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5.3 凸透镜成像的规律
一、探究凸透镜成像的规律
1．小明在做“探究凸透镜成像的规律”实验。
（1）测量凸透镜焦距时，小明将凸透镜安装在光具座上，用平行光作光源，移动光屏，在光屏上
得到一个最小最亮的光斑，如图甲所示，则该凸透镜的焦距为 cm；
（2）然后将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，并调整烛焰、凸透镜及光屏三者的
中心，使其大致在 ；
（3）再将点燃的蜡烛移到10cm处，如图乙所示，移动光屏，直到在光屏上得到一个清晰的像；
生活中 （选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一成像原理来工作的；
（4）在图乙所示的实验基础上，保持凸透镜的位置不变，将蜡烛向右移动到30cm处，适当移动
光屏直到再次在光屏上呈现清晰的像，所成的像将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】（1）10.0；（2）同一高度；（3）照相机；（4）变大。
【详解】（1）由图甲中，平行光线经凸透镜后会聚到一点，当光屏上得到的最小、最亮的光斑便
是凸透镜的焦点，所以，焦距
f=60.0cm-50.0cm=10.0cm
（2）蜡烛烛焰的中心、凸透镜的光心、光屏的中心，三者在同一条直线上，三者的中心大致在同
一高度，位于凸透镜的主光轴上，像才能呈在光屏的中心。
（3）凸透镜焦距为10.0cm，将点燃的蜡烛移到标尺10cm处，物距
u=50.0cm-10.0cm=40.0cm
此时u>2f，成倒立、缩小的实像，生活中照相机就是利用这一成像原理来工作的。
（4）若保持凸透镜位置不变，将蜡烛向右移动到30cm处，物距
u=50.0cm-30.0cm=20.0cm
此时u=2f，成倒立、等大的实像，所以成的像将变大。
2．用F为焦点，探究焦距为f的凸透镜成像规律，在实验中；（1）发光物体和凸透镜的位置如图所示，图中光屏未画出，光屏上所成清晰的像在图中
（填数字序号）区域，像的箭头方向是竖直向 的，像的大小比发光物体要 ；
（2）将光屏放在凸透镜右侧，发光物体放在A处，发现无论怎样调整光屏的位置，在光屏上都无
法得到发光物体的像。撤去光屏，从凸透镜右侧向凸透镜看去，观察到发光物体的像，此像到凸透镜
的距离 （填“大于”“等于”或“小于”）发光物体到凸透镜的距离。
【答案】（1）③ ，下，小；（1）大于。
【详解】（1）如图所示，发光物体到凸透镜的距离即物距大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律，
像距大于一倍焦距小于二倍焦距，故②④排除；又因为发光物体在透镜主光轴上方，根据过透镜光心
的光线不改变传播方向可知像的位置在主光轴下方，故光屏上所成清晰的像在图中③的区域。
根据凸透镜成像规律，当物距大于二倍焦距，成缩小、倒立的实像，所以像的箭头方向是竖直向
下的；像的大小比发光物体要小。
（2）当物距小于一倍焦距时，我们在凸透镜右边看到的那个正立、放大的虚像是由光经过凸透镜
的折射光线的反向延长线交点形成的，像在物的后方，故像到透镜的距离大于物体到透镜的距离。
3. 一个凸透镜的焦距为15cm，当物体离透镜的距离为40cm时，在光屏与凸透镜的距离为_____的
范围内，能找到一个______、______的______像（填写像的性质）。当物体离透镜的距离为10cm时，
光屏上______（选填“能”或“不能”）得到物体的像，此时眼睛应在________（选填“物体”或
“光屏”）一侧通过凸透镜观察到一个_______、_______的_______像（填写像的性质）。
【答案】15～30cm，倒立、缩小、实；不能，光屏，正立、放大、虚。
【解析】凸透镜的焦距为15cm，物体离透镜的距离为u=40cm时，物距大于两倍焦距u＞2f，通过
凸透镜成一个倒立、缩小的实像，像距在一倍焦距与两倍焦距之间，即15～30cm之间。
当物体离透镜的距离为10cm时，物体在焦点以内，u＜f，成的是正立、放大的虚像，光屏上无像，
眼睛应在光屏一侧观察。
