1、 第四章多彩的光第 5 节科学探究：凸透镜成像讲解与例题（含详解）（ 沪科版八年级全册）答案：（1）折射原理 （2）厚 （3）薄 （4）会聚 （5）会聚透镜 （6）主光轴 （ 7）光心 （8）焦点 （9）焦距 （10）物距 （11） u （12）像距 （13） v （14）实 （15）倒立 （16）2 倍焦距 （17）焦点（1 倍焦距） （18）1 倍焦距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。点技巧 凸透镜结构特点的巧记方法凸透镜的特点是中间厚边缘薄，很像汉字“凸”；凹透镜的特点是中间薄边缘厚
2、，很像汉字“凹”，利用这种方法可以帮助我们很快记住它们的结构特点。（3）与凸透镜相关的几个概念主光轴（光轴）：通过两个球面球心的直线光心（ O）：凸透镜的中心焦点（ F）：平行于主光轴的光经凸透镜会聚的点焦距（ f）：焦点到光心的距离谈重点 正确理解凸透镜的焦点和焦距凸透镜的两侧各有一个焦点，两侧的焦距相等。不同凸透镜的焦距不同，凸透镜的焦距决定了凸透镜对光的偏折程度，焦距越小，光通过凸透镜后的偏折程度越大。【例 11】如图所示的透镜中不属于凸透镜的是（ ）。解析：A 选项中间薄边缘厚，属于凹透镜，B、C、D 选项都属于凸透镜。答案：A【例 12】如图所示，图中直线 MN 是凸透镜的_， O
3、点是凸透镜的_， F 点是凸透镜的_， f 是凸透镜的_。解析：本题考查对凸透镜基本概念的掌握，了解凸透镜及相关概念是解答本题的关键。答案：主光轴 光心 焦点 焦距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）三条特殊光线平行于主光轴的光线通过凸透镜折射后过焦点。通过光心的光线传播方向不改变。过焦点的光线通过凸透镜折射后与主光轴平行。释疑点 光线通过凸透镜后一定会聚于一点吗？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
4、图所示的光路图。解析：光线经过凸透镜时，都是向较厚的一侧偏折。若入射光线平行于主光轴，则折射光线经过焦点；若入射光线经过焦点时，则折射光线平行于主光轴。答案：如图所示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。像的性质物距（ u） 像的倒立 像的大小 像的虚实像距（ v）u2 f 倒立 缩小 实像 f v2 fu2 f 倒立 等大 实像 v2 ff u2 f 倒立 放大 实像 v2 fu 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
5、识：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。二倍焦距处是成放大实像和缩小实像的分界点。成实像时：物近、像远、像变大。即：物距减小、像距增大、像也变大。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”。辨误区 不要将“放大的像”和“像变大”混淆放大的像指所成的像的大小比物体的大小大；像 变大指物体到凸透镜的距离发生变化时，像相对于原来的像变大。像变大不等于
6、所成的像是放大的，如物距从大于二倍焦距减小到等于二 倍焦距的过程中， 所成的像是缩小的，但像是逐渐变大的。【例 31】把一个凸透镜对准太阳光，在距凸透镜 10 cm 处得到一个最小最亮的光斑。若将一物体放在此透镜前 15 cm 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、缩小的虚像解析：由凸透镜的会聚作用可知 焦距为 10 cm，物体放在透镜前 15 cm 处，即物距大于 1 倍焦距且小于 2 倍焦距时，根据凸透镜成像规律，物体成倒立、放大的实像。答案：B【例 32】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
7、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解析：本题考查凸透镜成像规律的记忆。A 没有正立的实像和倒立的虚像。B 实像可能是放大、等大、缩小的，虚像都是放大的。C 成实像时，物体离凸透镜越近，像越大。D 成虚像时，物体在焦距以内。答案：A【例 33】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
8、二倍焦距D蜡烛在 b 点时，像距大于二倍焦距解析：在光屏上得到倒立缩小的像，说明物体在凸透镜的二倍焦距之外，将蜡烛从 a 点滑到b 点后，得到的像变小，说明物距变大，这说明凸透镜在蜡烛的左侧，所以 A 选项正确，B 选项错误；由于成倒立缩小的像，所以像距在一 倍焦距之外、二倍焦距之内，故 C 选项正确，D 选项错误。答案：AC4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。通过光心的光线传播方向不改变。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
9、】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 a B bC c D d解析：中间厚、边缘薄的为凸透镜，中间薄、边缘厚的为凹透镜， 另外凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。答案：B5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
