内容正文:
第三章 透镜及其应用
02
❶凸透镜和凹透镜
教材考点 · 深度梳理
考点
一
透镜
类型 凸透镜 凹透镜
特征 中间① 、边缘
② 中间③ 、边缘④
对光线
的作用 对光有⑤ 作用,折射光靠近主光轴 对光有⑥ 作用,折射光远离主光轴
厚
薄
薄
厚
会聚
发散
03
(1)①会聚作用是指光通过凸透镜后,折射光线比入射光线更靠近主光轴,但折射光线不一定会聚于一点,有可能还是发散的,只是与入射光线相比发散程度变小了,如图甲所示。
②发散作用是指光通过凹透镜后,折射光线比入射光线远离主光轴,但折射光线有可能会聚于一点,只是与入射光
线相比发散程度变大了,如图乙所示。
归纳总结
04
(2)测凸透镜焦距的方法:取一个凸透镜正对着太阳光,使太阳光通过凸透镜会聚于纸上一点,测出此点到凸透镜光心的距离即为焦距f。
05
❷透镜的三条特殊光线
表达 凸透镜 凹透镜 描述
过“心”
不变 过光心的光线通过透镜后不改变方向
“平”变“斜” 平行于主光轴的光线通过透镜后过焦点(或延长线过虚焦点)
06
续表
表达 凸透镜 凹透镜 描述
“斜”变“平” 过焦点(或延长线经过虚焦点)的光线通过透镜后平行于主光轴
7
考点
二
凸透镜成像规律及应用
物距u 像的特点 像距v 应用
u>2f ⑦ ⑧ ⑨
u=2f ⑩ v=2f 测焦距
f<u<2f ⑪ ⑫ 投影仪
u=f 不成像 / /
u<f ⑬ v>u(物像同侧) 放大镜
倒立、缩小、实像
f<v<2f
照相机
倒立、等大、实像
倒立、放大、实像
v>2f
正立、放大、虚像
8
(1)静态规律记忆口诀:1倍焦距分虚实,内虚外实,实倒虚正;2倍焦距分大小,内大外小。
(2)动态成像规律:成实像时,物距增大,像距⑭ ,像⑮ ;成虚像时,物距增大,像距⑯ ,像⑰ 。
方法归纳
减小
变小
增大
变大
9
①(教材素材改编题)小华是集邮爱好者,如图所示,他用焦距为5 cm的放大镜去观察邮票,想看清楚邮票的细微之处,这时放大镜与邮票之间的距离应 (选填“大于”“等于”或“小于”)5 cm,所成的像是放大的、
的虚像。
对应练习
小于
正立
10
②(教材素材改编题)如图所示,为了使所成的像缩小一些,应使投影仪的镜头离投影片 (选填“远”或“近”)一些,并 (选填“增大”或“减小”)投影仪与屏幕间的距离。
远
减小
11
③如图,在自制模型照相机时:
(1)应该选用 (选填“凸”或“凹”)透镜作镜头,选用 (选填“透明”“半透明”或“不透明”)膜来承接像。
(2)照相时,镜头离景物的距离至少要 ,才能在薄膜上看到清晰的像。
(3)当用照相机照近处的物体时,应该 两筒间的距
离,此时薄膜上的像 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
凸
半透明
大于2倍焦距
增大
变大
12
考点
三
眼睛和眼镜
眼睛
成像
原理 晶状体和角膜的共同作用相当于一个⑱ ,把来自物体的光会聚在视网膜(相当于光屏)上,形成物体⑲ 的
⑳ 像
类型 近视眼(近处清晰,远处模糊) 远视眼(远处清晰,近处模糊)
成因 晶状体太厚,折光能力太
㉑ 晶状体太薄,折光能力太
㉒
凸透镜
倒立、缩小
实
强
弱
12
13
续表
成像
位置及
矫正 成像于视网膜㉓ ;戴㉔ 透镜做成的眼镜 成像于视网膜㉕ ;戴㉖ 透镜做成的眼镜
前
凹
后
凸
14
④6月6日为全国“爱眼日”,有很多学生不注意用眼保健,以致患近视眼的学生越来越多。甲、乙两图中表示近视眼成像的光路图的是图
(选填“甲”或“乙”),可选用图丙中的 号镜进行矫正。
对应练习
乙
2
15
物镜相当于一架㉗ ,目镜相当于一个㉘ 。
考点
四
制作望远镜
照相机
放大镜
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(2025·石家庄一模)如图所示,在探究凸透镜成像规律的实验中,若此时光屏上成清晰的像,下列说法正确的是 ( )
A.该凸透镜的焦距为15 cm
B.光屏上成倒立、放大的实像
C.照相机是利用该成像规律制成的
D.将蜡烛放置在光具座的45 cm刻度线处,调整光屏到适当位置,烛焰在光屏上可成清晰、正立、放大的像
重点难点 · 提升训练
重难点
凸透镜成像规律及应用
例
C
