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文本内容:
凸透镜成像的规律基础【学习目标】.理解凸透镜成像规律;.知道凸透镜成像倒立、缩小或放大实像的条件及应用;.知道凸透镜成正立、放大虚像的条件;.掌握探究凸透镜成像的过程能在探究活动中,初步获得提出问题的能力,通过探究活动,体验科学探究的全过程和方法,学习从物理现象中归纳科学规律的方法【要点梳理】知识点
一、探究凸透镜成像规律
1、实验目的观察凸透镜成各种像的条件
2、实验器材凸透镜、光具座、蜡烛、光屏、火柴
3、实验步骤1共轴调节,把蜡烛、凸透镜、光屏依次摆放在光具座上点燃蜡烛,调整蜡烛、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度2把蜡烛放在较远处,使〃2/移动光屏,直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像观察这个像是倒立的还是正立的,是放大的还是缩小测量像距和物距3把蜡烛移向凸透镜,让蜡烛到凸透镜的距离等于27移动光屏,直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小测量像距和物距4把蜡烛再靠近凸透镜,让蜡烛到凸透镜的距离在移动光屏,直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小测量像距和物距5把蜡烛继续靠近凸透镜,让蜡烛在凸透镜的焦点上,移动光屏,看是否能够成像6把蜡烛移动到凸透镜的焦点以内,移动光屏,在光屏上还能看到烛焰的像吗?7表格透镜焦距f=cm要点诠释
1、测量凸透镜的焦距利用平行光源或太阳光粗测凸透镜的焦距实验室提供的凸透镜的焦距有5cm、10cm和30cm我们所选的透镜最好在10cm—20cm之间,太大或太小都不方便
2、操作过程中,应固定好蜡烛、凸透镜,然后移动光屏,直到在光屏上得到一个清晰的像为止,读出物距与像距的大小
3、当物距小于焦距时,无论怎样移动光屏,在光屏上也找不到物体的像此时应去掉光屏,透过凸透镜观察火焰的成像情况知识点
二、凸透镜成像规律【高清课堂《凸透镜成像的规律》】凸透镜成像的规律和应用见下表:u=f/成像特曲像的虚实转折点uf物像同侧放大、正立、虚像放大镜
2、凸透镜的成像规律可以联想它的应用来加以记忆,典型的三个应用是照相机、幻灯机和放大镜,它们都是利用凸透镜成像规律制成的弄清这些仪器的原理,头脑中有使用这些仪器时的情景,就不难记住凸透镜成像的规律了要点诠释
1、总结凸透镜成像规律,可简要归纳成“一焦分虚实,二焦分大小;成实像时,物近像远像变大;成虚像时,物近像近,像变小J1“一焦分虚实”物体在一倍焦距以内成虚像,一倍焦距以外成实像“二焦分大小物距小于二倍焦距,成放大的像,焦点除外;物距大于二倍焦距成缩小的“成实像时,物近像远像变大”成实像时,物体靠近透镜,像远离透镜,像逐渐变大“成虚像时,物近像近像变小”成虚像时,物体靠近透镜,像也靠近透镜,像逐渐变小【典型例题】类型
一、探究凸透镜成像规律Cl•潮南区一模小明在做“探究凸透镜成像规律”实验时,凸透镜的位置固定不动,实验操作规范在图示位置时,烛焰恰好在光屏上成清晰的像
(1)这个像的成像原理与成像原理相同若将蜡烛向右移动少许,则应将光屏向移动才能再次在光屏上成清晰的像,此时像的大小比刚才的像要O
(2)再在凸透镜左侧附近放置一近视眼镜(图中未画出),这时需要将光屏向移动才能在光屏上成清晰的像