4．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 20cm
B．把蜡烛移至刻度尺 10cm 处，凸透镜不动，向右移动光屏， 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，向右移动光屏， 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，无论如何移动光屏， 光屏上都不能得到清晰的像
【答案】D
【详解】A．由图示知， 蜡烛与凸透镜镜的距离为20.0cm，此时在光屏上成的像是倒立等大的实
像，根据凸透镜成像规律可知此时物距等于二倍焦距，因此凸透镜的焦距是 10cm，故A错误；
B．把蜡烛移至刻度尺10cm处，此时物距为40cm，物距大于二倍焦距，成倒立缩小的实像， 故
B错误；
C．把蜡烛移至刻度尺32cm处，此时物距为18cm，物距大于一倍焦距小于二倍焦距，成倒立放大
的实像，故C错误；
D．把蜡烛移至刻度尺45cm处，此时物距为5cm，物距小于一倍焦距，成正立放大的虚像， 故D
正确。所以选D。
二、凸透镜成像规律的应用
5．当用手机扫描健康二维码时（如图所示），下列说法正确的是（ ）
A．物体上的二维码是光源
B．扫码时二维码要位于摄像头二倍焦距以外
C．二维码通过摄像头成的是正立缩小的实像
D．要使屏幕上二维码的像变小，只需将二维码靠近凸透镜
【答案】B
【详解】A．物体上的二维码只能反射光线，自身不能发光，不是光源，故A错误；B．由照相机的成像规律可知，成像时物距大于二倍焦距，故扫码时二维码要位于摄像头二倍焦距
以外，故B正确；
C．此时物距大于二倍焦距，由凸透镜的成像规律可知，二维码通过摄像头成的是倒立缩小的实像，
故C错误；
D．要使屏幕上二维码的像变小，由“物远像近像变小”可知，应将二维码远离凸透镜，故D错
误。所以选B。
6．如图，将印花的透明胶片，贴在发光手电筒前端玻璃上，正对着焦距为10cm的凸透镜，调整
位置，墙上出现一朵清晰放大的“花”。下列说法正确的是（ ）
A．当手电筒和胶片远离凸透镜时，透镜到墙壁间的距离也变大，墙上的花同时变大
B．胶片到透镜间的距离可能等于25cm
C．墙壁相当于光屏，发生了漫反射
D．保持胶片和墙壁不动，只移动透镜，还能在墙壁上成一个缩小的虚像
【答案】C
【详解】AB．由图可知，此时的物距小于像距，则成的是放大、倒立的实像，此时的物距应该在
一倍焦距和二倍焦距之间，所以胶片与透镜的距离小于20cm、大于10cm，凸透镜成实像时物距变大，
像距变小，像变小，当手电筒和胶片远离凸透镜时，透镜到墙壁间的距离变小，墙上的花同时变小，
故AB错误；
C．墙壁能承接实像，相当于光屏，白墙的表面凹凸不平，光线照射到白墙后会发生的是漫反射，
故C正确；
D．根据光路的可逆性可知保持胶片和墙壁不动，只移动透镜，还能在墙壁上成一个缩小的实像，
故D错误。所以选C。
7. 小明用凸透镜先后两次观察书本上的字，看到如图所示两种情境。以下说法中正确的是
（ ）
A．甲中成的是实像，乙中成的是虚像
B．图甲中透镜到书本的距离小于焦距；图乙中书本透镜的距离大于2倍焦距
C．图甲中书本远离透镜时所成的像变大，成像规律可用于放大镜D．图甲中的成像规律可以用于照相机，当透镜靠近观察物体时，所成的像会变大
【答案】C
【详解】A．在凸透镜成像实验中，实像都是倒立的，虚像都是正立的，故甲图中成的是虚像，乙
图中成的是实像，故A错误；
B．甲图成正立、放大的虚像，则物距小于焦距；乙图成倒立、放大的实像，则物距大于一倍焦距
而小于二倍焦距，故B错误；
C．甲图成虚像，书本远离透镜时所成的像变大，成像规律可用于放大镜，故C正确；
D．甲图中成像规律可应用于放大镜，当透镜靠近观察物体时，所成的像会变小，故D错误。
故选C。
8．物理实验课上，如图所示为小海做“探究凸透镜成像规律”的实验装置图，当点燃的蜡烛、透
镜、光屏位于如图所示的位置时，光屏上得到烛焰清晰的像。则（ ）
A．物距为40cm，像距为50.0cm B．光屏上成倒立、缩小的实像
C．照相机应用了该次实验的成像规律 D．投影仪应用了该次实验的成像规律
【答案】D
【详解】AB．由图示知，刻度尺的分度值为1cm，蜡烛到凸透镜的距离，即物距为
