初中物理实验6 探究凸透镜成像规律（解析版）

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实验6 探究凸透镜成像规律基础考点梳理1. 凸透镜成像原理： 光的折射2. 实验装置图（如图所示）3. 实验器材：光具座（足够长）、凸透镜（焦距已知）、蜡烛、光屏等（1）光具座（带刻度）的作用： 便于测量物距和像距（2）光屏的作用： 承接蜡烛的像4. 实验前器材组装（1）组装时，凸透镜要位于蜡烛和光屏中间（2）点燃蜡烛后，调整蜡烛使烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在 同一高度 的目的： 使烛焰通过凸透镜所成的像呈现在光屏中央，便于观察和比较像与物的关系5. 实验环境：在 较暗 的环境中进行实验的目的： 使实验现象更明显6. 确定凸透镜焦距的方法（1）平行光聚焦法： 用平行于凸透镜主光轴的光（或太阳光）垂直照射凸透镜，当光屏上承接到最小最亮的光斑时，该光斑到凸透镜光心的距离为焦距（2）2倍焦距法： 当光屏上承接到倒立、等大的实像时，此时物距或像距的1/2为凸透镜的焦距7. 实验过程（1）无论怎样移动光屏，在光屏上都找不到烛焰像的原因a. 烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度b. 烛焰在一倍焦距以内（uc. 烛焰在焦点上（u＝f，不成像）d. 光具座不够长（像距太长，超出了光具座的长度范围，光屏无法承接）（2）蜡烛燃烧逐渐变短时，像在光屏上的位置变化情况（像向上移动）及调节方法： a.将光屏向上移动；b.将蜡烛向上移动；c.将透镜向下移动（3）用纸遮住凸透镜的一部分时，光屏上所成像的变化情况： 光屏上成的像仍然完整，但会变暗一些（4）若凸透镜上有一污点或小虫时，像上 不会出现 污点或小虫（5）将光屏和蜡烛位置对调，光屏上还能否成清晰的像： 根据光路的可逆性，将光屏和蜡烛位置对调，仍能在光屏上成清晰的像（6）实像与虚像的观察区域（如图所示）a. 物距大于一倍焦距时成实像，光屏上能承接到像，应从A处观察b. 物距小于一倍焦距时成虚像，光屏上不能承接到像，应从B处观察8. 成像规律的动态分析（1）保持凸透镜位置不变，根据像的要求调整蜡烛或光屏的位置①成实像时的操作： a.要使像变大：保持凸透镜位置不变，蜡烛靠近凸透镜，光屏远离凸透镜；b.要使像变小：保持凸透镜位置不变，蜡烛远离凸透镜，光屏靠近凸透镜②成虚像时的操作： a.要使像变大：保持凸透镜位置不变，蜡烛远离凸透镜；b.要使像变小：保持凸透镜位置不变，蜡烛靠近凸透镜（2）在凸透镜和物体之间放眼镜（透镜）时像的变化①放近视眼镜（凹透镜）时，因凹透镜对光有发散作用，使像距变大，若要使光屏上再次出现清晰的像，应将光屏向远离透镜方向移动②放远视眼镜（凸透镜）时，因凸透镜对光有会聚作用，使像距变小，若要使光屏上再次出现清晰的像，应将光屏向靠近透镜方向移动9. 实验结论当u＞2f时，成倒立、缩小的实像；当u=2f时，成倒立、等大的实像；当f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像；当u＜f时，成正立、放大的虚像10. 实验改进（1）用发光二极管代替蜡烛的好处：二极管所成像更稳定并且容易对比像与物的大小（2）用带方格的光屏代替白色光屏的目的： 便于比较像的大小变化典型例题赏析实验结论：（1）当u>2f时，f（2）当u＝2f时，v＝2f，成倒立、等大的实像；（3）当f2f，成倒立、放大的实像；（4）当u＝f时不成像；（5）当u1.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，实验室提供的器材有蜡烛、凸透镜、光屏、光具座．（1）如图甲，让凸透镜正对着太阳光，在它的另一侧找到最小、最亮的光斑，说明凸透镜对光具有_____作用，其焦距为____cm.（2）将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，调节 蜡烛火焰 的中心、凸透镜和光屏的中心大致在 同一高度 ，请你写出一条最简便的调节方法 将三者紧挨在一起，观察到三者中心在同一高度后再分开 .