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第五节科学探究：凸透镜成像1．凸透镜（1）工作原理：光的折射。（2）结构特点：中间厚边缘薄，凸透镜镜面的两个表面或至少一个表面是球面的一部分。几种主要的凸透镜如图所示。（3）与凸透镜相关的几个概念①主光轴（光轴）：通过两个球面球心的直线②光心（O）：凸透镜的中心③焦点（F）：平行于主光轴的光经凸透镜会聚的点④焦距（f）：焦点到光心的距离【例1－1】如图所示的透镜中不属于凸透镜的是（）。【例1－2】如图所示，图中直线MN是凸透镜的________，O点是凸透镜的________，F点是凸透镜的________，f是凸透镜的________。2．凸透镜对光的作用（1）凸透镜对光具有会聚作用，所以又叫会聚透镜。（2）三条特殊光线①平行于主光轴的光线通过凸透镜折射后过焦点。②通过光心的光线传播方向不改变。③过焦点的光线通过凸透镜折射后与主光轴平行。凸透镜对光线有会聚作用，是指对所有的光线的会聚，但不一定会聚到一点，而是指光线通过凸透镜折射后，折射光线比原来的入射光线沿原方向传播更靠近主光轴，使它的光束变窄，如图所示。【例2】请你完成如图所示的光路图。3．凸透镜成像的规律（1）凸透镜成像时，物体到光心的距离叫做物距，像到光心的距离叫做像距，描述凸透镜成像的性质从像的倒立或正立，放大或缩小，实像或虚像三方面进行，凸透镜成像规律如下表所示。物距（u）像的性质像距（v）[来源:学科网ZXXK][来源:学|科|网Z|X|X|K][来源:学科网ZXXK][来源:学科网]像的倒立像的大小像的虚实u＞2f倒立缩小实像f＜v＜2fu＝2f倒立等大实像v＝2ff＜u＜2f倒立放大实像v＞2fu＝f不成像u＜f正立放大虚像（2）对凸透镜成像规律的进一步认识：①焦点是成实像和虚像、正立像和倒立像、像物同侧和异侧的分界点。②二倍焦距处是成放大实像和缩小实像的分界点。③成实像时：物近、像远、像变大。即：物距减小、像距增大、像也变大。④成虚像时：物近、像近、像变小。即：物距减小、像距减小、像也变小。哎呀，凸透镜成像规律这么多，怎么记得住呀？别着急！我们可以通过列表、画图、编写口诀等方式记忆，刚开始利用口诀记忆是一种不错的方法，如“一焦分虚实，二焦分大小；实像异侧倒，虚像同正大；物远像近小，物近像远大”。【例3－1】把一个凸透镜对准太阳光，在距凸透镜10cm处得到一个最小最亮的光斑。若将一物体放在此透镜前15cm处，经凸透镜所成的像是（）。A．倒立、缩小的实像B．倒立、放大的实像C．正立、放大的虚像D．正立、缩小的虚像【例3－2】关于凸透镜成像，下列说法正确的是（）。A．实像一定是倒立的，虚像一定是正立的B．实像和虚像都可能是放大的或缩小的C．成实像时，物体离凸透镜越近，像越小D．成虚像时，物体在二倍焦距之外【例3－3】如图所示，将凸透镜固定在光具座上某位置（图中未标出），点燃的蜡烛放在光具座上的a点，调节光屏的位置，在光屏上得到烛焰清晰缩小倒立的像。将蜡烛从a点滑到b点后，再移动光屏，屏上得到清晰的像变小。则（）。A．凸透镜位于a点左侧B．凸透镜位于b点右侧C．蜡烛在a点时，物距大于二倍焦距D．蜡烛在b点时，像距大于二倍焦距4．凹透镜（1）结构特点：中间薄边缘厚，几种主要的凹透镜如图所示。（2）凹透镜对光具有发散作用（3）凹透镜的三条特殊光线①跟主光轴平行的光线通过凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过焦点。②通过光心的光线传播方向不改变。③指向另一侧焦点的光线通过凹透镜折射后跟主光轴平行。【例4】如果把一个玻璃球分割成五块，其截面如图所示，再将这五块玻璃a、b、c、d、e分别放在太阳光下，那么能使光线发散的是（）。A．aB．bC．cD．d5．凸透镜成像规律的探究利用实验探究凸透镜成像规律时，应注意以下几点：（1）在光具座上从左到右依次放置蜡烛、凸透镜、光屏，并且使它们在同一直线上，点燃蜡烛，调整凸透镜和光屏的高度，使烛焰、凸透镜、光屏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折射后所成的像完整地呈现在光屏的中央位置。（2）当烛焰与凸透镜的距离确定后，应移动光屏，直到在光屏上呈现最清晰明亮的像。（3）观察虚像时，眼睛和物体位于凸透镜的两侧，像与物体位于凸透镜的同侧。释疑点在光屏上找不到像的原因有哪些？实验过程中移动光屏找不到像的可能原因：①蜡烛在焦点以内；②蜡烛在焦点上；③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度；④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光屏无法移到该位置。