u=40.0cm-30.0cm=10.0cm
光屏到凸透镜的距离，即像距
v=90.0cm-40.0cm=50.0cm
则物距小于像距，成倒立、放大的实像，故AB不符合题意；
C．照相机所成的像是倒立、缩小的实像，故照相机不是应用该次实验的成像规律，故C不符合题
意；
D．投影仪成倒立、放大的实像，故投影仪应用了该次实验的成像规律，故D符合题意。
故选D。三、用作图法研究凸透镜成像规律
9．图中L为凸透镜，MN为其主光轴，D为光心，若物体AB经凸透镜成的实像为A'B’，试用作图
的方法确定凸透镜的一个焦点F，并在图中标出F的位置．
【答案】见解析。
【详解】试题分析：根据凸透镜成像原理，过光心的光传播方向不变，因此A和像点的连线过光
心，过A点的与主光轴的平行光线过凸透镜后会聚与焦点，与过光心的光线交点即A的像点．
如图所示：
10．如图所示，请画出发光点S经凸透镜后的出射光线，并确定发光点S的像点S′．
【答案】见右图。
【详解】由图可知，一条入射光线过焦点，则过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光
轴；另一条入射光线过光心，则过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不变；两条折射光线的交点即
像点S′。如图所示。
11. 凸透镜成像情况如图所示，AC是从物点A发出的一束射到凸透镜上的光，A′B′是AB的像，请
作出AC经凸透镜折射后的光线，通过作图找出该凸透镜的一个焦点F。
【答案】见右图。
【详解】根据凸透镜成像规律可知，光线AC沿凸透镜折射后折射光折射光线的位置应该在A′点；
过A′点作平行于凸透镜主光轴的光线，其为折射光线，它的入射光线与主光轴的交点即为焦点F，如
图所示。12．如图所示蜡烛通过凸透镜在光屏上成清晰像，请在大致位置画出凸透镜后，作出光线AB经凸
透镜折射后射向光屏的光路图．
【答案】见右图。
【详解】由图可以看出，蜡烛经凸透镜成清晰的像在光屏上是倒立放大的。由凸透镜成像规律可
知，此时2f>u>f，连接AA′，与主光轴的焦点即为凸透镜的中心，然后即可确定凸透镜的位置；光屏
上蜡烛的像是实像，是由实际光线会聚而成的。来自烛焰尖部的光经透镜折射后会聚在光屏上组成烛
焰尖部的像，所以，将入射光线与像中的烛焰尖部连接起来即可得到折射光线，如图所示。
13．关于图中“凸透镜成像规律”的实验，下列说法正确的是（ ）
A．图中胶片到凸透镜的距离u＞2f（f为焦距）
B．图中凸透镜成像规律与摄像机的成像原理相同
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．从不同方向能看清银幕上的像，是因为光在银幕上发生了漫反射
【答案】D
【详解】AB．图中物距小于像距，物的大小小于像的大小，此时物距为
2f>u>f成倒立放大的实像，是投影仪原理，故AB错误；
C．经过凸透镜光心的光线，传播方向不变，故C错误；
D．反射面粗糙的表面，反射光线射向四面八方，进入不同方向的人的眼睛，使各个方向的人都能
看到物体。因此从不同方向观察光屏上的像，是因为光在光屏发生了漫反射，故D正确。
故选D。
14．（多选题）如图所示，在探究“凸透镜成像的规律”实验中，光屏的位置如图所示。将蜡烛
放到光具座的20cm刻度处时，光屏恰好在当前位置接收到一个清晰的像。下列说法正确的是（ ）
A．蜡烛放到光具座20cm刻度处时，光屏上的像为倒立放大的像
B．将蜡烛远离凸透镜时，为了在光屏上得到清晰的像，也应该将光屏远离凸透镜
C．保持透镜不动，将蜡烛和光屏同时向左移动10cm，光屏上一定会出现清晰的像
D．若换用焦距为10cm的凸透镜替换原来的凸透镜进行实验，保持光屏在90cm刻度处不动，为
了使光屏上重新出现清晰的像可以让蜡烛靠近透镜一定距离
【答案】ACD
【详解】A．由图可知，凸透镜放在光具座50cm刻度线处，蜡烛放到光具座的20cm刻度处时，
蜡烛距凸透镜的距离u=50.0cm-20.0cm=30.0cm
此时光屏在光具座90cm刻度线处，光屏到凸透镜的距离
v=90.0cm-50.0cm=40.0cm
物距u小于像距v，说明蜡烛放在了该凸透镜的一倍焦距与两倍焦距之间，成倒立、放大的实像，