要点1.实验注意事项①实验环境：光学实验中为了减小其他光线对实验的影响，应在较暗的环境进行实验．②实验中应使烛焰的像呈在光屏中央．（3）当各器材位置如图乙所示时，光屏上成清晰的像（未画出）：①此时光屏上成的是倒立、 缩小 （选填“放大”或“缩小”）的实像，生活中的 照相机 就是利用这一成像原理制成的．②（沪科八年级习题改编）保持图乙中凸透镜不动，将蜡烛移至光具座35 cm刻度线处，为使光屏上再次出现清晰的像，应将光屏移到光具座的 50 cm刻度线处，光屏上的像可能是图丙中的 c （选填“a” “ b” “ c”或“ d”）.③将光源移动到40cm的位置，发现无论如何移动光屏都不能得到像。由此得出：“当物体位于凸透镜的焦点时，凸透镜不能成像”的结论。你认为通过这一过程得到的结论是否可信？ 不可信 ，理由是： 虚像也不能呈在光屏上，因此有可能是虚像，实验结论具有偶然性 。④将蜡烛向右移至45 cm刻度线处，无论怎样移动光屏，光屏上始终接收不到像，原因是 此事呈虚像 ，此时小明应该从凸透镜 右侧 （选填“左侧”或“右侧”）透过凸透镜观察像的特点.要点2.物距小于焦距时成像及观察像的方法：（4）（现象分析）（2021福建改编）实验中，蜡烛燃烧变短，烛焰的像在光屏上的位置会向 上 移动，为了让像回到光屏中央，可进行的操作是 将蜡烛向上移动 ．（写出一个即可）要点3.蜡烛燃烧变短的成像示意图：（5）（遮挡透镜）（人教八上习题改编） 实验中，飞来一只小昆虫落在凸透镜上，光屏上 会 （选填“会”或“不会”）出现昆虫的像．（6）（加透镜）（2022眉山）小明借来物理老师的眼镜，将其放在图乙的蜡烛和凸透镜之间，光屏上原本清晰的像变模糊了，向右移动光屏，光屏上的像又变清晰了，说明该物理老师的眼镜是 近视 （选填“近视”或“远视”）眼镜．（7）（更换焦距不同的透镜）（人教八上习题改编） 保持凸透镜和蜡烛在图乙中的位置不变，改用焦距为20 cm的凸透镜进行实验，要在光屏上成清晰的像，光屏应向 右 移动，像的大小变化是 放大 .要点4.换用焦距更大的凸透镜：（8）（更换直径不同的透镜）（2022江西）实验过程中，光屏上呈现了一个清晰的像，此时小明将焦距相同、直径更大的凸透镜替换原透镜，则光屏上呈现的比原来的像 更大 （选填“更大”“更小”或“更亮”）.（9）（实验设计）（北师八上素材改编） 小明认为：凸透镜成实像时，不但像与物上下是颠倒的，而且左右也是相反的．请你设计一种简单的方法验证小明的观点 水平垂直主光轴吹动蜡烛火焰，观察火焰和像的晃动方向 .要点5.验证“像与物左右相反”：保持其他因素不变，只使物体左右改变，再观察成像情况变化．（10）（创新装置）（2019广东省卷）小明在用蜡烛作为光源完成“探究凸透镜成像的规律”实验后，对实验装置进行了一系列创新，如图丁所示：光具座上凸透镜所在位置为零刻度，数值向左、向右依次增大；在标有均匀格子的面板上制作字母“A”状LED灯替代蜡烛；光屏上标有同样的均匀格子.与图乙装置对比，该装置的优点：①可以直接读出物距以及 像距 ．②光屏上成像更清晰、更 稳定 ．③从光屏上可以准确得出像与物的 大小 关系．要点6.用烛焰作为发光体，存在的不足：①烛焰不稳定，烛焰在有风的时候会晃动；②蜡烛会越烧越短，光屏上的像向上移动．2．小明做凸透镜成像实验时，将光具座上的蜡烛、凸透镜、光屏如图甲放置，光屏上呈现清晰的像。（1）屏上的像是倒立、　缩小　（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像。（2）若图中固定蜡烛位置不变，将透镜移到60cm刻度线处，要在光屏上再次看到清晰的像，应将光屏向 　右　（选填“左”或“右”）移动。（3）如图乙所示小明把他自己的近视眼镜放在烛焰和凸透镜之间后，移动光屏成一清晰的像；然后移去近视眼镜，光屏上的像变得模糊。为了能在光屏上重新得到清晰的像，善于学习的小明总结了如下方案：a.将蜡烛向 　右　移。b.换一个焦距更 　大　（选填“大”或“小”）的凸透镜。