4.5 科学探究：凸透镜成像（解析版）

沪科版八年级上第四章《多彩的光》4.5科学探究：凸透镜成像【知识梳理】1.透镜①透镜的种类[1]凸透镜：中间厚，边缘薄的透镜，对光线具有会聚作用（会聚透镜） [2]凹透镜：中间薄，边缘厚的透镜，对光线具有发散作用（发散透镜）②透镜相关的几个概念[1]主光轴：通过两个球面球心的直线。[2]光心：（O）即薄透镜的中心。性质：通过光心的光线传播方向不改变。[3]焦点（F）：凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这个点叫焦点。[4]焦距（f）：焦点到凸透镜光心的距离 ③透镜三条特殊光线凸透镜：凹透镜：2.凸透镜成像规律在研究凸透镜成像实验中，需要用到的实验器材是：带刻度的光具座、蜡烛、凸透镜、光屏和火柴，实验时在光具座上从左到右依次放置蜡烛、凸透镜和光屏，为了使烛焰的像能成在光屏的中间，首先要调整凸透镜和光屏的高度，使它们的中心跟烛焰的中心大致在同一高度。实验时先在带刻度的光具座上固定凸透镜，然后调整蜡烛的位置，最后移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰像为止，并观察像的性质，同时在光具座刻度上读出此时的物距和像距，并和凸透镜的一倍焦距和二倍焦距作比较得出结论。物距u像距v成像性质u>2ff<v<2f倒立缩小的实像u=2fv=2f倒立、等大的实像f<u<2fv>2f倒立、放大的实像u=f不成像u<fv>u正立、放大的虚像【易错点】1.若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：蜡烛在焦点以内；烛焰在焦点上；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，光具座的光屏无法移到该位置。2.实验过程中，蜡烛变短，像会成在光屏上方。此时可采取的方法有：将蜡烛上移；将光屏上移；将凸透镜和光屏同时下移。【规律总结】（1）二倍焦距处为放大实像与缩小实像的分界点；（2）焦点处是成实像与成虚像的分界点，但焦点处是不成像点；（3）物在焦点外，物离凸透镜越近，像越大，像距也越大（即成实像时，物近像远像变大）。（4）物在焦点内，物离凸透镜越近，像越小，像距也越小（即成虚像时，物近像近像变小）。【典例分析】（2022·山东枣庄·中考真题）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示，这时烛焰在光屏上能成等大清晰的像。关于本实验下列说法正确的是（）A．凸透镜的焦距是20cmB．把蜡烛移至刻度尺10cm处，凸透镜不动，移动光屏，能在光屏上得到清晰的像C．把蜡烛移至刻度尺32cm处，凸透镜不动，移动光屏，能在光屏上得到清晰的像。这与照相机的成像原理相同D．把蜡烛移至刻度尺45cm处，凸透镜不动，移动光屏，会再次在光屏上得到清晰的像【答案】B【解析】A．当物距等于二倍焦距时，凸透镜成等大像时，由图可知u=20cm=2f解得f=10cm，故A错误；B．把蜡烛移至刻度尺10cm处，凸透镜不动，此时物距40cm，大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，移动光屏，能在光屏上得到清晰的倒立的缩小的实像，故B正确；C．把蜡烛移至刻度尺32cm处，凸透镜不动，此时物距为18cm，等于一倍焦距而小于二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，移动光屏，能在光屏上得到清晰的倒立的放大的实像，这与投影仪的成像原理相同，故C错误；D．把蜡烛移至刻度尺45cm处，凸透镜不动，此时物距为5cm，小于焦距，根据凸透镜成像规律可知，此时成的是虚像，不能在光屏上不成像，故D错误。故选B。【思路小结】据图可知物距和相距大小，从而分析得出此时应用的成像规律，判断出焦距的大小范围。根据成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小判断出凸透镜动态变化特点。【夺冠训练】一、单选题1．（2022·广西桂林·中考真题）在如图所示的光学元件中，属于凸透镜的是（）A．B．C．D．【答案】C【解析】AB．中间薄，边缘厚的透镜是凹透镜，故AB不符合题意；C．该透镜中间厚，边缘薄，属于凸透镜，故C符合题意；D．该元件厚度相同，不是凹透镜，也不是凸透镜，故D不符合题意。故选C。2．（2022·湖南长沙·中考真题）我国出土的文物“水晶饼”为中部鼓起的透明圆饼，古籍记载“正午向日，以艾承之，即火燃”。关于“水晶饼”利用太阳光生火，下列说法正确的是（）A．这是光的反射现象 B．这是光的色散现象C．“水晶饼”对光有会聚作用 D．“水晶饼”对光有发散作用【答案】C【解析】A．“水晶饼”相当于凸透镜，发生的是光的折射现象，故A错误；B．光的色散现象是指太阳光（白光）透过三棱镜分解成各种色光的现象，故B错误；CD．“水晶饼”相当于凸透镜，凸透镜对光有会聚作用，把一束太阳光的能量会聚到焦点上，从而点燃了焦点处的艾草，故C正确，D错误。故选C。3．（2022·山东青岛·中考真题）“爱护眼睛，你我同行”。眼球好像一架照相机，其成像原理与凸透镜类似，要成倒立、缩小的实像，物体可位于图中的（）A．A点 B．B点 C．C点 D．D点【答案】D【解析】凸透镜成缩小、倒立的实像时，物体要放在凸透镜2倍焦距以外，则物体要放在D点，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。4．（2022·上海·中考真题）已知在某物体透过凸透镜在距离透镜25厘米的光屏上成放大的像，若将物体移动到距离凸透镜30厘米处，则此时成（）A．放大的虚像 B．正立的虚像 C．放大的实像 D．缩小的实像【答案】D【解析】在距离透镜25厘米的光屏上成放大的像，则像距大于二倍焦距，即25cm>2f可得f<12.5cm将物体移动到距离凸透镜30厘米处，此时物距30cm，则u=30cm>2f所以成倒立缩小的实像。故选D。5．（2022·山东·曲阜八年级期末）在探究凸透镜成像规律实验中，当烛焰位于距离凸透镜一倍焦距以内时，人眼观察到烛焰成像的情形是图中的（）A． B．C． D．【答案】D【解析】当物距小于一倍焦距时，物体通过凸透镜在蜡烛的同侧成正立的放大的虚像，且像距大于物距，只有选项D中所示的情况符合这个规律。故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。6．（2022·四川内江·中考真题）关于图中“凸透镜成像规律”的实验，下列说法正确的是（）A．图中蜡烛到凸透镜的距离为（为焦距）B．图中凸透镜成像规律与投影仪的成像原理相同C．图中光路图说明光在不同介质间传播的方向一定改变D．从不同方向能看清光屏上的像，是因为光在光屏上发生了漫反射【答案】D【解析】A．如图物距大于像距，则物距在两倍焦距开外，故A错误；B．物距在两倍焦距开外，成的是倒立的缩小的实像，与照相机成像原理相同，故B错误；C．图中光路图说明光在不同介质间传播的方向不一定改变，因为通过光心的传播方向不变，故C错误；D．从不同方向能看清光屏上的像，光屏比较粗糙，在光屏上发生了漫反射，故D正确。故选D。7．（2022·安徽·中考真题）把凸透镜正对着太阳，在距凸透镜10cm的光屏上得到一个最小、最亮的光斑。若将一支点燃的蜡烛放在此凸透镜前30cm处，在凸透镜的另一侧调节光屏的位置，可得到烛焰清晰的（）A．倒立、缩小的实像 B．倒立、放大的实像C．倒立、等大的实像 D．正立、放大的虚像【答案】A【解析】把凸透镜正对着太阳，太阳光是平行光，且平行于主光轴，在距凸透镜10cm的光屏上得到一个最小、最亮的光斑，这个光斑就是凸透镜的焦点，所以该凸透镜的焦距是f=10cm。将一支点燃的蜡烛放在此凸透镜前30cm处，此时物距u>2f，根据凸透镜成像规律可知，可以在另一侧的光屏上得到烛焰倒立、缩小的实像，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。8．（2022·河北邯郸·八年级期末）找一个圆柱形的玻璃瓶，里面装满水。把一支铅笔水平地放在玻璃瓶的一侧，透过玻璃瓶可以看到那支笔。如果把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢地移动，你将不可能观察到的像是（

