初中物理三、凸透镜成像的规律完整版ppt课件
展开用放大镜近距离看书,看到文字被放大,可是用放大镜看远处的物体时,却看到物体成了倒立缩小的像。
同样是凸透镜,物体到凸透镜的距离不同,成像特点不同。为何成像特点会有如此大的差别呢?凸透镜成像遵循什么规律呢?
一、探究凸透镜成像的规律
【提出问题】凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关?【猜想假设】 ①可能与物体到透镜的距离有关。支持事例:照相机、投影仪和放大镜的成像特点不同,是因为物体到透镜的距离不同。②可能与凸透镜的焦距有关。支持事例: 同一物体通过照相机成像,当照相机的焦距改变时(调焦),凸透镜所成像的大小会改变。③像的正倒很可能跟它与物体是否在同侧有关。支持事例:照相机与投影仪,物体和所成的像分居在凸透镜的两侧;通过放大镜观察物体,物体和像在透镜的同一侧。
【设计实验】 (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)实验思路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透镜的焦距f 有关系,所以研究物距 u 的变化时,焦距 f 可能是个应该注意的参照距离。比如,我们可以注意观察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……时物体成像的情况。
(3)实验器材 ①光具座、凸透镜(焦距 f =10cm)、蜡烛(烛焰作为发光体)、光屏等。
光具座就是可以把凸透镜、光屏、蜡烛等器材放置在上面的器材。它下部有刻度尺可以测量各器材之间的距离,帮助我们读出物距、像距。
凸透镜的焦距 f=10 cm
(1)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。目的是为了使烛焰的像成在光屏的中央。
【进行实验与收集证据】
凸透镜焦距 f=10 cm
实像 缩小 倒立
(2)将凸透镜固定在光具座中间50cm刻度处,把蜡烛放在较远处,使物距u>2f(u>20cm),移动光屏,直到光屏上出现清晰的烛焰的像,观察像的大小和正倒,同时测出此时的物距u和像距v,将数据记录在表格中。
(3)把蜡烛向透镜移近,使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距(u=20cm),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,将数据记录在表格中。
实像 等大 倒立
(4)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(10~20cm),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。
实像 放大 倒立
(5)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10cm(在焦点处) ,移动光屏,光屏上不成像;眼睛通过透镜也看不到虚像。
(6)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(小于10cm),移动光屏,光屏上不成像,眼睛通过透镜,能看到虚像,记录像的正倒和大小。测出物距u,记录在表格中。
虚像 放大 正立
(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?
u=f 是成虚像和实像的分界点,当物距大于透镜的1倍焦距时,物体成实像,当物距小于透镜的1倍焦距时,物体成虚像。
分析上表的记录,找出凸透镜成像的规律。
(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?
u=2f 是成像大小的分界点,当物距大于透镜的2倍焦距时,物体成缩小的像,当物距小于透镜的2倍焦距时,物体成放大的像。
(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?
凸透镜所成的实像都是异侧倒立,虚像都是同侧正立。
(4)物距、像距与像的大小关系
不论成实像还是虚像,成放大的像时必定像距大于物距,成缩小的像时必定像距小于物距。
凸透镜成放大像时,物距跟像距相比,哪个比较大?成缩小的像时,物距跟像距相比,哪个比较大?
(5)像和像距随物距的变化规律
物距减小,像距变大,像变大。
一焦分虚实,二焦分大小;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。
动画演示—《凸透镜成像规律》
视频演示——《探究凸透镜成像的规律》
1. 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?
2. 用卡片把透镜遮住一部分,光屏上得到烛焰的像性质不变,像是否完整?像的亮度有什么变化?
光屏上像的性质不变,还是完整的,但亮度会变暗些。
3. 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.