（4）某次实验如图丙所示，小明发现当凸透镜位于P处（图中未画出）位置不变，移动蜡烛，光屏先后在P同侧的A、B两处得到烛焰清晰的像，且B处的像比A处小，则P点位置在B的 　右　（选填“左”或“右”）侧，B处所成的像 　可能　（选填“可能”、“一定”或“不可能”）是等大的。【解答】解：（1）由图甲可知，此时物距大于像距，屏上的像是倒立、缩小的实像；（2）由图甲可知，此时u＝25cm＞2f，f＜v＝17cm＜2f，所以8.5cm＜f＜12.5，当将透镜移到60cm刻度线处，u＝35cm，此时u＞2f，成倒立、缩小的实像，2f＞v＞f，故应将光屏向右移动；（3）近视眼镜是凹透镜，凹透镜对光线有发散作用，使原来会聚成像的光线推迟会聚，像远离凸透镜，然后移去近视眼镜，蜡烛烛焰的像实际上在光屏前面，为了能在光屏上重新得到清晰的像，a、可以将蜡烛向右移动，减小物距，增大像距，像也会向右移动成像在光屏上；b、换用焦距更大的凸透镜，相当于减小物距，增大像距，像也会向右移动成像在光屏上；（4）由题意可知，光屏先后在P同侧的A、B两处得到烛焰清晰的像，且B处的像比A处小，根据“物远像近像变小”可知，像在不断的靠近凸透镜，因此凸透镜在B的右侧；由于题干未提供物距和凸透镜的焦距，因此，B处可能成放大的实像，也可能成等大的实像或缩小的实像。故答案为：（1）缩小；（2）右；（3）右；大；（4）右；可能。3．小刚做“探究凸透镜成像规律”的实验。（1）小刚把凸透镜正对太阳光，再把一张纸放在另一侧，调整凸透镜和纸的距离，当纸上出现一个 　最小最亮　的光斑时，用刻度尺测得此光斑到凸透镜光心的距离为10cm。（2）小刚将“F”图案的光源、凸透镜、光屏依次放在水平光具座上，让光源发光，发现光屏上成像如图1甲所示。他发现光屏上所成的像太偏上，为了能在光屏上完整成像，可以把凸透镜向 　下　（选填“上”、“下”、“左”、“右”）调节。（3）解决上述问题后，移动“F”光源和凸透镜的位置如图1乙，则此时的物距为 　15.0　cm，移动光屏恰好得到一个 　倒立、放大　的实像，用此规律可以制作 　投影仪　。（选填“放大镜”、“照相机”、“投影仪”）（4）不改变光源和透镜的位置，换一个焦距5cm的凸透镜，此时要使光屏 　靠近　透镜（选填“靠近”、“远离”），才能得到一个清晰的像，“F”光源的图案如图2，此时在光屏上接收到的像是图3中的 　A　。【解答】解：（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；（2）实验中他发现光屏上的像偏上，根据光线过光心不改变方向，凸透镜向下移动；（3）由图可知，此时的物距u＝15.0cm时，此时2f＞u＞f，移动光屏可以在光屏上得到一个倒立、放大的实像，投影仪是根据这个原理制成的；（4）当改用焦距为5cm的凸透镜，不改变凸透镜和光源的位置，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，此时要使光屏靠近透镜，才能得到一个清晰的像；此时u＞2f，所以成倒立缩小的实像，故图3中A正确。故答案为：（1）最小最亮；（2）下；（3）15.0；倒立、放大；投影仪；（4）靠近；A。4．如图是小红探究“凸透镜成像规律”的实验装置，所用凸透镜的焦距为10cm。（1）如图所示是凸透镜和蜡烛的位置，光屏应在 　II　（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）区域内左右移动，才能在光屏上得到清晰实像。光屏和凸透镜的中心在同一高度，此时光屏上的像偏 　下　（填“上”或“下”）；（2）小红重新调整了蜡烛的高度后，使像呈在光屏中央。此时光屏上出现了倒立、　缩小　（填“放大”、“缩小”或“等大”）的烛焰的像。在实验过程中，小红将自己的眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，保持光屏的位置不变，发现光屏上的像由清晰变为模糊，此时小红将蜡烛向远离透镜方向移动，发现光屏上又能成清晰的像，说明小红患有 　近视眼　（填“近视眼”或“远视眼”）；（3）取下眼镜，小红发现光屏上的像由清晰又变为模糊，这次她将光屏向 　靠近　至（填“靠近”或“远离”）透镜方向适当移动，光屏上再次出现烛焰清晰的像。