物理八年级上册4.5科学探究：凸透镜成像-导学案-沪科版

年
级
八年级
学
科
物理
版
本
上海科技版
课程标题
第四章
第五节
科学探究：凸透镜成像
一、考点突破：
知识点
要求层次
具体新课标要求
透镜
了解
认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用
凸透镜成像规律
探究并知道
探究并知道凸透镜成像的规律
二、重难点提示：
重点：1.
认识透镜的作用；
2.
知道凸透镜成像规律。
难点：探究并知道凸透镜成像的规律。
知识梳理：
一、知识脉络图
二、知识点拨
（一）透镜
（l）透镜的类型
透镜表面是球面的一部分。按其形状可分为两类：凸透镜和凹透镜。
名称
定义（特点）
实物图形
凸透镜（会聚透镜）
中间厚、边缘薄
凹透镜（发散透镜）
中间薄、边缘厚
（2）透镜的基本概念
概念
定义
图示
主光轴
通过透镜的两个球面球心的直线叫主光轴（画主光轴应用点划线）
光心
主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不变，这个点叫做透镜的光心，用字母“O”表示。可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心上
焦点焦距
平行于主光轴的光经凸透镜会聚的点叫凹透镜的焦点，用字母“F”表示，凸透镜两侧各有一个焦点，且对称。焦点到光心的距离叫焦距，用字母“”表示。凸透镜两侧的焦距相等
凹透镜能使跟主光轴平行的光线通过它后变得发散，且这些发散光线的反向延长线相交在主光轴上的一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫凹透镜的虚焦点
（3）透镜对光的作用
①
凸透镜的会聚作用
凸透镜对光线有会聚作用，例如平行于主光轴的光线经过凸透镜后会聚到焦点上，如图甲所示。
由于光路可逆，若把光源放在焦点上，光源射向凸透镜的光经凸透镜折射后变为平行光，因此利用凸透镜可产生平行光，如图乙所示。
②
凹透镜的发散作用
凹透镜对光线有发散作用，例如一束平行光射在凹透镜上，通过凹透镜发生折射后向外散开（图甲），具反向延长线交于焦点F。
思考：试根据光路可逆性原理，分析图乙。
甲
乙
说明：①
凸透镜对光线有会聚作用是指出射光线相对于入射光线而言靠近主光轴。平行光、发散光、会聚光经过凸透镜时都出现会聚的情况。（如图所示）
②
凹透镜对光线的发散作用是指光线通过凹透镜折射后，折射光线比原来的入射光线沿原方向传播时更远离主光轴，如图所示。
③
测定凸透镜焦距最简单的方法：
让平行光透过凸透镜会聚于一点，用刻度尺测出此点（焦点）到凸透镜光心的距离。
（4）透镜的三条特殊光线
透镜
跟主光轴平行的光线
通过凸透镜焦点的光线或射向凹透镜另一侧焦点的入射光线
射向光心的光线
凸透镜
经凸透镜折射后过焦点
经凸透镜折射后平行于主光轴
经凸透镜后传播方向不变
凹透镜
经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过焦点
经凹透镜折射后平行于主光轴射出
经凹透镜后传播方向不变
（二）科学探究：凸透镜成像规律
（1）凸透镜成像的三个重要物理量：焦距、物距、像距。
①
凸透镜的焦点到光心的距离叫做焦距，用f表示；
②
物体到透镜光心的距离叫做物距，用u表示；
③
像到透镜光心的距离叫做像距，用v表示。
（2）实验探究：凸透镜成像规律
a.
提出问题：凸透镜成什么样的像？是实像，还是虚像？是放大的，还是缩小的？是正立的，还是倒立的？
b.
制定计划与设计实验：
①
将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，调节凸透镜和光屏的高度，使凸透镜的光心、光屏的中心跟烛焰的焰心大致在同一高度上；
②
让烛焰透过凸透镜分别成缩小、等大、放大的实像；
③
测出成像清晰时的物距和像距；
④
让烛焰透过凸透镜成放大的虚像；
⑤
测出成像清晰时的物距。
c.
进行实验与收集数据：参考实验记录数据如下表。
焦距
像的性质
物距
像距
像的其他性质
12
倒立、缩小的像
60
15
与物分居透镜的两侧，能用光屏承接
48
16
倒立、等大的像
24
24
与物分居透镜的两侧，能用光屏承接
倒立、放大的像
16
48
与物分居透镜的两侧，能用光屏承接
15
60
不能成像
12
出射光线平行于主光轴
正立、放大的像
8
与物在透镜的同侧，不能用光屏承接
6
d.
