人教版八年级上册第3节 凸透镜成像的规律学案

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【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、凸透镜、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同一高度，目的是使像成在光屏的中央。光屏的作用是承接并显示凸透镜所成的实(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）
【合作探究】
一、探究凸透镜成像的规律
【提出问题】凸透镜成像的虚、实，大、小，正、倒跟什么因素有关？有什么关系？
【猜想假设】照相时物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离大，而使用投影仪时，物体到凸透镜的距离比像到凸透镜的距离小。看来像是放大的还是宿小的，跟物体和像相对凸透镜的距离有关。无论照相机还是投影仪，物体和所成的像分居在凸透镜的两侧，而通过放大镜观察物体，物体和像在透镜的同一侧，像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。
【设计实验】
1. 实验方案：
①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物距：物体到透镜的距离，用符号u表示。
像距：像到透镜的距离，用符号v表示。
2. 实验器材：光具座、凸透镜、蜡烛、光屏、火柴。

3. 数据记录表格
【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，是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把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜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，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，并将数据记录在表格中。

③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，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。

④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(在焦点处)，移动光屏，观察光屏上是否有像，眼睛透过透镜能否看到虚像。

⑤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，移动光屏，光屏上不成像，眼睛透过透镜，能否看到虚像，记录像的正倒和大小。测出物距u，记录在表格中。

像与物距的关系 凸透镜的焦距f = 10 cm
【分析与论证】
分析上表记录，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？
进行归纳，得出结论：
【结论】
1．焦点是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的实像，在二倍焦距以内成放大的实像。二倍焦距分大小。
3．实像必异侧倒立，虚像必同侧正立。
4．物距u＞v（像距），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，物近像远像变大，物远像近像变小。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。
【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。
【答案】①c；②a；③c；④d、e。
【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（ ）
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
【答案】D
【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。
保持物体与光屏的位置不变，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。
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，成倒立、缩小的实像，像距 f＜v＜2f
②成像光路图：

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
②成像光路图：

3.放大镜
①放大镜成像原理：当物距u②成像光路图：

【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】
【课堂练习】
1. 回答下列问题：
①比较物距u与焦距f 的关系：当_______时，凸透镜成实像；当_______时，凸透镜成虚像。
②比较物距u与焦距f 的关系：当__________时，凸透镜成倒立、放大的实像。
③比较物距u与焦距f 的关系：当_________时，凸透镜成倒立、缩小的实像。
④某凸透镜成实像，当物距变小时，像距________，像的大小_______。
【答案】①u＞f，u＜f；②2f＞u＞f；③u＞2f；④变大，变大。
2. 回答下列问题：
①当物体在2倍焦距以外时，凸透镜成_____、_____的____像；像在1倍焦距和2倍焦距之间。
②当物体在1倍焦距和2倍焦距之间时，凸透镜成_____、____的_____像；像距在二倍焦距以外。
③当物体在焦距以内时，凸透镜成_____、_____的_____像；像距大于物距。
④当物体放在焦点上时，______成像（选填“能”或“不能”），光线经折射后平行射出。
【答案】①倒立，缩小，实；②倒立，放大，实；③正立，放大，虚；④不能。
3 . 一个物体到凸透镜的距离是30cm时，在光屏上得到一个放大的实像，若把物体沿凸透镜的主光轴移到距凸透镜65cm处，则成像的情况（写出像的性质：大小、虚实、倒正）：________________。
【答案】倒立、缩小、实像.
【解析】凸透镜所成像的性质与物距u有关，
由u=30cm时成倒立、放大的实像可知：f f <30cm< 2f，解得：15cm 当物距为65cm时，u>2f，所以成倒立、缩小的实像。
4 . 放映幻灯片时，为了使屏幕上的像更大一些，应采取的措施是（ ）
A．将镜头移近幻灯片，再将幻灯机向后移，
B．将镜头远离幻灯片，再将幻灯机向前移，
C．将镜头移近幻灯片，再将幻灯机向前移，
D．将镜头远离幻灯片，再将幻灯机向后移。
【答案】A.
【解析】根据物近像远像变大进行分析：放映幻灯片时，为了使屏幕上的像更大一些，应将镜头移近幻灯片，同时再将幻灯机向后移。所以选A。
5．现在有很多场所的安保工作中采用人脸识别系统(如图所示)，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。
6. 某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
【答案】C.
【解析】因为物距u＝15cm时，是缩小的实像，所以u＞2f，
即 15 cm＞2f f＜7.5 cm
又知物距u＝9cm时，是放大的实像，
所以 f＜9 cm＜2f 9cm＞f＞4.5 cm
综合两个不等式得焦距f：4.5cm＜f＜7.5 cm 所以选C.
7．图所示为“验证凸透镜成像规律”实验的情景，所用透镜焦距为10厘米。
（1）图中，A是________，B是___________。
（2）调试实验装置时，应使烛焰的中心和凸透镜、光屏的中心大致在_________上，目的是为了______________。
（3）图示情景验证的是凸透镜成__________像的特点（填写像的性质）。
（4）若要验证凸透镜成倒立、放大实像的特点，在不移动凸透镜的情况下，应把蜡烛移到______cm处（选填“小于30”、“30~40”或“40~50”），光屏移到________cm处（选填“大于70”、“60~70”或“50~60”）。

