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第五章 透镜及其应用（原卷版）
课时5.3 凸透镜成像的规律
2022年课程标准 物理素养
物理观念：凸透镜成像规律，凸透镜成像规律的应用。
2.3.5 了解凸透镜对光的会聚作
科学思维：通过实验探究，知道凸透镜成像的规律。
用和凹透镜对光的发散作用。探
科学探究：探究凸透镜成像的规律。
究并了解凸透镜成像的规律。了
科学态度与责任：经历探究过程，提升对证据的分析和论证能力。
解凸透镜成像规律的应用。
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。
知识点一、凸透镜成像规律
问 题
通过前面的学习，我们已经看到了形形色色的凸透镜成像情况。凸透镜成像究竟有什么规律呢?
1.探究凸透镜成像的规律
（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30cm；
②像距v：像到透镜光心的距离。如图所示，像距为60cm；
③焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。
（2）实验-探究凸透镜成像的规律
照相机和投影仪都成倒立的实像，所不同的是:物体通常离照相机的镜头比较远，
成缩小的实像;物体离投影仪的镜头比较近，成放大的实像。物体离放大镜比较近，成
提出问题 放大、正立的虚像。可见，像的虚实、大小、正倒与物体离凸透镜的距离(物距)有关
系。
像的虚实、大小、正倒与物距有怎样的关系呢?
为探究凸透镜成像的规律，我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移
实验思路 近(图5.3-1)，把每次观察到的物距以及像的虚实、大小、正倒等情况都记录在表格
中，比较实验数据，看看像的虚实、大小、正倒与物距有什么关系，寻找其中的规律。实验器材 光具座、发光二极管、凸透镜、光屏等
用发光二极管作为发光物体，一块白色的硬纸板作为光屏，调节发光物体、透镜和光
屏，使它们的中心高度相同，研究发光物体的成像情况(图5.3-2)。
把发光物体放在较远处，移动光屏，使光屏上呈现清晰的实像。观察实像的大小和正
倒，测出物距和像距(像到凸透镜的距离)。
把发光物体向凸透镜移近几厘米，放好后重复以上操作。
继续向凸透镜移动发光物体并调整光屏的位置，重复以上操作，你总能在光屏上得到
发光物体的像吗?当在光屏上看不到发光物体的像时，可以撤去光屏，从光屏一侧向凸透
镜方向看去，观察发光物体的像。此时发光物体和它的像在什么位置?
实验过程与
把实验中得到的数据和观察的结果填入下表。每个小组可以自己选择适当的物距，并
收集证据
与各小组共享测量的数据。
像与物距的关系 凸透镜的焦距f= 1 0 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 25 实像 缩小 倒立 16.7
3 20 实像 等大 倒立 20
4 16.7 实像 放大 倒立 25
5 15 实像 放大 倒立 30
6 10 不成像
7 6 正立 放大 虚像 ——
8 4 正立 放大 虚像 ——
分析上表的记录，回答下列问题，找出凸透镜成像的规律。
分析论证 1.像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？
2.像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的实像？在什么条件下成放大的实像？有没有缩小的虚像？
3.像的正倒：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？
由于凸透镜对光的偏折程度与透镜的焦距f有关系，因此在描述物距和像距的数据
时，建议用焦距f作为参照距离，这样或许更有利于凸显凸透镜成像的规律。
归纳结论
（1）焦点是成实像和虚像的分界点。当物距大于一倍焦距时，成实像；当物距小
于一倍焦距时，成虚像；当物距大于一倍焦距时，不成像；
（2）二倍焦距是成放大实像还是缩小实像的分界点。当物距大于二倍焦距时，成