(3)为了粗测凸透镜的焦距,小明上午第二节课下后,走出教室,将凸透镜与水平地面平行放置,调节凸透镜到地面的距离,直至太阳光通过凸透镜地面上出现一个最小的亮点,小明认为此点就是凸透镜焦点的位置,旁边的同学却告诉他,这个亮点不是凸透镜的焦点位置,其理由是O【思路点拨】
(1)凸透镜成实像时,物距大于像距,成倒立、缩小的实像;应用是照相机成实像时物像异侧,物距变大,像距变小,像变小;物距变小,像距变大,像变大,简记为“物远像近像变小,物近像远像变大”
(2)当凹透镜靠近凸透镜时,会聚能力减弱,使像呈在光屏的后方
(3)平行于主光轴的光线会聚于一点,此点为凸透镜的焦点.由焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距,粗略测量薄透镜的焦距时,可以测出从焦点到凸透镜的距离即可【答案】
(1)照相机;右;大;
(2)右;
(3)凸透镜没有正对太阳光放置(或太阳光没有平行于主光轴入射到凸透镜上)【解析】
(1)由图可知,物距大于像距(即u2f)根据凸透镜成像规律可知,此时凸透镜成倒立、缩小的实像,照相机就是利用这个原理制成的;当凸透镜的位置不变时,只向右移动蜡烛,要使光屏上再次出现一个明亮清晰的像,根据成实像时“物近像远像变大”可知,应向右移动光屏,才能再一次成像并且此时的像比刚才的像大
(2)近视眼镜是凹透镜,凹透镜对光线有发散作用;在凸透镜左侧附近放置一近视眼镜时,光线变得发散一些,像将会聚在光屏的后方,应增大像距,才能在光屏上要得到清晰的像,即光屏要向右移动
(3)太阳光可以近似看为平行光源,将凸透镜正对着太阳光,太阳光经凸透镜折射后将会聚在焦点;所以把光屏置于另一侧,改变光屏与凸透镜间的距离,直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑,这个光斑便为焦点,测出光斑到凸透镜的距离,便是焦距而小明上午第二节下课后将凸透镜与水平地面平行放置,此时凸透镜没有正对太阳光(或太阳光没有与凸透镜的主光轴平行),所以这个亮点不是凸透镜的焦点位置,故答案为
(1)照相机;右;大;
(2)右;
(3)凸透镜没有正对太阳光放置(或太阳光没有平行于主光轴入射到凸透镜上)【总结升华】此题考查了凸透镜成像的规律及应用,还涉及到了凹透镜对光线的发散作用,考查得很广但只要掌握基础知识,做出合理的推理,都比较容易解答C
2.小明用凸透镜、蜡烛、光屏和刻度尺等器材,探究凸透镜成像的规律
(1)如图所示,将凸透镜正对着太阳光,把光屏置于另一侧,改变光屏与凸透镜间的距离,直到光屏上出现一个的光斑,测得凸透镜的焦距是emo
(2)小明将蜡烛、凸透镜和光屏的中心调到同一高度,无论怎样移动光屏,都不能得到清晰的像的原因O
(3)实验一段时间蜡烛变短,要使烛焰像仍然成在光屏的中心,应将光屏向移动【答案】
(1)最小、最亮;10
(2)物距小于焦距,像是虚像
(3)上【解析】
(1)太阳光可以近似看为平行光源,将凸透镜正对着太阳光,太阳光经凸透镜后将会聚在焦点所以把光屏置于另一侧,改变光屏与凸透镜间的距离,直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑这个光斑便为焦点测出光斑到凸透镜的距离,便是焦距由图知,凸透镜的焦距是10cm
(2)蜡烛、凸透镜和光屏的中心调到同一高度,仍不能得到清晰的像,这说明此时成的是虚像或者物距小于焦距