此时她保持光屏位置不动，只移动 　透镜　（填“蜡烛”或“透镜”）的位置，光屏上会再次出现烛焰清晰的倒立、　放大　（填“放大”“缩小”或“等大”）的像。【解答】解：（1）由图可知，物距是50.0cm﹣15.0cm＝35.0cm，物距大于2倍焦距，像距在1倍焦距和2倍焦距之间，光屏应在II区域内左右移动，才能在光屏上得到清晰实像。凸透镜成倒立的实像，图中烛焰的位置比较高，像成在光屏的下方。（2）由图可知，物距大于2倍焦距，成倒立缩小的实像。在实验过程中，小红将自己的眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，保持光屏的位置不变，发现光屏上的像由清晰变为模糊，此时小红将蜡烛向远离透镜方向移动，发现光屏上又能成清晰的像，凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，说明此眼镜将光线发散了，能对光线起发散作用的是凹透镜，小红患有近视眼。（3）取下眼镜，像会成在光屏的前面，她将光屏向靠近透镜方向适当移动，光屏上再次出现烛焰清晰的像，此时物距大于2倍焦距，成倒立缩小的实像。此时她保持光屏位置不动，由光路的可逆性可知，只移动透镜的位置，使物距等于原来的像距，成倒立放大的实像。故答案为：（1）II；下；（2）缩小；近视眼；（3）靠近；透镜；放大。5．如图，小明在进行“探究凸透镜成像的规律”的实验他先调整烛焰中心、透镜中心及光屏中心位于同一高度上，然后将它们调节到图示位置时，光屏上得到清晰的像。（1）若保持透镜位置不动，把蜡烛移到零刻度处，则应向 　左　（选填“左”或“右”）移动光屏才能在光屏上再次得到清晰的像。（2）人的眼睛是通过改变晶状体的厚度来看清远近不同物体的，现将图中虚线圆圈部分看做是人的“眼睛”。当蜡烛远离“眼睛”时，“眼睛”需调节凸透镜的厚度使其 　变薄　（选填“变薄”或“变厚”），改变其对光线的偏折能力，从而在光屏上成清晰的像。（3）实验中当物距u等于焦距f时，某同学却发现在光屏一侧很远处透过凸透镜看到了烛焰正立放大的像。对此下列解释合理的是 　B　。A.这是烛焰发出的光经凸透镜表面反射形成的像B.因为烛焰有一定的宽度，实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍小于焦距C.因为烛焰有一定的宽度，实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍大于焦距【解答】解：（1）由题当烛焰、透镜及光屏调节到图示位置时，光屏上得到清晰的像，此时物距大于像距；若保持透镜位置不动，把蜡烛移到零刻度处，此时物距变大，像距变小，所以应向左移动光屏才能在光屏上再次得到清晰的像；（2）当蜡烛远离“眼睛”时，物距变大，像距变小，像会向前移动，为了使像仍然能成在光屏上，需要增大眼睛的焦距，所以“眼睛”需调节凸透镜的厚度使其变薄；（3）据题可知，此时成的是正立、放大的像；A、若是通过透镜的表面反射成像，即相当于凸面镜成像，故成的是正立、缩小的虚像，故A错误；B、若它的某些部分到凸透镜的距离稍小于焦距，即在1倍焦距以内，此时看到一个正立、放大的虚像，故B正确；C、若它的某些部分到凸透镜的距离稍大于焦距，即蜡烛处于1倍焦距和2倍焦距之间，应该成一个倒立、放大的实像，故C错误；故选：B。故答案为：（1）向左；（2）变薄；（3）B。6．在一次物理实验探究课上，某学习小组在“探究凸透镜成像的规律实验中，进行了如下操作：（1）安装并调节烛焰、凸透镜和光屏的位置，使它们三者中心大致在同一高度，目的是 　使像能成在光屏的中心　。（2）通过探究，记录并绘制了像距v与物距u之间的关系图像，如图甲所标，则该凸透镜的焦距是 　10　cm。（3）当蜡烛在如图乙所标位置时，调节光屏的位置可在光屏上得到一个倒立、　放大　（选填“缩小”“等大”或“放大”）的实像，生活中的 　投影仪　（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是利用该成像原理工作的。