【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。
根据凸透镜成像规律,物体放在焦点之外,物距越小,像距越大,实像越大。当屏上像最大时,则物距是最小的,c点符合;当屏上像最小时,则物距是最大的,a点符合;烛焰放在c点时,屏上出现最清晰像时,屏距凸透镜最远。物体放在焦点处或之内时,屏上均不能成像,d、 e点符合。
【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
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。保持光屏位置不变,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。
【例题3】小明做“探究凸透镜成像的规律”的实验,实验所用凸透镜的焦距为f=10cm,他把凸透镜固定在光具座上50cm处,调节蜡烛的烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度。①如图所示,若此时他们想在实验中能用光屏承接到烛焰的实像,光屏应在_________(选填“50~60cm”、“50~60cm”)范围内移动;②保持凸透镜位置不变,把蜡烛放在 30cm刻度线处,调整光屏到透镜的距离,则会在光屏上看到烛焰_____(选填“放大”、“缩小”或“等大”)倒立的像;
③他们想模拟投影仪的成像原理,应在步骤②的基础上将蜡烛向______(选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动,同时调节光屏的位置,使光屏向______(选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动。④他保持凸透镜的位置不变,同时取下光屏,直接用眼睛观察凸透镜成像的各种情况。小明移动蜡烛使它从零刻度线处逐渐靠近凸透镜,同时小华从透镜的右侧透过透镜现察烛焰的像,图乙是小华整理并记录看到的像的情况,根据你所学的知识,判断出最先看到的像的编号是_____(选填代表像编号的数字)。
①由图可知,物距u=40cm>2f,则成倒立、缩小的实像,像距满足f
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
①调节依据 凸透镜成倒立、缩小的实像时,物近像远像变大。 ②调节方法像偏小时:物体靠近相机,暗箱拉长;像偏大时:物体远离相机,暗箱缩短。
(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
①调节依据 凸透镜成倒立、放大的实像时,物近像远像变大。 ②调节方法像偏小:投影片靠近镜头,投影仪远离屏幕;像偏大:投影片远离镜头,投影仪靠近屏幕。
(1)放大镜成像原理当物距 u
由图甲可知,物距大于二倍焦距,所以是照相机的工作原理。图乙,蜡烛到凸透镜的距离小于焦距,此时在凸透镜的另一侧可以观察到正立、放大的虚像,所以乙是放大镜的工作原理。
【例题4】如图所示,甲是__________的工作原理图,乙是_______的工作原理图。(选填“照相机”、幻灯机”或“放大镜”)
投影仪成的像是倒立放大的实像,物距满足大于 f 小于2f,为了让观众看到正立的实像,放电影时应将电影片倒立着放在2f 和 f 之间的位置上,故ABC不符合题意,D符合题意。 故选D。
【例题5】在银幕上看到的电影画面都是正立的,在放电影时应将电影片( )A.正立着放在大于2f 的位置上B.倒立着放在大于2f 的位置上C.正立着放在2f 和f 之间的位置上D.倒立着放在2f 和f 之间的位置上
【例题6】物理实验课上,如图所示为小海做“探究凸透镜成像规律”的实验装置图,当点燃的蜡烛、透镜、光屏位于如图所示的位置时,光屏上得到烛焰清晰的像。则( )A.物距为40cm,像距为50.0cmB.光屏上成倒立、缩小的实像C.照相机应用了该次实验的成像规律D.投影仪应用了该次实验的成像规律
AB.由图示知,物距为 u=40.0cm-30.0cm=10.0cm光屏到凸透镜的距离,即像距为 v=90.0cm-40.0cm=50.0cm则物距小于像距,成倒立、放大的实像,故AB不符合题意;C.照相机所成的像是倒立、缩小的实像,故照相机不是应用该次实验的成像规律,故C不符合题意;D.投影仪成倒立、放大的实像,故投影仪应用了该次实验的成像规律,故D符合题意。
三、用作图法研究凸透镜成像规律
1. 凸透镜的三条特殊光线
③经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴
②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点
2. 物距大于2倍焦距,即u>2f 时
物距 u>2f 时, 成倒立、缩小的实像,像距v f
物距U:f<u<2f 时,成倒立、放大的实像,像距 v>2f
当物距u
当物距u=2f时,凸透镜成倒立、等大的实像,像距v=2f
4. 物距u=2f 时
当物距u=f时,凸透镜不成像
物距 u=f 时,折射光线不能会聚,反向延长线也不能会聚。
5. 物距u=f 时
平行于主光轴的光线折射后过焦点,通过光心的光线传播方向不变,两条折射光线交点即是A的像A′。
【例题7】请用作图法找出蜡烛火焰A点的像A′ 。
表格总结——凸透镜成像规律
视频总结——《凸透镜成像规律》
1.图记录了三次改变物距的成像情况,请用 A′、B′、C′分别对应标出物体在位置 A、B、C 时所成的像。
物体在位置 A、B时,物距大于2倍焦距,凸透镜成倒立缩小的实像,且物距越大,像越小;物体在位置 C时,物距大于1倍焦距小于2倍焦距,凸透镜成倒立放大的实像。
2. 想一想,生活中哪些地方用到了凸透镜?为什么这些地方要用凸透镜?