(3)实验一段时间蜡烛变短,由于凸透镜成的是倒立的实像,所以成的像将靠近光屏的上方所以应向上移动光屏【总结升华】此题主要考查了粗略测量凸透镜焦距的方法,关键是掌握焦点和焦距的概念同时考查了实验过程中经常出现的两个问题,在平时遇到问题要善于分析原因举一反三【变式】如图所示,小明用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像规律”的实验
(1)凸透镜的焦距是10cm当烛焰在图示位置时,移动光屏可以在光屏上得到一个倒立、的实像在照相机和投影仪中,成像情况与此类似的是o
(2)实验中,蜡烛越烧越短,光屏上烛焰的像(选填“向上”、“向下”或“不”)移动【答案】
(1)放大;投影仪
(2)向上类型
二、凸透镜成像规律的应用C
3.(•邵阳县模拟)一凸透镜的焦距是10cm将点燃的蜡烛从离凸透镜50cm处移到15cm处的过程中,像和像距的变化情况是()A.像变大,像距变小B.像变小,像距变大C.像变小,像距变小D.像变大,像距变大【思路点拨】掌握凸透镜成像的三种情况u2f成倒立、缩小的实像;2fuf成倒立、放大的实像;uf成正立、放大的虚像;凸透镜成实像时,物体离凸透镜越近,像离凸透镜越远,像也越大【答案】D【解析】凸透镜的焦距是10cm把点燃的蜡烛放在距凸透镜50cm处时,此时u〉2f成倒立缩小的实像,2fvf当移到15cm处时,2fuf成倒立、放大的实像,v2f;综上分析可得,像和像距的变化情况是像变大,像距变大;故选I)【总结升华】此题考查了学生对凸透镜成像规律的应用,首先要熟练掌握凸透镜成像的规律,搞清物距和像距;然后才能准确判断像的性质举一反三【变式】点燃的蜡烛放置在离凸透镜15cm处,在凸透镜的另一侧得到一个倒立、放大的烛焰像,则该凸透镜的焦距可能为()A.5cmB.10cmC.15cmD.20cm【答案】B▼
4.在探究凸透镜成像规律的实验中,当凸透镜、光屏和烛焰的位置如图所示时,光屏上能成一清晰的像则()2FFF2FA.所成的像是正立缩小的实像B.所成的像是倒立缩小的实像C.把蜡烛向左移动,调整光屏的位置,得到的像变小D.把蜡烛向右移动少许,调整光屏的位置,得到的像变小【答案】C【解析】由图知fu2fv2f此时光屏上成倒立放大的实像,所以A、B说法错误;当把蜡烛向左移动时,物距变大,像距变小,光屏上得到的像变小,所以C说法正确;当把蜡烛向右移动时,物距变小,像距变大,光屏上得到的像变大,所以D说法错误【总结升华】要求学生能从图中获取信息,然后利用所学规律分析解答问题,这是考试中常见的题型,考查学生的分析能力此题的关键是掌握凸透镜成像的规律搞清像距、像的大小与物距之间的关系举一反三【变式1](•达州二模)张强同学在光具座上做“研究凸透镜成像”的实验中,当光屏、透镜及烛焰的相对位置如图所示时,恰能在光屏上得到一个清晰的像;由此判断,他所用凸透镜的焦距为()一定大于20cm一定在10cm到16cm之间一定小于8cm一定在8cm到10cm之间【答案】D【变式2]【高清课堂《凸透镜成像的规律》例3]有时透过盛满水的玻璃杯能看见握着杯子的手指比实际的手指要粗些,这是什么原因?【答案】答因为盛满水的玻璃杯相当于一个放大镜【巩固练习】
