5.3 凸透镜成像的规律 课件-2025-2026学年人教版（2024）物理八年级上册

第五章　透镜及其应用 第 3 节　凸透镜成像的规律(第1课时) 课程标准(2022年版) 本节要点 2.3.5　探究并了解凸透镜 成像的规律. 4.2.8　探究凸透镜成像的 规律. 1.掌握凸透镜的成像规律.(重点) 2.弄懂凸透镜的物距变化时，像距和 像的变化规律.(难点) 3.通过分析实验数据，认识凸透镜成 实像、虚像的条件. 探究凸透镜成像的规律 1. 学生实验：探究凸透镜成像的规律. 猜想与假设：凸透镜所成像的大小、虚实、正倒可能跟 　物 有关. 实验器材：光具座、凸透镜(焦距f＝ 　　cm)、F光源、光屏等. 物距　 实验步骤：(1)在光具座上由左至右依次放置F光源、凸透镜、光 屏，如图所示. (2)调节F光源、凸透镜、光屏三者的中心在 　同一高度　，目的 是 　使像成在光屏中央　. 同一高度　 使像成在光屏中央　 (4)将F光源分别移至2f处(u＝2f)、2f和f之间(f＜u＜2f)、f处(u＝ f)、f以内(u＜f)等的位置，重复第(3)步. (3)将F光源移至离凸透镜2f以外(即u＞2f)的位置，移动光屏，当光 屏上出现较清晰的像时， 　前后　移动光屏，直到光屏上出现F光源 清晰的像；把像的相关数据记录在下表中. 前后　 物距与焦距的关系 物距 u/cm 像距 v/cm 像距与焦距的关系 像的性质 正立/ 倒立 放大/缩小/等大 实像/ 虚像 同侧/ 异侧 u＞2f u＝2f f＜u＜ 2f u＝f u＜f — — 像与物距的关系 凸透镜的焦距f＝ 　　　　cm. 评估与交流：若无论怎样左右移动光屏，光屏都承接不到清晰的 像，可能的原因有： (1)F光源、凸透镜和光屏的中心不在 　同一高度　. (2)F光源在凸透镜的1倍焦距以内，成虚像，光屏无法承接. (3)F光源在凸透镜的 　焦点上　，不成像. (4)物距稍大于焦距，成像在极远处，光具座的长度有限，光屏无法 移到该位置. 同一高度　 焦点上　 　 凸透镜成像时的结论 1.1倍焦距是成实像与虚像的分界点，2倍焦距是成放大像与缩小像 的分界点. 记忆口诀：一焦分虚实，二焦分大小. 2. 实像都是倒立的，且物与像在透镜的异侧；虚像都是正立的，且 物与像在透镜的同侧. 记忆口诀：同正虚，异倒实. 4. 成实像时，比较物距u和像距v，判断成像性质. ①u＞v时，成倒立、 　缩小的实像　 ②u＝v时，成倒立、 　等大的实像　 ③u＜v时，成倒立、 　放大的实像 3. 物像同向移动，像距变大则像变大. (1)成实像时，物近像远像变大. (2)成虚像时，物近像近像变小. 2. 拓展：凸透镜成像实验的进一步探究 学生实验1：如图所示，调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成 清晰的像，用纸遮住凸透镜的上半部分，观察成像情况：光屏上看 到的像 　完整　(选填“完整”或“不完整”)，亮度 　变暗　(选填 “不变”或“变暗”). 完整　 变暗　 学生实验2：调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像， 用记号笔在凸透镜上画一只“虫子”，观察成像情况：光屏上 　不 能　(选填“能”或“不能”)看到“虫子”的像. 不 能　 学生实验3：调节物距使f＜u＜2f，调节光屏使其上面成清晰的像， 保持凸透镜的位置不变，互换F光源和光屏的位置，如图所示，观察 成像情况：在光屏上看到 　倒立　(选填“倒立”或“正立”)、  　缩小　(选填“放大”“等大”或“缩小”)的像. 