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第 20 课 凸透镜成像规律
目标梳理
学习目标 重点难点
1.理解凸透镜成像的规律。 教学重点：组织设计探究凸透镜成像的规律
2.知道凸透镜成放大、缩小实像和成虚像的 教学难点：指导学生在探究过程中，建立实验和物
条件。 理模型之间的联系；凸透镜成像性质的描述。
知识梳理
一、探究凸透镜成像的规律实验
实验过程中将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在
；把凸透镜放在光具座中央，调整光屏到透镜的距离即 ，使烛焰在光屏上成一个 的像，
测量物体到透镜的距离即 距，并观察像的 、 情况.
二、凸透镜成像规律总结物距(u)与
像的 像距(v)与焦
焦距(f) 像的正倒 像的大小 像的位置 应用
虚实 距(f)的关系
的关系
u>2f 倒 立 缩 小 实 像 透镜 异 侧 f < v < 2 f 照相机
倒立 等大 实像 异 v=2f
u=2f 透镜 侧 ——
f<u<2f 倒 立 放 大 实 像 透镜 异 侧 v > 2 f 投影仪
不成像
u=f
u<f 正 立 放 大 虚 像 透镜 同 侧 放大镜
答案：同一高度上 像距 清晰 物 大小 正倒
重点梳理
考点1 对实验操作过程的理解
1.凸透镜成像时的三个物理量
（1）焦距：凸透镜的焦点到关心的距离，用 表示；
（2）物距：物体到凸透镜光心的距离，用 表示；
（3）像距：像到透镜光心的距离，用 表示；
2.实验：探究凸透镜成像的规律（像的大小、正倒、虚实）
（1）实验器材：凸透镜（ ）、蜡烛、光屏、光具座（带刻度尺）
（2）实验装置：调节烛焰、透镜、光屏的中心，使它们的三者中心在同一高度上（共轴调节，为了使
烛焰的像成在光屏的中央）。
注意：不能说成是三者中心在同一直线上。（3）进行实验：
①把蜡烛放在距凸透镜光心 大于二倍焦距 的地方，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的
像，观察并记录像的大小和正倒，同时测出此时的物距和像距。
注意语言的叙述方式：明亮、清晰。
②把蜡烛向凸透镜方向移动，让蜡烛与凸透镜光心的距离 等于二倍焦距 ，移动光屏，直到光屏上出
现明亮、清晰的烛焰的像，观察并记录此时像的大小和正倒，并测出此时的物距和像距。
③把蜡烛再靠近凸透镜，让蜡烛与凸透镜光心的距离 在一倍焦距和二倍焦距之间 ，移动光屏，直到
光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察并记录此时像的大小和正倒，测出此时的物距和像距。
④将蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛 在凸透镜的焦点上 ，移动光屏，观察光屏上是否能成像。
⑤把蜡烛移动到 凸透镜的 1 倍焦距以内 ，移动光屏，观察光屏上是否能成像。如果不能，可以从光
屏这一侧透过凸透镜用眼晴直接观察像的特点，并记录，在1倍焦距之内改变物距，多次实验。
（4）实验数据和记录结果
实验次序 物距 /cm 像距 /cm 像的性质
物距 和焦距 的关系
1 60 12 倒立、缩小的实像
2 30 15 倒立、缩小的实像
3 20 20 倒立、等大的实像
4 15 30 倒立、放大的实像
5 12 60 倒立、放大的实像
6 10 不成像7 8 正立、放大的虚像
8 6 正立、放大的虚像
（5）分析论证
