文档文本内容
5.3 凸透镜成像的规律（教学设计）
年级 八年级 授课时间
课题 5.3 凸透镜成像的规律
1. 通过实验探究，知道凸透镜成像的规律。
教学
2. 经历探究过程，提升对证据的分析和论证能力。
目标
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。
探究凸透镜成像的规律是一个较完整的探究实验，也是本章的重点。通过学
习，不仅要使学生了解凸透镜成像的规律，而且要使学生了解科学探究方法。在科
学探究过程中，引导学生对凸透镜的成像规律进行猜想，并初步设计方案，最后用
实验探究的方法，得出凸透镜成像的规律。
教材
由于本实验的“分析和论证”部分对于学习物理不久的初中学生来说还有一定
分析
的难度，因此，教材从像的虚实、大小和正倒三个方面提出了问题，引导学生对实
验数据进行分析，得出结论。在实际教学中，可采用分工合作的方式收集实验数
据，不仅让学生获得一次合作探究的体验，也节约了时间，保证了本次探究任务能
在课堂教学时间内完成。
学生在本节课之前已经学习过透镜和生活中的透镜两节内容，掌握了凸透镜
的基本知识，也明白凸透镜在不同情况下成像性质不同。本节课接着成像性质不
同的影响因素来探究凸透镜成像规律，符合学生认知规律，有利于学生掌握。在
学情
前面的教学中己培养了学生猜想能力与实验设计能力，可以完成本次实验的表格
分析
设计，学生也具备一定的实验探究能力及动手能力。但学生对实验数据的分析能
力和论证能力方面还有欠缺，需要在老师的带领下分析实验数据和总结实验规
律，并培养学生的论证分析能力。
教学重点 知道凸透镜的成像规律。
教学难点 探究凸透镜成像的规律的过程。
光具座、光具座附件、蜡烛、火柴、焦距不同的凸透镜两个、光屏等。
教学
多媒体ppt，包含视频：《探究凸透镜成像的规律》、《凸透镜成像时，像与
器材
物的变化关系》、《凸透镜成像的规律及其应用》等。
教学过程
教师活动 学生活动
导入新课【播放视频提出问题】用放大镜近距离看书，看到文字被放大，可是用放
观看视频，思
大镜看远处的物体时，却看到物体成了倒立缩小的像。
考问题，进入
同样是凸透镜，物体到凸透镜的距离不同，成像特点不同。为何成像特点
情景。
会有如此大的差别呢？凸透镜成像遵循什么规律呢？
学习新课 一、探究凸透镜成像的规律
【提出问题】凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关？
【猜想假设】
（1）可能与物体到透镜的距离有关。
支持事例：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
对老师所提进
距离不同。
行猜想并回
（2）可能与凸透镜的焦距有关。
答。
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两侧；通过放
大镜观察物体，物体和像在透镜的同一侧。
【设计实验】
（1）相关概念
讨论并设计实
①物距u：物体到透镜光心的距离。如图所示，物距为30cm；
验方案，进行
②像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为60cm；
展示。
③焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
（2）实验思路
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
进行分组实
在同一高度。目的是为了使烛焰的像成在光屏的中央。
验，分工合
（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
作，收集证
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
据。
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 凸透镜的焦距f= 10 cm
像的性质
实验 物距 像距
次数 u/cm v/cm
虚实 大小 正倒
1 30 实像 缩小 倒立 15
2 20 实像 等大 倒立 20
3 15 实像 放大 倒立 30
4 10 不成像
5 6 正立 放大 虚像 ——
【分析与论证】
分析上表记录，学生进行讨论，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？ 分析论证，对
（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 5个问题进行
逐渐靠近透镜，像是变大了还是变小了？ 交流讨论，总
在学生交流讨论的基础上，进行以下归纳： 结出凸透镜成
（1）焦点是成实像和虚像的分界点。物体在焦点以外成实像，焦点以内成 像的规律。
虚像。即一倍焦距内外分虚实。
（2）二倍焦距是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成缩小
像，在二倍焦距以内成放大像。没有缩小的虚像。