故A正确；
B．蜡烛离凸透镜越远，它在光屏上成的像离凸透镜越近，所以将蜡烛远离凸透镜时，为了在光屏
上得到清晰的像，应该将光屏靠近凸透镜，故B错误；
C．保持透镜不动，将蜡烛向左移动远离凸透镜，则蜡烛经凸透镜成的像会靠近透镜，所以将蜡烛
和光屏同时向左移动10cm，光屏上一定会出现清晰的像，故C正确；
D．结合A可知
f＜30cm＜2f …… ①
40cm＞2f …… ②
解①②式得15cm＜f＜20cm换用焦距为10cm的凸透镜替换原来的凸透镜进行实验，透镜对光的折射能力变强，所以成像在原
来位置的前方，需将光屏向左移动靠近透镜一定距离才能承接到清晰的像，故D正确。
故选ACD。
15．小潘同学选用焦距为15cm的凸透镜，做“探究凸透镜的成像规律”的实验。
（1）实验在 （选填“较暗”或“较亮”）的环境中进行，现象更明显；
（2）小潘将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛后，调整蜡烛、凸透镜和光屏的高
度，使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度，这样做的目的是使像呈现在 ；
（3）小潘将蜡烛放在10cm刻度线处，移动光屏到如图所示位置，光屏上恰好呈现一清晰的像，
该像的性质是倒立、 （选填“放大”“缩小”或“等大”）的实像；
（4）保持凸透镜位置不变，小潘将蜡烛移动到25cm刻度线处，若想在光屏上得到清晰的像，应
把光屏向 移动（选填“左”或“右”），像将 （选填“变大”“变小”或“不变”）；
（5）保持凸透镜位置不变，小潘将蜡烛移动到40cm刻度线处，无论怎样移动光屏，在光屏上都
找不到清晰的像，当小潘的眼睛在凸透镜的右侧，透过凸透镜观察到烛焰 、放大的像（选填
“正立”或“倒立”），生活中的 就是利用这样的成像原理工作的（选填“照相机”“投影
仪”或“放大镜”）。
【答案】（1）较暗；（2）光屏中央；（3）缩小；（4）右，变大；（5）正立，放大镜。
【详解】（1）做“探究凸透镜的成像规律”的实验时，物体和环境的对比度越大，物体越亮，物
体成像越清晰，因此实验应该在较暗的环境中进行。
（2）为了使像呈现在光屏的中央，实验前，应该调整蜡烛、凸透镜和光屏的高度，使烛焰、凸透
镜和光屏三者的中心大致在同一高度。
（3）将蜡烛放在10cm刻度线处时，物距
u=50.0cm-10.0cm=40.0cm
根据凸透镜成像规律可知，此时成倒立、缩小的实像。
（4）保持凸透镜位置不变，将蜡烛移动到25cm刻度线处，则物距变小，根据：成实像时，物近
像远像变大规律，要使光屏上成清晰的像，应增大像距，即将光屏右移，此时像将变大。
（5）保持凸透镜位置不变，将蜡烛移动到40cm刻度线处，此时物距为u´=50.0cm-40.0cm=10.0cm＜f=15cm
根据凸透镜成像规律可知，此时成正立、放大的虚像。放大镜是利用该原理工作的。
16．（2023·广西·统考中考真题）小明用自制的“水凸透镜”探究凸透镜成像规律，当蜡烛、“水
凸透镜”和光屏位于如图所示的位置时，光屏上呈现烛焰清晰的像，下列说法正确的是（ ）
A．此时成像特点与照相机的相同
B．此时“水凸透镜”的焦距为15.0cm
C．调节“水凸透镜”的厚度可改变其焦距
D．蜡烛燃烧变短，光屏上的像会向上移动
【答案】CD
【详解】A．由图可知，此时光屏上成倒立放大的实像，而照相机的成像原理是根据凸透镜成倒立
缩小的实像，所以A错误；
B．由图可知此时物距u=15cm，像距v=29cm，光屏上成倒立放大的实像，说明
f＜15cm＜2f 29cm＞2f
所以此时水透镜的焦距
7.5cm＜f＜14.5cm；所以B错误；
C．可以向水透镜内注水和排水，通过调节“水凸透镜”的厚度去改变其焦距，故C正确；
D．过凸透镜光心的光线沿直线传播，所以蜡烛燃烧变短后，则像向光屏上方移动,故D正确。
故选CD。
17．（2023·内蒙古赤峰·统考中考真题）如图所示，通过焦距为10cm的凸透镜观察窗外远处的风
景，看到的是（ ）A．正立放大的虚像 B．倒立放大的实像
C．倒立缩小的实像 D．倒立缩小的虚像
【答案】C
【详解】窗外远处的风景相当于物体，到透镜的距离大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，