缩小的实像；当物距大于二倍焦距时，成等大的实像；当物距大于一倍焦距小于二倍焦
距时，成放大的实像；
（3）凸透镜成实像都是倒立的，且像、物位于凸透镜的两侧；凸透镜成虚像时，
都是正立的，且像、物同侧；
实验表明：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
得出结论
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。这就是凸透镜成像
的规律。
（1）调整发光二极管、透镜、光屏三者的中心在同一高度，目的是让发光二极管的像
成在光屏的中央；
（2）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发光二极管的像。
发生这一现象可能原因有哪些？
可能原因有：①发光二极管、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上；②发光二极管的位
置在透镜的一倍焦距以内；③发光二极管的位置在透镜的焦点上；④当成放大的实像
评估与交流 时，像距较大，光具座长度不够。
（3）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到发光二极管的像有什么变化？
光屏上像的性质不变，还是完整的，但亮度会变暗些。
（4）成实像时，将发光二极管和光屏调换位置时，在光屏上仍能成实像。原因是：光
路可逆。
（5）发光二极管比蜡烛的优势：发光二极管亮度更亮，光源稳定，成像稳定。
（6）发光二极管的形状的要求：选择上下、左右都不对称的形状。
（23-24八年级下·云南昆明·期末）小刚同学利用凸透镜、光具座、“F”形电光源、光
屏等器材“探究凸透镜成像规律”。实验装置如图所示。（1）“小刚同学测量凸透镜焦距的实验如图甲所示，则此凸透镜的焦距为 cm；
（2）组装器材时，小刚同学将“F”形电光源、凸透镜和光屏依次安装在光具座上后，接下来应先调节三
者的中心在
（3）当各器材位置如图乙所示时，光屏上有了最清晰的像（像未画出）。此时若保持凸透镜的位置固定
不动，将“F”形电光源移到光具座的35cm处时，光屏移动到 cm处，光屏上才能承接到最
清晰的像，生活中 （选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是应用了这个成像规
律制成的。
（4）实验中利用“F”形电光源而不用蜡烛，二者相比，利用“F”形电光源除环保外，还具有的优点是
。（写出一点即可）
（5）在探究了凸透镜成像规律后，小刚同学联想到摄影师拍摄荷叶上的青蛙时的情景，如下图所示。拍
摄时人需要保持静止不动，通过“变焦镜头”使青蛙的像变大或变小。于是利用上图中的器材探究“像
的大小与焦距的关系”。
①为了完成该实验探究，除了增加刻度尺外，还需增加的器材是 ；
②该探究在多次实验中必须保持 不变。移动光屏待像最清晰时，用刻度尺测出像的高度，
并记录数据。下表是小刚同学多次实验记录的数据。
实验次
1 2 3 4 5 6
数
焦距/cm 4 6 8 10 12 14
像高/cm 1.5 2.5 3.6 4.8 6.3 8.0
根据数据可以得出结论：上述情景中，用相机拍照时， 。
2.对凸透镜成像的规律理解
（1）静态规律
物距 u 与焦 像的性质 像距v与焦 相对凸透镜的位
应用
距f的关系 正倒 大小 虚实 距f的关系 置
u>2f 倒立 缩小 实像 f2f 与物异侧 投影仪
u=f 不成像
u2f。
（4）物距u=f 时，不成像。
（3）物距u＜f 时，凸透镜成正立、放大的虚像。
问题一：探究凸透镜成像的规律常考考查点
（1）调整烛焰、透镜、光屏三者的中心在同一高度，目的是让烛焰的像成在光屏的中央；
（2）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？
可能原因有：①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上；②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以