（3）实像必异侧倒立，虚像必同侧正立。
（4）物距u＞像距v，像是缩小的，u＜v，像是放大的。
（5）成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越远，像越大；物体距离
透镜越远，像距离透镜越近，像越小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越小，
物体距离透镜越远，像越大。
【探究结论】
当物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像；当物距等于2倍焦距
时，凸透镜成倒立、等大的实像；当物距小于2倍焦距、大于焦距时，凸透镜成
倒立、放大的实像；当物距小于焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像。
像的性质
实验 物距 物距与焦距 像距
次数 u/cm 的关系 v/cm
虚实 大小 正倒
熟记凸透镜成
1 30 u > 2f 实像 缩小 倒立 15
像规律，可以
2 20 u = 2f 实像 等大 倒立 20
用语言描述、
3 15 2f >u >f 实像 放大 倒立 30 列表法或口诀
4 10 u =f 不成像 形式帮助记
忆。
5 6 u <f 正立 放大 虚像 ——
【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。
【播放动画】——《凸透镜成的像与物的变化关系》
【播放视频】——《探究凸透镜成像的规律》
【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？
观看视频，进
（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
一步理解凸透
整？像的亮度有什么变化？
镜成像规律。
（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】
（1）可能原因有：烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上；蜡烛的位
置在透镜的一倍焦距以内；蜡烛的位置在透镜的焦点上。
（2）光屏上像的性质不变，还是完整的，但亮度会变暗些。
（3）像将会向上移动。调节方法：①将光屏向上移动；②将蜡烛向上移 进行交流讨
动；③将透镜和光屏向下调节. 论，分析3个
问题或实验中
【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、
遇到的其他问
d、e各点，并分别调整光屏的位置。则：
题。
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。
【答案】①c，②a，③c，④d、e。
做例题1，会
【解析】根据凸透镜成像规律，物体放在焦点之外，物距越小，像距越大，
运用凸透镜成
实像越大。当屏上像最大时，则物距是最小的，c点符合；当屏上像最小时，则
像的规律分析
物距是最大的，a点符合；烛焰放在c点时，屏上出现最清晰像时，屏距凸透镜
问题。
最远。物体放在焦点处或之内时，屏上均不能成像，d、 e点符合。
【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
【解析】凸透镜焦距是10cm，光屏离凸透镜16cm（像距）时，
2f＞16cm＞f，所以在光屏上得到一个倒立、缩小的实像。
保持光屏位置不变，把凸透镜向光屏方向移动2cm，像距变小，像变小，则
物距增大，故蜡烛应远离凸透镜。 只有D正确。
做例题2，知
道凸透镜成像
【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
规律中像距、
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
物距的变化情
光屏的中心在同一高度。
况。
①如图甲所示，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”、“60～70cm”）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。
做例题3，提
高综合运用凸
透镜成像规律
分析解决问题
的能力。
③为了使光源更加比较稳定，发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色方格
板上替代蜡烛作为光源进行实验。当“F”形光源在35cm刻度处，在光屏上得到
清晰的像，应该是图丙中的______（填序号）。
【答案】①60~70cm ；②等大；③B。
【解析】①由图可知，物距u=40cm>2f，则成倒立、缩小的实像，
像距满足f<v<2f，即10cm<v<20cm，则光屏的位置应在60cm~70cm处。
②保持凸透镜位置不变，把蜡烛放在30cm刻度处，此时物距
u=20cm=2f，所以凸透镜成倒立、等大的实像，像距v=20cm.