一、选择.(•云南模拟)太阳光照射到凸透镜上,在离透镜光心10cm处形成一亮点,要想利用此透镜在另一侧的光屏上成一个清晰放大的像,物距可能是()A.25cmB.15cmC.5cmD.20cm.(♦德州校级一模)当物体距凸透镜5f处沿主光轴逐渐向f处移动时,在光屏上成的像一定是()A.倒立的实像,像的大小逐渐减小B.倒立的实像,像的大小逐渐增大C.倒立的虚像,像的大小逐渐减小D.正立的实像,像的大小逐渐增大.在研究凸透镜成像的实验中,点燃蜡烛后,无论怎样移动光屏,在光屏上都不能形成烛焰的像,其原因可能是蜡烛放在了凸透镜的()A.2倍焦距以外B.2倍焦距处C.1〜2倍焦距之间D.1倍焦距以内.物体置于焦距为10cm的凸透镜前,得到了一个放大的像,那么下列说法中,正确的是()A.若像是正立的,那么物体到凸透镜的距离大于20cmB.若像是正立的,那么物体到凸透镜的距离大于10cm而小于20cmC.若像是倒立的,那么物体到凸透镜的距离大于10cm而小于20cmD.若像是倒立的,那么物体到凸透镜的距离小于10cm
5.(•遵义模拟)小强在实验室里做研究凸透镜的成像规律时,将蜡烛放在距离凸透镜前24cm处时,在另一侧的光屏上得到一个倒立、放大的清晰实像,若把蜡烛远离凸透镜,则要在光屏重新得到蜡烛清晰的像,应将采取的措施是()A.将光屏向靠近透镜方向移动B.将光屏向远离透镜方向移动C.将光屏向主光轴上方移动D.将光屏向主光轴下方移动.(多选)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I).将透镜适当靠近光屏
二、填空.当物距u与焦距f满足时,物体经透镜能够成正立、放大的虚像.在凸透镜成像中,像是倒立的,像是正立的缩小的像肯定是像.(•宝丰县模拟)凸透镜的焦距为10cm将发光体放在离透镜25cm的主光轴上,所成的像是倒立、的实像,像到透镜的距离(填“大于”、“等于”或“小于)20cm.在探究凸透镜成像规律的试验中,当蜡烛放在某位置时,小雨看到距透镜10cm的光屏上出现一个缩小的烛焰的像;现将蜡烛和光屏交换位置,烛焰在光屏上仍能清晰成像,这时光屏上烛焰的像是(选填“放大”或“缩小”)的.(•石林县一模)凸透镜的焦距为8厘米,将发光体放在离透镜18厘米的主光轴上,所成的像是倒立、的实像(选填“放大”、“等大”或“缩小”),像到透镜的距离16厘米(选填“大于”、“等于”或“小于”).发光物体AB从距离凸透镜60cm的地方沿主光轴向透镜方向以v=5cm/s的速度开始作匀速直线运动已知凸透镜的焦距为10cm当t=9s时物体AB能成,当t=lls时物体AB能成.如图是一款人脸识别门禁一体机,通过摄像镜头捕捉人脸信息,并将所拍图象与系统教据库中预先录入的人脸照片模板进行比对.该摄像镜头相当于透镜,若要拍摄镜头前1m处的人脸.它的焦距应小于cmo13题
三、实验探究.小明用凸透镜、蜡烛、光屏和刻度尺等器材探究凸透镜成像规律.⑴如图所示,为了测出凸透镜的焦距,小明同学将凸透镜正对着太阳光,再把光屏放在它的另一侧,改变凸透镜与光屏的距离,直到光屏上出现一个的光斑,就可以测出该凸透镜的焦距为14题
(2)请在图中画出凸透镜的主光轴
(3)小明将烛焰、凸透镜和光屏的中心调整到同一高度后,在水平桌面上无论怎样移动光屏,都不能承接到烛焰的像,原因可能是o
(4)实验一段时间后,蜡烛变短了,要使烛焰的像仍然成在光屏的中心,应该将光屏向移动.在“探究凸透镜成像”的实验中⑴王轩同学按计划将蜡烛依次置于下图中的a、b、c、d、e五点进行探究在蜡烛置于点时、在光屏上能得到清晰放大的像,就是利用这一成像特点制成的;A直丝灯泡凸透偏Tti-S复一H15题开有细缝的纸果⑵为满足教学需要,张老师自制了一个“平行光源”,如下图所示,在一个用开有细缝的纸罩扎住的圆筒里安有凸透镜和可前后移动的灯泡,调节灯泡,当灯泡的灯丝处在凸透镜的的位置时,从细缝中射出的光才会是平行光【答案与解析】
