第三章光的折射透鏡三、凸透鏡成像的規(guī)律科學(xué)態(tài)度與責(zé)任養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、實事求是的

態(tài)

度

，激發(fā)物理興趣，提高科學(xué)素養(yǎng)。物理觀念知道凸透鏡成像的規(guī)律，會用凸透鏡成像

的規(guī)律作圖。科學(xué)思維通過實驗探究，知道凸透鏡成像的規(guī)律。科學(xué)探究探究凸透鏡成像的規(guī)律。學(xué)習(xí)目標(biāo)教學(xué)重點設(shè)計實驗方案并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出凸透鏡成像的規(guī)律凸透鏡成像規(guī)律的理解和掌握。教學(xué)難

點重點難點課堂導(dǎo)入在活動3.5中，我們看到凸透鏡能成不同的像，且成像的情況與物體到透鏡的距離有關(guān)。凸透鏡成像有怎樣的規(guī)律呢?白卡紙上能呈現(xiàn)窗外景物的像嗎正立、放大的像課堂導(dǎo)入這些儀器都用到了凸透鏡，它們成的像究竟有什么規(guī)律呢?探究新知探究凸透鏡成像的規(guī)律提出問題凸透鏡所成像的虛實、大小、正倒跟哪些因素有關(guān)?猜想假設(shè)①可能與物體到透鏡的距離有關(guān)。②可能與凸透鏡的焦距有關(guān)。F物體

f-凸透鏡

光屏光屏光具座蠟燭

凸透鏡f=10cm探究時需要測量物體和光屏到凸透鏡的距離?？梢杂孟灎T作為物體來進行探究設(shè)計實驗探究新知實驗器材307080探究新知設(shè)計實驗物距u

像距v70物距u:

物體到透鏡的距離。像距v:

像到透鏡的距離。能在屏幕上呈現(xiàn)的像稱為實像，它是由實際光線會聚而成的。探究新知設(shè)計實驗我們可以把物體放在距凸透鏡較遠的地方，然后逐漸移近，觀察成像的情況。由于凸透鏡對光的偏折程度跟透鏡的焦距f

有關(guān)系，所以研究物距u

的變化時，焦距f可能是個應(yīng)該注意的參照距離。比如，我們可以注意觀察物距

大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……時物體成像的情況。物體

2f凸透鏡物距uF像距v光屏探究新知實驗步驟組裝與調(diào)節(jié)按圖組裝實驗器材，了解凸透鏡的焦距并記錄。在光具座上依次放置蠟燭、凸透鏡、光屏，透鏡固定光具座標(biāo)尺中央。探究凸透鏡成像的規(guī)律30

405060

70

80調(diào)整燭焰、凸透鏡、光屏的高度，使它們的中心在同一高度。探究新知實驗步驟組裝與調(diào)節(jié)使像成在光屏

中央實驗序號物距u/cm像距v/cm像的性質(zhì)正立/倒立放大/縮小實像/虛像①②③④⑤實驗記錄表格

凸透鏡的焦距f=10cm實驗步驟探究新知物距u/cm像距v/cm像的性質(zhì)正立/倒立放大/縮小實像/虛像3213.5倒立縮小實像2516.5倒立縮小實像①把蠟燭移到兩倍焦距之外

，移動光屏位置，直到找到一個清晰的像，并記錄像距和像的特點。實驗步驟探究新知②把蠟燭移到兩倍焦距處，移動光屏位置，直到找到一個清晰的像，并記錄像距和像的特點

。物距

u/cm像距v/cm像的性質(zhì)正立/倒立放大/縮小實像/虛像2020倒立等大實像實驗步驟探究新知物距

u/cm像距v/cm像的性質(zhì)正立/倒立放大/縮小實像/虛像1820.4倒立放大實像1521.3倒立放大實像③把蠟燭移到一倍焦距和兩倍焦距之間，移動光屏位置，直到找到一個清晰的像，并記錄像距和像的特點。實驗步驟探究新知④把蠟燭移到一倍焦距處，移動光屏位置，直到找到一個清晰的像，并記錄像距和像的特點

。物距u/cm像距v/cm像的性質(zhì)正立/倒立放大/縮小實像/虛像10不成像實驗步驟探究新知物距

u/cm像距v/cm像的性質(zhì)正立/倒立放大/縮小實像/虛像8.5/正立放大虛像6.5/正立放大虛像⑤把蠟燭移到一倍焦距以內(nèi)