分析与论证：凸透镜成像规律如下表。
物距与焦距的关系
像距与焦距的关系
像的性质
正立或倒立
缩小或放大
实像或虚像
倒立
缩小
实像
倒立
等大
实像
倒立
放大
实像
不能成像
正立
放大
虚像
【说明】由凸透镜成像规律可以总结出以下三点：
①
焦点是成实像和虚像的分界点，二倍焦距处是成放大像和缩小像的分界点。
②
不论成实像还是成虚像，物体离焦点越近所成的像越大，像离凸透镜也越远。
③
实像总是倒立的，能呈现在光屏上；虚像是正立的，不能呈现在光屏上。
【注意】实验时：
①
首先应知道所用凸透镜的焦距，本实验中所选凸透镜的焦距最好在10～20
cm，太大或太小都不方便；
②
应把蜡烛、凸透镜、光屏按顺序放在光具座上，将凸透镜放置在光具座的中心位置，调整蜡烛和光屏的高度，使凸透镜的光心、光屏的中心跟烛焰的焰心大致在同一高度上，这样做的目的是使烛焰通过凸透镜所成的像能完整地落在光屏的中央，便于观察。
（3）凸透镜成实像和虚像的主要特征
种类
倒正
大小
能否成在光屏上
实际上是否存在
像的位置
实像
倒立
有的放大，有的缩小
能
实际上是存在的
像和物体位于凸透镜的两侧
虚像
正立
都是放大的
不能
实际上是不存在的，只能透过凸透镜看到虚像
像和物体位于凸透镜的同一侧
典型例题：
知识点1：透镜
例题1
在下图所示的方框中各有一个透镜，图中画出了光线通过透镜前后的传播方向，请在方框中填入适当的透镜。
思路导航：在图A中，平行光线经过透镜后，变得发散，所以框中应是凹透镜；图B中，平行光线经过透镜后交于一点，即变得会聚，所以框中应是凸透镜；图C中，会聚光线经过透镜后变成了平行光线，即变得发散了，所以框中应是凹透镜；图D中，发散光线经过透镜后变为会聚光线，框中应是凸透镜。
答案：如图所示。
例题2
如图所示，完成光路图。
思路导航：根据透镜对光线的作用，通过凸透镜焦点的光线经凸透镜后必跟主光轴平行，平行于主光轴的光线通过凸透镜后交于焦点，过光心的光线传播方向不变；射向凹透镜的光线，如果其延长线通过焦点，经凹透镜后必跟主光轴平行。平行于主光轴的光线通过凹透镜后的光线的反向延长线过焦点，过光心的光线传播方向不变。
答案：如图所示
例题3
想用凸透镜使小灯泡发出的光变成平行光，应把小灯泡放在图中的（
）
A.
A点
B.
B点
C.
C点
D.
D点
思路导航：在凸透镜的三条特殊光线中，过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴射出；当把小灯泡放在凸透镜焦点上时，发出的光线经凸透镜折射后均平行于主光轴，
故应将小灯泡放在D点。
答案：D
例题4
如图所示，L1为入射光线，L2为出射光线。请在图中添加合理的光学器件。（注意所添加的器件位置要正确）
思路导航：根据所学知识可以判断，能够使光线发生如题图中所示的方向偏折的光学器件有平面镜、凸透镜和凹透镜。要作出平面镜，根据光的反射原理，可画出入射光线与反射光线的角平分线，再作出其垂线即为平面镜；平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后，过另一侧的焦点；过凸透镜焦点的入射光线经凸透镜折射后，平行于主光轴射出；平行于凹透镜主光轴的光线经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过焦点；从凹透镜一侧射向另一侧焦点的入射光线经凹透镜折射后，平行于主光轴射出。
答案：如图所示
知识点2：科学探究：凸透镜成像规律
例题1
在“探究凸透镜成像规律”的实验中，将蜡烛、焦距等于10cm的凸透镜、光屏放在光具座上，如图所示，调节蜡烛、凸透镜和光屏的中心在同一高度，把凸透镜固定在50cm处。
（1）将蜡烛放在A点，光屏放在B位置上，为了找到清晰的像，应将光屏向
（选填“左”或“右”）移动。
