初中物理人教版八年级上册第3节 凸透镜成像的规律教学设计

导

入

新

课

通过上节课的学习，我们知道照相机投影仪里面都有凸透镜，放大镜本身就是凸透镜。

照相机                    投影仪                        放大镜

同是凸透镜,但成的像都不一样，有大小、正倒和虚实的差异:

照相机：物体离镜头比较远，成倒立的、缩小的实像。

投影仪：物体离镜头比较近，成一个放大的、倒立的实像。

放大镜：物体离镜头很近，成放大的、正立的虚像。

为什么所成的像各不同？与什么有关系？是什么原因影响了凸透镜所成的像？这节课我们通过实验来探究。

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新课学习

提出问题：凸透镜成像的虚、实，大、小，正、倒跟物距有什么关系呢？

设计实验：

1.实验方案：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。

2.两个物理量：

物距：物体到透镜的距离简称为物距，用符号u表示。(如图所示)

像距：是指像到透镜的距离，用符号v表示。

3.实验器材：凸透镜、蜡烛、光屏、火柴、光具座。

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同一高度。（为了使烛焰的像成在光屏的中央）。

3.实验步骤：

（1）将凸透镜固定在光具座中间某刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f，移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒。同时测出此时的物距u和像距v。

（2）把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，使u=2f，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的实像。观察实像的大小和正倒。测量物距u和像距v。

（3）把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，使f＜u＜2f，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的实像。观察实像的大小和正倒。测量物距u和像距v。

（4）把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，使u=f，调整光屏到凸透镜的距离，看能否成像。

（5）把蜡烛向凸透镜移近，改变物距u，使u＜f，在光屏上不能得到蜡烛的像，此时成虚像，应从光屏这侧向透镜里观察蜡烛的像，观察虚像的大小和正倒。　

                             像与物距的关系        凸透镜的焦距： f= 10 cm

分析与与论证

分析上表的记录，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：凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？成实像时，物像在透镜的什么位置？虚像呢？

4．像的放大与缩小的条件：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．像的大小变化：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？

6．实像和虚像有什么不同？

学生交流讨论，归纳：

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。二倍焦距内外分大小。

3．实像必异侧倒立，虚像必同侧正立。

4．u＞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。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，像越小，物体距离透镜越远，像越大。即成虚像时，物近像小，物远像大。物体越靠近焦点像越大。

6．实像是实际光线的交点，可以在光屏上呈现，虚像是光线的反向延长线的交点，不能在光屏上呈现。实像可以是缩小的，也可以是放大的，虚像一定是放大的。

【记忆口诀】

一倍焦点分虚实，二倍焦点分大小，二倍焦点物像等。

实像总是异侧倒。物近像远像变大，物远像近像变小。

虚像总是同侧正。物远像远像变大，物近像近像变小。

像的大小像距定，像儿跟着物体跑，物距像距和在变。

课堂小结

课堂练习 

1.（2020 北京）某同学利用焦距为y1的凸透镜做了三次实验，透镜、蜡烛、光屏所在位置以及光屏上得到清晰像的情况如图所示。

(1)由图所示的实验现象可知：随着物距的不断变小，像距和像的大小变化情况是______；

(2)在图乙所示的实验中，只将凸透镜换为焦距为f1的凸透镜（f1< y1），为在光屏上得到清晰的像，光屏应向______侧移动。

【答案】    (1). 都变大    (2). 左

【解析】(1)[1]观察甲、乙、丙三个图的实验现象发现，凸透镜位置不变，蜡烛靠近凸透镜时，即物距缩短，光屏远离凸透镜，即像距变大，且光屏上成的像变大。

(2)[2]由图乙可知成的是倒立、放大的实像，此时物距大于一倍焦距且小于两倍焦距，像距大于两倍焦距，即：   

只将凸透镜换为焦距为f1的凸透镜（f1< y1），焦距变小了，相当于物距变大，要想在光屏上得到清晰的像，应该将光屏向左移动。

2.（2020 广东省）如图所示，点燃的蜡烛及焦距为15cm的凸透镜固定在光具座上，要在光屏上承接到烛焰______（选填“正立”或“倒立”）、放大的清晰实像，需将光屏向______（选填“左”或“右”）移动；一段时间后， 蜡烛变短了，烛焰在光屏上成的像会向______（选填“上”或“下”）移。