③当“F”形光源在35cm刻度处，此时物距
2f>u=50.0cm-35.0cm=15.0cm>f
成倒立、放大的实像，成像时左右颠倒，上下相反。故B符合题意，ACD
不符合题意。
故选B。
学习新课 二、凸透镜成像规律的应用
【提问】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？
【利用ppt讲解】
1. 照相机
（1）照相机原理：物距u＞2f 时，成倒立、缩小的实像，像距 f＜v＜
2f。成像光路图：
根据实验结论
和上一节课所
学知识，找出
（2）照相机的调节
照相机、投影
①调节依据：凸透镜成倒立、缩小的实像时，物近像远像变大。 仪、放大镜的
②调节方法：像偏小，物体靠近相机，暗箱拉长，像偏大：物体远离相 工作原理，并
机，暗箱缩短。 会进行调节。
2. 投影仪
（1）投影仪原理：物距u：f＜u＜2f 时，成倒立、放大的实像，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
片远离镜头，投影仪靠近屏幕。
3. 放大镜
（1）放大镜成像原理：当物距u<f 时，凸透镜成正立、放大的虚像，虚
像与物体在同侧。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，
物体稍微靠近镜头，适当调节眼睛位置。
做例题4并解
【例题4】如图所示，甲是_________的工作原理图，乙是______的工作
析，知道照相
原理图。（选填“照相机”、幻灯机”或“放大镜”）
机、放大镜成
像的不同。
【答案】照相机，放大镜。
【解析】由图甲可知，物距大于二倍焦距，所以是照相机的工作原理。
图乙，蜡烛到凸透镜的距离小于焦距，此时在凸透镜的另一侧可以观察到
正立、放大的虚像，所以乙是放大镜的工作原理。
【例题5】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 做例题6并解
烛焰清晰的像。则（ ） 析，知道投影
仪成像的原理
与特点。
A．物距为40cm，像距为50.0cmB．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。
【解析】AB．由图示知，物距为 u=40.0cm-30.0cm=10.0cm
光屏到凸透镜的距离，即像距为 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。
学习新课 三、用作图法研究凸透镜成像规律
【过渡】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
通过光心的光线传播方向不改变；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通
过焦点；经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴。
2. 用作图法研究凸透镜成像规律
回忆凸透镜的
（1）物距大于2倍焦距，即u＞2f 时，成倒立、缩小的实像，像距v：
三条特殊光
f<v<2f 。
线。
（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。
会用作图法研
究凸透镜成像
的各种情况。
（3）物距u＜f 时，凸透镜成正立、放大的虚像。
注意仅用两条
光线也得出成
像的规律。（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。
做例题6，会
【例题6】请用作图法找出蜡烛火焰A点的像A′ 。
用作图法确定
透镜成像的特
点。
【答案】右图。
【解析】平行于主光轴的光线折射后过焦点，通过光心的光线传播方向不
变，两条折射光线交点即是A的像A′。
1．图记录了三次改变物距的成像情况，请用 A′、B′、C′分别对应标出物体在位置
A、B、C 时所成的像。
课 【答案】见下图。
【解析】物体在位置 A、B时，物距大于2倍焦距，凸透镜成倒立缩小的实像，且物
堂
距越大，像越小；物体在位置C时，物距大于1倍焦距小于2倍焦距，凸透镜成倒立放
练
大的实像。习
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 m
【答案】B.
【解析】摄像机的镜头相当于一个凸透镜，是利用了凸透镜成倒立、缩小的实像原
理，此时物距大于2倍焦距，即u＞2f，得出 f＜0.5m。所以选B。
3. 如图所示为某同学用放大镜观察挂图上的昆虫的情景，下列说法正确的是（ ）
A．此时人眼看到的是昆虫正立、放大的实像
B．此时人眼到放大镜的距离一定小于焦距
C．放大镜成像是因为光通过放大镜时发生了折射
D．该现象的成像原理与投影仪的成像原理相同
【答案】C
【详解】ABC．放大镜是利用凸透镜对光的折射成像，当物体在一倍焦距以内时，
课
成正立放大的虚像，物体到放大镜的距离一定小于焦距，人眼到放大镜的距离不一定小
堂 于焦距，故C正确，AB错误。
练 D．投影仪是利用物体在一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立放大的实像的原理，与放大镜不同，故D错误。
习
故选C。
4. 如图所示为商场中经常看到的广告投影灯及其内部结构示意图，各个方向都能看
到地面上的广告图标，这是发生了______反射。已知镜头焦距为12cm，则广告片到镜头
的距离应在_______ cm的范围内调节，为了在地面上得到更大的、清晰的广告图标像，
可将凸透镜适当________（靠近/远离）广告片。
【答案】漫，12⁓24 ，靠近.