内；③蜡烛的位置在透镜的焦点上；④当成放大的实像时，像距较大，光具座长度不够。
（3）用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像有什么变化？
光屏上像的性质不变，还是完整的，但亮度会变暗些。
（4）成实像时，将蜡烛和光屏调换位置时，在光屏上仍能成实像。原因是：光路可逆。
（5）发光二极管比蜡烛的优势：发光二极管亮度更亮，光源稳定，成像稳定。
（6）发光二极管的形状的要求：选择上下、左右都不对称的形状。
（7）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？
像将会向上移动。调节方法：①将光屏向上移动；②将蜡烛向上移动；③将透镜和光屏向下调节。
【典例1】（2024·青海·中考真题）如图甲所示，是天宫课堂中航天员王亚平讲授“水球光学实验”
时的场景，受此影响“飞天”兴趣小组利用如图乙所示的实验装置展开了“凸透镜成像规律”的探究实
验。
（1）图甲中水球相当于一个 ，它对光具有 作用；
（2）王亚平所成的像是倒立、缩小的 像，生活中 （选填“照相机”“投影仪”或“放大
镜”）就是利用这一原理工作的；
（3）图乙中凸透镜的焦距为15cm，当蜡烛从10cm处移动至30cm处时，为了再次得到清晰的像，光屏
应 （选填“远离”或“靠近”）凸透镜，且所成的像是倒立、 的实像；
（4）如果将蜡烛换成如图丙所示的“F”字光源，其优点是： （只写一条即可）。
【变式1-1】（23-24八年级下·陕西宝鸡·期末）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，小明用高为
4cm的发光体（由发光二极管组成）作为物体，把凸透镜固定在如图甲所示的光具座50cm刻度线处不动。
下表是小明记录的凸透镜成实像时的部分实验数据：
次
物距/cm 像距/cm 像高/cm
数
1 30.0 15.0 2.02 20.0 4.0
3 15.0 8.0
（1）实验前需要调整发光体、凸透镜和光屏的中心在 ，目的是 ，分析表中数据可知，实验
中所用凸透镜的焦距为 cm；
（2）根据实验的数据推测，当把物体放在光具座“0”刻度线处时，保持透镜位置不变，物体通过凸透镜
所成实像的高度 （选填“大于”“小于”或“等于”）2.0cm；
（3）小明用如图乙所示的LED发光灯制成的“F”字样的光源替换图甲中的物体，保持物体和凸透镜的位
置如图甲不变，移动光屏又一次找到了清晰的像，从左向右观察光屏，该像可能是图丙中的 （选
填字母），该成像规律与 （选填“投影仪”或“照相机”）原理相同；另外请你分析小明用“F”
型光源代替原发光物体完成实验的优点是 ；
（4）若将该凸透镜换成焦距为30.0cm的凸透镜，物体和凸透镜的位置如图甲并保持不变，无论怎样在光
具座上移动光屏，光屏上都不能得到清晰的像，原因是
【变式1-2】（23-24八年级下·陕西渭南·期末）同学们在做“探究凸透镜成像规律”的实验。他们选
用多个LED灯制成字母“F”作为发光物体，用标有格子的白色板作为光屏，已知凸透镜的焦距为10cm，
实验装置如图所示。
（1）用LED灯代替烛焰的好处是 。
（2）当LED灯位于如图所示位置时，在光屏上得到一个清晰的像，生活中的 就是利用这个原理制
成的。保持凸透镜位置不变，要使光屏上的像变大，应该如何调节IED灯和光屏？ 。
（3）若保持LED灯与凸透镜位置不变，只将光屏沿远离凸透镜方向移动一小段距离，要想在光屏上再次
得到LED灯清晰的像，应在LED灯与凸透镜之间添加一个合适的 （选填“近视”或“远视”）镜
片。
（4）再把LED灯移到8cm处，无论怎样调节光屏，光屏上始终接收不到像，是因为此时成的是正立、放大的 像，要想看到这个像，同学们观察的方法应是： 。
问题二：凸透镜成像规律的应用
【角度1】生活中的应用
1.凸透镜成像的规律
物距 u 与焦 像的性质 像距v与焦 相对凸透镜的位
应用
距f的关系 正倒 大小 虚实 距f的关系 置
u>2f 倒立 缩小 实像 f2f 与物异侧 投影仪
u=f 不成像
u2f，f2f；
（4）当不成像时，u=f；
（5）当成正立、放大虚像时，u
