屏承接
不可用光屏承接
正倒
倒立
正立
位置
与物体异侧
与物体同侧
经典例题1　某同学做“研究凸透镜成像规律”的实验，当他把蜡烛移到距离透镜36cm的地方时，在光屏上观察到如图所示的像，则该凸透镜的焦距可能是(　　)
A．40cm　 B．30cm C．20cm D．10cm
解析：由题意知，成倒立、缩小的像，应有36cm>2f，解得：f<18cm，选项中只有D满足。
答案：D
易错易混警示　透镜被部分遮挡后的成像情况
当凸透镜部分破损或部分被遮挡时，通过透镜的折射光线比原来少了，像会变暗，但像的形状不会改变。
以凸透镜成实像为例。如图所示，物体所成的像A′点的形成，实际上是由物体上A点发出的无数条光线经凸透镜后会聚在A′点形成的，如果凸透镜的上端破损，经过这一部分的光不再经过凸透镜折射后会聚在A′点，但是其他的光线仍然可以通过凸透镜的其他部分成像在A′点；由于会聚在A′点上的光线少了，像就显得暗了；同理，物体所成的像上的其他点也发生了同样的变化；这样，物体通过凸透镜所成的像仍是完整的，只是稍微变暗了。
经典例题2　(1)王丽同学将一只透镜放在眼前20cm处玩赏时，被别的同学拍下了如图甲的照片，据此推断该透镜的焦距f满足条件：____________(用不等式表示)。

甲 乙
(2)某实验小组在“探究凸透镜成像规律”实验中，当蜡烛、透镜、光屏在光具座上如图乙位置分布时(分别为0cm、50cm、100cm处)，光屏上收集到与蜡烛等大、倒立的实像。据此判断这一只透镜的焦距f＝________；而此时某同学不小心将一滴墨水滴到了该透镜上(污染面积约为镜面的)，则光屏上出现的新现象是________________________________________。
解析：(1)由题图可知，凸透镜成正立、放大的虚像，故物距小于一倍焦距，即f>20cm。(2)光屏上呈现与蜡烛等大、倒立的实像，说明物距等于像距，等于二倍焦距，由题图可知，u＝2f＝50cm，即f＝25cm。虽然墨水遮住了蜡烛射向凸透镜的一部分光线，但蜡烛射向凸透镜其他部分的光线经凸透镜折射后，照样能会聚成像，所以像的大小不发生变化，折射光线减少，会聚成的像变暗。
答案：(1)f>20cm　(2)25cm　蜡烛的像变暗，但大小不变
当 堂 检 测
1. 将一个凸透镜正对太阳光，在距凸透镜10cm处得到一个最小、最亮的光斑。若将一个物体放在凸透镜前30cm处，则可在凸透镜的另一侧得到一个(　　)
A. 倒立、缩小的实像 B. 倒立、放大的实像
C. 正立、缩小的实像 D. 正立、放大的虚像
2. 如图所示，F为凸透镜的焦点，P到凸透镜的距离为2倍焦距，把一支点燃的蜡烛放在F与P之间的某点上，在凸透镜的另一侧调节光屏的位置可找到一个清晰的烛焰的像，这个像是下图中的(　　)
A B C D
3. 做实验时，屏上出现清晰的烛焰的像时刚好有一只昆虫落在了凸透镜上，光屏上将(　　)
A. 出现昆虫放大的像 B. 出现昆虫等大的像
C. 不出现昆虫的像，但屏幕上有一黑点 D. 不出现昆虫的像，烛焰的像比原来的暗
4. 某同学在探究“凸透镜成像规律”时，总结的三个实验结论如表，其中正确的是(　　)
实验序号
物距(u)
像的性质
实虚
大小
正倒
像距(v)
1
u>2f
实像
缩小
倒立
f2
f实像
缩小
正立
v>2f
3
u虚像
放大
倒立
|v|>u
A. 实验1 B. 实验2
C. 实验3 D. 实验2和实验3
5. 探究凸透镜成像的规律时，光屏上得到一个倒立、缩小的烛焰像，将蜡烛向凸透镜移近一倍焦距的距离。下列烛焰成像情况，不可能出现的是(　　)
A. 缩小的实像　　 B. 等大的实像
C. 放大的实像 D. 放大的虚像
6. 小王同学用光具座做凸透镜成像实验时，蜡烛的像成在了光屏上侧，为了使蜡烛的像能成在光屏中央，以下操作可达到目的的是(　　)
A. 将凸透镜往上移 B. 将光屏往下移
C. 将蜡烛往上移 D. 将蜡烛往下移
7. 如图所示，是探究凸透镜成像规律的实验装置，烛焰、透镜和光屏的中心大致在同一高度。当凸透镜的焦距f＝10cm、物距u＝15cm、像距v＝30cm时，在光屏上得到 、 的实像，撤去光屏，简要说明观察该像方法 。
8. 在“探究凸透镜成像规律实验”中，将蜡烛、凸透镜(f＝10cm)、光屏放在光具座上。
(1)实验开始小明发现烛焰落在光屏的上方，应将凸透镜向 调节才能使像移到光屏的中央。
(2)如图所示，若凸透镜固定在50cm处，将蜡烛放在A点，为了找清晰的像应将光屏向 (选填“左”或“右”)移动，当光屏上成清晰像时，把蜡烛和光屏互换位置，光屏上成一个倒立、 的实像。
(3)将蜡烛放在C点，观察到蜡烛的正立、放大的虚像后，若希望看到更大的虚像，应将蜡烛向
(选填“左”或“右”)移动。
当堂检测参考答案
1. A 2. B 3. D 4. A 5. D 6. C
7. 倒立 放大 眼睛在光屏原来位置右侧距离凸透镜30cm左右的地方向左看
8. (1)下 (2)左 放大 (3)左