4.5 科学探究：凸透镜成像(原卷版) 八年级物理上学期同步讲义（沪科版）

第四章多彩的光课时4.5科学探究：凸透镜成像（两个课时教学内容）认识凸透镜，知道凸透镜对光有会聚作用。通过实验探究凸透镜成像的基本规律。初步学习根据探究目的制订探究计划和选择实验需要的器材。通过实验培养实验操作能力和对实验现象、数据的初步分析能力。初步培养对探究结果进行交流、评价的能力。题型汇总：透镜对光线的作用、凸透镜成像规律、根据像的性质判断凸透镜的焦距、实验探究凸透镜成像规律、凸透镜成像的变化。第一课时凸透镜和凹透镜透镜：用透明物质制成的、表面为球面一部分的光学元件。透镜的类型主光轴：通过透镜的两个球面球心的直线叫主光轴，简称“主轴”，画主光轴应用“点划线”。光心：每个透镜主光轴上都有个特殊的点，凡是通过该点的光，其传播方向不变，这个点叫透镜的光心。用字母“O”表示，可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。透镜对光的作用凸透镜对光有会聚作用。判断光线是否被会聚，可用延长入射光线的方法判断。若入射光线延长线在折射光线外侧，则光线被会聚，透镜是凸透镜。凹透镜对光有发散作用。判断光线是否被发散，同样可用延长入射光线的方法来判断。若入射光线延长线在折射光线内侧，则光线被发散，透镜是凹透镜。焦点和焦距凸透镜的焦点和焦距（1）焦点：凸透镜能使与主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，该点叫凸透镜的焦点，用“F”表示（2）焦距：焦点到凸透镜光心的距离(FO)叫焦距，用字母“f”表示2.凹透镜的焦点和焦距（1）焦点:凹透镜能使与主光轴平行的光线通过它后变得发散，且这些发散光线反向延长线相交在主光轴上的一点，这一点叫凹透镜的虚焦点。用字母“F”表示。（2）焦距：虚焦点F到凹透镜光心0的距离(FO)叫焦距，用字母“f”表示.透镜中的三条特殊光线凸透镜的三条特殊光线（1）通过光心的光线经凸透镜折射后，光线传播方向不变。（2）通过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后，平行于主光轴射出。（3）跟主光轴平行的光线凸透镜折射后，折射光线光线通过焦点。2.凹透镜(1)通过光心的光线经凹透镜折射后，折射光线传播方向不变。(2)射向凹透镜的光线，如果其延长线通过虚焦点，该光线经凹透镜的折射后，折射光线平行于主光轴射出(3)跟主光轴平行的光线经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过虚焦点。第二课时探究凸透镜的成像规律物距和像距物距：物体到凸透镜光心的距离，常用u表示像距：像到凸透镜光心的距离，常用v表示探究凸透镜成像规律的步骤利用太阳光聚焦法测定凸透镜的焦距。将凸透镜放在蜡烛与光屏之间，点燃蜡烛，为使烛焰的像成在光屏中央，调整烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。把蜡烛放在与凸透镜距离大于二倍焦距的地方，即u>2f，沿直线移动光屏，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，是放大的还是缩小的。改变物距u，重做这一步把蜡烛移向凸透镜,使蜡烛与凸透镜间的距离等于二倍焦距,即u=2f,移动光屏,观察像到凸透镜的距离、像的倒正和大小。把蜡烛再移近凸透镜,让蜡烛与凸透镜间的距离在一倍焦距与二倍焦距之间，即f<u<2f,移动光屏,观察像到凸透镜的距离,像的倒正和大小。改变物距u,重做这一步。把蜡烛继续移近凸透镜,让蜡烛在凸透镜的焦点上,即u=f,移动光屏，看是否能够成像。把蜡烛移到凸透镜的一倍焦距以内,即u<f,移动光屏,在光屏上看不到烛焰的像。从光屏这一侧透过凸透镜用眼睛直接观察烛焰。凸透镜的成像规律动态规律：一倍焦距分虚实；两倍焦距分大小。物远像近像变小；物近像远像变大。通过距离比大小。考点一透镜及其分类1.透镜是利用光的________规律制成的，有凸透镜和凹透镜两种，现有一个玻璃球分成A、B、C、D、E五块，其横截面如图所示，属于凸透镜的是________，属于凹透镜的是________．【答案】折射、ACDE、B【解析】透镜是利用光的折射规律制成的，有凸透镜和凹透镜两种，现有一个玻璃球分成A、B、C、D、E五块，其横截面如图所示，属于凸透镜的是ACDE，属于凹透镜的是B．2.在图甲、乙所示的虛线方框内各放置一个透镜，两束光通过透镜前后的方向如图所示，则（）甲为凹透镜，乙为凸透镜B.甲为凸透镜，乙为凹透镜C.甲、乙都为凸透镜D.甲、乙都为凹透镜【答案】A【解析】两束光通过甲后折射光线变的发散了，所以甲是凹透镜；通过乙后折射光线变的会聚了，所以乙是凸透镜。考点二主光轴、光心、焦点和焦距3.小明利用太阳光测量凸透镜的焦距．下列操作最合理的是（）A.B.C.D.【答案】C【解析】利用会聚太阳光法测焦距时，要将凸透镜正对着太阳光，太阳光经凸透镜后将会聚在焦点，白纸（光屏）应平行于凸透镜置于另一侧，改变白纸与凸透镜间的距离，直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑，这个光斑便为焦点所在的位置，测出光斑到凸透镜的距离，可得凸透镜的焦距．4,关于透镜的主光轴和光心，下列说法中正确的是（）主光轴就是通过透镜中心的直线光心就是透镜的几何中心，它位于主光轴上凸透镜有主光轴，凹透镜没有主光轴凸透镜有光心，凹透镜没有光心【答案】B【解析】A．主光轴是垂直通过透镜中心的直线，故A错误；B．