）A．正立放大的虚像 B．正立等大的虚像C．倒立放大的实像 D．倒立等大的实像【答案】B【解析】盛水的玻璃瓶可以看成凸透镜，把铅笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢的移动时，实际是物体逐渐远离凸透镜。AB．由凸透镜成像的规律可知，当铅笔在一倍焦距内时，成正立放大的虚像，不能成等大的虚像，故A不符合题意，B符合题意；C．当铅笔在一倍焦距和二倍焦距之间时，像倒立、放大的实像，故C不符合题意；D．当铅笔在二倍焦距位置时，成倒立、等大的实像，故D不符合题意。故选B。9．（2022·河北邢台·八年级期末）如图所示，在光屏上有清晰的放大的像，现将蜡烛和光屏的位置互换，那么在光屏上将看到（）A．缩小的，倒立的实像 B．等大的，倒立的实像C．放大的，倒立的实像 D．放大的，正立的虚像【答案】A【解析】原来凸透镜成放大的实像，此时物距处于f和2f之间，像距大于2f，像距大于物距，根据光路可逆，对调光屏和蜡烛的位置，光屏上仍得到清晰的像，此时物距大于2f，像距处于f和2f之间，会得到倒立、缩小的实像。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。10．（2022·湖北武汉·八年级期末）小红同学利用如图所示的装置，探究凸透镜成像的规律时，在下表中做了如下记录，由此可推知所用凸透镜的焦距f满足（）实验次数蜡烛到凸透镜的距离/cm像的性质124倒立缩小的实像220倒立放大的实像34正立放大的虚像A．10cm＜f＜12cm B．10cm＜f＜20cmC．4cm＜f＜24cm D．4cm＜f＜20cm【答案】A【解析】根据表中数据可知u＞2f，成倒立、缩小的实像。即