物距 光路分析图示 像距 成像特点 像与物相对 应用
透镜的位置
倒立、缩小的实像 异侧 照相机
倒立、等大的实像 异侧 测焦距
倒立、放大的实像 异侧
投影仪
幻灯机
正立、放大的虚像 同侧 放大镜
（6）实验结论：口诀：凸透镜成像规律（实像）
一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；物远像近像变小，物近像远像变大。
（7）归纳总结
（1）凸透镜所成的实像都是倒立的，且物、像位于凸透镜的两侧；凸透镜所成的虚像都是正立的，且物、
像位于凸透镜的同侧。
（2）—倍焦距处是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。
（3）二倍焦距处是成放大实像和缩小实像的分界点，当物距大于二倍焦距时成缩小实像，当物距等于二
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。
（4）凸透镜成实像时，随着物距的变小，像和像距都变大；凸透镜成虚像时，随着物距的变小，像和像
距都变小。（物近像近像变小）考点2 凸透镜成像规律考点的综合解读
1.实验中光屏上不能成像的原因
①蜡烛在1倍焦距内，凸透镜成虚像，不能呈现在光屏上。
②蜡烛在焦点上，凸透镜没有成像。
③蜡烛到凸透镜的距离稍大于1倍焦距，成像在很远的地方，光屏无法移动到该位置。
④蜡烛、凸透镜、光屏三者中心不在同一高度，像不在光屏上。
2.凸透镜成像规律的应用
用照相机照相时，要使胶片上的像大一些，应使被照物体离镜头近一些，同时使胶片离镜头远一些，
即镜头前伸。（成实像：物近像远像变大）
使用投影仪时，要使屏幕上的像小一些，应使投影片离镜头远一些，同时屏幕离镜头近一些。（成实
像：物远像近像变小）
使用放大镜观察物体时，要想让被观察物体大一些，应使被观察物体离放大镜稍远一些。（成虚像：
物远像远像变大）
3.高斯成像公式（选学）
透镜成像的物距 、像距 和焦距 之间的关系还可以用公式定量表示出来：
4.当透镜被纸遮住一部分以后，所成的像有什么变化？如图所示，能成完整的像，只是像的亮度变暗了。
5.像不在光屏中央位置，如何调节？
当光屏上的像偏上时，有三种调节方法：（方法：烛焰、透镜中心、烛焰的像三者在一条线上）
①将光屏上调；②将凸透镜下调；③将蜡烛上调。
6.光屏上能成清晰像时，对调蜡烛和光屏的位置，光屏上仍能成清晰的像（光路可逆）
7.焦距的测量及判断
①用平行光垂直照射到凸透镜上，在凸透镜的另一侧用光屏承接到最小最亮的点，这个点到凸透镜光
心的距离即为焦距；②一定蜡烛和光屏，是光屏上成倒立、等大的实像，此时物距等于二倍焦距（
）
8.凸透镜成像和平面镜成像的区别
凸透镜可以成实像，也可以成虚像，平面镜成的是虚像。除了正立倒立的区别以外，还有一个不同：
平面镜成的虚像是“翻转”（数学里的轴对称），正立是正立，但左右相反，相对位置发生了改变；
凸透镜成的实像是“旋转”（数学里的中心对称），相对位置没发生改变；
凸透镜成的虚像，左右不相反，相对位置没发生改变。
1.小明同学在第二届农博会上用数码相机拍摄下了同一个新品种彩色花菜的两张照片。如图所示，结合图片分析，下面说法不正确的是（ ）
A.照相机的镜头与老花镜属于一类透镜
B.凸透镜能成缩小的实像是照相机的工作原理
C.在物距相同的情况下，拍摄乙照片时，照相机的镜头需要伸出来一些
D.在物距相同的情况下，拍摄乙照片时，照相机的镜头需要缩进去一些
【解析】A、照相机的镜头是凸透镜，老花镜也是凸透镜，属于同一类透镜，故A正确。