光心在主光轴上，通过该点的光传播方向不变，透镜的光心就是透镜的中心，故B正确；C．凸透镜、凹透镜都有主光轴，故C错误；D．凸透镜、凹透镜都有光心，故D错误．考点三凸透镜的会聚作用于凹透镜的发散作用横截面为正方形、中空部分为椭圆形的玻璃体如图所示，则这个玻璃体：①可以看作两块凹透镜；②可以看作一块凸透镜；③对图示光束具有发散作用；④对图示光束具有会聚作用．上述说法正确的是（）A.①④B.②③C.①③D.②④【答案】C【解析】玻璃体被中空（中间是空气）分成了两部分，这两部分都是中间薄、边缘厚，都是凹透镜，对光线有发散作用，因此平行光经过玻璃砖后，会变得发散，故①③正确．5.学完透镜后，小徐同学对本节知识点作了如下记录，其中正确的是（）A.凸透镜对光线起发散作用B.凹透镜对光线起会聚作用C.若使凸透镜产生平行光，应将光源放在凸透镜的焦点上D.经过凸透镜射出的光线传播方向都会发生变化【答案】C【解析】A、凸透镜对光有会聚的作用，故A错误；B、凹透镜对光有发散作用，故B错误；C、平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚与焦点，根据光路的可逆性，从焦点上发出的光线，经凸透镜折射后会平行于主光轴，故C是正确的；D、过光心的光线传播方向不改变，故D是错误的；考点四透镜的光路图6.如图所示，一条光线经凸透镜折射后，再经平面镜反射恰好经过A点．请在图中画出A点在平面镜中的像A′及经凸透镜折射后的折射光线和经平面镜反射后的反射光线．【答案】【解析】应掌握透镜的特殊光线的特点：对于凸透镜，平行于主光轴的光线折射后过焦点，过光心的光线传播方向不变；对于凹透镜，平行于主光轴的光线，通过透镜后折射光线的反向延长线过另一侧焦点．7.根据图中的入射光线或折射光线，画出相应的折射光线或入射光线．【答案】【解析】略考点五探究凸透镜成像规律8.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）测量焦距：如图1所示让一束平行光经过凸透镜，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑．此现象说明了凸透镜对光具有________作用，并可得出此透镜的焦距为________cm．（2）为了便于观察实验现象，实验环境应该________（选填“较亮”或“较暗”）一些，此实验过程中蜡烛燃烧后逐渐变短，则光屏上烛焰的像也将逐渐向________移动．（3）如图2所示，把蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛，将烛焰、凸透镜、光屏三者中心调到________，这样做是为了________.（4）当蜡烛距凸透镜25cm时，移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的倒立、________（选填“放大”或“缩小”）的________（选填“实”或“虚”）像，依据此原理，人们制成的光学仪器是________.（5）将蜡烛向凸透镜靠近，移动到某一位置时，无论怎样移动光屏，都不能在光屏上成像，原因是________.（6）如图2所示，要在光屏上得到一个清晰的像，小明应该将光屏向________透镜方向移动．得到清晰的像后，要想让在光屏上的实像变大些，小明应当把蜡烛向________透镜方向移动．同时把光屏向________透镜方向移动．（均选填“远离”或“靠近”）．（7）小明把爷爷的近视眼镜放在凸透镜与蜡烛之间，发现光屏上的像变得模糊不清．他应当向________透镜的方向移动光屏，或向________（均选填“远离”或“靠近”）透镜的方向移动蜡烛，可再次得到清晰的像．【答案】（1）会聚,10.0（2）较暗,上（3）同一高度,使像成在光屏中心（4）缩小,实,照相机（5）蜡烛位于透镜的一倍焦距之内，成的是虚像（6）靠近,靠近,远离（7）远离,远离【解析】（1）如图1所示让一束平行光经过凸透镜，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑．此现象说明了凸透镜对光具有会聚作用，平行光经过凸透镜会聚于焦点，可得出此透镜的焦距为10.0cm．（2）为了便于观察实验现象，实验环境应该较暗一些，此实验过程中蜡烛燃烧后逐渐变短，则光屏上烛焰的像也将逐渐向上移动．（3）如图2所示，把蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛，将烛焰、凸透镜、光屏三者中心调到同一高度；这样做是为了使像成在光屏中心．（4）当蜡烛距凸透镜25cm时，物距大于2倍焦距，移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的倒立、缩小的实像，依据此原理，人们制成了照相机．（5）将蜡烛向凸透镜靠近，移动到某一位置时，无论怎样移动光屏，都不能在光屏上成像，原因是蜡烛位于透镜的一倍焦距之内，成的是虚像．（6）如图2所示，物距大于2倍焦距，则像距在1倍焦距与2倍焦距之间，要在光屏上得到一个清晰的像，小明应该将光屏向靠近透镜方向移动．得到清晰的像后，要想让在光屏上的实像变大些，根据物近像远像变大可知小明应当把蜡烛向靠近透镜方向移动．同时把光屏向远离透镜方向移动．（7）小明把爷爷的近视眼镜放在凸透镜与蜡烛之间，发现光屏上的像变得模糊不清．近视眼镜是凹透镜，具有发散作用，延迟了光线的会聚，故他应当向远离透镜的方向移动光屏，或向远离透镜的方向移动蜡烛，可再次得到清晰的像．9.小明在“探究凸透镜成像规律”的实验中：