6．凸透镜成像性质的判定（1）题目的图中已经给出了物和像时，通过观察题图直接判断。（2）根据物距与焦距的关系，利用凸透镜成像规律进行判断。①u＞2f时，成倒立、缩小的实像。②f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像。③实像一定是倒立的；虚像一定是正立的，且u＜f。④成实像时，物距减小时，像距增大，像也变大。（3）根据物距与像距的关系，也能判断出像的性质。①物距大于像距时，成倒立、缩小的实像。②物距等于像距时，成倒立、等大的实像。③物距小于像距时，成倒立、放大的实像。【例5】小芳同学在探究凸透镜成像规律的实验中，她按如图所示装配仪器（图中F点是焦点，H点是二倍焦距处），此时在光屏上得到了一个清晰的像，但像的位置偏高。（1）造成这一现象的原因是__________________________________________________。（2）为了使像能成在光屏的中央，她应把蜡烛向________（选填“上”或“下”）调；调节好蜡烛的高度后，她把蜡烛移到A点，此时光屏上的像很模糊，为了得到清晰的像，应把光屏向________（选填“左”或“右”）移动。（3）若想从光屏一侧透过透镜看到蜡烛正立的像，可将物体放在________（填字母符号）点。【例6－1】一支蜡烛的烛焰与凸透镜的距离是20cm，在另一侧光屏上得到与烛焰等大的像，移动蜡烛与凸透镜的距离为u，则（）。A．当u＝22cm时，凸透镜成缩小的虚像B．当u＝11cm时，凸透镜成放大的虚像C．当u＝15cm时，凸透镜成放大的实像D．当u＝8cm时，凸透镜成放大的实像【例6－2】在研究凸透镜成像的实验中，当蜡烛位于凸透镜前某位置时，在透镜的另一侧呈现一个倒立、放大的实像，若保持凸透镜的位置不变，把蜡烛与光屏的位置相互交换，则在光屏上将出现一个（）。A．倒立、放大的实像B．倒立、缩小的实像C．倒立、等大的实像D．得不到实像7．凸透镜成像时物距、像距和焦距范围的确定利用凸透镜成像规律，从物距与焦距的关系和像距与焦距的关系上，通过解不等式或不等式组来确定物距、像距、焦距的范围，是解答相关习题的一种重要方法，常用关系式如下表所示。像的性质常用关系式物距与焦距像距与焦距缩小的实像u＞2ff＜v＜2f等大的实像u＝2fv＝2f放大的实像f＜u＜2fv＞2f放大的虚像u＜f8．实像与虚像实像虚像不同点成像原理不同物点射出的光线经过光学器件的反射和折射后，实际光线会聚形成的像物点射出的光线经过光学器件的反射和折射后，实际光线的反向延长线相交形成的像承接方法不同既能用光屏承接也能用眼睛直接观看只能用眼睛观看而不能用光屏承接相同点实像和虚像都可以由光的反射、折射形成【例7】（安徽·蚌埠）小亮同学在研究凸透镜成像规律时作了如下的记录：当物距为30cm时，在光屏上出现倒立、缩小的像；当物距为20cm时，在光屏上出现倒立、放大的像；当物距为8cm时，在光屏上始终得不到像。由此可判断凸透镜的焦距可能是（）。A．6cmB．12cmC．16cmD．20cm【例8】一个物体位于凸透镜的主光轴上，距透镜光心十倍焦距，物体沿主光轴向透镜移动到距透镜的焦距以内的地方，在此过程中（）。A．先成实像，后成虚像B．先成缩小实像，后成放大虚像C．像先是越来越小，后是越来越大D．一直成不断变大的实像9．凸透镜焦距的测量方法（1）让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧移动，直到纸上的光斑最小、最亮．用刻度尺量出光斑到凸透镜的距离f，f即为凸透镜的焦距。（2）①在光具座上从左至右依次放置蜡烛、凸透镜、光屏，点燃蜡烛，调整蜡烛、凸透镜、光屏，使它们的中心在同一高度，移动凸透镜和光屏，直到光屏上出现倒立等大的实像为止；②测出蜡烛到凸透镜的距离d；③凸透镜的焦距f＝12d。（3）①在一条直线上，从左至右依次放置点光源S、凸透镜、平面镜（凸透镜、平面镜与直线垂直），移动点光源，使点光源发出的光经凸透镜折射、平面镜反射，又经凸透镜折射会聚成的光斑S′与S重合为止，如图所示。②用刻度尺测出点光源到凸透镜的距离d。③凸透镜的焦距f＝d。【例9】小红最喜爱的玩具是叔叔送给她的生日礼物，那是三只大小、形状、完全相同的凸透镜，分别由玻璃、水晶、塑料制成。现在小红想探究“大小、形状相同的凸透镜的焦距与制作材料是否有关”。请你帮她设计这次探究的全过程：（1）这次探究所需要的器材有哪些？（2）请你写出探究的主要步骤。（3）请你设计实验、观察现象并把实验数据制成表格记录下来。