B、u＞2f，成倒立、缩小的实像，2f＞v＞f，应用于照相机和摄像机。故B正确。
CD、照相机是利用凸透镜成倒立缩小实像的原理工作的。在物距不变的条件下，乙照片中彩色菜花大
些，则拍摄乙照片时镜头的焦距需调得大些，即照相机的镜头需要伸出来一些，故D错误、C正确。
本题选错误的；
故选：D。
2.如图所示，通过图装置“探究凸透镜成像规律”，当蜡烛凸透镜和光屏如图所示时，光屏上成清晰的像。
下列说法正确的是（ ）
A.由图可知凸透镜的焦距是15cm
B.图的成像特点与投影仪成像原理相同
C.图中在透镜左侧“戴”上近视镜，光屏向右移动才能得到清晰的像D.用遮光板挡住透镜的上半部，光屏上只出现像的下半部分
【解析】AB、由图可知，此时的物距大于像距，成倒立、缩小的实像，其应用是照相机；则u＝45cm
＞2f，f＜15cm＜2f，则7.5cm＜f＜15cm，故AB错误；
C、图中在透镜左侧“戴”上近视镜，近视镜是凹透镜，凹透镜对光线有发散作用，所以需要增大像距，
才能在光屏上呈现清晰的像，故光屏向右移动，故C正确；
D、挡住了透镜上半部分，光能通过下半部分会聚成像，只是光线变少了，能成一个变暗的完整的像，
故D错误。
故选：C。
3.在探究凸透镜成像规律时，记录实验数据并绘制了物距u和像距v之间的关系图象如图所示，下列说法
正确的是（ ）
A.该凸透镜的焦距是16cm
B.当u＝8cm时，在光屏上得到放大的像
C.实验过程中移动光屏，只要光屏上观察到像就可以直接利用光具座上的刻度尺读取此时物距所对应的
像距大小
D.当物体从距凸透镜16cm处移到10cm处的过程中，其所成像逐渐变大
【解析】A、当u＝v＝2f时，凸透镜成倒立、等大的实像，如图，u＝v＝2f＝16cm 时，所以f＝8cm，
故A错误；
B、当u＝8cm时，u＝f，凸透镜不成像，故B错误；
C、实验过程中移动光屏，只有在光屏上观察到清晰的像时，才可以测量物距和像距的大小，故C错误；D、当物体从距凸透镜16cm处移动到10cm处的过程中，物距始终大于焦距，即物距变小，像距应该变
大，像变大，故D正确。
故选：D。
4.实验室备有序号为1、2、3的三个凸透镜，三个实验小组分别用这三个凸透镜探究凸透镜成像规律。实
验时，当蜡烛到透镜的距离都为 20cm时，1、2、3三个分别成缩小的实像、放大的虚像、放大的实像，
则这三个透镜的焦距f 、f 、f 的大小关系为（ ）
1 2 3
A.f ＞f ＞f B.f ＞f ＞f C.f ＞f ＞f D.f ＞f ＞f
2 3 1 1 2 3 2 1 3 3 2 1
【解析】物距相同，1凸透镜成倒立、缩小的实像，u＞2f ，所以f ＜ ＝ ＝10cm；
1 1
2凸透镜成正立、放大的虚像，u＜f ；所以f ＞u＝20cm；
2 2
3凸透镜成倒立、放大的实像，2f ＞u＞f ，所以20cm＝u＞f ＞ ＝ ＝10cm；
3 3 3
所以，f ＞f ＞f 。
2 3 1
故选：A。
5.如图所示，在“探究凸透镜成像规律”的实验中，凸透镜焦距是10cm，蜡烛放在A处，位于C处的光屏
（图中未画出）上得到了清晰的像；保持透镜位置不变，将蜡烛移到B处，移动光屏再次得到清晰的像。
关于光屏移动的方向和移动距离L屏 与蜡烛移动距离L烛 的大小关系，正确的是（ ）
A.向右移动光屏，L屏 ＜L烛 B.向左移动光屏，L屏 ＜L烛
C.向左移动光屏，L屏 ＞L烛 D.向右移动光屏，L屏 ＞L烛
【解析】将蜡烛放在A处时，此时的物距大于二倍焦距，光屏上得到了清晰的缩小像：保持透镜位置不