①当成倒立、放大的实像，即

②当时，成正立、放大的虚像，故

③联立①②③可得故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。二、填空题11．（2022·辽宁锦州·八年级期中）口径和边缘厚度都相等的凸透镜，中间越厚，焦距越___________（选填“大”或“小”），对光线的___________（选填“会聚”或“发散”）作用越___________（选填“强”或“弱”）。【答案】

小

会聚

强【解析】[1][2][3]凸透镜的焦距是透镜焦点到光心的距离，凸透镜对光有会聚作用，不同厚度的凸透镜对光的会聚作用是不同的，中间越厚的凸透镜对光的会聚作用越强，光线会聚后的焦点距离光心越近，因此焦距越小。12．（2022·江苏扬州·八年级期末）利用太阳光测量凸透镜焦距时，小华将凸透镜正对太阳，再把一张纸放在它的下方，如图所示，当在纸上呈现一个并非最小的光斑时，测得这个光斑到凸透镜的距离为L。小华推断，凸透镜的焦距一定大于L。（1）你认为小华的推断______（选填“正确”或“不正确”）；（2）为了检验小华的推断是否正确，你下一步的实验操作是______。【答案】

不正确

见解析【解析】（1）[1]平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚一点，这点是凸透镜的焦点，光线到达焦点并且继续向前射出，这个非最小的光斑可能在焦点之前，也可能在焦点之后，如下图所示，所以小华猜测不正确。（2）[2]如果向下移动凸透镜，此时光斑变大，说明光斑在焦点之前，焦距大于L，说明小华推断正确；如果向下移动凸透镜，此时光斑变小，说明光斑在焦点之后，焦距小于L，说明小华推断错误。13．（2022·辽宁大连·八年级期末）小明在“探究凸透镜成像规律”实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v跟物体到凸透镜的距离u之间的图像，如图所示，该凸透镜的焦距为________cm，若物距为3.5cm，则光屏上能得到________（填“缩小”、“放大”或“不变”）的像。【答案】

2

放大【解析】[1]根据凸透镜成像规律，当时由图可知此时故焦距为[2]当时此时成倒立、放大的实像。14．（2022·重庆綦江·八年级期末）如图所示，是“研究凸透镜成像”的实验原理图。实验时，应使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在________高度，若在凸透镜右边的光屏上（图中光屏未画出）分别得到清晰缩小和放大的实像，则蜡烛可能对应置于凸透镜左边a、b、c、d四点中的________点与________点处。【答案】