（2）依次改变蜡烛的位置，移动光屏，直到找到清晰的像。记录的数据如下表。
次数
1
2
3
4
5
6
物距/cm
40
35
30
25
20
15
像距/cm
13.5
14
15
16.7
20
30
①
在1～4次实验中，所成的像为倒立、
的实像。
②
第6次的像比第5次的像
（选填“大”或“小”）
（3）将蜡烛放在C点，观察到烛焰的正立、放大的虚像后，若希望看到更大的虚像，应该将蜡烛向
（选填“左”或“右”）移动。
思路导航：从装置图可知，此时蜡烛在2f以外，所成的像是一个倒立、缩小的实像，像在1f与2f之间，所以应将光屏向左移动；1～4次实验，蜡烛均在2f以外，所成的像是倒立缩小的实像；第5次实验的蜡烛正好在2f处，此时成一个等大、倒立的实像，而第6次实验的蜡烛在1f与2f之间，此时成一个放大、倒立的实像；蜡烛在C点时是位于1f以内，此时成一个正立、放大的虚像，根据凸透镜成像规律可知，蜡烛越靠近焦点像越大，所以为得到更大的像，应将蜡烛向左移动，使其靠近焦点。
答案：（1）左
（2）缩小
大
（3）左
例题2
（广东中考）小王用凸透镜、蜡烛、光屏和光具座等器材，探究凸透镜成像的规律。实验桌上现有A、B两个凸透镜，其中凸透镜A的焦距为50cm，凸透镜B的焦距为10cm。光具座上标尺的刻度范围如图。
（1）小王想探究凸透镜成像的规律，应选用
___________凸透镜（选填“A’’或“B”）。
（2）小王在图中的光具座上，不断改变蜡烛与透镜间的距离，并移动光屏进行实验，所获得的实验数据如表所示。分析实验数据可知：
实验次序
物体到凸透镜的距离u/cm
光屏上像到凸透镜的距离v/cm
光屏上像的大小
1
60
12
缩小
2
30
15
缩小
3
20
20
等大
4
15
30
放大
5
12
60
放大
①
从实验次序2、3、4可以看出，当成实像时，物体到凸透镜的距离越短，光屏上像的大小就越________；
②
同一凸透镜，成实像时，像距v随物距u的增大而________。
（3）你认为小王同学的实验过程是否全面？请提出你的看法（只需写出一种）。
答：______________________________________。
思路导航：（1）要解决此题，需要认真分析A、B凸透镜焦距的数值，如果选择A透镜，当“研究凸透镜成像的规律”中的u＞2f时，即物距大于100cm，此时f＜v＜2f，即像距大于50cm小于100cm，而实验所用光具座上的标尺的刻度范围是“0～100cm”，所成的像的位置超出了光具座的范围，在光屏上不能看到清晰的像。所以不能选A透镜，只能选择B透镜。
（2）①
分析表中数据发现物距越来越小，像距越来越大，像由缩小到等大到放大。
②
同一凸透镜，成实像时，物距越来越大，像距越来越小，即像距v随物距u的增大而减小。
（3）小王同学的实验过程不够全面，因为他只记录了像的大小，没有记录像的正倒，所以他的记录不全（或只通过一块凸透镜的成像情况，就得到凸透镜成实像的规律，欠普遍性，或只研究了凸透镜成实像的情况，没有研究其成虚像的情况）。
答案：（1）B（2）①大；②减小
（3）不够全面，因为他只记录了像的大小，没有记录像的正倒（合理即可）
点评：此题通过列举一些实验数据考查探究凸透镜成像的规律，让学生通过数据总结结论，考查了分析数据得出结论的能力。这种考查对于学生来讲是比较困难的。针对这部分习题要把整个习题读完，对照题目给定的一些结论进行仿写，避免没有头绪。
例题3
某同学在做凸透镜成像的实验时，保持凸透镜位置不变，如图所示，先后使蜡烛位于a、b、c、d四点，并分别调整光屏的位置，观察烛焰分别在a、b、c、d四点的成像情况，他归纳出下列说法，其中错误的是（
）
A.
烛焰位于a点时，屏上出现的实像最小
B.
烛焰位于c点时，屏上出现的实像最大
C.
烛焰位于b点时，成等大倒立的实像
D.