，移動光屏位置，直到找到

一個清晰的像，并記錄像距和像的特點。實驗步驟探究新知探究新知凸透鏡的焦距f=10cm實驗序號物距u/cm像距v/cm像的性質(zhì)正立/倒立放大/縮小實像/虛像①3213.2倒立縮小實像②2516.5倒立縮小實像③2020倒立等大實像④1820.4倒立放大實像⑤1521.3倒立放大實像⑥10不成像⑦8.5/正立放大虛像6.5/正立放大虛像探究新知分析論證通過觀察到的實驗現(xiàn)象和收集的數(shù)據(jù)，找出凸透鏡成像的規(guī)律。(1)當(dāng)物距大于透鏡的1倍焦距時，物體成倒立的實像，當(dāng)物

距小于透鏡的1倍焦距時，物體成正立的虛像。(2)當(dāng)物距大于透鏡的2倍焦距時，物體成縮小的像，當(dāng)物距小

于透鏡的2倍焦距時，物體成放大的像。物距與焦距的關(guān)系像距與焦距的關(guān)系像的性質(zhì)像與物的位置(同側(cè)/異側(cè))正立/倒立放大/縮小實像/虛像u>2ff<v<2f倒立縮小實像異側(cè)u=2fV=2f倒立等大實像異側(cè)f<u<2fV>2f倒立放大實像異側(cè)u=fu<f/正立放大虛像同側(cè)分析論證探究新知探究新知實驗結(jié)論實驗表明，物體通過凸透鏡所成的像的性質(zhì)與物距有關(guān)。主光軸上有兩個位置是成像性質(zhì)變化的分界點，一個是二倍焦距處，另一個是一倍焦距處(焦點處)。二倍焦距處，是成縮小像與放大像的

分界點；一倍焦距處，是成倒立實像與正立虛像的分界點。思考：通過實驗得到的數(shù)據(jù)表格，你還能總結(jié)出哪些規(guī)律呢?物距與焦距的關(guān)系像距與焦

距的關(guān)系像的性質(zhì)像與物的位置(同側(cè)/異側(cè))正立/倒立放大/縮小實像/虛像u>2ff<v<2f倒立縮小實像異側(cè)u=2fV=2f倒立等大實像異側(cè)f<u<2fv>2f倒立放大實像異側(cè)u=fu<f正立放大虛像同側(cè)實像倒立異側(cè)，虛像正立同側(cè)。探究新知物距與焦距的關(guān)系像距與焦

距的關(guān)系像的性質(zhì)像與物的位置(同側(cè)/異側(cè))正立/倒立放大/縮小實像/虛像u>2ff<v<2f倒立縮小實像異側(cè)u=2fv=2f倒立等大實像異側(cè)f<u<2fv>2f倒立放大實像異側(cè)u=fu<f/正立放大虛像同側(cè)成實像時，物體靠近凸透鏡，像遠離凸透鏡，像變大探究新知探究新知交流討論1、

在做“凸透鏡成像規(guī)律”的實驗時，某同學(xué)在光具座上將蠟燭放置在凸透鏡前，然后移動光屏，可他無論怎樣移動光屏，都無法在光屏上觀察到燭焰的像，請你分析發(fā)生這一現(xiàn)象可能原因?？赡茉蛴校孩贍T焰、凸透鏡、光屏的中心不在同一高度上。②蠟燭的位置在透鏡的一倍焦距以內(nèi)或在焦點處。③像距太長，光具座長度不夠。2.用卡片把透鏡遮住一部分，在光屏上還能看到完整的像嗎?光屏上的像還是完整的，但亮度會變暗。交流討論探究新知探究新知交流討論3.隨著蠟燭慢慢燃燒變短，光屏上的像運動情況如何?像將會向上移動。想要使?fàn)T焰成像在光屏的中心應(yīng)如何調(diào)節(jié)?調(diào)節(jié)方法：①將光屏向上移動；②將蠟燭向上移動；③將透鏡和光屏向下調(diào)節(jié)。甲