【答案】（1）光具座，光屏；（2）同一高度，使像成在光屏中央；（3）倒立、缩小、实；（4）30~40，大于70.
8. 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
【答案】B。
【解析】用放大镜看指纹时，指纹必须在焦点以内，且指纹离焦点越近，虚像越大，所以为使指纹的像大一些，让放大镜离手指稍远些。
9. 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．此时光屏上的像是放大的
C．用f＝15cm的凸透镜替换图中透镜，需向右移动光屏，可在光屏上成清晰的像
D．用f＝15cm的凸透镜替换图中透镜，需向左移动光屏，可在光屏上成清晰的像
【答案】C。
【解析】此时，物距等于像距，所以此时光屏上的像和物体是等大的 ，物体处于2倍焦距处，凸透镜的焦距是f＝10cm，故AB错误；
用f＝15cm的凸透镜替换透镜，物体在1倍焦距与2倍焦距间，透过凸透镜成放大的像，故需向右移动光屏，可在光屏上成清晰的像。所以选C。
10．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。
11. 做凸透镜成像实验，当蜡烛距透镜15cm时，在光屏上成放大的像，则下列说法错误的是 （ ）
A．蜡烛距透镜45 cm时，一定成缩小的实像
B．蜡烛距透镜20 cm时，一定成放大的实像
C．蜡烛距透镜18 cm时，可能成放大的实像
D．蜡烛距透镜6 cm时，一定成放大的虚像
【答案】B。
【解析】要想判断凸透镜成像的性质，需要比较物距跟焦距的大小关系， 根据蜡烛距凸透镜15cm时，在光屏上成放大的像，可知2f＞15cm＞f，即
15cm＞f＞7.5cm。
A．蜡烛距透镜45 cm时，大于2倍焦距，一定成缩小的实像，A正确。
B．蜡烛距透镜20 cm时，可能在1倍焦距与2倍焦距之间，不一定成放大的实像，B错误。
C．蜡烛距透镜18 cm时，可能成放大的实像，该选项正确。
D．蜡烛距透镜6 cm时，在1倍焦距以内，一定成放大的虚像，正确。
所以选B。
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
物距u
像的性质
物与像
的位置
像距v
光屏能
否承接
应用
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正立
放大
虚像
同侧
|v|>u
不能
放大镜
实验
次数
物距
u/cm
物距与焦
距的关系
像的性质
像距
v/cm
虚实
大小
正倒
1
2
…
实验
次数
物距
u/cm
物距与焦距
的关系
像的性质
像距
v/cm
虚实
大小
正倒
1
30
u > 2f
实像
缩小
倒立
15
2
20
u = 2f
实像
等大
倒立
20
3
15
2f >u >f
实像
放大
倒立
30
4
10
u =f
不成像
5
6
u 正立
放大
虚像
——
物距u
像的性质
物与像
的位置
像距v
光屏能
否承接
应用
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正立
放大
虚像
同侧
|v|>u
不能
放大镜