2025年中考物理-实验重难突破(通用版)实验04探究凸透镜成像规律(重点实验)(原卷版+解析)

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实验：探究凸透镜成像的规律
【实验目的】通过探究实验，得出凸透镜成像的规律。
【实验设计】先把物体放在距离凸透镜较远的地方，然后逐渐向凸透镜方向靠近，同时把光屏放在凸透镜的另一侧，观察光屏上像的变化情况。由于凸透镜的偏折情况和焦距有关，所以应着重观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距时，物体的成像情况。
【实验器材】光具座、蜡烛、凸透镜、光屏等。
【进行实验与收集证据】（1）将蜡烛、凸透镜、光屏依次安放在光具座上，调整它们的高度，使烛焰的中心、凸透镜的光心和光屏的中心大致在同一高度；
（2）把蜡烛放在凸透镜二倍焦距以外的地方并点燃，然后调整光屏到凸透镜的距离，直到光屏上出现清晰烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒，测出物距u和像距v。稍稍改变物距，重复做这一步；
（3）把蜡烛移向凸透镜，让蜡烛到凸透镜的距离大于二倍焦距，移动光屏，直到光屏上出现蜡烛清晰的像，观察并记录像的大小、正倒，测出物距u和像距v；
（4）把蜡烛移向凸透镜，让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，直到光屏上出现蜡烛清晰的像，观察并记录像大小、正倒，测出物距u和像距v。稍稍改变物距，重做这一步；
（5）把蜡烛继续靠近凸透镜，让蜡烛位于凸透镜的焦点上，移动光屏，观察是否能够成像；
（6）把蜡烛移到凸透镜的一倍焦距以内，移动光屏，观察在光屏上能否看到蜡烛的像。如果不能，可以从光屏这一侧透过凸透镜观察，记录所看到的像的正倒、大小以及此时的物距u。稍稍改变物距，重做这一步；
（7）将实验数据和观察结果填入表中（该实验所用凸透镜焦距f=12cm）
【分析论证】（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；
（4）凸透镜成实像时，随着物距的减小，像和像距都变大；成虚像时，随着物距的减小，像和物都不小。
【实验结论】
《探究凸透镜成像的特点》常考问题：
（1）如何测量焦距：一束平行光通过凸透镜后会聚的点即为焦点，可测焦距；
（2）保障实验成功：蜡烛、凸透镜不动，移动光屏直至在光屏上成清晰的像；
（3）如何判断成虚像：物距小于焦距时，无论怎么移动光屏都无法在光屏上成像；
（4）无法成像的原因：蜡烛在焦点上或物距小于焦距、焦距太大成像在光具座外、蜡烛与凸透镜和光屏没有在同一水平线上；
（5）光具座的长度有限，做实验时最好选用：焦距较小的凸透镜；
（6）凸透镜最好放在光具座的中间位置，便于调节物距和像距；
（7）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；
（8）调整光屏时，不可再调整凸透镜的位置，否则会：引起物距的变化；
（9）判断烛焰的像是否最清晰的方法：光屏在某位置时，向前或向后移动光屏，像都会变模糊，则此位置即为像最清晰的位置；
（10）同一个物距范围内，要换不同的物距进行实验，这是为了：排除偶然因素，使实验结论更具普遍性；
（11）实验中无论怎样移动光屏都找不到像的原因：（1）烛焰、凸透镜中心、光屏中心未在同一高度；（2）蜡烛恰好在凸透镜一倍焦距位置；（3）物距稍大于一倍焦距，像距很大，光具座长度有限；（4）物距小于一倍焦距，成的是虚像；
（12）成像位置如何移动：可调节蜡烛或凸透镜；
（13）蜡烛变短：成像上移；
（14）像的明暗变化：用遮光板挡住部分光线，成像完整但像变暗；
（15）用光具座进行实验时，应做到：烛焰、凸透镜的中心、光屏中心应在同一直线上（同一高度），目的使烛焰的像成在光屏中央；
（16）同一物距范围内，不断改变物距进行实验的目的：排除偶然因素，使实验结论更具普遍性；
（17）成像规律与透镜的应用：照相机：成倒立、缩小的实像；投影仪：成倒立、放大的实像；放大镜：成正立、放大虚像。
【典例1】小明同学将点燃的蜡烛、凸透镜和光屏放在如图所示的位置时，在光屏上观察到了清晰的像。
（1）由图可以判断出实验所用透镜的焦距为______cm；
（2）小明把蜡烛移到光具座的10cm刻度线处，需要把光屏向______适当移动（选填“左”或“右”），才能在光屏上得到一个清晰的像，此时的像将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】（1）15.0 （2）左 变小
【解析】（1）由图可知，此时u=v=2f=30.0cm，烛焰成倒立、等大的实像，所以
（2）把蜡烛移到光具座的10cm刻度线处，此时物距u=40.0cm>2f，根据凸透镜成像特点可知，像距f