乙(1)如圖甲所示，測出所用凸透鏡的焦距為10.0_

cm,

凸透鏡對光有會聚

作用；(2)實驗時，應(yīng)將燭焰、凸透鏡和光屏三者中心調(diào)到同

一

高度，目的是成在光屏(3)接著小致調(diào)節(jié)蠟燭、凸透鏡和光屏的位置如圖乙所示，發(fā)現(xiàn)光屏上得到一個倒立放大

實像，接下來他改用焦距為5cm

的新凸透鏡繼續(xù)進行實驗，若不改變蠟燭和凸透鏡的位置，則將光屏適當(dāng)左

移

(選填：左移或右移)可在光屏上看到清晰的像，此像

要比之前

變小

。(選填：變大或變小)央像中使探究新知【學(xué)習(xí)任務(wù)一】探究凸透鏡成像規(guī)律小致同學(xué)利用光具座、凸透鏡、蠟燭、光屏等實驗器材探究凸透鏡成像的規(guī)律。探究新知【學(xué)習(xí)任務(wù)一】探究凸透鏡成像規(guī)律解：(1)[1][2]平行主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后，會聚在主光軸上一點，這點是凸透鏡的焦點，焦點到光心的距離是凸透鏡的焦距，故凸透鏡的焦距是60cm-50cm=10cm(2)[1][2]為了使像成在光屏中央，應(yīng)將燭焰、凸透鏡和光屏三者中心調(diào)到同一高度。(3)[1]由題意知，焦距f=10cm,

當(dāng)燭焰距凸透鏡15cm

時，物距f<u<2f[2][3]把凸透鏡換成焦距為5cm

的，物距為15.0cm,大于2倍焦距，此時像距應(yīng)大于1

倍焦距且小于2倍焦距，即5cm<v'<10cm此時成縮小倒立的實像，若不改變蠟燭和凸透鏡的位置，則應(yīng)將光屏適當(dāng)左移可在光屏上看到清晰的像，此像要比之前變小。(1)實驗前，小周找到一個焦距為12cm的凸透鏡，然后在光具座上從左到右分別放置蠟燭、凸透鏡和光屏，將焰心、透鏡中心、光屏中心調(diào)節(jié)在同一高度

(2)保持蠟燭位置不變，移動透鏡至16cm刻度線處，如圖a所示。則人眼在圖中

的

B(

選

填“A”或

“B”)處能觀察到蠟燭的像，像是圖b中的4

(

選填“1”“2”“3”或“4”)。探究新知【學(xué)習(xí)任務(wù)一】探究凸透鏡成像規(guī)律小周同學(xué)用凸透鏡做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗。BF光源

F50cm602

3

b20

30

40

50C0102030400cm

1060探究新知【學(xué)習(xí)任務(wù)一】探究凸透鏡成像規(guī)律(3)光屏上得到發(fā)光體清晰的像時，一只小飛蟲飛到了凸透鏡上，此時光屏上C

(選填

“A”

、“B”

或

“C”)。A.會有小飛蟲的像B.會出現(xiàn)小飛蟲的影子

C.發(fā)光體的像完整且暗了一些(4)實驗過程中，如圖c所示，光屏上剛好成清晰的實像，則此時光屏上所成的是倒立、縮小像(填成像的特點)。如果將F光源向右移動一點，為了再次在光屏上成一個清晰的像，則需要將光屏向

右

(選填“左”或“右”)移動，與原來的像相比，此時的像會變大

(選填“變大”、“變小”或“不變”)。BF光源

F23

4a

b探究新知【學(xué)習(xí)任務(wù)一】探究凸透鏡成像規(guī)律解：(1)根據(jù)凸透鏡成像的要求，將焰心、透鏡中心、光屏中心調(diào)在同一高度，目的是使像成在光屏

的中央。(2)[1][2]由題意知，凸透鏡的焦距為12cm,

由圖a可知，此時蠟燭所處刻度尺的位置為10.0cm,

保

持蠟燭位置不變，移動透鏡至16cm

刻度線處時，物距為u=16cm-10.0cm=6.0cm小于一倍焦距，只能夠成正立、放大的像，不能夠在光屏上成像。像與物在同側(cè)，所以人眼應(yīng)在B處才

能觀察到蠟燭的像，像如圖丙中的4。(3)光屏上的實像是發(fā)光體發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡折射后會聚成的，

一只小飛蟲飛到了凸透鏡上，物體發(fā)

出的光被小飛蟲擋住了一些，但不妨礙成像，所以光屏上呈現(xiàn)的仍然是物體的完整的實像，只是光被擋

住一些，導(dǎo)致會聚在光屏上的實像要暗一些，故AB

不符合題意，C

符合題意。故選C。(4)[1]由圖c可知，此時蠟燭所處刻度尺的位置為10.0cm,

凸透鏡所處刻度尺的位置為50.0cm,

物

距為u=50cm-10.0cm=40.0cm大于兩倍倍焦距，成倒立、縮小的實像。[2][3]將F光源向右移動一點，物距減小，根據(jù)凸透鏡成實像時的規(guī)律“物近像遠像變大”,為了再次在

光屏上成一個清晰的像，應(yīng)將光屏向右移動，且此時的像與原來相比變大。探究新知凸透鏡成像光路分析回顧凸透鏡的三條特殊光線1.過光心的光線傳播方向不變2.入射光線平行于主光軸，折射光線通過另一側(cè)焦點3.入射光線通過焦點，折射光線平行于主光軸物距u>2f