【答案】    (1). 倒立    (2). 右    (3). 上

【解析】[1]由图知，物距为：

根据凸透镜成像的规律知，此时成倒立的、放大的实像；此时像距，应大于，故需将光屏向右移动。

[3]根据凸透镜成像的规律知，蜡烛变短了，烛焰在光屏上成的像会向上移。

3.（2020 黑龙江龙东地区） 在“探究凸透镜成像规律实验”中，当物距为20cm时，在光屏上呈现一个倒立等大的实像。该透镜的焦距是______cm， 当物距为15cm时，可在光屏上呈现一个倒立______的实像。

【答案】    (1). 10  ；  (2). 放大

【解析】[1]在光屏上呈现一个倒立等大的实像时，物距等于像距等于2倍焦距，所以该凸透镜的焦距是物距的一半为10cm。

[2]当物距为15cm时，在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、放大的实像。

（2020 黑龙江省龙东地区）在“探究凸透镜成像规律”的实验中，将凸透镜正对着太阳，在距凸透镜15cm处得到一个最小、最亮的光斑，则该凸透镜的焦距为_____cm；若将一个物体放在此透镜前40cm处，可在透镜另一侧光屏上得到一个倒立_____（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像．

【答案】   (1). 15  ；  (2). 缩小

【解析】将一个凸透镜正对太阳，可在距凸透镜15cm处得到一个最小、最亮的光斑．可知蜡烛正好放在凸透镜的焦点上了，则该凸透镜焦距为15cm；将一物体放在此透镜前40cm处， 40cm＞2f，成倒立、缩小的实像．

4. （2020贵港市）将凸透镜和蜡烛、光屏安装到光具座上位置如图所示，此时光屏上得到清晰的像，下列说法正确的是（    ）

A. 此时光屏上的像是放大、正立的虚像

B. 此时成像情况符合投影仪成像原理左右

C. 保持凸透镜的位置不动，向右移动蜡烛并调整光屏到适当的位置，当光屏上再次得到清晰的像时，这个像一定是缩小的像

D. 保持凸透镜的位置不动，向左移动蜡烛，则光屏一定要向左调整位置才能得到清晰的像

【答案】D

【解析】AB．由图可知，物距大于像距，即：u＞2f，2f＞v＞f

成倒立、缩小的实像，是照相机的成像原理，故AB错误；

C．凸透镜成实像时有物近像远像变大的特点，保持凸透镜不动，向右移动蜡烛并调整光屏到适当的位置，当光屏上再次得到清晰的像时，像将变大，故C错误；

D．保持透镜的位置不动，向左移动蜡烛，物距增大，像距减小，像变小，需要将光屏也向左移动才能得到清晰的像，故D正确。故选D。

5.（2020 河北省）在探究凸透镜成像的实验中，蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示，烛焰在光屏上恰好成一清晰的像。下列说法正确的是（　　）

A．凸透镜的焦距是20cm 

B．将蜡烛和光屏都向右移动，光屏上可成清晰的像，该成像规律应用在照相机上 

C．在贴近凸透镜的左侧放置一眼镜片，只向左移动光屏，可在光屏上成清晰缩小的像，该镜片对光起发散作用             

D．用f＝15cm的凸透镜替换图中透镜，只向右移动光屏，可在光屏上成清晰的像

【答案】D

【解析】A、由图可知u＝50cm﹣30cm＝20cm，光屏上得到一个清晰等大的实像，则u＝2f＝20cm，解得f＝10cm，故A错误；

B、将蜡烛和光屏都向右移动，光屏上可成清晰的像，物体处于一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立、放大的实像，投影仪就是利用该原理制成的，故B错误；

