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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；（2）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．某同学探究凸透镜成像规律时，光屏上得到了烛焰清晰的像（像未画出），如图所示。下列说法
正确的是（ ）
A．光屏上的像是正立的
B．光屏上的像是放大的
C．投影仪是利用此成像原理制成的
D．撤去光屏，烛焰的像仍然在原处
【答案】D
【详解】ABC．如图所示，物距大于像距，光屏上能够得到了烛焰清晰的像，所成的是倒立缩小的实
像，照相机是利用此成像原理制成的，故ABC错误。
D．光屏是呈现蜡烛所成的像，不会影响成像的特点，撤去光屏，烛焰的像仍然在原处，故D正确。故选D。
二、凸透镜成像规律的应用
5．如今，很多人喜欢用手机拍照，手机的镜头相当于一个 。若小欢手机摄像头的焦距是
0.03m，小欢用手机拍摄距离镜头1m的花朵，则花朵会在感光元件上形成一个 、 的实像。
【答案】 凸透镜 倒立 缩小
【详解】手机的镜头相当于一个凸透镜。凸透镜是一种中央比边缘厚的透镜，它对光线有会聚作用，
是制作照相机、投影仪等光学仪器的重要元件。
当物体到凸透镜的距离大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像，像距在一倍焦距和二倍焦距之间；
手机摄像头的焦距是0.03m，小欢用手机拍摄距离镜头1m的花朵。由于1m远大于0.03m的二倍（即
0.06m），所以此时花朵会在感光元件上形成一个倒立、缩小的实像。
6. 小明将凸透镜正对太阳光，在距离凸透镜10cm的白纸上呈现一个最小、最亮的光斑，此凸透镜的
焦距为 cm。如图是他用该凸透镜观看书本上“中国梦”三个字时的情况，如果他想看到更大的正
立的“国”字，小明需要将凸透镜 书本（选填“远离”或“靠近”），凸透镜和书本的距离应满
足的条件是 。
【答案】 10 远离 小于10cm
【详解】平行光经过凸透镜折射后会聚于一点，这一点就是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离为焦距，
所以根据题意可知此凸透镜的焦距为10cm。
因为想要看到正立的像，所以可知此时凸透镜相当于一个放大镜，放大镜利用的是当物距小于一倍焦
距时，成正立、放大的虚像的原理，所以想看到正立的“国”字，凸透镜和书本的距离应小于10cm，而当
凸透镜成正立、放大的虚像时，物距越大，像距越大，成的虚像越大，所以可知想要看到更大的正立的
“国”字，小明需要将凸透镜远离书本，但是距离不能大于10cm。
7．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，C不符题意；
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。
8. 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、凸透镜、光屏位置如图所示，此时光屏上恰好呈现烛
焰清晰的像（图中未画出）。下列说法正确的是（ ）
A．该透镜焦距可能为10cm
B．图中成像特点与投影仪成像特点相同
C．蜡烛燃烧变短，光屏上的像也会向下移动
D．透镜位置不动，蜡烛向左移动并调整光屏的位置，光屏上清晰的像将变大
【答案】B
【详解】A．根据图示可知，物距小于像距，成倒立、放大的实像，则
f2f ⋯⋯②
解①②得10cmu>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。
12. 某兴趣小组开展“创新服务生活，科技改变未来”的科技创新活动，模拟制作一款“智能”行驶
玩具车。该玩具车利用车载传感器（摄像头、雷达）采集生成道路特征数据，完成“自动”驾驶。作为传
感器之一的摄像头，下列说法正确的是（ ）
A．摄像头的镜头是凹透镜
B．遇障碍物时，要想生成更大的像，镜头应该向前伸
C．摄像头成的像是正立的虚像
D．成像时障碍物位于镜头的两倍焦距以内
【答案】B
【详解】AC．物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，应用是照相机，摄像头成像的原理与照相机原理相同，摄像头的镜头相当于凸透镜，故AC错误；