【解析】商场中经常看到的广告投影灯及其内部结构示意图，各个方向都能看到地
面上的广告图标，这是发生了漫反射，将光线反射到各个方向。
摄影灯成的像是倒立放大的实像，已知镜头焦距为12cm，则广告片到镜头的距离应
在f~2f 范围内调节，即在12~24cm的范围内调节。
为了在地面上得到更大的、清晰的广告图标像，可将凸透镜适当靠近广告片，减小
物距，增大像距。
5. 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
【答案】D。
【解析】由图知，物距小于像距，此时光屏上成倒立、放大的实像，幻灯机或投影
仪利用了此原理，选项AB错误；成实像时，物远像近像变小，若将蜡烛向左远离凸透
镜，则应将光屏向左靠近凸透镜才能得到清晰的像，且像变小，选项C错误；透镜不
动，将蜡烛与光屏互换位置，根据光路的可逆性，光屏上仍能得到清晰的像，选项D正
确。6. 在探究凸透镜成像规律时，小捷用了9个红色的发光二极管按“F”字样镶嵌排
列在白色的板上代替蜡烛作光源，用平行光聚焦法测得凸透镜的焦距为10cm。
（1）凸透镜固定在光具座的零刻度线上，小捷将光源移至光具座30cm处后，再移
动光屏，至到如图所示位置，光屏上会出现清晰______（填“放大”、“缩小”或“等
大”）的实像；如果她将光源再远离凸透镜一些，这时光屏应向______（填“左”或
“右”）移动，以获得清晰的实像；
（2）如果将光源移至7cm处，凸透镜此时成的是放大的______（填“虚像”或“实
像”）
【答案】缩小，左，虚。
【解析】（1）凸透镜固定在光具座的零刻度线上，小捷将光源移至光具座30cm
处，所以此时物距u=30cm>2f
所以成倒立、缩小的实像。
若将光源远离凸透镜，则物距增大，根据凸透镜成像的规律得，像距要减小，所以
光屏要靠近凸透镜即向左移动，以获得清晰的实像。
（2）如果将光源移至7cm处，此时物距u=7cm<f
根据凸透镜成像的规律，所以成正立、放大的虚像。
第3节 凸透镜成像规律
一、实验目的：探究凸透镜成像的规律
二、实验器材：光具座（带刻度尺）、蜡烛、光屏、火柴、凸透镜（f=10cm）
三、实验步骤：（略）
板
四、实验结论：
书
①当u>2f时，成倒立缩小的实像，像距f<v<2f
设
②当u=2f时，成倒立等大的实像，像距v=2f
计
③当f<u<2f时，成倒立放大的实像，像距v>2f
④当u=f时，不能成像．
⑤当u<f时，成正立，放大的虚像，像距v>u
⑥物距增大时，像距减小，像变小；物距减小时，像距增大，像增大。
第3节 凸透镜成像的规律
物与像 光屏能
物距u 像的性质 像距v 应用
的位置 否承接
课
u>2f 倒立 缩小 实像 异侧 2f>v>f 能 照相机
堂小
u＝2f 倒立 等大 实像 异侧 v＝2f 能 测焦距
结
f<u<2f 倒立 放大 实像 异侧 v>2f 能 投影仪
u＝f 不成像
u<f 正立 放大 虚像 同侧 |v|>u 不能 放大镜
作
业