C、贴近凸透镜的左侧放置一眼镜片，只向左移动光屏，说明透镜对光线有会聚作用，在光屏上成清晰缩小的像，故C错误；

D、用f＝15cm的凸透镜替换图中透镜，物距＝20cm，f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像，像距大于2倍焦距，向右移动光屏，可在光屏上成清晰的像，故D正确。故选：D。

6.（2020 河南省）小明和小亮用如图所示的装置探究凸透镜成像的规律。

(1)实验前将烛焰、凸透镜和光屏的中心调至同一高度，目的：______；

(2)如图所示，光屏上呈现一个清晰的像保持凸透镜位置不变，将蜡烛向左移动一段距离，要再次在光屏上得到清晰的像，应将光屏向______移动，像的大小将变______；

(3)小亮认为：凸透镜成实像时，不但像与物上下是颠倒的，而且左右也是相反的。请你设计一种简单的方法验证小亮的观点______。

【答案】    (1). 确保蜡烛火焰的像成在光屏的中央    (2). 左    (3). 变小    (4). 将蜡烛换成字母“F”的LED灯

【解析】(1)[1]三心同高的目的是确保蜡烛火焰的像成在光屏的中央。

(2)[2][3]物远像近像变小，所以光屏左移，像变小。

(3)[4]将蜡烛换成字母“F”的LED灯，光屏上可以呈现上下左右都相反的像，即可证明。

7.（2020 黄石市）实验：某实验小组做“探究凸透镜成像规律”的实验。

(1)为使凸透镜所成的像便于观察，该实验的环境光线应该较______（选填“暗”“亮”）为好；

(2)调节好蜡烛、凸透镜、光屏位置，如图所示，在光屏上看到烛焰清晰的像，______（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）与此时成像原理相同；

(3)把蜡烛稍稍竖直上移，光屏上烛焰的像会竖直______（选填“上”“下”）移；

【答案】   (1). 暗    (2). 照相机    (3). 下   (4). 左端零刻度线  (5). 左  (6). 右    (7). 32    (8). 38.4    (9). 1.2×103

【解析】(1)[1]凸透镜成像时，烛焰比较亮，实验环境应该比较暗，这样对比度比较大，蜡烛的像会更加清晰。

(2)[2]由图可知，物距大于像距，且光屏上能成实像，由凸透镜成像规律可知，此时成倒立缩小的实像，照相机是根据这个原理制成的。

(3)[3]凸透镜成倒立的实像，像和物体的移动方向恰好相反，把蜡烛稍稍竖直上移，光屏上烛焰的像会竖直下移。

板

书

设

计

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．实验原理：光的折射

三．实验器材：光具座（带刻度尺）、蜡烛、光屏、火机、凸透镜（f=10cm）

四．实验步骤：

五．实验结论：

1、当u>2f时，成倒立缩小的实像，像距f<v<2f  ．
2、当u=2f时，成倒立等大的实像，像距v=2f

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。

布

置

作

业

【必做题】　

教材第99页动手动脑学物理的1、2、3、4题.。

【选做题】　

教材第99页动手动脑学物理的5、6题.

课

后

反

思

凸透镜成像规律是学生学习的难点，也是重点。老师可先在教室里演示一遍凸透镜成像规律，学生再到实验室做实验，进行实验的验证。虽然学生对凸透镜成像已有初步的感性认识基础，但是由于凸透镜成像探究实验涉及的实验器材多、记录的数据多、操作过程复杂，还有相关的概念多，如焦距、物距、像距、实像、虚像等概念，凸透镜成像实验探究操作及数据分析历来是教学难点。

在“分析与论证”环节，学生在教师引导下对实验记录表格中数据进行分析，寻求凸透镜成像的规律。大部分学生通过交流讨论可以发现“凸透镜成不同的像时，物距与像距所满足的关系”，但是学生很难发现“凸透镜成不同的像时，物距与焦距的关系”。利用口诀加强学生的理解和记忆。