中学物理凸透镜成像原理及规律

中学物理凸透镜成像原理及规律
物理凸透镜成像原理及归率
目标认知：
学习目标：
1.理解凸透镜的成像规律。

2.能在探究活动中，初步获得提出问题的能力。

3.通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。

4.学习从物理现象中归纳科学规律的方法。

学习重点：
1、理解凸透镜的成像规律；
2、会应用凸透镜的成像规律解决实际问题。

学习难点：
凸透镜成像规律的探究和总结过程。

知识要点梳理：
探究凸透镜成像规律：
实验：从左向右依次放置蜡烛、凸透镜、光屏。

1、调整它们的位置，使三者在同一直线（光具座不用）；
2、调整它们，使烛焰的中心、凸透镜的中心、光屏的中心在同一高度。

物距像的性质像距应用
（u ） 倒正 实虚 放大或缩小
(v) u ＞2f 倒立 实像 缩小 f ＜v ＜2f 照相机
u=2f 倒立 实像 等大 v=2f 特点：实像大小转折点
f ＜u ＜2f
倒立 实像 放大 v ＞2f 幻灯机 u=f 不 成 像 特点：像的虚实
转折点
u ＜f 正立放大虚像
v ＞u 放大镜
规律方法指导:
一、要解决凸透镜成像问题，同学们要弄清以下几个问题：
1.跟主光轴平行的光线，经过凸透镜折射后通过焦点；
2.通过焦点的光线，经凸透镜折射后跟主光轴平行；
3.通过光心的光线，经过凸透镜折射后方向不变。

现在，我们利用这三条光线完成凸透镜成像规律作图，作法：
①画一直线表示主光轴；
②把透镜放在主光轴中央，从透镜的位置开始在左右两边的轴上用粉笔标出等于焦距和2倍焦距的位置；
③物体分别放三个位置（u＜f、f＜u＜2f、u＞2f）；
④画出平行于主光轴的光线被凸透镜折射后经过焦点的光线.；
⑤通过焦点的光线被凸透镜折射以后平行于主光轴射出；
⑥两条折射光线在透镜另一侧相交于一点；
⑦过这一点作垂直主光轴的线，这就是物体的像；
⑧若两条折射光线在透镜另一侧不相交，反向延长，交于物体与透镜的同侧；
⑨过这一点作垂直主光轴的线，用虚线表示其成的像为虚像，如图所示:
二、凸透镜成像规律口决记忆法：
口诀一：
一焦（点）分虚实，二焦（距）分大小；成虚像时：物近像近像变小；成实像时：物近像远像变大。

口诀二：
物远实像小而近，物近实像大而远，
如果物放焦点内，正立放大虚像现；
幻灯放像像好大，物处一焦二焦间，
相机缩你小不点，物处二倍焦距外。

口诀三：
凸透镜，本领大，照相、幻灯和放大；
二倍焦外倒实小，二倍焦内倒实大；
若是物放焦点内，像物同侧虚像大；
一条规律记在心，物近像远像变大。

注1：为了使幕上的像“正立”（朝上），幻灯片要倒着插。

注2：照相机的镜头相当于一个凸透镜，暗箱中的胶片相当于光屏，我们调节调焦环，并非调焦距，而是调镜头到胶片的距离，物离镜头越远，胶片就应靠近镜头。

三、放大倍数：
κ =初中阶段不必掌握，但应知道：①、当ν
＞μ时，成放大的像；②、当物体位于凸透镜一倍焦距以内时，物体越靠近焦点，所成的虚像越大。

经典例题透析:
凸透镜的应用
1、在使用照相机时，下列做法中正确的是
A.拍摄远景时，应当将镜头向前伸
B.拍摄近景时，应当将镜头向前伸
C.阴天拍摄景物时，应当把光圈的数值调小
D.阴天拍摄景物时，应当缩小光圈
解析：照相机的镜头为凸透镜，胶片相当于光屏，拍摄远景物，指的是景物离镜头较远，也就是物距较大.根据照相机的原理，像很小，像距很小，应当减小镜头与胶片之间的距离，胶片无法移动.只能将镜头后移，反之，在拍摄近景时，应当加大胶片与镜头的间距，将镜头向前移，由此可判定选项A不正确，选项B正确。

光圈是镜头前边开口的障碍物，它的作用是只让光从所开的口中通过，控制进入镜头的光量，在阴天，景物发出或反射的光线较弱，因此，阴天拍摄景物时应当加大进光量，而光圈的数值越小，进光量越大，从而得知，选项C正确。

答案：BC
总结与升华：
1、使用照相机时，需要的像要清晰，曝光适度，采用调节光圈、距离、时间的方法满足要求，一般情况下，物体固定不动，物距确定，根据具体情况改变像距使物体成清晰的像在胶片上，应当说明，放大或缩小光圈，只能改变进入照相机光量的多少，不会影响像的完整性，决不会因为减小光圈使物体的像少了一部分。

