4.4 凸透镜成像（教学课件）-【上好课】八年级物理上册同步高效课堂（沪科版·五四学制·2024）

第四章 光现象 八年级上册 •沪教版 五四•学制 阳光照向地球，送来光明和温暖。光可以传递能量和信息。本章我们将学习常见的光现象及其基本规律。 通过本章内容的学习，你将了解光的反射现象、折射现象；经历光的反射定律、平面镜成像特点和凸透镜成像规律的探究过程，感受观察、比较、归纳、推理等科学方法，增强合作交流的意识。了解我国古代对光现象研究的成就，激发民族自豪感。 导入新课 第4节 凸透镜成像 图中有一水滴挂在枝头。透过水滴，我们看到一朵黄瓜花，它是上下倒置且缩小的。 能否透过水滴看到放大的黄瓜花？ 透镜 01 透镜对光的作用 02 凸透镜成像规律 03 课堂总结 04 第4节 凸透镜成像 提升练习 05 透 镜 01 第4节 凸透镜成像 一、透镜 1. 透镜 照相机、投影仪、显微镜等光学仪器都是利用透镜工作的，眼镜中的镜片也是透镜。透镜通常可以分为凸透镜和凹透镜，如图所示。 （1）透镜 把两侧表面都是球面的一部分或一侧表面是球面的一部分而另一侧表面是平面的透明体叫做透镜。厚度远小于球面半径的透镜叫做薄透镜。 （2）凸透镜：中间比边缘厚的透镜叫做凸透镜。 （3）凹透镜：中间比边缘薄的透镜叫做凹透镜。 （a）凸透镜中央厚、边缘薄 （b）凹透镜中央薄、边缘厚 一、透镜 （1）主光轴 通过两个球面球心的直线C1C2叫做主光轴（简称光轴）。 （2）光心 主光轴上有一个特殊的点，通过这个点的光传播方向不变，这个点叫作透镜的光心。可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。 2. 透镜的主光轴和光心 一、透镜 欣赏视频——《透镜》 一、透镜 【例题1】透镜是用透明物质制成的光学器件，它利用的是光的________ （选填“直线传播”“折射”或“反射”）。中间比边缘______ 的透镜是凸透镜，如图中的______（填字母）；中间比边缘______的透镜是凹透镜，如图中的______ 。（填字母） 透镜是用透明物质制成的光学器件，它利用的是光的折射；中间厚边缘薄的是凸透镜；中间薄边缘厚的是凹透镜；由图可知，B、C中间厚边缘薄是凸透镜；A、D中间薄边缘厚是凹透镜。 B、C 折射 厚 A、D 薄 透镜对光的作用 02 第4节 凸透镜成像 二、透镜对光的作用 许多同学可能做过这样的游戏：将放大镜正对着太阳光，再把一张纸放在它的另一侧，调整放大镜与纸的距离，纸上会出现一个很小、很亮的光斑。 光斑处的温度很高，如果长时间照射，纸会被烤焦。这个现象提示我们：放大镜能把光会聚起来。放大镜是凸透镜，看来凸透镜对光有会聚作用。凹透镜也能使光会聚吗? 下面我们通过实验来仔细研究这两种透镜对光的作用。 二、透镜对光的作用 （1）探究凸透镜对光的作用 【实验】让平行于透镜主光轴的几束光射向凸透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。 【实验现象】与主光轴平行的光经凸透镜后会聚于一点。 【实验结论】凸透镜对光有会聚作用（也叫会聚透镜）。 1. 凸透镜对光有会聚作用 二、透镜对光的作用 光心O （2）凸透镜的焦点和焦距 ①焦点：平行于主轴的光经凸透镜折射后，会聚于主轴上的一点，该点叫做凸透镜的焦点，用F 表示。 ②焦距：焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距，用f 表示。 F 焦点 f 焦距 二、透镜对光的作用 ③凸透镜的两个焦点和焦距 凸透镜两侧各有一个焦点F1、F2，这两个焦点关于光心对称，两侧的两个焦距 f 相等。 焦点 F1 f1 焦距 焦点 F2 f2 焦距 二、透镜对光的作用 ④凸透镜焦距的意义 透镜表面的凸起程度决定了它的焦距的长短，凸透镜表面越凸，焦距越短，对光的会聚作用越强。 如图所示，甲凸透镜的焦距小，对光的会聚作用强。 二、透镜对光的作用 （1）探究凹透镜对光的作用 【实验】让平行于透镜主光轴的几束光射向凹透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。 【实验现象】与主光轴平行的光经凹透镜后向外发散。 【实验结论】凹透镜对光有发散作用（也叫发散透镜）。 2. 凹透镜对光有发散作用 二、透镜对光的作用 f 虚焦点 F 焦距 把折射光线反向延长看一看 折射光线好像 从点F射出的 ①虚焦点：平行于主光轴的光线通过凹透镜后发散，发散光线的反向延长线交于主光轴上一点，它不是实际光线的会聚点，叫做虚焦点F 。 ②焦距：虚焦点到透镜光心的距离叫做凹透镜的焦距，用f 表示。 O （2）凹透镜的虚焦点和焦距 二、透镜对光的作用 ③凹透镜的两个虚焦点：凹透镜有两个虚焦点，关于光心对称。 ④凹透镜焦距的意义 凹透镜焦距 f 的大小表示其光发散能力的强弱，f 越小，对光的发散能力越强。 二、透镜对光的作用 视频讲解——《透镜对光的作用》 二、透镜对光的作用 视频讲解——《透镜的焦点和焦距》 二、透镜对光的作用 【例题2】关于凸透镜和凹透镜，下列说法中正确的是（ ） A．光经过凸透镜后一定会聚到一点 B．光经过凸透镜后，一定会平行射出 C．凹透镜对光有发散作用 D．光经过凹透镜，折射光线的反向延长线一定会相交 C AB．凸透镜对光线的会聚作用，这种会聚是相对于原来的光线，所以光经过凸透镜后不一定会聚到一点，也不一定会平行射出，故AB错误； C．凹透镜对光有发散作用，故C正确； D．光经过凹透镜，折射光线的反向延长线不一定会相交。故D错误。 所以选C。 二、透镜对光的作用 【例题3】在下列虚框中放入适当的凸透镜或凹透镜，光路图成立。其中放入凹透镜的是（　　） A．甲和丁 B．乙和丁 C．丙和丁 D．乙和丙 D 甲图中，平行光经过透镜后光线变会聚了，则虚框中放入的透镜能会聚光，是凸透镜；乙中光线平行光经过透镜后变发散了，则虚框中放入的透镜能将光发散，是凹透镜；丙中光线，会聚的光线经过透镜后光线比之前变发散了，则虚框中放入的透镜能将光发散，是凹透镜；丁图中，会聚的光线经过透镜后变成平行光，则虚框中放入的透镜能会聚光，则虚框中放入的是凸透镜；综上所述，放入凹透镜的是乙和丙，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 二、透镜对光的作用 【例题4】早在2000多年前，我国古人就能“削冰向日取火”，即用冰磨成一种透镜，让太阳光透过它点燃柴草取火，如图甲所示。请在图乙中画出光线AB经冰透镜后的折射光线和光线CD对应的入射光线（O点为透镜的光心，F为透镜的两个焦点）。 平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点；通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴。如图所示。 凸透镜成像规律 03 第4节 凸透镜成像 三、凸透镜成像规律 放大镜是一个凸透镜，可以用它来研究凸透镜的成像情况。我们将物体到凸透镜的距离称为物距 ，用符号u表示，像到凸透镜的距离称为像距，用符号v表示。 放大镜所成的像 如图所示，把放大镜置于书本上方，然后将放大镜渐渐远离书本，增大物距，看到的像先是正立、放大的，然后变成倒立、放大的，最后变成倒立、缩小的像。 想一想：凸透镜成像有什么规律？ 三、凸透镜成像规律 【提出问题】 我们看到随着放大镜与物体之间距离的改变，所成像的大小、正倒会发生变化。看来成像情况与物距密切相关。猜想它们之间的关系，并简述你的依据。 为探究凸透镜成像的规律，我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，把每次观察到的物距以及像的虚实、大小、正倒等情况都记录在表格中，比较实验数据，看看像的虚实、大小、正倒与物距有什么关系，寻找其中的规律。 f F O 凸透镜 光屏 物体 2f 像距v 物距u 学生实验——探究凸透镜成像的规律 三、凸透镜成像规律 【搜集证据】 （1）器材：焦距已知的凸透镜、发光物、光屏、带刻度的光具座等。 f = 10cm 发光体—烛焰 光屏 三、凸透镜成像规律 （2）方案 ① 如图所示，把发光物、凸透镜和光屏放置在光具座上，将它们的中心位置调节到高度一致，保持凸透镜位置不变。 探究凸透镜成像规律实验装置 三、凸透镜成像规律 ② 把发光物放在距离凸透镜较远的位置，在光具座上慢慢移动光屏找像。如果能在光屏上找到像，即为实像，确定其最清晰的位置，记录物距、像距、像的正倒、大小等情况。 ③ 逐渐减小物距，重复上实验操作，做好记录。 ④如果无法用光屏找到实像，尝试移除光屏，用眼睛透过凸透镜观察虚像。 三、凸透镜成像规律 （3）记录 凸透镜焦距f 为____cm，发光物高度h为____ cm，并将其他实验数据填入表中。 实验 序号 物距 u/cm 像的情况 像距v/cm 像高h'/cm 虚或实 正或倒 像的大小 1 2 3 4 数据记录表 某一焦距凸透镜的物、像关系 三、凸透镜成像规律 （1）分析 如图所示，汇总使用焦距相同的凸透镜进行实验的相关数据，用数字1～6 标出物体在主轴上的位置，用1'～6'标出与之对应的像的位置。用带箭头的线段表示物体、像的大小与正倒情况，可以得到凸透镜成实像时的物、像关系。 【作出解释】 三、凸透镜成像规律 （2）结论 由上述实验可得： 当物距_______ 时，凸透镜成一个倒立、缩小的实像； 当物距_______ 时，凸透镜成一个__________ 的实像； 当物距_______ 时，凸透镜成一个__________ 的虚像。 【交流反思】 各实验小组比较所用凸透镜的焦距，各组成像情况是否均与上述结论一致。 