倒立　 缩小　 学生实验4：如图所示，如果用点燃的蜡烛作光源，实验过程中，蜡 烛越烧越短(或把蜡烛向下移)，发现像不在光屏的中央，应如何调 节蜡烛、凸透镜和光屏，使像成在光屏的中央？ 答：将蜡烛向 　上　移动，或者凸透镜向 　下　移动，或者光屏 向 　上　移动.(均选填“左”“右”“上”或“下”) 上　 下　 上　 　小明同学在探究凸透镜成像规律的实验中，选用了焦距 未知的凸透镜. 　 (1)小明为了测量凸透镜的焦距将平行光 　正对　凸透镜，移动光 屏，直至在光屏上形成一个最小、最亮的光斑，如图甲所示，则该 凸透镜的焦距为 　10.0　cm. (2)为使凸透镜所成的像便于观察，该实验的环境应该较 　暗　(选 填“暗”或“亮”). 正对　 10.0　 暗　 (3)将F光源、光屏分别放在凸透镜的两侧，调节它们的高度，使 　F 光源　和光屏的中心位于凸透镜的 　主光轴　上，这样做的目的是 使像呈现在 　光屏中央　. F 光源　 主光轴　 光屏中央　 (4)小明将F光源、凸透镜和光屏依次安装在光具座上，闭合开关， 二极管发光后，发现无论怎样移动光屏，都不能在光屏中心得到清 晰的像，其原因可能是 　物距小于或等于1倍焦距(或物距稍大于焦 距，成像在极远处，光具座的长度有限，光屏无法移 到该位置 (写出一条即可). 物距小于或等于1倍焦距(或物距稍大于焦 距，成像在极远处，光具座的长度有限，光屏无法移到该位置等) (5)小明按照实验步骤做了四次实验，下表是他记录的实验数据. 实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 1 40 13 ① 2 20 20 倒立、等大的实像 3 ② 40 倒立、放大的实像 4 6 无 正立、放大的虚像 表格中①处应填 　倒立、缩小的实像　，②处应填 　13　. 倒立、缩小的实像　 13　 (6)如图乙所示，在光屏中央恰好得到清晰的像，则像应为图丙中 的 　3　(选填“1”“2”“3”或“4”). (7)在第(6)问的基础上，保持凸透镜的位置不变，将F光源和光屏的 位置互换，发现光屏上仍然有清晰的像，判断的依据是 　在折射现 象中，光路可逆　，此时像的大小变 　小　. 3　 在折射现 象中，光路可逆　 小　 (8)如图丁所示，F光源通过凸透镜成正立的像时，人眼在图中 　B　 . 处能观察到像. B　 【实验拓展】 (9)用点燃的蜡烛作光源时，由于实验时间较长，烛焰的像即将超出 光屏的上边缘，这时可以向上移动 　蜡烛(或光屏)　，使像呈现在 光屏中央. 蜡烛(或光屏)　 (10)当光屏上成清晰的像时，如果用遮光板挡住凸透镜的上半部 分，观察光屏时，会在光屏上看到 　C　(填字母). A. F光源像的下半部分 B. F光源像的上半部分 C. F光源完整的像，像的亮度变暗 D. F光源完整的像，像的亮度不变 C　 (11)如果有一只蚊子突然飞来停在凸透镜的左侧面上，则光屏上 　不 会　(选填“会”或“不会”)出现蚊子的像，原因是 　蚊子到凸透 镜的距离小于焦距，成正立、放大的虚像　. 不 会　 蚊子到凸透 镜的距离小于焦距，成正立、放大的虚像　 1. 某同学探究凸透镜成像规律时，光屏上得到了烛焰清晰的像(像未 画出)，如图所示.下列说法正确的是 (　D　) A. 光屏上的像是正立、放大的 B. 光屏上的像是倒立、放大的 C. 光屏上的像是正立、缩小的 D. 