一、选择.【答案】B【解析】由题意知,凸透镜的焦距为10cm要在透镜的另一侧得到一个清晰放大的像,物距应处于f和2f之间,则物距应大于10cm小于20cm所以ACI错误,B正确;故选B.【答案】B【解析】物距由5f向f减小,这样像距越大,而实像也就越大,故成的像一定是倒立的实像,且像的大小逐渐增大,故选B.【答案】D【解析】物体放在1倍焦距以内成虚像,虚像不能用光屏承接,所以无论怎样移动光屏,光屏上都不能看到烛焰的像.【答案】C【解析】题中只说了成一个放大的像,则像可能是虚像,也可能是实像若是一个放大的虚像,则物体应置于f10cm以内,成一个正立、放大的虚像;若是一个放大的实像,则物体应置于凸透镜f10cm与2f20cm之间,成一个倒立、放大的实像,所以答案为C.【答案】A【解析】AB、由题蜡烛原来经凸透镜成实像,若把蜡烛远离凸透镜,即物距变大,要在光屏重新得到蜡烛清晰的像,应减小像距,即减小光屏到凸透镜的距离;所以A正确,B错误;CD、将光屏上下移动不能改变像的清晰程度,故CD错误;故选A.【答案】BC【解析】由凸透镜成像的规律可知,成实像的时候,“物近像远,像变大”,由此可知要使光屏上清晰的像变大,就要减小物距,增大像距故选B、Co
二、填空.【答案】uf.【答案】实;虚;实.【答案】缩小;小于【解析】由题意可知,f=10cmu=25cm2f所成的是倒立缩小的实像,且10cmv20cni;故答案为:缩小;小于.【答案】放大【解析】由于在光屏上成的是一个缩小的实像,根据凸透镜成像的规律可知,此时的像距10厘米大于一倍焦距小于二倍焦距当将蜡烛和光屏交换位置后,此时的物距为10厘米,根据上面的分析,物距大于一倍焦距小于二倍焦距,根据凸透镜成像的规律可知,此时成的是一个倒立放大的实像.【答案】缩小;小于【解析】已知f=8cm则2f=16cm物体到凸透镜距离为18cm时,因为18cm2f所以成倒立、缩小的实像;所以2fvfBP16cmv8cm;故答案为缩小;小于.【答案】倒立、放大的实像;正立、放大的虚像.【解析】当t二当时物体距透镜的距离是:Ui=60cm-vti=60cm-5cm/sX9s=15cm0f=10cm2f=20cm所以物体处于f和2f之间,此时成倒立、放大的实像当t=lls时,物体距透镜的距离为U2=60cm-vt2=60cm-5cm/sXlls=5cmf所以此时成正立、放大的虚像.【答案】凸;50【解析】摄像机镜头应用的是凸透镜成像时u2f成倒立缩小的实像,所以lm2f得f
0.5m=50cmo
三、实验探究.【答案】
(1)最小(最亮、最清晰);10
(2)凸透镜的主光轴如图所示\3040cml7
(3)蜡烛在凸透镜的一倍焦距以内(或焦点上)⑷上【解析】凸透镜将平行的太阳光会聚在焦点上,焦点到凸透镜的距离为焦距,所以太阳光会聚在光屏上的点最小、最亮时,该点的位置为焦点,通过图示可知,焦距为10cm;主光轴为过凸透镜光心和焦点的直线;光屏上所承接的像均为实像,而如果烛焰放置在1倍焦距以内或焦点的位置上,由于所成的像是虚像或不成像,则不管如何移动光屏,都不能接收到像;蜡烛变短后,烛焰的中心降低,为使烛焰、凸透镜及光屏中心在一条直线上,则应将光屏向上调节.【答案】(l)c;幻灯机(投影仪、放映机)
(2)焦点【解析】根据凸透镜成像的规律可知,当蜡烛放在凸透镜f与2f之间时,在光屏上成一个倒立、放大的实像,投影仪、幻灯机、放映机等就是利用这一原理工作的;经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后,均平行于主光轴射出,故应将灯泡的灯丝放置于凸透镜的焦点上物距与焦距的关系物距u/cm像的性质像距v/cm实虚大小正倒u2f〃=2于2fufu-fw/。