u>2f f< u< 2f u<f 倒立、放大 正立、放大 三、凸透镜成像规律 凸透镜成像规律 大量实验证明： 当u>2f 时，物体在凸透镜另一侧 f<v<2f 的范围内成一个倒立、缩小的实像。 当 u=2f时，物体在凸透镜另一侧v=2f 处成一个倒立、等大的实像。 当f< u< 2f 时，物体在凸透镜另一侧v>2f 范围内成一个倒立、放大的实像。 当u<f 时，在物体同侧成一个正立、放大的虚像。 三、凸透镜成像规律 （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？ 【进一步拓展】 一倍焦距分虚实 f 实像 虚像 焦点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。 三、凸透镜成像规律 （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？ 二倍焦距分大小 2f 缩小像 放大像 二倍焦距处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。 三、凸透镜成像规律 （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？ 实像异侧倒 虚像同侧正 虚像 实像 凸透镜所成的实像都是异侧倒立，虚像都是同侧正立。 三、凸透镜成像规律 （4）物距、像距与像的大小关系 物距小于像距 物距大于像距 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？ 三、凸透镜成像规律 （5）像和像距随物距的变化规律 物距减小，像距变大，像变大。 ①凸透镜成实像时，物距减小，像距变大，像变大，像与物同方向移动。 物距增大，像距变小，像变小，像与物同方向移动。 ②凸透镜成虚像时，物距减小，像距减小，像变小。 三、凸透镜成像规律 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。 （6）口诀记忆 三、凸透镜成像规律 物距u和焦距 f的关系 像的性质 像的位置 像距v和焦距 f 的关系 虚实 大小 正倒 与物同（异）侧 u > 2f 实像 缩小 倒立 异侧 2f >v >f u = 2f 实像 等大 倒立 异侧 v = 2f 2f >u >f 实像 放大 倒立 异侧 v>2f u =f 不成像  u <f 虚像 放大 正立 同侧 （7）表格记忆 三、凸透镜成像规律 动画演示—《凸透镜成像规律》 三、凸透镜成像规律 视频演示——《探究凸透镜成像的规律》 三、凸透镜成像规律 【例题5】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。 a b c d e F F f 2f c d、e c a 解析见下页 三、凸透镜成像规律 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。 三、凸透镜成像规律 【例题6】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 D 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。 三、凸透镜成像规律 【例题7】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； 等大 60~70cm 三、凸透镜成像规律 ③为了使光源更加比较稳定，发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色方格板上替代蜡烛作为光源进行实验。当“F”形光源在35cm刻度处，在光屏上得到清晰的像，应该是图丙中的______（填序号）。 B 三、凸透镜成像规律 ①由图可知，物距u=40cm>2f，则成倒立、缩小的实像， 像距满足f<v<2f，即10cm<v<20cm，则光屏的位置应在60cm~70cm处。 ②保持凸透镜位置不变，把蜡烛放在30cm刻度处，此时物距 u=20cm=2f，所以凸透镜成倒立、等大的实像，像距v=20cm. ③当“F”形光源在35cm刻度处，此时物距 2f>u=50.0cm-35.0cm=15.0cm>f 成倒立、放大的实像，成像时左右颠倒，上下相反。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 课 堂 总 结 04 第4节 凸透镜成像 课堂总结（1） 透镜 凸透镜 ①凸透镜：中间厚、边缘薄的镜片. ②凸透镜对光有会聚作用. ③光心与光轴：凸透镜的中心O称为光心，通过光心且垂直于透镜表面的直线称为主光轴，简称光轴. ④焦点与焦距：平行于主光轴的光经凸透镜折射后会聚的点称为凸透镜的焦点F；焦点到光心的距离称为焦距f. ①凹透镜：中间薄、边缘厚的镜片. ②凹透镜对光有发散作用. ③光心与光轴：凹透镜的中心O称为光心；通过光心且垂直于透镜表面的直线称为光轴. ④焦点与焦距：平行于主光轴的光经凹发散后，其反向延长线的交点叫凹透镜的焦点。