撤去光屏，烛焰清晰的像仍然在原处 D 【解析】由题图可知，此时物距大于像距，根据凸透镜成像规律可 知，成倒立、缩小的实像，故ABC错误；由于此时成的是实像，所 以即使实验中撤去光屏，烛焰清晰的像仍然在原处，故D正确. 2. [物理观念]如图甲所示，一束平行光经过凸透镜后，在光屏上得到 一个最小、最亮的光斑.由此可知，凸透镜的焦距是 　10.0　cm；当 该凸透镜在如图乙所示位置时，光屏上刚好成一个清晰的 　 倒、  　放大　的像；当蜡烛移动到44 cm刻度线处时，无论怎样移动光屏都接收不到清晰的像.此时小芳应该从图丙中的 　B　处观察. 10.0　 倒立 放大　 B　 3. 在探究凸透镜成像规律的实验中，凸透镜焦距为10 cm，调节凸透 镜、光屏和烛焰中心大致在同一高度，其目的是使像成在 　光屏中 央　；当烛焰距凸透镜15 cm时，移动光屏，可得到一个清晰的倒 立、 　放大　(选填“放大”或“缩小”)的实像.生活中 　 投影 (选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这一成像规律工作的. 光屏中 央　 放大　 投影仪 4. [物理学与日常生活]小明用透镜观察自己的手指，现象如图甲所 示，则他用的是一个 　凸　(选填“凸”或“凹”)透镜；若要图甲 中手指的像变得更大，透镜应适当 　远离　(选填“远离”或“靠 近”)手指；如图乙所示，通过此透镜观察窗外远处的房屋，他会看 到房屋 　缩小　(选填“放大”“等大”或“缩小”)的像. 凸　 远离　 缩小　 5. (2024·梅州平远县期末改编)小明在探究凸透镜成像规律的实验 时，将点燃的蜡烛、凸透镜和光屏放置在光具座上，调整后的位置 如图所示，此时在光屏上得到烛焰清晰的像，此像是倒立、 　 缩 (选填“放大”或“缩小”)的实像.如果用遮光板挡住凸透镜的上半部分，光屏上的像将 　完整　(选填“不完整”或“完整”)；实验一段时间后，蜡烛因燃烧变短，烛焰在光屏上成的像会向 　上　(选填“上”或“下”)移. (2024·梅州平远县期末改编) 缩小 完整　 上　 第 3 节　凸透镜成像的规律(第2课时) 课程标准(2022年版) 本节要点 2.3.5　了解凸透镜成像规律 的应用. 1.进一步理解凸透镜成像的规律. 2.了解凸透镜成像规律的应用.(重 点) 3.凸透镜成像规律实验的改进.(难 点) (重 点) (难 点) 凸透镜成像的规律 回忆上一课时的实验，总结归纳凸透镜的成像规律，再完成下列 表格. 物距 像的性质 像距 物、像的位置关系 应用 虚/实 大/小 正/倒 u＞2f 实像 缩小 倒立 f＜ v＜ 异侧 照相机 u＝2f 实像 等大 倒立 v＝2f 异侧 测焦距 缩小 f＜v＜2f 异侧 照相机 物距 像的性质 像距 物、像的位置 关系 应用 虚/实 大/小 正/倒 正/倒 f＜u＜2f 实像 放大 倒立 倒立 v＞2f 异侧 投影仪 u＝f 不成像 测焦距 u＜f 虚像 放大 正立 v＞u 同侧 放大镜 实像 放大 倒立 v＞2f 投影仪 虚像 正立 同侧 A. 该透镜的焦距是10.0 cm B. 移动光屏可承接到烛焰清晰放 大的像 C. 像的位置在60～70 cm刻度之间 D. 照相机应用了该次实验的成像规律 典例1 在探究凸透镜成像规律时，蜡烛和凸透镜的位置如图所示，移 动光屏可承接到烛焰清晰等大的像(图中未画出光屏).若保持透镜位 置不变，将蜡烛调至20 cm刻度处时，下列判断不正确的是(　B　) B A. 该凸透镜的焦距是16 cm B. 当u＝13 cm时，在光屏上得到放大的像 C. 当u＝20 cm时，在光屏上得到放大的像 D. 