（1）为测量凸透镜焦距，如图甲所示，他让一束平行光正对射向该透镜，需调节光屏位置直到在屏上得到一个________的光斑，该透镜的焦距f=________cm．（2）将点燃的蜡烛放在如图乙所示的位置，移动光屏，使烛焰在屏上成清晰的像．观察实像的________和倒正，测出物距、像距．此时的成像情况与生活中的________成像原理相同．（3）实验过程中，同学们遇到了不少困难，请你帮忙找原因或提出建议：

①随着蜡烛的不断燃烧，光屏上烛焰的像如图丙所示，要想使像成在光屏的中央，你的调整方法是：把光屏向________（选填“上”或“下”）调节．

②当把蜡烛移到光具座45cm刻度线处时，无论怎样移动光屏，光屏上都找不到清晰的像，原因是______

③当把蜡烛移到38cm

刻度线处时，无论怎样移动光屏，光屏上也都找不到清晰的像，原因可能是_____

④实验中发现，光屏上虽然找到了清晰的像，但亮度太暗，为增大像的亮度，最简单的办法是使室内环境变得________（选填“亮一些”或“暗一些”）．【答案】（1）最小最亮,10.0（2）大小,照相机（3）①上②物距小于焦距，成虚像，不能在光屏上呈现③像距太长④暗一些【解析】（1）让一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后，在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑，这点是凸透镜的焦点，由图可知：焦点到光心的距离是60.0cm−50.0cm=10.0cm，所以凸透镜的焦距是10.0cm；（2）将点燃的蜡烛放在如图乙所示的位置，移动光屏，使烛焰在屏上成清晰的像．观察实像的大小和倒正，测出物距、像距．此时的物距为50.0cm−20.0cm=30.0cm，大于2倍焦距，故成倒立缩小的实像，成像情况与生活中的照相机成像原理相同．（3）①随着蜡烛的不断燃烧，光屏上烛焰的像如图丙所示，说明成像在光屏的上方，故要想使像成在光屏的中央，要把光屏向上调节．②当把蜡烛移到光具座45cm刻度线处时，无论怎样移动光屏，光屏上都找不到清晰的像，原因是物距小于焦距，成虚像，不能在光屏上呈现．③当把蜡烛移到38cm刻度线处时，f<u<2f，则像距要大于2倍焦距，无论怎样移动光屏，光屏上也都找不到清晰的像，原因可能是像距太长．④实验中发现，光屏上虽然找到了清晰的像，但亮度太暗，为增大像的亮度，最简单的办法是使室内环境变得暗一些，以增加对比度．考点六凸透镜的应用10.晨光初中对学生进行“珍爱生命，远离毒品”的法制教育时放映幻灯片，发现屏幕上的像小了点，应怎样调节（）A.放映机离屏幕远一些，胶片离镜头远一些B.放映机离屏幕远一些，胶片离镜头近一些C.放映机离屏幕近一些，胶片离镜头远一些D.放映机离屏幕近一些，胶片离镜头近一些【答案】B【解析】根据凸透镜成像的规律知，物近像远像变大，应使投影仪远离屏幕，并把镜头与幻灯片的距离调小一些．11.红用同一凸透镜先后观察书本上相同的字，看到图的两种情景，以下说法错误的是（）甲、乙两图成像原理都是光的折射甲图中成的是虚像，乙图中成的是实像甲图中字到凸透镜的距离比乙图中字到凸透镜的距离小甲图中的成像规律可应用于放大镜，乙图中的成像规律可应用于照相机【答案】D【解析】A．