同一

a

c【解析】[1]实验时，应使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，这样做的目的是使像呈在光屏的中央位置。[2][3]满足条件时，凸透镜成倒立、缩小、实像，所以蜡烛应在a点上；满足条件时，凸透镜成倒立、放大、实像，所以蜡烛应在c点上。15．（2022·山东泰安·八年级期末）用如图所示的装置探究“凸透镜成像的规律”。组装调整实验器材时，应将烛焰、凸透镜和光屏的中心调至______；实验一段时间后，蜡烛变短，为了使像回到光屏中央，合理的操作是______（写出一种方法即可）。【答案】

同一高度

光屏向上移动【解析】[1][2]组装调整实验器材时，为了使像成在光屏的中央，应将烛焰、凸透镜和光屏的中心调至同一高度；实验一段时间后，蜡烛变短，根据穿过透镜光心的光线方向不变，可知所成的像会向上移动，为了使像回到光屏中央，可将光屏向上移动。16．（2022·辽宁沈阳·八年级期末）小明将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏分别固定在光具座上，如图所示，在光屏上接收到了一个与凸透镜等大的光斑，可知此凸透镜的焦距为______cm；若将一个焦距为5cm的凸透镜替换图中透镜，仍放在25cm刻线位置，蜡烛位置不变，则光屏向______（选填“远离”或“靠近”）透镜方向移动，才能得到一个清晰的蜡烛的像。【答案】

15.0

靠近【解析】[1]因为从焦点发出的光线经凸透镜折射后将平行射出，光屏始终得到一个与凸透镜等大的光斑，可知蜡烛正好放在凸透镜的焦点上了，则该凸透镜焦距为15.0cm。[2]当改用焦距为5cm的透镜进行实验，不改蜡烛和凸透镜的位置，则相当于增大了物距，根据凸透镜成实像时，物远像近像变小，可知，要在光屏上成清晰的像，光屏将靠近透镜移动，像变小，即此时成倒立、缩小的实像。三、作图题17．（2022·吉林·大安市乐胜乡中学校八年级期末）画出图中入射光线对应的折射光线。【答案】【解析】上面光线不属于特殊光线，因为透镜对光线有会聚作用，物体位于2倍焦距时，像也位于2倍焦距；平行于主光轴的入射光线，经过凸透镜折射后，折射光线过焦点，如下图所示：四、实验题18．（2022·山西临汾·八年级期末）大梦从家里找到一副眼镜，她想知道该眼镜是凸透镜还是凹透镜，请你设计一个实验，帮助她进行判断。（不能用手摸的方法进行鉴别）（1）实验器材：________；（2）简述操作方法、现象：________。（3）实验结论：________。【答案】

见解析

见解析

见解析【解析】（1）[1]根据题意知道，实验器材：该眼镜、太阳光。（2）[2]操作方法、现象：将透镜放在太阳底下，观察在地面上能否出现一个明亮的小光斑。（3）[3]实验结论：若能出现明亮的小光斑，则是凸透镜；否则，是凹透镜。19．（2022·江苏盐城·八年级期末）小明用焦距为10cm的凸透镜探究“凸透镜成像规律”。（1）小明同学将蜡烛、凸透镜、光屏随意固定在光具座上，点燃蜡烛后，沿光具座无论怎样移动光屏，在光屏上始终得不到烛焰的像，原因可能是______；（2）重新调整后，将蜡烛、凸透镜固定在光具座上，如图甲所示，移动光屏后得到烛焰清晰、完整的像，该像是倒立______（选填“放大”或“缩小”）的实像。我们可以从不同角度看到光屏上的像，是因为发生了______（选填“镜面反射“或“漫反射”）；（3）接下来保持蜡烛和光屏的位置不动，将凸透镜向蜡烛方向移动，光屏上再次出现了一个倒立、______（选填“放大”或“缩小”）的清晰实像，与这种成像原理一致的光学仪器是______（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）；（4）当光屏上出现蜡烛清晰的像时，如果用遮光板挡住透镜的上半部分，我们观察光屏时，将会在光屏上看到______；A．蜡烛像的下半部分

B．蜡烛像的上半部分C．蜡烛完整的像，像的亮度变暗

D．蜡烛完整的像，像的亮度不变（5）实验过程中，燃烧的蜡烛变短了，可将凸透镜的高度调______（“高”或“低”）些，使像成在光屏中央；（6）小明利用上述器材测量该凸透镜的焦距。将凸透镜固定于光具座某刻度处，再将蜡烛、光屏分别自透镜两侧较远处缓慢靠近凸透镜，直至光屏上出现等大的清晰像，此