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第五章透镜及其应用第3节凸透镜成像的规律凸透镜成像的规律如下表所示物体到凸透镜的距离u像到凸透镜的距离v像的情况倒立或正立放大或缩小虚或实大于2倍焦距u2f小于2倍焦距、大于1倍焦距2fvf倒立缩小实等于2倍焦距u=2f等于2倍焦距v=2f倒立等大实在2倍焦距和1倍焦距之间2fuf大于2倍焦距v2f倒立放大实等于1倍焦距u=f不成像小于1倍焦距uf像距大于物距vu正立放大虚知识点1:探究凸透镜成像规律的实验提出问题 照相机、投影仪以及放大镜都是利用凸透镜成像规律制成的但是它们的成像情况存在着虚与实、正与倒、大与小及远与近的不同那么凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟物距有什么关系呢假设猜想 改变凸透镜的物距和像距可以得到不同的像那么物距和像距是否就是影响凸透镜成像情况的主要因素呢实验设计探究 [思考]
1.探究实验中物距、像距各具体指什么距离怎样测定其大小
2.物距、像距的变化可引起凸透镜成像的变化选取什么距离来做实验中的参照呢
3.凸透镜成像有实与虚的区别它们都能用光屏承接吗如何观察所成的实像或虚像呢
4.做该探究实验时所用器材在放置时有什么要求呢[实验设计方案]
1.实验目的:1把物体放在凸透镜2倍焦距以外观察像的性质2把物体放在凸透镜2倍焦距处观察像的性质3把物体放在凸透镜2倍焦距与1倍焦距之间观察像的性质4把物体放在凸透镜1倍焦距之内观察像的性质
2.实验原理:凸透镜成像光的折射成像
3.实验器材:凸透镜、蜡烛、光屏、光具座带刻度尺、火柴
4.实验步骤:1如图所示在桌面上放置好光具座将蜡烛、凸透镜和光屏等器材按正确顺序安装在光具座上点燃蜡烛调整凸透镜和光屏的高度使它们的中心和烛焰中心大致在同一高度处其中F、F点为焦点P、P点为二倍焦距点2把蜡烛放在离凸透镜远大于2倍焦距的地方移动光屏直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰像观察这个像是倒立的还是正立的是放大的还是缩小的改变物距重做这一步3把蜡烛移向凸透镜让蜡烛到凸透镜的距离等于2倍焦距移动光屏使光屏上出现明亮、清晰的烛焰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到凸透镜的距离在2倍焦距与1倍焦距之间移动光屏使光屏上出现明亮、清晰的烛焰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把蜡烛移到凸透镜的1倍焦距内无论怎样移动光屏在光屏上都没有烛焰的像如图所示从光屏一侧透过透镜观察到烛焰的像记下像的性质改变物距重做这一步分析论证 按上述步骤操作所得数据和观察结果如下表所示从中可得出凸透镜成像规律凸透镜焦距f=10cm物距与焦距的关系物距u/cm像的性质像距v/cm像距与焦距的关系实虚大小正倒u2f43实缩小倒13fv2fu2f30实缩小倒15fv2fu=2f20实等大倒20v=2f2fuf18实放大倒23v2f2fuf12实放大倒60v2fuf8虚放大正物像同侧——uf6虚放大正物像同侧——在本实验的操作过程中应注意以下几个问题:
①在安装“探究凸透镜成像的规律”实验装置时必须使烛焰、凸透镜和光屏三者中心在同一高度处否则像有可能不能呈现在光屏上
②从光具座上读取物距和像距大小时应注意读取蜡烛、凸透镜、光屏底座中央所对刻度线的数值
③因光具座的长度有限故所调物距和像距的范围有限选取物距时要根据实际情况而定否则可能导致在屏上无法成像【例】 物体在距凸透镜20cm时成等大、倒立的实像试判断物体距凸透镜30cm时所成像应是 答案:倒立、缩小的实像 点拨物体在距凸透镜2倍焦距处时成等大、倒立的实像再结合题述可知该凸透镜的焦距为10cm则物距为30cm时处在二倍焦距以外由凸透镜成像规律知此时成倒立、缩小的实像知识点2:实验结论