B．凸透镜成实像时，物距变小，像距变大，像变大，故遇障碍物时，要想成更大的像，镜头应该向
前伸，故B正确；
D．在物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，故摄像头成像时障碍物位于镜头的两倍焦
距以外，故D错误。
故选B。
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．光具座上有凸透镜、光屏及发光源各一个。当光屏和凸透镜的距离为10cm时，此时在光屏上成
缩小的像。物理王把光屏沿着光具座移动5cm后，再次移动光源的位置使成清晰的像。对于该像的情况，
下列选项正确的是（ ）
A．一定成放大的像 B．可能成缩小的像
C．成像可能比原来小 D．成像一定比原来小
【答案】B
【详解】CD．当光屏成倒立、缩小的实像，则f2f，根据“物近像远像大”的成实像规律，成像大小变大，但只是比原来
变大了，故CD错误；
AB．当u>2f时，光屏上成倒立、缩小的实像，故A错误，B正确。
故选B。
15．如图所示，用焦距为10cm的凸透镜、高度为6cm的F形光源、光屏和光具座等器材探究凸透镜
成像大小的变化规律，通过测量像的高度反映像的大小。
（1）若要测量光源在光屏上所成像的高度，还需要的测量工具是 。
（2）将光源逐渐靠近凸透镜，移动光屏，三次成倒立实像的相关数据记录如表。分析表中数据，可
得出结论：凸透镜成实像时，物距变小，像距变 ，像变 。
物高6cm
实验次数 1 2 3
物距/cm 30 20 15
像距/cm 15 20 30
像高/cm 3 6 12
（3）继续移动光源至物距为6cm时，发现无论如何移动光屏，均不能在光屏上成像，人眼应从
（选填“光源”或“光屏”）一侧透过凸透镜观察光源的像，此时能否用（1）问中的测量工具直接测出
观察到的像高？ （选填“能”或“不能”）。
（4）若保持光源到光屏的距离为45cm不变，仅移动凸透镜改变物距，则上表中第 次实验的成
像情况不能探究，理由是： 。
【答案】 刻度尺 大 大 光屏 不能 2 第2次实验时，物距和像距之和为40cm，
小于45cm
【详解】（1）要测量光源在光屏上所成像的高度，需要长度的测量工具刻度尺。
（2）由表中数据可知，随着物距变小，像距逐渐变大，像的高度变大，则像变大。
（3）移动光源至物距为6cm时，此时物距小于焦距，成虚像，要观察到虚像，人眼应从光屏一侧透
过凸透镜观察。
因为虚像不是实际光线会聚得到的，不能呈现在光屏上，则不能用刻度尺测量像的大小。
（4）若保持光源到光屏的距离为45cm不变，若能成清晰的像，物距像距之和应为45cm，而第2次实
验时，物距和像距之和为40cm，小于45cm，则第2次实验的成像情况不能探究。
16．（2024·福建·中考真题）我国某新型战斗机配有光电搜索跟踪系统，系统中的光学元件相当于晶
状体，内置光电传感器相当于视网膜，成像原理与人眼相似。从空中拍摄地面物体时，物体在光电传感器上形成的像是（ ）
A．倒立、缩小的实像 B．倒立、等大的实像
C．倒立、放大的实像 D．正立、放大的虚像
【答案】A
【详解】A．由题意知，系统中的光学元件相当于晶状体，内置光电传感器相当于视网膜，成像原理
与人眼相似，人眼成像原理与照相机相似，这说明光电搜索跟踪系统和照相机的原理相似，从空中拍摄地
面物体时，物体位于二倍焦距以外，物体在光电传感器上形成的像是倒立、缩小的实像，故A符合题意；
B．倒立、等大的实像，可以用来测焦距，故B不符合题意；
C．倒立、放大的实像，是投影仪的原理，故C不符合题意；
D．正立、放大的虚像，是放大镜的原理，故D不符合题意。
故选A。
17．（2024·山东临沂·中考真题）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，当蜡烛、凸透镜和光屏的位
置如图所示时，光屏上承接到烛焰清晰的像。保持凸透镜的位置不变，则（ ）
A．实验所用凸透镜的焦距可能为10.0cm
B．光屏上承接到的像是烛焰倒立、放大的实像
C．将蜡烛和光屏的位置互换，光屏上仍能承接到像
D．将蜡烛移至45.0cm刻度线上，光屏上仍能承接到像
【答案】C
【详解】AB．如图，物距和像距分别为
u=30cm>2f f