凹透镜的两侧各有一个焦点. 凹透镜 49 课堂总结（2） 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<u<2f 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<f 正立 放大 虚像 同侧 |v|>u 不能 放大镜 表格总结——凸透镜成像规律 50 课堂总结（3） 视频总结——《凸透镜成像规律》 51 提 升 训 练 05 第4节 凸透镜成像 提升训练 1. 如图甲所示 F 为焦点，试画出通过凸透镜后的光路图。图乙是射向凹透镜的两条入射光线，请画出对应的折射光线。 （1）通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点，如图所示。 （2）对于凹透镜，平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过焦点；过光心的光线其传播方向不变，如图所示。 甲 乙 提升训练 由图可以看出甲透镜对光有发散作用（与原来的入射光比较）所以甲是凹透镜；乙透镜对光有发散作用（与原来的入射光比较）所以乙也是凹透镜。 故选C。 2．光经过透镜折射前后的光路如图所示，则下列对虚线框内的透镜类型判断正确的是（ ） A.甲是凹透镜，乙是凸透镜 B.甲是凸透镜，乙是凹透镜 C.两个都是凹透镜 D.两个都是凸透镜 C 提升训练 3. 如图所示，小华让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧前后移动，直到纸距透镜约4cm时，纸上的光斑变得最小、最亮，如图中A点，则透镜的光心是 _____点，透镜的焦点是_____点，透镜的焦距约是_____cm，在_____点处可引燃火柴。 薄透镜的光心在其中心，所以图中该透镜的光心是O点．太阳光是平行光，经过凸透镜折射后会聚于一点，这个点就是凸透镜的焦点，如图A为该透镜的焦点，在此处放上火柴，火柴会被点燃．焦点到透镜中心的距离称为焦距，因此该凸透镜的焦距为4cm。 A 4 O A 提升训练 4．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。 提升训练 5. 如图所示，凸透镜的焦距为10厘米，凸透镜的位置保持不变。以下说法正确的是（ ） A．发光体放在A点，成倒立等大的实像 B．发光体放在B点，成正立放大的虚像 C．光屏在C点找到像，像是倒立缩小实像 D．光屏在D点找到像，像是倒立放大实像 D 提升训练 凸透镜的焦距f=10cm，则2f=20cm， A．发光体放在A点，此时的物距为 u1=50.0cm-20.0cm=30cm 则u＞2f，由凸透镜成像规律可知，此时成倒立的缩小的实像，故A错误； B．发光体放在B点，物距为u2=50.0cm-35.0cm=15cm 则f＜u＜2f，由凸透镜成像规律可知，此时成倒立放大的实像，故B错误； C．光屏在C点找到像，像距等于2倍焦距，物距等于两倍焦距，此时像是倒立等大的实像，故C错误； D．光屏在D点找到像，像距为30cm，像距大于两倍焦距，则物距在一倍焦距和两倍焦距之间，则像是倒立放大实像，故D正确。 故选D。 提升训练 6. 在探究凸透镜成像规律时，小捷用了9个红色的发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色的板上代替蜡烛作光源，用平行光聚焦法测得凸透镜的焦距为10cm； （1）凸透镜固定在光具座的零刻度线上，小捷将光源移至光具座30cm处后，再移动光屏，至到如图所示位置，光屏上会出现清晰______（填“放大”、“缩小”或“等大”）的实像；如果她将光源再远离凸透镜一些，这时光屏应向____（填“左”或“右”）移动，以获得清晰的实像； （2）如果将光源移至7cm处，凸透镜此时成的是放大的______（填“虚像”或“实像”）。 左 缩小 虚 提升训练 （1）凸透镜固定在光具座的零刻度线上，小捷将光源移至光具座30cm处，所以此时物距u=30cm>2f 所以成倒立、缩小的实像。 若将光源远离凸透镜，则物距增大，根据凸透镜成像的规律得，像距要减小，所以光屏要靠近凸透镜即向左移动，以获得清晰的实像。 （2）如果将光源移至7cm处，此时物距u=7cm<f 根据凸透镜成像的规律，所以成正立、放大的虚像。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$