图中都是使用凸透镜观察物体，光透过凸透镜会发生折射，即两图的成像原理都是光的折射，A项正确，故A项不符合题意；B．凸透镜成像时，实像都是倒立的，虚像都是正立的，则甲图中成的是虚像，乙图中成的是实像，B项正确，故B项不符合题意；C．甲图成正立、放大的虚像，物距小于焦距；乙图成倒立、放大的实像，物距大于一倍焦距小于二倍焦距，所以甲图中字到凸透镜的距离更小，C项正确，故C项不符合题意；D．根据凸透镜的成像规律可知，甲图中成像规律可应用于放大镜；乙图中成像规律可应用于投影仪或幻灯机，D项错误，故D项符合题意。分层提分分层提分题组A基础过关练1.晨光初中对学生进行“珍爱生命，远离毒品”的法制教育时放映幻灯片，发现屏幕上的像小了点，应怎样调节（

）A.放映机离屏幕远一些，胶片离镜头远一些B.放映机离屏幕远一些，胶片离镜头近一些C.放映机离屏幕近一些，胶片离镜头远一些D.放映机离屏幕近一些，胶片离镜头近一些

2.物理小组同学在探究凸透镜成像的规律时，记录并绘制了物距u和像距v之间的关系图像。下列说法正确的是（

）A.物距为5cm时，无论怎样移动光屏，都无法在光屏上找到一个清晰的像B.物距为10cm时，在光屏一侧透过凸透镜可以在其后面看到一个正立的像C.物距为30cm时，成放大的像，这种成像情况与投影仪的成像原理相同D.物距由30cm减小到10cm的过程中，在光屏上看到的像始终是放大的3.某同学做“探究凸透镜成像的规律”实验时，所用凸透镜的焦距为f．保持凸透镜位置不变，如图所示，先后使烛焰位于a、b、c、d四点，并分别调整光屏的位置．关于a、b、c、d四点的成像情况，他归纳出以下说法，其中错误的是（）A.烛焰位于a点时，屏上出现的实像最小B.烛焰位于c点时，屏上出现的实像最大C.烛焰位于b点时，屏上出现的实像最大D.烛焰位于d点时，成正立放大的虚像

4.在探究“凸透镜成像规律”的实验中，已知凸透镜的焦距为15cm，若将蜡烛放在如图所示的位置，应该在哪个区域内移动光屏才能在光屏上看到清晰的像（

）A.Ⅰ B.Ⅱ C.Ⅲ D.蜡烛同侧题组B能力提升练5.在探究凸透镜成像规律的实验中，将点燃的蜡烛放在凸透镜前某一位置，在凸透镜后20cm的光屏上出现一个等大倒立的像，如果将蜡烛移动到凸透镜前25cm处，则（

）A.将光屏靠近凸透镜一段距离，光屏上会出现倒立缩小的实像B.将光屏靠近凸透镜一段距离，光屏上会出现倒立放大的实像C.将光屏远离凸透镜一段距离，光屏上会出现倒立放大的实像D.无论怎样移动光屏，光屏上均找不到像

6.某同学用焦距为15cm的放大镜去观察邮票，邮票与放大镜的距离应该________15cm（填“大于”、“小于”或“等于”），所成的像是放大、正立的________像。如果他想看到更大点的像，应该将放大镜适当________

（填“靠近”或“远离”）邮票。题组C培优拔尖练7.如图所示为“探究凸透镜成像规律”的实验装置．（1）实验前老师为同学们准备了焦距分别为10cm和30cm两个凸透镜，