時，成倒立、縮小的實像，像距vf<v<2f探究新知物距大于2倍焦距，即u>2f

時物距u:u=2f時，成倒立、等大的實像，像距v=2f探究新知物距等于2倍焦距，即u=2f時探究新知物距在1倍焦距和2倍焦距之間時，即f<u<2f時物距u:f<u<2f

時，成倒立、放大的實像，像距v>2f探究新知物距等于1倍焦距時，即u=f時u=fAB

F2f

F

0

2f當(dāng)物距u=f時，凸透鏡不成像探究新知物距小于1倍焦距時，即u<f時當(dāng)物距u<f

時，凸透鏡成正立、放大的虛像探究新知【學(xué)習(xí)任務(wù)二】凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用小明將凸透鏡正對太陽光，在距離凸透鏡10cm的白紙上呈現(xiàn)一個最小、最亮的光斑，此凸透鏡的焦距為10cm

。如圖是他用該凸透鏡觀看書本上“中國夢”三個字時的情況，如果他想看到更大的正立的“國”字，小明需要將凸透鏡遠

離書本(選填“遠離”或“靠近”),凸[1]平行光經(jīng)過凸透鏡折射后會聚于一點，這一點就是凸透鏡的焦點，焦點到光心的距離為焦距，所以

根據(jù)題意可知此凸透鏡的焦距為10cm。[2][3]因為想要看到正立的像，所以可知此時凸透鏡相當(dāng)于一個放大鏡，放大鏡利用的是當(dāng)物距小于一

倍焦距時，成正立、放大的虛像的原理，所以想看到正立的“國”字，凸透鏡和書本的距離應(yīng)小于10cm,而當(dāng)凸透鏡成正立、放大的虛像時，物距越大，像距越大，成的虛像越大，所以可知想要看到

更大的正立的“國”字，小明需要將凸透鏡遠離書本，但是距離不能大于10cm。透鏡和書本的距離應(yīng)滿足的條件是小于10cm【學(xué)習(xí)任務(wù)二】凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用大雁塔屹立西安城南已近千年，是西安市城市名片之一。小明通過一個放在地上的透明玻璃球，可看到玻璃球中的藍天和大雁塔反轉(zhuǎn)了過

來，如圖所示。玻璃球相當(dāng)于凸透鏡，對光具有會

聚

作用。遠處大雁塔通過玻璃球成了一個倒立縮小的實

像，當(dāng)玻璃球遠離大雁塔

時，人看到像的大小將變小

(選填“變大”、“變小”或“不變”)。解：[1][2][3]玻璃球相當(dāng)于凸透鏡，凸透鏡對光有會聚作用；遠處風(fēng)景到凸透鏡的距離大于2倍焦距，由“看到藍天和大雁塔反轉(zhuǎn)了過來”可知，此時成的是倒立、縮小

的實像；凸透鏡成實像時，物遠像近像變小，當(dāng)玻璃球遠離大雁塔時，物距變大，像變

小

。探究新知實驗器材實驗步驟記錄數(shù)據(jù)實驗結(jié)論物距u>2f

時，成倒立、縮小的實像，像距vf<v<2f物距u=2f

時，成倒立、等大的實像，像距v=2f物距f<u<2f時，成倒立、放大的實像，像距v>2f

物距u=

時，凸透鏡不成像物距u<f時，凸透鏡成正立、放大的虛像探究凸透鏡

成像規(guī)律凸透鏡成像規(guī)律凸透鏡成像規(guī)律凸透鏡成像光路課堂小結(jié)課堂練習(xí)1.如圖所示，在一些博物館里，為了方便游客觀察一些比較小巧精密的物品時，往往會配一透鏡來觀察。此透鏡對光線具有會聚

作用，若該透鏡的焦距為f,

則物品

與透鏡的距離應(yīng)

小于f

(選填“小于f”“大于2f”或“大于f且小于2f”)。解：[1][2]在一些博物館里，為了方便游客觀察一些比較小巧精密的物品時，配有放大鏡來觀察，放大鏡由凸透鏡制成，此透鏡對光線具有會聚作用，根據(jù)凸透鏡成像的規(guī)律

若該透鏡的焦距為f,要起到放大作用，則物品與透鏡的距離應(yīng)小于f。課堂練習(xí)2.物理興趣小組同學(xué)在做凸透鏡實驗時，光屏和發(fā)光體在透鏡的兩

側(cè)