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解析:根据题图可知,此时的物距大于像距,成倒立、缩小的实像,其应用是照相机;此时的物距u=30.0 cm>2f,像距f<v=15.0 cm<2f,则凸透镜的焦距取值范围为7.5 cm<f<15 cm,故C正确,A、B错误;将蜡烛放置在光具座的45 cm刻度线处,此时u<f,成正立、放大的虚像,虚像不能用光屏承接,故D错误。
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凸透镜成像规律及其应用主要从以下几个方面进行考查。
1.光屏上成清晰像的应用
(1)若u>v,则与照相机成像原理一致;
(2)若u<v,则与投影仪成像原理一致;
(3)若u=v,则 u=v=2f,可用于求焦距。
2.动态成像:在凸透镜成像现象中,像随物距的变化规律是“实像物近像远像变大,虚像物远像远像变大”,以此分析问题。
解题通法
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3.透镜叠加:在凸透镜成像现象中,若增加一个凸透镜,会使光线会聚后再通过原凸透镜成像,光线提前会聚,这样使像距减小,同时像也会变小;相反,若增加一个凹透镜,会使光线发散后再通过原凸透镜成像,光线推迟会聚,这样使像距增大,同时像也会变大。
4.透镜变焦:透镜的焦距大小决定了它的折光能力,焦距越小,折光能力越强;若将凸透镜换为焦距较小的,则在物距不变的情况下,像距会变小,像的大小也会变小;反之亦然。
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(2025·邯郸丛台区三模)2025年春晚《秧BOT》节目播出后,机器人引领科技大潮。机器人舞者身上处处彰显物理知识,其中机器人通过光学传感器捕捉环境信息,进行视觉感知。光学传感器中有一部分就相当于我们所学的凸透镜。在“探究凸透镜成像的规律”实验中,蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示时,在光屏上成清晰的烛焰的像。下列说法中正确的是 ( )
A.图中凸透镜的焦距可能是12 cm
B.图中成像特点与投影仪成像特点相同
C.随着蜡烛燃烧而逐渐变短,光屏上的像也逐渐向下移动
D.把蜡烛适当左移,透镜保持不动,向右适当移动光屏,会再次在光屏上得到清晰的像,且像变小
变式训练
A
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解析:由题图可知,u>v,且成实像,说明u=30 cm>2f,2f>v=20 cm>f,即15 cm
>f>10 cm,因此该凸透镜的焦距可能是12 cm,故A正确;此时物距大于像距,根据凸透镜成实像时,物距大于像距,成倒立、缩小的实像,是照相机的成像原理,故B错误;随着蜡烛燃烧而逐渐变短,根据过光心的光线传播方向不变可知,光屏上的像逐渐向上移动,故C错误;把蜡烛适当左移,透镜保持不动,此时物距增大,根据凸透镜成实像时,物远像近像变小可知,向左适当移动光屏,会再次在光屏上得到
清晰的像,且像变小,故D错误。
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❶实验装置图
实验
探究凸透镜成像的规律
重点实验 · 完全突破
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❷实验器材及作用
凸透镜、光屏、蜡烛、光具座(带刻度尺)。
(1)光具座:便于测量物距和像距。
(2)光屏:承接蜡烛的像。
(3)凸透镜:对光线有 作用,应放在蜡烛和光屏 。
会聚
之间
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❸实验步骤
(1)为了使实验现象更明显,本实验应该在 的环境中进行。调节烛焰、凸透镜和光屏,使三者的中心大致在同一 ,使像成在光屏的 。
(2)把蜡烛放在较远处,使物距u>2f,调整光屏到凸透镜的距离,使烛焰在光屏上成清晰的实像,观察实像的大小和正倒。记下物距u和像距v(此步骤做三次)。
(3)把蜡烛向凸透镜移近,使物距在2f和f之间,即f<u<2f,重复以上操作,进行观察并记下物距u和像距v(此步骤做三次)。
较暗
高度
中央