2、照相机镜头变脏，因物体附着镜头上，因此成的是虚像，不会在胶片上留下污点的像，只是进入照相机光量的减少，使像片变暗。

举一反三：
照集体像时，发现有人没进入镜头，应先要调节照相机，
A.增大物距，使照相机后移
B.减小像距，可缩短暗箱长度
C.增大进光量，开大光圈
D.将快门数字调大
解析：没有人进入镜头，说明要成的像太大，若要使全体人员进入镜头，则需要使成的像小些，
根据成像规律，像要变大，像距也须变大，而物距必须变小，反之，像要变小，像距也须变小，而物距必须变大，这样就需增大物距，使照相机后移，或减小像距，可缩短暗箱长度，所以选项A、B正确；增大进光量、开大光圈，只是增大进入照相机的光量，将快门数字调大，曝光时间变化，不会影响像的完整性。

答案：AB
2、放投影片时，在屏幕上得到的是胶片上图像的
A.正立放大的虚像
B.正立放大的实像
C.倒立放大的虚像
D.倒立放大的实像
解析：屏幕上的图像比胶片上的图像大，是一放大的像，解决本题的关键是正确理解正立的像还是倒立的像？是实像还是虚像？正立、倒立指的是物像关系，在屏幕上的景物确定是正立的，但这只是屏幕呈现的情况，而不是物像关系，在放投影片时，必须倒置，因为胶片上的图像与屏幕上的像是倒立关系，屏幕上呈现的是胶片上图
像的倒立像。

“实像”由实际光线的交点组成，能够用屏幕显示，“虚像”处没有实际光线通过，它由经过透镜或经平面镜反射的反向延长线交点组成，无法在屏幕上显示，只能用眼睛或仪器观察，屏幕能得到胶片上的图像是实像，选D。

答案：D
总结与升华：为了使幕上的像“正立”（朝上），幻灯片要倒着插。

举一反三：
投影仪是根据凸透镜能成__________像的光学原理制成的，在投影时由于屏幕上的画面太小，同学们看不清楚，需让画面再大些，调节的方法是，向__________调镜头（填“上”或“下”），同时投影仪与屏幕的距离要__________。

解析：根据凸透镜成像特点：“物近像远像变大”可知：要想让像大一些，则物距应变小，像距变大；胶片不动，因此镜头下调，同时增大像距，即投影仪与屏幕的距离要增大。

答案：放大，下，增大
凸透镜的成像规律
3、小王在看地图时，有一个细小地方总是看不清楚，他想放大了再看，于是将地图放在玻璃板下，在玻璃板上滴一滴水，于是看清楚了，请你帮他分析，这是为什么？
答案：水滴中间厚，是一个凸透镜，地图与水滴间的距离较小，可以看成是物距小于一倍焦距，因此通过水滴看到的是地图放大的像。

总结与升华：当物距小于一倍焦距时，凸透镜成正立放大的虚像，人们根据这一原理做成放大镜，但它仍是凸透镜，要想当放大镜使用，必须控制物距小于一倍焦距，在这个范围内，物体越靠近焦点，所成的虚像越大。

举一反三：小红是位集邮爱好者，在她使用放大镜光看邮票时，觉得邮票上的字太小，她应该怎样做？
解析：在使用放大镜时必须控制物距小于一倍焦距，在这个范围内，物体越靠近焦点，所成
的虚像越大，因此，她应该让邮票离凸透镜稍远些，但不能超出一倍焦距。

4、吴越同学在研究凸透镜成像规律时，他把蜡烛放在透镜前25cm时，在后面移动光屏，当光屏距透镜14cm时呈现了一个缩小的像，请你分析，当他把蜡烛放在透镜前6cm时，物体能不能在光屏上成现一个清晰的像？
解析：像成在光屏上，应为实像，此时ν＜μ时，成缩小的像。

此时u＞2f、f＜v＜2f；
即：25cm＞2f；f＜14cm＜2f；
解这两个不等式可知：7cm＜f＜12.5cm；当我们把蜡烛放在透镜前6cm时，物距小于一倍焦距，因此在光屏上不能成像。

总结与升华：在解决这类问题时，同学们应熟记透镜成像的规律，结合数学知识，首先判断出焦距的范围，再根据这个范围作出进一步的判断。

答案：不能
举一反三：在上题中，如果吴越同学把蜡烛
放在透镜前15cm时，在光屏上能不能成现一个清晰的像？若能成，像是放大的还是缩小的？
解析：把蜡烛放在透镜前15cm时，物距大于一倍焦距，因此能在光屏上成像。

又因为7cm ＜f＜12.5cm，所以14cm＜2f＜25cm因此，15cm 可能大于二倍焦距也可能小于二倍焦距，因此所成的像有可能是放大的实像也有可能成缩小的实像。

凸透镜的成像作图
5、如图所示，有物体AB和它所成的像
，请你找到透镜的位置和焦点的位置。

解析：首先观察物与像的特点，可以看出，该透镜为凸透镜，首先连接和主光轴相交于O 点即光心，过光心O做透镜的垂线即得凸透镜，过点B作主光轴的平行线折射后与相连，得到焦点F。

过作主光轴的平行线，连接B可得另
一焦点F。