将物体从距凸透镜30 cm处移到距凸透镜 10 cm处的过程中，像逐渐变小 变式1　[科学思维]在做探究凸透镜成像规律的实验时，记录实验数 据并绘制如图所示的像距v和物距u之间的关系图像，下列说法正确 的是 (　B　)　 B 【解析】当u＝v时，物与像都在凸透镜2倍焦距处，即2f＝16 cm，所 以f＝8 cm，故A错误；当u＝13 cm时，f＜u＜2f，凸透镜成倒立、放 大的实像，故B正确；当u＝20 cm时，此时物距大于2倍焦距，所以 成倒立、缩小的实像，故C错误；当物体从距凸透镜30 cm处移动到 10 cm处的过程中，物距始终大于焦距，即物距变小，像距应该变 大，像变大，故D错误. 　 凸透镜成像规律的常考问题 1. 焦距的测量(有聚焦法、等距法等). 2. 凸透镜成像规律的应用. (1)一焦分虚实，二焦分大小. (2)实像倒立异侧，虚像正立同侧. (3)物像同向移动，像距变大则像变大.成实像时，物近像远像变大. 成虚像时，物近像近像变小. 典例2 (2024·常州中考)《重庆市消防条例》规定：2023年7月1日 起，禁止携带电动自行车或其电池进入电梯轿厢.一旦有人违规操 作，会被电梯内的摄像头拍摄成像并智能识别，电梯将停止运行并 发出声、光警报.如图所示，某次警报时，摄像头中凸透镜成像的像 距为10.1 mm，则凸透镜的焦距可能为 (　B　) B A. 5 mm B. 10 mm C. 15 mm D. 20 mm 【解析】摄像头中凸透镜成像的原理和照相机一样，需要像距在1倍 焦距与2倍焦距之间，故可得f＜10.1 mm＜2f，解出5.05 mm＜f＜ 10.1 mm，故B符合题意. 变式2　[科学思维]张强同学在光具座上做探究凸透镜成像规律的实 验，当光屏、透镜及烛焰的相对位置如图所示时，恰能在光屏上得 到一个清晰的像.由此判断，他所用凸透镜的焦距 (　D　) D A. 一定大于20 cm B. 一定在10 cm到16 cm之间 C. 一定小于8 cm D. 一定在8 cm到10 cm之间 求焦距范围的方法 第一步：由成像规律，找出物距、像距的不等式，如根据u＞v，可 知成倒立、缩小的实像，由此可得不等式u＞2f、2f＞v＞f.第二步： 把物距、像距(u＝20 cm、v＝16 cm)代入不等式中，可得20 cm＞ 2f、2f＞16 cm＞f.第三步：用数学方法解不等式，合并结果，得 8 cm＜f＜10 cm. 凸透镜成像规律的三种应用 1. 照相机 (1)照相机的成像原理：当u＞2f时，2f＞v＞f，成倒立、缩小的实 像，成像光路如图所示. (2)照相机成像的调节. 原理：物、像同向动，像距变大则像变大. 具体操作：①想拍物体的像大一些，则相机应该 　靠近　(选填“靠 近”或“远离”)物体(物距变小)，将相机镜头前伸， 　增大　(选 填“增大”或“减小”)暗箱的长度(像距变大)； ②想拍物体的像小一些，则相机应该 　远离　(选填“靠近”或“远 离”)物体(物距变大)，将相机镜头后缩， 　减小　(选填“增大” 或“减小”)暗箱的长度(像距变小). 靠近　 增大　 远离　 减小　 2. 投影仪 (1)投影仪的成像原理：当2f＞u＞f时，v＞2f，成倒立、放大的实 像，成像光路如图所示. (2)投影仪成像的调节. 原理：物、像同向动，像距变大则像变大. 具体操作：①要使像变大，可 　减小　投影片与镜头的距离(物距变 小)，同时 　增大　屏幕与镜头的距离(像距变大)； ②要使像变小，可 　增大　投影片与镜头的距离(物距变大)，同 时 　减小　屏幕与镜头的距离(像距变小).(均选填“增大”或“减 小”) 减小　 增大　 增大　 减小　 3. 