10、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：蜡烛在焦点以内；蜡烛在焦点上；烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度；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。 u2 f 时，成倒立、缩小的实像。 f u 2 f 时，成倒立、放大的实像。实像一定是倒立的；虚像一定是正立的，且 u f。
11、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。物距大于像距时，成倒立、缩小的实像。物距等于像距时，成倒立、等大的实像。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
12、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。解析：（1）为了清晰观察烛焰完整的像，要求像成在光屏中央，为此要使烛焰、透镜中心、光屏中心在同一高度。（2）因为凸透镜所成的实像上下左右都颠倒，像在光屏上偏高，可以向上移动蜡烛或向下移动光屏；如果 f u2 f，则 v2 f，所以物体在 A 点时像应在 H 点右侧。（3）当 u f 时，成正立、放大的虚像。答案：（1）烛焰、透镜中心和光屏中心不在同一高度 （2）上 右 （3） B【例 61】一支蜡烛的烛焰与凸透镜的距离是 20 cm，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 u22 cm 时，凸透
13、镜成缩小的虚像B当 u11 cm 时，凸透镜成放大的虚像C当 u15 cm 时，凸透镜成放大的实像D当 u8 cm 时，凸 透镜成放大的实像解析：由光屏上得到与烛焰等大的像可知 u2 f，即 20 cm2 f，所以 f10 cm；当 u22 cm 时，满足 u2 f，能成倒立、缩小的实像；当 u11 cm 和 u15 cm 时，满足 f u2 f，能成倒立、放大的实像；当 u8 cm 时，满足 u f，能成正立、 放大的虚像。答案：C【例 62】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
14、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得不到实像解析：当 f u2 f 时，凸透镜能成倒立、放大的实像，这时 v2 f，凸透镜位置和焦距不变，互换蜡烛和光屏，则物距变成 u2 f，则根据凸透镜成像规律可得到像的性质。答案：B7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。常用关系式像的性质物距与焦距 像距与焦距缩小的实像 u2 f f v2 f等大的实像 u2 f v2 f放大的实像 f u
15、2 f v2 f放大的虚像 u f8实像与虚像实像 虚像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不同点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 30 cm时，在光屏上出现倒立、缩小的像；当物距为 20 cm 时，在光屏上出现倒立、放大的像；当物距为 8 cm 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（ ）。A6 cm
16、B12 cmC16 cm D20 cm解析：根据凸透镜的成像规律可知，当成倒立、缩小的实像时，物距 u30 cm2 f，解不等式可得 f15 cm；当成倒立、放大的实像时， f u2 f，即 10 cm f20 cm；当成虚像时，u f，则 f8 cm，综合以上焦距 f 的范围可得凸透镜焦距的大小范围是：10 cm f15 cm，故选 B。答案：B【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解析：当物距大于二倍
17、焦距时，物体经凸透镜 折射成缩小实像；当物距大于一倍焦距而小于二倍焦距时，物体经凸透镜成放大的实像；当物距小于焦距时，物体经凸透镜成放大的虚像。那么当物体由离透镜十倍焦距移到距透镜二倍焦距的过程中，成缩小的实像；在由距透镜二倍焦距到一倍焦距的过程中，成放大的实像；在进入透镜一倍焦距以内时，成放大的虚像。在成实像过程中，像是随着物距的逐渐减小而不断增大的。答案：A9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）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
18、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；测出蜡烛到凸透镜的距离 d；凸透镜的焦距 f d。12（3）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。用刻度尺测出点光源到凸透镜的距离 d。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
19、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。解析：本题考查的是测量凸透镜焦距的实验能力。设计探究方案，要根据凸透镜能使光会聚的性质，来考虑光源与测量焦距所需要的器材以及测量方法与步骤。答案：（1）器材：三只凸透镜、光源（太阳光）、刻度尺。（2）步骤：用玻璃透镜会聚太阳光，通过调整它到地面的距离使地面上出现最小的光斑，用刻度尺量出透镜中心到光斑的距离即焦距；用水晶透镜重复进行上述实验；再用塑料透镜重复进行上述实验；比较三种透镜的焦距，得出结论，如果三只凸透镜的焦距相等，说明凸透镜的焦距与制作材料无关，如果三只凸透镜的焦距不相等，说明凸透镜的焦距与制作材料有关。（3） 记录表格如下：透镜材料 玻璃 水晶 塑料透镜焦距 f/cm
