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5.3 凸透镜成像的规律 （导学案）
【学习目标】
1. 通过实验探究，知道凸透镜成像的规律。
2. 经历探究过程，提升对证据的分析和论证能力。
3. 通过探究活动，体会实验探究活动对认识事物过程中的重要意义。
【学习重点】 理解凸透镜的成像规律。
【学习难点】探究凸透镜成像的规律的过程。
【自主预习】
阅读教材，完成以下问题：
1．在做“探究凸透镜成像规律”的实验中用到的器材有：蜡烛、 、光屏和光具座，分别把上
述物体安装在光具座上，调整它们的高度，使得烛焰、凸透镜和光屏的中心在 ，目的是使像成
在光屏的 。光屏的作用是承接并显示凸透镜所成的 (选填“虚”或“实”)像。
2． 完成下表的填写：（焦距、物距、像距分别用f、u、v表示）
物与像 光屏能
物距u 像的性质 像距v 应用
【合作探究】 的位置 否承接
一、探究凸透镜成像的规律
u>2f
【提出问题】凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关？
u＝2f
【猜想假设】 ①可能与物体到透镜的 有关。
支持事f<例u<：2f照相机、投影仪和放大镜的成像特点不同，是因为物体到透镜的距离不同。
②可能与凸透镜的 有关。
u＝f
支持事例：同一物体通过照相机成像，当照相机的焦距改变时（调焦），凸透镜所成像的大小会
u<f
改变。
③像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。支持事例：照相机与投影仪，物体和所成的像分居在凸透镜的 侧；通过放大镜观察物体，物
体和像在透镜的 侧。
【设计实验】
（1）相关概念
①物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为 cm；
②像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为 cm；
③焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
（2）我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对
光的偏折程度跟凸透镜的焦距f有关系，所以研究物距u的变化时，焦距可能是个应该注意的参照距离。
我们可以注意观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距……时，物体成像的情况。
（3）实验器材：凸透镜（焦距为10cm）、蜡烛、光屏、火柴、光具座。
（4）数据记录表格（见下）。
【进行实验与收集证据】
（1）在光具座上放置蜡烛、凸透镜、光屏时，透镜放在光具座标尺中央。
（2）调整凸透镜、蜡烛（烛焰的中心）、光屏的高度，使它们的中心大致在 。目的是为
了使烛焰的像成在光屏的 。
（2）将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f（u＞20cm），
移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察像的大小和正倒，同时测出此时的物距u和像距v，
将数据记录在表格中。（3）把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距（u=20cm），移动光屏，直到光屏
上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，将数据记录在表格中。
（4）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间（10～20cm），
移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v ，记
录在表格中。
（5）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离为一倍焦距10cm（在焦点处） ，移动光屏，
光屏上不成像；眼睛通过透镜也看不到虚像。
（6）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距以内（小于10cm），移动光屏，
光屏上不成像，眼睛通过透镜，能看到虚像，记录像的正倒和大小。测出物距u，记录在表格中。
（7）数据记录汇总
像与物距的关系
实验 物距 物距与焦距 像的性质 像距
次数 u/cm 的关系 v/cm
虚实 大小 正倒
凸透镜的焦距f= 10
1 30 u > 2f 实像 缩小 倒立 15
2 20 u = 2f 实像 等大 倒立 20 cm
3 15 2f >u >f 实像 放大 倒立 30
4 10 u =f 不成像
5 6 u <f 正立 放大 虚像 ——
【分析与论证】
分析上表记录，找出凸透镜成像的规律。
（1）像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像，什么条件下成虚像？
（2）像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的像，在什么条件下成放大的像？有没有缩小的虚像？
（3）像的倒正：凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？