放大镜 (1)放大镜的成像原理：当u＜f时，成正立、放大的虚像，成像光路 如图所示. (2)放大镜成像的调节. 原理：物、像同向动，像距变大则像变大. 具体操作：①要使像变大，放大镜适当 　远离　物体； ②要使像变小，放大镜适当 　靠近　物体. 远离　 靠近　 典例3 (2024·深圳模拟改编)无人机利用携带的摄像机进行航拍，来 自地面景物的光通过摄像机镜头，会聚在感光元件上，形成倒 立、 　缩小　的实像；当需要拍摄景物更大的清晰的像时，无人机 应该 　靠近　(选填“靠近”或“远离”)景物，同时 　增大　(选填 “增大”或“减小”)镜头与感光元件间的距离. (2024·深圳模拟改编) 缩小　 靠近　 增大　 (1)胶片上虾的头部朝 　下　(选填“上”或“下”). (2)测得胶片到凸透镜的距离为8 cm，则该凸透镜的焦距可能 是 　B　(填字母). A. 2 cm B. 7 cm C. 9 cm D. 10 cm 下　 B　 变式3　小李在池塘中看到一只形状特殊的“虾”，拍照得到虾的胶 片后，他用如图所示的投影仪展示给同学看. (3)要使像变得更大，应将幕布向 　右　移，并将凸透镜向 　左　移. (均选填“左”或“右”) 右　 左　 　 凸透镜成像规律的三种应用 应用 物距、像距 成像特点 调节原理 照相机 u＞2f， f＜v＜2f 倒立、缩小、实像 物、像同向动，像 距变大则像变大. 投影仪 f＜u＜2f， v＞2f 倒立、放大、实像 放大镜 u＜f，u＜v 正立、放大、虚像 凸透镜成像实验的改进方案 回顾凸透镜成像实验过程中遇到的问题，比较下列三个实验方法的 优点和缺点. 实验方案 优缺点 1 优点：取材方便，成本低. 缺点：①蜡烛成像不稳定； ②不方便读取物距和像距. 实验方案 优缺点 2 优点：①用LED灯作光源的优点是 　成像更稳定　； ②光屏带有方格的优点是 　方便比较像与物的大小关系　. 缺点：不方便读取物距和像距. 成像更稳定 方便 比较像与物的大小关系　 实验方案 优缺点 3 凸透镜的位置是零刻度线，优点是 　方便读取像距和物　. 方便读取像距和物距 典例4 (2024·肇庆一模改编)同学们利用如图所示的器材探究凸透镜 成像规律，操作如下(F为光源). (1)由于实验中凸透镜的焦距未知，故小艳同学先利用一束平行光测 量凸透镜的焦距，如图甲所示，则该透镜的焦距是 　10.0　cm. (2)实验时调节光源、凸透镜和光屏的中心大致在 　同一高度　，其 目的是使所成的像在光屏中央. (2024·肇庆一模改编) 10.0　 同一高度　 (3)图乙中，光屏上出现了 　缩小　(选填“缩小”“等大”或“放 大”)的清晰的像，生活中利用这个成像特点制成了 　照相机　(选 填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)；当光源适当靠近透镜时， 为使光屏上依旧出现清晰的像，光屏应适当 　远离　(选填“靠近” 或“远离”)透镜. 缩小　 照相机　 远离　 (4)本实验的数据和记录如下表所示，请将所缺内容补充完整. 实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 1 40 13 倒立、 　缩小　的实像 2 20 20 倒立、等大的实像 3 13 40 倒立、 　放大　的实像 4 6 无 正立、放大的虚像 缩小　 13 放大　 (5)观察光屏上像的特点时小畅不小心用手指遮挡住了透镜的上半部 分，此时光屏上F光源的像 　完整　(选填“完整”或“不完整”)； 充满好奇心的小畅同学继续探索，让透镜位置保持不动，将光源和 光屏的位置对调，对调后在光屏上 　能　(选填“能”或“不能”) 看到F光源的像. 