变，向右移动蜡烛至B处，物距等于二倍焦距；光屏上得到清晰的放大像，像变大，则像距变大，由于实像与成像物体位于凸透镜的两侧，光屏应向右移动；
在物距大于像距时，移动蜡烛，蜡烛移动的距离要大于像移动的距离，即L屏 ＜L烛 ；故A正确。
故选：A。
6.在做“探究凸透镜成像规律”的实验中，某小组同学利用图甲测出了透镜的焦距后，正确安装并调节实
验装置如图乙所示，在光屏上得到一个清晰的像。下列说法正确的是（ ）
A.乙图中将透镜向左移动适当的距离，光屏上可以得到一个清晰的放大的像
B.若乙图中的透镜上有一个小飞蛾，则光屏上会得到一个飞蛾倒立缩小的像
C.在乙图中保持凸透镜的位置不变，将蜡烛与光屏的位置互换，光屏上不能得到清晰的像
D.图乙的成像情况符合投影仪的原理
【解析】由图甲可知，这枚凸透镜的焦距为10cm；
A.乙图中将透镜向左适当移动时，物距减小，当物距大于凸透镜的 1倍焦距且小于2倍焦距时，光屏上
可以得到一个清晰的放大的实像，故A正确；
B.若乙图中的透镜上有一个小飞蛾，则光屏上还会得到一个烛焰完整的像，只不过烛焰发出的光有部分
被飞蛾挡住，所以像的亮度相比较从前要暗一些，故B错误；
C.在乙图中保持凸透镜的位置不变，将蜡烛与光屏的位置互换，由光路的可逆性可知，此时光屏上能得
到烛焰放大的实像，故C错误；
D.图乙的成像情况符合照相机的工作原理，都是利用凸透镜成倒立、缩小的实像，故D错误。
故选：A。
7.现代生活，智能手机给人们带来了许多便利，但长时间盯着手机屏幕，容易导致视力下降。图中关于近视眼及其矫正的原理图正确的是（ ）
A.甲和丙 B.甲和丁 C.乙和丙 D.乙和丁
【解析】甲图成像在视网膜之后，是远视眼的成因；乙图成像在视网膜之前，是近视眼的成因；丙图佩
戴凸透镜，是远视眼的矫正；丁图佩戴凹透镜，是近视眼的矫正。故D符合题意。
故选：D。
8.在“探究凸透镜成像规律”的实验中：
（1）小明正确安装并调节实验装置后，各元件位置如图所示，此时在光屏上得到一个清晰的像。生活
中的 （填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一原理工作的。
（2）接着小明在不改变各元件位置的情况下，将原凸透镜更换成一个焦距稍小的凸透镜，发现光屏上
的像变模糊，这是在模拟 （选填“近视眼”或“远视眼”）的形成原因；此时，在不改变“F”
光屏和凸透镜（包括位置）的情况下，要使光屏上得到清晰的像，应将光屏向 （选填“靠近”
或“远离”）透镜的方向移动。
（3）小明完成实验后，又找来一个装有水的圆柱形玻璃瓶，把“F”光屏放在玻璃瓶的一侧，透过瓶和
水可以看到“F”，如图所示（圆圈中的“F”与光屏上的“F”实际大小相等）。将“F”光屏由靠近
玻璃瓶的位置向远处慢慢移动的过程中，他所看到的像可能是 。【解析】（1）由图可知，物距大于像距，成倒立、缩小的实像，是照相机的工作原理；
（2）将原凸透镜更换成一个焦距稍小的凸透镜，光线会提前会聚成像，相当于近视眼的成因；由于像
距变小，要使光屏上得到清晰的像，光屏应靠近凸透镜，减小像距；
（3）将“F”光屏由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动的过程中，开始物距小于焦距，成正立放大的像；
物距变大，像距会变小，像会变小；由于玻璃瓶上下粗细相同，所以其所成的像是左右颠倒，上下不颠
倒的，即其上下的大小是相同的，故D图是正确的。
故答案为：（1）照相机；（2）近视眼；靠近；（3）AD。