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(4)继续移近蜡烛,使物距u<f,调整光屏的位置,看能否在光屏上找到像。如果不能,试着从光屏一侧向透镜方向观察蜡烛的像,判断一下是实像还是虚像,并观察像的大小和正倒,记下物距u和像距v(像距只需估测,此步骤做三次)。
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❹实验结论
(1)当u>2f时,f<v<2f,成 、缩小的实像。
(2)当u=2f时,v=2f,成倒立、 的实像。
(3)当f<u<2f时,v>2f,成倒立、 的实像。
(4)当u=f时,不成像。
(5)当u<f时,成正立、放大的 像。
倒立
等大
放大
虚
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❺交流与反思
(1)当透镜被纸遮住一部分以后,光屏上会成 的像。
(2)随着探究活动的进行,蜡烛越烧越短,发现烛焰在光屏上所成的像逐渐向 移动,为了使烛焰成的像位于光屏中央,应将光屏或蜡烛 ,或者将透镜 。
(3)当物距小于1倍焦距时,成正立、放大的虚像,像不能成在光屏上,所以眼睛应在 一侧观察成像情况。
完整的较暗
上
上移
下移
光屏
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(4)无论怎么移动光屏,都找不到像的原因,可能是:
①蜡烛在 ;
②蜡烛在 上;
③烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在 。
(5)当光屏上成清晰的像时,蜡烛和光屏互换位置后,光屏上 成清晰的像(光路可逆)。
(6)当在凸透镜前加远视镜(凸透镜)时,光线会提前会聚,像距变小,像变小,光屏应该向 透镜的方向移动;当加近视镜(凹透镜)时,光线会延迟会聚,像距变大,像变大,光屏应该向 透镜的方向移动。
1倍焦距内
焦点
同一高度
能
靠近
远离
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(7)换用焦距更小的凸透镜,对光的会聚能力变强,像距变小,像变小,为了使光屏上能成清晰的像,光屏应该向 透镜的方向移动;换用焦距更大的凸透镜,对光的会聚能力变弱,像距变大,像变大,为了使光屏上能成清晰的像,光屏应该向 透镜的方向移动。
靠近
远离
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某小组在“探究凸透镜成像的规律”的实验中:
【基础设问】
(1)实验前,要调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在 。
(2)通过调整,恰好在光屏上得到与烛焰等大的像(像未画出),如图甲所示,则所用凸透镜的焦距是 cm。
即时演练
同一高度
10.0
甲
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(3)在图甲中,把蜡烛向左移动15 cm,凸透镜的位置不变,应把光屏向
(选填“左”或“右”)适当调节,才能在光屏上得到烛焰清晰的倒立、
(选填“放大”“缩小”或“不变”)的实像。
(4)在探究凸透镜成像的规律过程中,小组成员又尝试用白纸遮挡住凸透镜的一半,发现在光屏上 (选填“仍能”或“不能”)呈现烛焰完整的像。
左
缩小
仍能
甲
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(5)当烛焰在距离凸透镜12 cm处时,移动光屏,可在光屏上得到一个倒立、
(选填“放大”或“缩小”)的实像,生活中的 (选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”)就是利用这个原理制成的。
(6)保持凸透镜位置不动,把蜡烛移到45 cm处,无论怎样移动光屏,光屏上始终承接不到像,能观察到像的方法是
。
甲
放大
投影仪
撤去光屏,从光屏一侧向凸透镜
方向观察
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(7)实验过程中发现像的位置偏高,如图乙所示,为了能使像成在光屏的中央,应将凸透镜向 (选填“上”或“下”)调节。
乙
下