完整　 能　 【实验拓展】 (6)本实验中选用F光源、刻度尺“0”刻度位于中间的光具座等器材 的优点是 　“F”光源成像稳定、清晰(或光具座上的刻度尺0刻度在 中间方便读取物距和像距)　(写出一条即可)；如图丙所示，本实验 改进了部分器材，如贴上方格纸光屏，其优点： 　能够更好地比较 像与物的大小关系 　(写出一条即可). “F”光源成像稳定、清晰(或光具座上的刻度尺0刻度在 中间方便读取物距和像距)　 能够更好地比较 像与物的大小关系 　 [科学探究](2024·泰安中考)在探究凸透镜成像的规律实验中，当蜡烛、 凸透镜、光屏放置的位置如图所示，烛焰在光屏上成清晰的倒立、等大的 像.下列说法中 (　D　) ①该凸透镜的焦距为20.0 cm；②将蜡烛放在d点时成像规律与投影仪成像 原理相同；③将蜡烛由b点移至a点时，移动光屏，可在光屏上成更小的像； ④将蜡烛放在c点，移动光屏，可在光屏上成倒立、放大的像 A. 只有①③正确 B. 只有④正确 C. 只有②④正确 D. 只有③④正确 D 2. 如图所示，小张将一个装有水的圆柱形玻璃杯放在漫画前，惊奇 地发现透过水杯看到漫画中的老鼠变“胖”了，还掉头奔向猫.关于 此现象，下列说法正确的是 (　D　) A. 透过水杯看到变“胖”的老鼠是虚像 B. 将漫画远离水杯一些，透过水杯看到老鼠的像会变“矮” C. 将漫画靠近水杯一些，透过水杯看到的老鼠始终是掉头的 D. 此时漫画中的老鼠成像与投影仪成像原理相同 D 3. (2024·青岛中考)小明用焦距为10 cm的凸透镜探究凸透镜成像 规律. (1)将蜡烛、凸透镜和光屏依次放置在光具座上，调节烛焰的中心、 凸透镜的光心和光屏的中心，使它们在 　同一高度　. 同一高度　 (2)如图甲所示，将蜡烛固定在光具座上10 cm刻度处，凸透镜固定 在50 cm刻度处，光屏应在 　60～70 cm　刻度范围内移动，直到在 光屏上看到 　缩小　、倒立的清晰的像，根据这一成像特点可制 成 　照相机　. 60～70 cm　 缩小　 照相机　 (3)S是烛焰上一点，请在图乙中画出它发出的两条光线经凸透镜折 射后的光路. 左　 (4)保持蜡烛和光屏位置不变，要使光屏上的像变大，应将凸透镜 向 　左　移动. 4. (2024·龙东地区中考)如图是物理兴趣小组探究凸透镜成像规律的 实验装置. (1)首先调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，目的 是 　使像成在光屏中央　. (2)如图甲所示，让平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小、 最亮的光斑，则凸透镜的焦距f＝ 　10.0　cm. 使像成在光屏中央　 10.0　 (3)当蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图乙所示时，光屏上 成清晰的像，利用此时凸透镜成像的特点制成的光学仪器是 　照相 机　(选填“照相机”“放大镜”或“投影仪”).若实验过程中挡住 凸透镜的一半，像的完整程度 　不会　(选填“会”或“不会”)受 影响. 照相 机　 不会　 (4)将蜡烛移到35.0 cm处，若想在光屏上得到清晰的像，应将光屏 向 　右　(选填“左”或“右”)移动，像将 　变大　(选填“变 大”“不变”或“变小”). 右　 变大　 $