（4）物距、像距与像的大小关系：凸透镜成放大实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小
实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？（5）像和像距随物距的变化规律：当物体成实像时，物体逐渐靠近透镜时，像距是变大了还是变
小了？像是变大了还是变小了？当物体成虚像时，物体逐渐靠近透镜，像是变大了还是变小了？
【探究结论】
（1） 是成实像和虚像的分界点。物体在焦点以外成 像，焦点以内成 像。即一倍焦距分虚
实。
（2） 是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成 的像，在二倍焦距以内
成 的像。没有缩小的虚像。
（3）实像必异侧 ，虚像必同侧 （选填“倒立”或“正立”）。
（4）物距u＞像距v，像是 的；u＜v，像是 的（选填“放大”或“缩小”）。
（5）成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越 ，像越 ；物体距离透镜越远，像
距离透镜越近，像越小。即成实像时，物近像远且大，物远像近且小。成虚像时，物体距离透镜越近，
像越 ，物体距离透镜越远，像越 。即物体越靠近焦点像越大。
物与像 光屏能
物距u 像的性质 像距v
的位置 否承接
u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能
u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能
f<u<2f 倒立 放大 实像 异侧 v>2f 能
u＝f 不成像
u<f 正立 放大 虚像 同侧 不能
【记忆口诀】
一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，物近（离焦点）像远像变大；虚像（与物）同侧正，实像异侧
倒，像物相互跟着跑。
【交流讨论】
（1）在做实验时, 某同学无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可
能原因有哪些？
【分析】可能原因有：
①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在 上；
②蜡烛的位置在透镜的 以内；
③蜡烛的位置在透镜的 上。
（2）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，像是否完整？像的亮度有什么变化？
【分析】光屏上像的性质不变，还是完整的，但亮度会变 些。
（3）蜡烛长度变短时，像在光屏上的位置怎样变化？为了使像仍成在光屏的中央，应该怎样进行
调节？
【分析】像将会向上移动。调节方法：①将光屏向 移动；②将蜡烛向 移动；③将透镜和
光屏向 调节（均选填“上”或“下”）。
【例题1】如图所示，保持凸透镜的位置不变，先后把烛焰放在a、b、c、d、e各点，并分别调整
光屏的位置。则：
①把烛焰放在_________点，屏上出现的像最大；
②把烛焰放在_________点，屏上出现的像最小。
③把烛焰放在_____点，光屏上出现清晰的像时，屏距透镜最远。
④把烛焰放在_____________点，光屏上不会出现像。
【例题2】在做“凸透镜成像”的实验中，凸透镜焦距是10cm，当光屏距凸透镜16cm时，烛焰在
光屏上成清晰的像。若光屏不动，将凸透镜向光屏方向移动2cm，要使光屏上再次得到清晰的像，下
列说法正确的是（ D ）
A．蜡烛不动，像变小 B．蜡烛靠近凸透镜，像变小
C．蜡烛远离凸透镜，像变大 D．蜡烛远离凸透镜，像变小
【例题3】小明做“探究凸透镜成像的规律”的实验，实验所用凸透镜的焦距为f=10cm，他把凸
透镜固定在光具座上50cm处，调节蜡烛的烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度。
①如图所示，若此时他们想在实验中能用光屏承接到烛焰的实像，光屏应在_________（选填“50
～60cm”、“50～60cm”）范围内移动；
②保持凸透镜位置不变，把蜡烛放在 30cm刻度线处，调整光屏到透镜的距离，则会在光屏上看
到烛焰_____（选填“放大”、“缩小”或“等大”）倒立的像。③他们想模拟投影仪的成像原理，应在步骤②的基础上将蜡烛向______（选填“靠近”或“远
离”）凸透镜的方向移动，同时调节光屏的位置，使光屏向______（选填“靠近”或“远离”）凸透
镜的方向移动。
④他保持凸透镜的位置不变，同时取下光屏，直接用眼睛观察凸透镜成像的各种情况。小明移动
蜡烛使它从零刻度线处逐渐靠近凸透镜，同时小华从透镜的右侧透过透镜现察烛焰的像，如图是小华
整理并记录看到的像的情况，根据你所学的知识，判断出最先看到的像的编号是_____（选填代表像编
号的数字）。
探究二、凸透镜成像规律的应用
【想一想】上一节学过照相机、投影仪、放大镜的成像特点，它们成像的原理及像的性质应该怎
样具体描述呢？
1.照相机
（1）照相机原理：物距u＞2f 时，成 、 的 像，像距 f＜v＜2f。成像光路图：
（2）照相机的调节
①调节依据：凸透镜成倒立、缩小的实像时，物近像远像变大。
②调节方法：像偏小，物体靠近相机，暗箱拉长；像偏大，物体 相机，暗箱 。
2.投影仪