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(8)如图丙,将点燃的蜡烛置于凸透镜的一倍焦距以内,人眼观察到其放大的像,若将一光屏置于图中虚线处,则人眼观察到烛焰的像 (填选项字母)。
A.没有变化
B.会被遮挡
C.能成在光屏上
D.亮度变暗
丙
A
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【补充设问】
(9)(更换透镜)将图甲中凸透镜更换为焦距为5 cm的凸透镜,保持物距不变,则需将光屏向 (选填“左”或“右”)移动才能成清晰的像,且像会 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(10)(增加透镜)在图甲所示的实验中,小明在凸透镜前放置一眼镜片,原来光屏上清晰的像变模糊,此时将光屏远离凸透镜到适当位置又得到清晰的像,则这眼镜片是 (选填
“近”或“远”)视眼镜。
甲
左
变小
近
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(11)(水透镜)实验完成后,小明想研究眼睛的成像原理,于是自制了水透镜来模拟眼睛的晶状体,点燃蜡烛,向水透镜内注入适量的水,调节蜡烛、光屏的位置如图丁所示,发现光屏上得到一个倒立、缩小的实像,保持蜡烛位置不动,向水透镜内继续注水,将光屏向 水透镜的方向移动,又得到烛焰清晰的像,这一过程模拟了 (选填“近视眼”或“远视眼”)的形成。
靠近
近视眼
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【新考法】
(12)(2022年版课标实验器材建议——F形光源)另一小组将光源和光屏分别竖直放置在水平光具座上的C、E位置(C、E相距20 cm),D是CE的中点,在CD之间朝向C观察,看到光源形状如图戊①所示,在D处竖直放置一个凸透镜,光屏上恰好成清晰的像,则所用凸透镜的焦距为 cm,此时眼睛在图戊中DE之间所观察光屏上的像为 ;接下来将凸透镜更换为平面镜,镜面朝向光源,在CD之
间观察到的平面镜中的像为 ,
再在DE之间观察光屏,光屏上成的像
为 。(后三空均选填对应的序号)
5
④
②
③
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❶(2025·河北)在“探究凸透镜成像的规律”实验中,小明发现光屏上承接到的清晰的像与光源大小相等,下列说法正确的是 ( )
A.光屏上的像是虚像
B.透镜到光屏的距离与到光源的距离相等
C.仅将透镜向光屏方向适当移动,光屏会再次承接到清晰的像
D.光源靠近透镜,同时光屏远离透镜,光屏会承接到清晰的像且越来越小
河北中考 · 考向体验
命题点
一
凸透镜成像规律的应用
B
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解析:实像可以成在光屏上,虚像不能成在光屏上,光屏上的像是实像,故A错误;当物距等于像距且均为2倍焦距时,像与物大小相等,此时透镜到光屏的距离(像距)等于到光源的距离(物距),故B正确;凸透镜成实像时,物近像远像变大,将透镜向光屏方向适当移动,物距增大,像距减小,光屏的位置不动,无法满足新的像距要求,故光屏无法再次承接到清晰的像,故C错误;凸透镜成实像时,物近像远像变大,光源靠近透镜,物距减小,同时光屏远离透镜,像距增大,光屏会承接到清晰的像且越来越大,故D错误。
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❷(2023·河北改编)在“探究凸透镜成像的规律”实验中,蜡烛、焦距为
10 cm的凸透镜、光屏位置如图所示时,光屏上恰好呈现烛焰清晰的像。下列说法正确的是 ( )
A.投影仪就是利用这一规律成像的
B.将蜡烛放置在35 cm刻度处,仅向右移
动光屏,能得到清晰、倒立、放大的实像
C.若飞来一只小虫落在凸透镜上,遮住凸透镜的部分区域,则光屏上烛焰的像不再完整
D.蜡烛、凸透镜、光屏位置不动,用焦距为8 cm的凸透镜替换该透镜,光屏上能成清晰的像
B
41
解析:由题图可知,物距大于2倍焦距,此时成倒立、缩小的实像,与照相机的成像原理相同,故A错误;将蜡烛放置在35 cm的刻度处,此时的物距在1倍焦距和2倍焦距之间,像距要大于2倍焦距,向右移动光屏,能得到清晰、倒立、放大的实像,故B正确;若飞来一只小虫落在凸透镜上,遮住凸透镜的部分区域,物体上任一点都有光线射向凸透镜的其余部分,经凸透镜折射后,照样能会聚成像,像的大小不发生变化,只是折射光线减少,会聚成的像变暗,故C错误;蜡烛、凸透镜、光屏位置不动,用焦距为8 cm的凸透镜替换该透镜,凸透镜的焦距变小,会聚