(

選

填“同側(cè)”、“兩側(cè)”),它們的中心在同一高度

上，此凸透鏡的焦距為10cm,

發(fā)光體距離凸透鏡16cm

時，成倒立放大

(選填“正立放大”、“正立縮小”、“倒立放大”、“倒立縮小”)的實像。解：[1]做凸透鏡實驗時，發(fā)光體發(fā)出的光通過凸透鏡，在光屏上成像，所以光屏和發(fā)光體在透鏡的兩側(cè)。[2]為了能清晰的觀察像，應(yīng)使像成在光屏中央，所以應(yīng)調(diào)整發(fā)光體的中心、凸透鏡的

光心、光屏的中心在同一高度上，即它們的中心在主光軸上。[3]凸透鏡的焦距為10cm,

發(fā)光體距離凸透鏡16cm

時，即物距為16cm,

則物距大于

一倍焦距，小于二倍焦距，由凸透鏡成像規(guī)律可知，成倒立、放大的實像。課堂練習(xí)3.課外閱讀是同學(xué)們學(xué)習(xí)的一種重要途徑。某同學(xué)在課外閱讀時，用凸透鏡觀察書本上的一幅插圖(如左圖所示),分別看到了A、B、C、D中的四種情形，則凸透鏡和書本之間的距離最大的是(

C

)解：B圖是正立放大的像，所以書本應(yīng)該在凸透鏡的一倍焦距內(nèi)，距離最近；A、C、D均為倒立的實像，由于凸透鏡成實像時，物遠像近像變小，所以物距越大，實像越小，故C圖成像時，凸透鏡與書本之間距離最大，故C符合題意，ABD不符合題意。故選C。C.A.課堂練習(xí)4.現(xiàn)在很多家庭都配備了智能掃地機器人，其避障功能利用了類似凸透鏡成像的原理。掃地機器人頂部的傳感器相當(dāng)于凸透鏡，當(dāng)有障礙物靠近時，傳感器能感知到物體并避開。若該傳感器的焦距為

5cm,

某次它檢測到一個距離它8cm

的障礙物，以下說法正確的是(

B)A.

此時傳感器成倒立、縮小的實像，像距在5cm到10cm之間B.此時傳感器成倒立、放大的實像，像距大于10cmC.此時傳感器成正立、放大的虛像，像距大于8cmD.

此時傳感器成倒立、等大的實像，像距等于10cm解：掃地機器人頂部的傳感器相當(dāng)于凸透鏡，該傳感器的焦距為5cm,

某次它檢測到一個距離它8cm的障礙物，根據(jù)凸透鏡的成像原理可知，此時物距在一倍焦距與二倍焦距之間，像距大于二倍焦距，像距大于10cm,

傳感器成倒立、放大的實像，故ACD錯

誤

，B

正確。故選B。解：由于凸透鏡成縮小的像，可知物距大于2倍焦距，假設(shè)物體放在凸透鏡的左邊，處于二倍焦距以外，此時A點為物體上一點，A

點發(fā)出的經(jīng)過光心的入射光線經(jīng)過凸透鏡折射后傳播方向不改變，A點發(fā)出的與主光軸平行的入射光線經(jīng)過凸透鏡折射后過焦點A

點發(fā)出的經(jīng)過焦點的入射光線經(jīng)過凸透鏡折射后平行于主光軸，三條光線會聚于A’,如下圖所示：課堂練習(xí)5.

請用光線作圖來說明：凸透鏡能成縮小的像的原因課堂練習(xí)6.在探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中。(1)讓凸透鏡正對太陽光，左右移動光屏直至出現(xiàn)一個最小、最亮的光斑，測出焦距f

=10cm。(2)依次將點燃的蠟燭、凸透鏡、光屏安裝在光具座上，將凸透鏡固定在光具座中央，蠟燭放在20cm

刻度線，移動光屏，發(fā)現(xiàn)像不在光屏中央，這時應(yīng)該調(diào)節(jié)蠟燭、凸透鏡、或光屏的高度，使?fàn)T焰和光屏的中心在凸透鏡的主光軸上。課堂練習(xí)(3)左右移動光屏直到呈現(xiàn)最

清晰

的像，如甲圖，此時看到的是倒立

縮小

的實

像；若保持凸透鏡位置不變，將蠟燭向右移動一段距離，應(yīng)將光屏適當(dāng)向右

(

左

/右)移動又能呈現(xiàn)清晰的像。(4)蠟燭移到35cm

刻度線時，光屏上呈現(xiàn)的是倒立

放大

的實像；當(dāng)蠟燭移到

45cm刻度線時如乙