1.用作图法确认凸透镜成像的规律利用凸透镜的三条特殊折射光线作图可巧妙记忆凸透镜成像的规律如图所示其中P、P点为二倍焦距点A1B
1、A2B
2、A3B
3、A4B4为物体对应的像分别是A1B
1、A2B
2、A3B
3、AB
2.凸透镜成像的规律可用下面的顺口溜来记忆即:实像倒位异侧;虚像正位同侧;一倍焦距分虚实二倍焦距分大小拓展延伸 1根据凸透镜成像的规律我们还可总结出物距变化和像的大小变化的规律:凸透镜成实像时物近像远像变大物远像近像变小;成虚像时物远则像大物近则像小2当光屏上得到清晰的像时用纸遮住透镜的下半部分光屏上仍然能出现完整的像但像的亮度变暗因为用纸遮住透镜的下半部分剩余部分仍可成清晰像只不过透过去的光减少导致所成的像变暗诸如凸透镜摔掉了一块、凸透镜上落了个小飞虫等都属于这种情况可以成清晰像但像变暗3当物距非常大时像距会非常小几乎接近焦距诸如“高空摄影”时胶片的位置如何放置类问题就可从这个角度入手解决4透镜成像时若像距比物距大则成放大像;若像距等于物距则成等大像;若像距比物距小则成缩小像所以可根据像距和物距的大小关系判断所成的是放大像、等大像还是缩小像【例】 在用焦距为10cm的凸透镜来探究其成像规律的实验中:1如图所示将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上点燃蜡烛后调节凸透镜和光屏的高度使它们的中心与烛焰中心大致在 其目的是使像成在 2当烛焰距凸透镜25cm时移动光屏可在光屏上得到一个清晰的 、 的实像人们利用这个原理制成了 答案:1同一高度;光屏中央 2倒立;缩小;照相机点拨熟悉凸透镜成像规律是正确解答这类题的关键因为物距大于2倍焦距所以成倒立、缩小的实像是照相机的成像原理考点1:凸透镜成像规律的实验探究【例1】 小华想探究凸透镜成像规律实验桌上有A、B、C三个凸透镜其中凸透镜A的焦距为10cm凸透镜B的焦距为50cm凸透镜C的焦距未知光具座上标尺的刻度范围如图所示1小华想探究凸透镜成实像的规律应选用 填“A”或“B”凸透镜实验过程中他将点燃的蜡烛放置在距凸透镜25cm处时移动光屏直到光屏上呈现出烛焰清晰的像则该像是倒立、 填“放大”或“缩小”的实像 2小华将凸透镜C固定在光具座上50cm刻线处当蜡烛在光具座上30cm到40cm刻线之间时烛焰的像是放大、倒立的实像;当蜡烛在光具座上0cm到30cm刻线之间时烛焰的像是缩小、倒立的实像由此可判断蜡烛在光具座上45cm刻线处时烛焰的像是放大、 的 像 答案:1A;缩小 2正立;虚点拨1受光具座长度的限制应选择凸透镜A当蜡烛放置在距凸透镜25cm处时物距大于2倍焦距所以成缩小的实像;2根据题意凸透镜C的焦距为10cm蜡烛在光具座上45cm刻线处时物距为5cm小于焦距所以成正立、放大的虚像考点2:凸透镜成像规律的灵活运用【例2】 某物体放在凸透镜前20cm处时在光屏上得到了物体倒立、缩小的清晰实像则该凸透镜的焦距可能是 A.20cm B.15cm C.10cm D.5cm答案:D 点拨根据凸透镜成像规律当在光屏上成倒立、缩小的实像时物距应大于2倍焦距即20cm2f则f10cm故只有选项D正确【例3】 某同学在探究凸透镜成像的规律时在光屏上得到了一个清晰的烛焰的像如图所示为使光屏上清晰的像变大些下列调节方法可行的是 A.将蜡烛适当远离透镜光屏适当靠近透镜B.将蜡烛适当靠近透镜光屏适当远离透镜C.将透镜适当靠近蜡烛D.将透镜适当靠近光屏答案:B、C 点拨因在光屏上成像故此时凸透镜成的是实像由凸透镜成实像时的规律“物近像远像变大物远像近像变小”可知要使光屏上的像变大应适当减小物距增大像距故B、C项正确 。