烛焰位于d点时，成放大的虚像
思路导航：根据凸透镜成像规律可知：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，在成像时具有“物近像远像越大”的特点，根据此结论可判断，烛焰位于a点时，在光屏上成倒立、缩小的实像。在b点和c点时，成倒立、放大的实像，由于c点比b点和a点离焦点近，故c点成的实像最大。当在d点时成一个正立的、放大的虚像。
答案：C
例题4
小刚用蜡烛、凸透镜和光屏探究凸透镜成像的规律，其实验装置如图所示。
（1）要使像能够成在光屏的中央，应将图中的光屏向
调整（选填“上”或“下”）。
（2）实验时，使用的凸透镜焦距为
10
cm，当烛焰距凸透镜15
cm时，移动光屏至某一位置，在光屏得到一个倒立、
的清晰的像。
思路导航：在探究凸透镜成像规律时，只有烛焰、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度，像才能成在光屏上的中央，所以光屏要向下调整。当烛焰距凸透镜15
cm，即物距大于一倍焦距且小于二倍焦距时，根据凸透镜成像规律，光屏上得到的是一个倒立、放大的实像。
答案：（1）下（2）放大
点评：本题考查了凸透镜成像的特点，解答时应先分析物距在什么范围内，由此判断成像情况。
随堂练习：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一个
4
cm高的像，物体与凸透镜间的距离可能是（
）
A.
7.5
cm
B.
12.5
cm
C.
4.5
cm
D.
10
cm
思路导航：由题意可知，物体经凸透镜所成的像是放大的实像，因此物体必须置于凸透镜一倍焦距和二倍焦距之间，即在5cm到10cm的范围内，由此可判断A选项正确。
答案：A
点评：解此类问题要注意根据像的情况确定物体所在的位置。
高频疑点：
1.
对“凸透镜对光线有会聚作用”和“凹透镜对光线有发散作用”理解不透
凸透镜对光线的会聚作用是指光线经凸透镜后较入射光线向主光轴靠拢，而不是一定会聚于一点；凹透镜对光线的发散作用是指光线经凹透镜后较入射光线偏离主光轴。
例题
如图所示，画出了光线经过透镜前后的方向，则在虚线处的透镜应是（
）
A.
凸透镜
B.
凸透镜和凹透镜都可以
C.
凹透镜
D.
凸透镜和凹透镜都不可以
思路导航：凹透镜对光线有发散作用，是指从透镜出射的光线相对于入射光线“远离”主光轴了，不能将发散作用理解为出射光线是发散的，如果射向凹透镜的光线是会聚的，经过凹透镜以后，可能仍然是会聚的，但比入射光线会聚的远了，这说明透镜起到了发散作用，此题正是这种情况。
答案：C
2.
错误理解物距变化造成像的变化：出错的原因是不能正确判断物距变化后与焦距和二倍焦距的关系。解答时应先明确凸透镜的焦距，再判断变化后的物距在什么范围内，最后根据凸透镜成像的规律进行解答。
例题
在“探究凸透镜成像”的实验中，烛焰在光屏上成一个清晰、缩小的像，光屏与凸透镜间的距离为
20
cm，当烛焰与凸透镜间的距离为
30
cm时，烛焰所成的像（
）
A.
是倒立缩小的实像
B.
是倒立放大的实像
C.
是正立放大的像
D.
倒立放大、缩小、等大的实像都可能
思路导航：v=20
cm时，得到的像是倒立缩小的实像，故f＜20
cm＜2f，解得10
cmcm，则
u＞2f，成倒立缩小的实像；若
15
cm＜f＜20
cm，则
u＜2f，成倒立放大的实像。
答案：D
提分技巧：
1.
凸透镜成像规律是光学的重点，我们可以用以下方法来帮助理解记忆：
（1）列表法
物体到凸透镜的距离（物距）
像的情况
倒立或正立
放大、缩小或等大
实像或虚像
倒立
缩小
实像
倒立
等大
实像
倒立
放大
实像
不成像
正立
放大
虚像
（2）口诀法
一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，
实像异侧且倒立，物近像退像变大，
虚像正立在同侧，物近像近像变小。
由此我们可以得出下面两个性质：
①
成像性质分界点：二倍焦距处是成放大实像与缩小实像的分界点；
一倍焦距处是成实像与虚像的分界点。
②
成实像的动态特性：物体沿主光轴向（或远离）焦点移动时，物、像相对于凸透镜移动方向一致，即：物距减小时，像距增大，像变大；物距增大时，像距减小，像变小。
2.
凸透镜成虚像与平面镜成虚像的异同
种类
不同点
相同点
平面镜成的虚像
光的反射形成
像与物体关于平面镜是对称的
都是正立的
都不是由实际光线会聚成的
都不能成在光屏上
虚像的每个点都是实际光线的反向延长线的交点
凸透镜成的虚像
光的折射形成
像与物体位于凸透镜的同一侧，不对称