老花镜、放大镜、投影仪、照相机、马路上的电子监控仪等。老花镜对光有会聚作用;放大镜能成正立放大的虚像;投影仪能成倒立放大的实像;照相机与马路上的电子监控仪都能成倒立缩小的实像。
3. 将一个凸透镜正对着太阳,可在距凸透镜 20 cm 处得到一个最小、最亮的光斑,如图所示。若将一个物体放在此透镜前 30 cm处,请写出在凸透镜的另一侧得到的像的性质。
太阳光透过凸透镜发生折射会聚于一个最小、最亮的光斑,这个点叫做焦点,焦点到凸透镜的光心距离为焦距,故此凸透镜的焦距是20cm。将一个物体放在此透镜前30cm处,此时物距位于一倍焦距到二倍焦距之间,根据凸透镜成像原理可知,成倒立、放大的实像。
4. 当物体通过凸透镜成实像时,物体距离凸透镜越远,所成的像越接近焦点。若物体距离凸透镜足够远(大于10倍焦距),则所成的像到凸透镜的距离就近似等于透镜的焦距。请你据此设计一种估测凸透镜焦距的简便方法。试着测一测,并简要写出实验步骤。
根据凸透镜成像特点可知,可通过以下实验估测凸透镜的焦距大小,步骤为:①将凸透镜对准远处建筑物的窗户;②调节光屏与凸透镜之间的距离,直到光屏上出现一个清晰的窗户的像;③读出光屏与凸透镜之间的距离大约等于凸透镜的焦距。
1.如图所示,现在有很多场所的安保工作中采用人脸识别系统,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 mB.相当于凸透镜,焦距可为0.1 mC.相当于凹透镜,焦距可为0.5 mD.相当于凹透镜,焦距可为0.1 m
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。
2. 小明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
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
3.如图所示为商场中经常看到的广告投影灯及其内部结构示意图,各个方向都能看到地面上的广告图标,这是发生了______反射。已知镜头焦距为12cm,则广告片到镜头的距离应在_______ cm的范围内调节,为了在地面上得到更大的、清晰的广告图标像,可将凸透镜适当________(靠近/远离)广告片。
靠近
商场中经常看到的广告投影灯及其内部结构示意图,各个方向都能看到地面上的广告图标,这是发生了漫反射,将光线反射到各个方向。摄影灯成的像是倒立放大的实像,已知镜头焦距为12cm,则广告片到镜头的距离应在f~2f 范围内调节,即在12~24cm的范围内调节。为了在地面上得到更大的、清晰的广告图标像,可将凸透镜适当靠近广告片,减小物距,增大像距。
4. 小明将凸透镜正对太阳光,在距离凸透镜10cm的白纸上呈现一个最小、最亮的光斑,此凸透镜的焦距为_____ cm。如图是他用该凸透镜观看书本上“中国梦”三个字时的情况,如果他想看到更大的正立的“国”字,小明需要将凸透镜________书本(选填“远离”或“靠近”),凸透镜和书本的距离应满足的条件是 _________。
小于10cm
平行光经过凸透镜折射后会聚于一点,这一点就是凸透镜的焦点,焦点到光心的距离为焦距,所以根据题意可知此凸透镜的焦距为10cm。因为想要看到正立的像,所以可知此时凸透镜相当于一个放大镜,放大镜利用的是当物距小于一倍焦距时,成正立、放大的虚像的原理,所以想看到正立的“国”字,凸透镜和书本的距离应小于10cm,而当凸透镜成正立、放大的虚像时,物距越大,像距越大,成的虚像越大,所以可知想要看到更大的正立的“国”字,小明需要将凸透镜远离书本,但是距离不能大于10cm。
5. “探究凸透镜成像规律”的实验,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
AB. 由图知,物距小于像距,此时光屏上成倒立、放大的实像,投影仪利用了此原理,选项AB错误;C. 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,故选项C错误; D. 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。
6. 在探究凸透镜成像规律的实验中,凸透镜的焦距为10cm。(1)将蜡烛和凸透镜甲固定在如图所示位置,点燃蜡烛后,在光屏上得到烛焰清晰_____(选填“放大”或“缩小” )的实像。这是______(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)的原理;(2)保持凸透镜位置不变,将蜡烛移动到15cm刻度线处,应该向 ____(选填“左”或“右”)移动光屏,才能再次得到烛焰清晰的像;(3)改用焦距为20cm的凸透镜继续进行实验,并保持位置不变。应该将______(选填“蜡烛”或“光屏”)从原刻度线处(图示位置)缓慢地向____(选填“左”或“右”)移动,才能在光屏上得到烛焰清晰的像。
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