（4）在图乙中，小明借来物理老师的眼镜，将其放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上原本清晰的像变模糊了，向右移动光屏，光屏上的像又变清晰了，说明该物理老师的眼镜是 　近视　（选填“近视”或“远视”）眼镜。（5）保持凸透镜位置不变，移动蜡烛至图丙所示位置，在透镜右侧通过透镜可以观察到烛焰 　正立　（选填“正立”或“倒立”）的　虚　（选填“虚”或“实”）像。【解答】解：（1）根据实验的要求，让像成在光屏的中心，必须使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心放在同一高度上；（2）由图甲可知，u＝v＝2f＝20cm，所以f＝10cm；（3）当蜡烛放在如图乙所示位置时，物距为50cm﹣35cm＝15cm，焦距为10cm，此时的物距大于一倍焦距小于二倍焦距，调节光屏，能在光屏上得到一个倒立、放大的实像，应用是投影仪；（4）凹透镜对光线有发散作用，能使光线的会聚点推迟延后；近视眼是远处物体的像成在视网膜的前方，需配戴凹透镜；（4）将老师的眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，发现光屏上的像由清晰变模糊，向右移动光屏又发现清晰的像，说明老师所戴眼镜的镜片，对光线起了发散作用，则为凹透镜，为近视眼镜；（5）保持凸透镜位置不变，移动蜡烛至图乙时，此时物距小于一倍焦距，成正立、放大的虚像。故答案为：（1）使像能成在光屏的中心；（2）10；（3）放大；投影仪；（4）近视；（5）正立；虚。7．在如图探究“平面镜成像特点”和“凸透镜成像规律”实验中：（1）用玻璃板代替平面镜实验时，会看到两个不重合的像，原因是 　玻璃板有厚度，蜡烛在玻璃板前后表面成像　。为了便于比较像与物的大小关系，应选择 　完全相同　的两支蜡烛。（2）当蜡烛A远离玻璃板时，像的大小 　不变　（填“变大”、“变小”或“不变”）。（3）实验前，小明将凸透镜、光屏如图乙放置，光屏上获得一个最小最亮的光点，若用此凸透镜探究“凸透镜成像规律”，点亮的蜡烛与凸透镜的距离为 　20　cm时，才能在合适位置的光屏上找到等大倒立的像。（4）如图丙所示，光屏上已经成一清晰的像。若保持蜡烛和光屏的位置固定不动，当把凸透镜移动到 　65　cm刻度线处，光屏上能再次成清晰的 　缩小　像（填“放大”或“缩小”或“等大”）。（5）如图丁所示，光屏上出现烛焰清晰的像，取走老花眼镜，屏上的像变模糊了，此时要使屏上的像变清晰，需向 　远离　（填“远离”或“靠近”）凸透镜的方向移动蜡烛。【解答】解：（1）因为厚玻璃板的两个面都可以当作反射面，会出现两个不重合的像；为了比较像与物体的大小关系，需要选用两根完全相同的蜡烛，便于比较像和物体的大小关系；（2）平面镜中的像的大小跟物体大小有关，跟物体到平面镜的距离无关，所以物体远离平面镜，像也远离平面镜，像的大小不变；（3）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚在主光轴上一点，这点是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离是凸透镜的焦距，所以凸透镜的焦距是：f＝60.0cm﹣50.0cm＝10.0cm；要在光屏上找到等大倒立的像，根据u＝v＝2f时，成倒立等大的实像，故点亮的蜡烛与凸透镜的距离为20cm；（4）保持蜡烛和光屏的位置不变，根据光路可逆可知，将凸透镜移到65cm刻度线的位置，此时的物距为原来的像距，像距为原来的物距，且物距大于像距，在光屏上可以再次成倒立缩小的实像；（5）老花眼镜是凸透镜，凸透镜对光线具有会聚作用，能使光线提前会聚成像，要使屏上的像变清晰，需向远离凸透镜的方向移动蜡烛。故答案为：（1）玻璃板有厚度，蜡烛在玻璃板前后表面成像；完全相同；（2）不变；（3）20；（4）65；缩小；（5）远离。

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