（1）投影仪原理：物距u：f＜u＜2f 时，成 、 的 像，像距 v >2f。成像光路图：
（2）投影仪的调节
①调节依据：凸透镜成倒立、放大的实像时，物近像远像变大。
②调节方法：像偏小，投影片靠近镜头，投影仪远离屏幕；像偏大，投影片 镜头，投影仪屏幕。
3.放大镜
（1）放大镜成像原理：当物距u<f 时，凸透镜成 、 的 像，虚像与物体在 侧。
成像光路图：
（2）放大镜的调节
①调节依据：凸透镜成虚像时，物近像近像变小。
②调节方法：像偏小，物体稍微远离镜头，适当调节眼睛位置；像偏大，物体稍微 镜头，适
当调节眼睛位置。
【例题4】如图所示，甲是__________的工作原理图，乙是_______的工作原理图。（选填“照相
机”、幻灯机”或“放大镜”）
【例题5】在银幕上看到的电影画面都是正立的，在放电影时应将电影片（ ）
A．正立着放在大于2f 的位置上 B．倒立着放在大于2f 的位置上
C．正立着放在2f 和f 之间的位置上 D．倒立着放在2f 和f 之间的位置上
探究三、用作图法研究凸透镜成像规律
通过实验可以得出凸透镜成像的规律，我们用作图的方法也可以研究凸透镜成像的规律。
1. 凸透镜的三条特殊光线
通过光心的 传播方向不改变；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过 ；经过凸透镜
焦点的光线经凸透镜折射后 主光轴。
2. 用作图法研究凸透镜成像规律
（1）物距大于2倍焦距，即u＞2f 时，成倒立、缩小的实像，像距f<v<2f 。（2）物距大于焦距小于2倍焦距，即 f＜u＜2f 时，成倒立、放大的实像，像距v>2f。
（3）物距u＜f 时，凸透镜成正立、放大的虚像。
（4）物距u=2f 时，成倒立、等大的实像，像距v=2f
（5）物距u=f 时，不成像。
【例题6】请用作图法找出蜡烛火焰A点的像A′ 。
【精讲点拨】
1. 凸透镜成像时，比较物距与像距的大小，也可以判断像的性质。
①如果像距大于物距，则像的大小大于物体的大小；
②如果像距等于物距，则像的大小等于物体的大小；
③如果像距小于物距，则像的大小小于物体的大小。2. 在凸透镜成像规律中有两个一致性，即像随物体移动方向的一致性，像的大小随像距大小变化
的一致性。
【归纳整理】
物与像 光屏能
物距u 像的性质 像距v 应用
的位置 否承接
u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能 照相机
u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能 测焦距
f<u<2f 倒立 放大 实像 异侧 v>2f 能 投影仪
u＝f 不成像 获得平行光
u<f 正立 放大 虚像 同侧 不能 放大镜
【课堂练习】
1. 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
2. 如图所示，现在有很多场所的安保工作中采用人脸识别系统，识别系统的摄像机可以自动将镜
头前1 m处的人脸拍摄成数码相片传递给计算机进行识别，摄像机的镜头（ ）
A．相当于凸透镜，焦距可为0.5 m B．相当于凸透镜，焦距可为0.1 m
C．相当于凹透镜，焦距可为0.5 m D．相当于凹透镜，焦距可为0.1 m3. 小明同学将一支点燃的蜡烛放在距凸透镜15cm处时，在光屏上得到一个缩小的像。当蜡烛距
透镜9cm时，在光屏上得到一个放大的像。这个凸透镜的焦距可能是 （ ）
A．10 cm B．8 cm C．6 cm D．4 cm
4. 如图所示，小乐用放大镜看指纹时，觉得指纹的像太小，为使指纹的像大一些，正确的做法是
（ ）
A．眼睛和手指不动，让放大镜离手指稍近些
B．眼睛和手指不动，让放大镜离手指稍远些
C．放大镜和手指不动，让眼睛离放大镜稍近些
D．放大镜和手指不动，让眼睛离放大镜稍远些
5. 如图，放大镜能使我们看清邮票的细微之处。下列能用来说明其成像原理的图是（ ）
6．在“探究凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、凸透镜及光屏处于图示位置时，在光屏上得到烛
焰清晰的像。下列说法正确的是（ ）
A．光屏上成倒立、缩小的实像
B．图中成像特点与照相机的成像特点相同C．透镜不动，蜡烛向左移动，光屏向右移动，可再次得到清晰的像
D．透镜不动，将蜡烛与光屏互换位置，光屏上仍能得到清晰的像
7. 物理课上，同学们用凸透镜观察周围的物体，透过凸透镜不能看到的像是（ ）
A．正立放大的像 B．正立缩小的像 C．倒立放大的像 D．倒立缩小的像
8. 在探究凸透镜成像规律的实验中，凸透镜的焦距为10cm。
（1）将蜡烛和凸透镜甲固定在如图所示位置，点燃蜡烛后，在光屏上得到烛焰清晰_____（选填
“放大”或“缩小” ）的实像。这是______（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）的原理；
（2）保持凸透镜位置不变，将蜡烛移动到15cm刻度线处，应该向____（选填“左”或“右”）
移动光屏，才能再次得到烛焰清晰的像；
（3）改用焦距为20cm的凸透镜继续进行实验，并保持位置不变。应该将______（选填“蜡烛”
或“光屏”）
从原刻度线处（图示位置）缓慢地向____（选填“左”或“右”）移动，才能在光屏上得到烛焰
清晰的像。
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