此时成倒立、缩小的实像，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
18．（2023·湖北·统考中考真题）如图是超市安装的一种刷脸自助储物柜。某顾客站在屏幕前
50cm处，按下“存”按钮，屏幕上方的摄像头启动，出现人脸缩小的像，柜门打开。下列说法正确的
是（ ）
A．该摄像头相当于一个凹透镜
B．该摄像头对光线具有发散作用
C．该摄像头的焦距可能是0.20m
D．该摄像头成像原理是光的反射
【答案】C
【详解】A．该摄像头相当于一个凸透镜，当人站在透镜二倍焦距之间以外时，在摄像机中成倒立、
缩小的实像，故A错误；
B．该摄像头是凸透镜，对光线具有会聚作用，故B错误；
C．顾客刷脸时，距摄像头50cm，物距
u=50cm＞2f
由此可知，该摄像头的焦距f＜25cm，因此摄像头的焦距可能是0.20m，故C正确；
D．凸透镜成像是由于光的折射，该摄像头成像原理与凸透镜成像原理相同，都是光的折射，故D
错误。故选C。
19．（2023·四川广元·统考中考真题）某物理兴趣小组在“探究凸透镜成像规律”时，将焦距为
10cm的凸透镜固定在光具座上50cm刻度线处，光屏和点燃的蜡烛分别位于凸透镜两侧，实验前调整
好实验器材。如图所示，将蜡烛移至25cm刻度线处，移动光屏，呈现在光屏上清晰的像的特点是（
）
A．倒立、缩小的实像 B．正立、放大的虚像
C．倒立、放大的实像 D．与投影仪的成像特点相同
【答案】A
【详解】凸透镜的焦距是10cm，由题可知，此时的物距是25cm，物距大于2倍焦距，移动光屏，
就会得到倒立、缩小的实像；此时的成像特点与照相机的成像特点相同。故A符合题意，BCD不符合
题意。
故选A。
20．（2022·辽宁盘锦·统考中考真题）小明利用一个纸筒、凸透镜和半透明薄膜自制了如图甲所示
的模型照相机。在使用时发现，被拍摄物体和照相机的距离有变化时，像会变得不清晰。老师告诉小
明，当物距改变时，照相机可通过伸缩镜头或调节镜头焦距两种方式再次得到清晰的像。为了验证老
师的说法，小明选取了蜡烛、多个不同焦距的凸透镜、光具座等器材进行实验探究：
（1）实验前应将烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心调至 ；
（2）当蜡烛、光屏、凸透镜在如图乙所示位置时，光屏上成清晰的像。将蜡烛向左调节到某一位
置时，凸透镜向 （选填“左”或“右”）调节，光屏上再次成清晰倒立缩小的像。得出：当物
距改变时，伸缩镜头可以再次获得清晰的像；
（3）小明将蜡烛、光屏、凸透镜调回如图乙所示位置。将蜡烛向左调节到某一位置时，换用焦距
（选填“更大”或“更小”）的凸透镜，光屏上再次成清晰的像。得出：当物距改变时，调节镜头焦距可以再次获得清晰的像；
（4）蜡烛燃烧一段时间后，光屏上的像位置偏高，小明将光具座左侧抬高， （选填“可
以”或“不可以”）使像回到光屏中央；
（5）请在图丙中画出烛焰S发出的平行于主光轴的光线经过凸透镜后的折射光线。
【答案】（1）同一高度；（2）右；（3）更大；（4）不可以；（5）见下图。
【详解】（1）实验前需要将烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心调至同一高度，这样做的目的是使
像呈现在光屏中央。
（2）如图乙所示位置，光屏上成倒立缩小的实像。此时将蜡烛向左调节到某一位置时，物距增大，
根据凸透镜成像规律，此时像距减小，故凸透镜应该向右移动，使得光屏上再次呈现清晰的像。
（3）如图乙所示位置时，光屏上成倒立缩小的实像。此时将蜡烛向左调节到某一位置时，物距增
大，根据凸透镜成像规律，此时像的位置在原来光屏的左边，故可换用焦距更大的凸透镜，会聚能力
更弱，使得原本提前会聚所成的像回到原来的光屏上。
（4）蜡烛燃烧一段时间后变短，可知光屏上像的位置偏高，将光具座左侧抬高，没有改变烛焰中
心和凸透镜光心之间的位置关系，根据通过光心的光线传播方向不变，可知像在光屏上的位置不会发
生改变，即不可以使像回到光屏中央。
（5）烛焰S发出的平行于主光轴的光线经过凸透镜后会经过凸透镜右侧焦点，故连接入射点和右
侧焦点，作出折射之后的光线，如图所示：