能力变强,像会提前会聚,所以光屏上不
再成清晰的像,故D错误。
42
❸(2022·河北改编)小明利用如图所示的装置探究凸透镜成像的规律。将蜡烛放在凸透镜左侧适当位置,调整光屏到凸透镜的距离,使烛焰在光屏上成清晰的像,分别测出物距u和像距v,实验数据如下表。下列说法正确的是 ( )
A.该凸透镜的焦距为20 cm
B.从第1次实验到第5次实验,成在光屏上
的像越来越小
C.当u=45 cm时,移动光屏,可在光屏上成
倒立、缩小的清晰实像
D.第5次实验后,在贴近凸透镜左侧放一眼镜
片,向右移动光屏,能在光屏上成清晰的像,则眼镜片对光起会聚作用
实验次数 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
C
43
解析:根据表格中的数据可知,当u=20 cm时,v=20 cm,则u=v=2f,所以焦距为10 cm,故A错误;从第1次实验到第5次实验,物距始终大于焦距,物距变小,像距变大,像变大,故B错误;当u=45 cm时,物距大于2倍焦距,移动光屏,可在光屏上成倒立、缩小的清晰实像,故C正确;第5次实验后,在贴近凸透镜左侧放一眼镜片,向右移动光屏,能在光屏上成清晰的像,这说明像推迟会聚了,该眼镜片是凹透镜,对光起发散作用,故D错误。
实验次数 1 2 3 4 5
物距u/cm 60 30 20 15 12
像距v/cm 12 15 20 30 60
44
❹(2024·河北)如图所示,烛焰经凸透镜在光屏上成清晰的像,此成像原理可用于制作 。不改变蜡烛与光屏的位置,向 (选填“左”或“右”)移动凸透镜到某一位置,能再次在光屏上成清晰的像。若烛焰的高度大于凸透镜的直径,在足够大的光屏上 (选填“能”或“不能”)成清晰且完整的像。
投影仪
右
能
45
解析:由题图可知,此时物距小于像距,根据凸透镜成实像时,物距小于像距,成倒立、放大的实像,应用于投影仪;不改变蜡烛与光屏的位置,向右移动凸透镜到某一位置,当物距等于原来的像距,像距等于原来的物距时,根据在光的折射中,光路是可逆的可知,能再次在光屏上成清晰的像;若烛焰的高度大于凸透镜的直径,部分光线仍能通过凸透镜会聚成完整的像。
46
❺(2021·河北)小明用凸透镜、蜡烛、光屏和光具座等器材探究凸透镜成像的规律。
(1)实验前,使 在同一水平高度。
命题点
二
探究凸透镜成像规律
烛焰、凸透镜、光屏的中心
解析:(1)实验前,应使蜡烛的烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度,这样做的目的是使烛焰的像成在光屏的中央。
47
(2)当蜡烛、凸透镜、光屏在如图所示的位置时,光屏上出现了等大、清晰的像,此凸透镜的焦距为 cm。
10.0
解析:(2)由题图可知,凸透镜成像时,蜡烛放在距离凸透镜20 cm处时,即u=20.0 cm,光屏上得到倒立、等大的实像,则u=20.0 cm=2f,所以f=10.0 cm。
48
(3)保持凸透镜位置不动,在(2)实验基础上,想要在光屏上得到缩小、清晰的烛焰像,接下来的操作是
。
将蜡烛适当向左移动,并将光屏适当向左移
动,使光屏位于1倍焦距和2倍焦距之间
49
解析:(3)烛焰在(2)中成倒立、等大的实像,为使光屏上得到缩小、清晰的烛焰像,蜡烛应向左移动一定的距离,这样物距变大,像距变小,成的像也变小,因此想要在光屏上得到烛焰缩小、清晰的像,接下来的操作是将蜡烛适当向左移动,并将光屏适当向左移动,使光屏位于1倍焦距和2倍焦距之间。
50
(4)保持凸透镜位置不动,把蜡烛移到光具座45 cm刻度处,无论怎样移动光屏,光屏上始终接收不到像。小明观察到像的方法是
。
撤去光屏,从凸
透镜的右侧透过凸透镜去观察
解析:(4)保持凸透镜位置不动,把蜡烛移到光具座45 cm刻度处时,u=
50.0 cm-45.0 cm=5.0 cm<f,成的是一个正立、放大的虚像,且像和物在凸透镜的同一侧,因此要想看到这个像,应撤去光屏,从凸透镜的右侧透过凸透镜去观察。
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