2026年中考物理一轮复习《探究凸透镜成像规律》（全过程梳理）讲义

《探究凸透镜成像规律》全过程梳理 【课标要求】与【考情分析】 · 课标要求： 认识凸透镜的会聚作用，探究并知道凸透镜成像的规律。了解凸透镜成像规律的应用（照相机、投影仪、放大镜）。 · 考情扫描： 近3年中考中，本实验考查频次极高。主要考查角度： ① 焦距的测量； ② 实验器材的选择与评估（光源、透镜、光屏）； ③ 调节“三心等高”的方法及意义； ④ 成像规律的动态分析（物距变化时像距、像大小的变化）； ⑤ 特殊点（焦点、二倍焦距）的成像特点； ⑥ 光路可逆性； ⑦ 遮挡透镜对像的影响； ⑧ 实验故障分析（如光屏上找不到像的原因）； ⑨ 结合图像处理数据。 一、【考点梳理】 1. 基本概念回顾 凸透镜对光有 会聚 作用。 焦点F：平行于主光轴的光经凸透镜折射后会聚的点。 焦距f：焦点到 光心 的距离。 物距u：物体到 光心 的距离；像距v：像到 光心 的距离。 实像：由 实际光线 会聚而成，能用光屏承接； 虚像：由 折射光线的反向延长线 会聚而成，不能用光屏承接。 2. 器材选择 (1) 测量凸透镜的焦距： 将凸透镜 正对 太阳光（平行光），调节凸透镜到白纸的距离，直到太阳光在白纸上会聚到一点（如图所示），即 最小最亮 的光斑。这一操作的目的是找到凸透镜的 焦点，测出凸透镜的 焦距。 (2) 选择焦距合适的透镜： ① 焦距太大，在光具座上移动光屏，即使成实像，在光屏上 得不到像，因为像距过大超过了光具座的长度。 ② 焦距太小，不容易准确找到 像的位置。 (3) 物体（研究对象）的选取： 一定是 发光的物体，如蜡烛的烛焰、T字形光源、F字形光源等。 ① 蜡烛的烛焰和T字形光源、F字形光源相比较，其优点是：成本低、易操作。 ② T字形光源和F字形光源的优势是：环保，成像稳定。 ③ F字形光源和蜡烛的烛焰、T字形光源相比，其优势是：易于探究像与物 左右相反 的特点。 ④ 综合考虑，选择 F字形光源 进行实验最为理想。 (4) 光屏选择： 白色塑料板或带格白纸板。如果研究对象是嵌在带格白纸板上的发光二极管，应选择 带格白纸板 为光屏，因为这种光屏更容易比较 像与物的大小 关系。 3. 组装调整 (1) 依次在光具座上摆放 蜡烛、凸透镜、光屏，调整光源所在的平面、凸透镜所在平面与光屏所在平面 平行，并且要与光具座轨道所在的平面垂直。打开光源，调整光源、透镜、光屏三者中心 在同一高度，目的是使像成在 光屏中央。 (2) 光源、透镜、光屏三者中心在一条直线上，但这条直线不在同一高度，实验时有何弊端？ 答：改变物距再次成像时，像不在 光屏中央，要想使像成在 光屏中央 还需重新调整，操作繁琐。 (3) 实验时，发现像成在光屏的上方，若移动光屏，光屏应向 上 移动；若移动凸透镜，凸透镜应向 下 移动；若移动光源，光源应向 上 移动。 (4) 实验中，为了便于观察实验现象，实验的环境应该 较暗为好。 4. 操作要点 (1) 找像方法： 光屏先大范围、快速移动，当看到清晰像的大致位置后，在此位置附近小范围、慢慢移动光屏，如果将光屏 远离 凸透镜，发现光屏上的像都变模糊了，此位置就是像最清晰的位置，即 像距。 (2) 在实验过程中，由于蜡烛的燃烧，烛焰在光屏上的像会 上 移，需要重新调整。如果调整凸透镜，应使其 下 移，调好后，像成在光屏中心时，烛焰中心处于凸透镜主光轴的 下 方。 (3) 当把光源放在 二倍焦距以外，光屏上会出现倒立、缩小的像，此时像所处的位置是 一倍焦距和二倍焦距之间。将光源向远离凸透镜的方向移动，要想找到像，光屏应向 靠近 凸透镜的方向移动（凸透镜成像时，像移动方向与物体移动方向 相同；在光源移动的过程中，物与像之间的距离 逐渐变小。 (4) 当把光源放在二倍焦距处时，光屏上会出现 倒立、等大 的像，此时像所处的位置是 二倍焦距处。如果将光源向靠近凸透镜的方向移动，要想找到像，光屏应向 远离凸透镜的方向移动；在光源移动的过程中，物与像之间的距离 逐渐变大，当光屏移动到合适位置时，在光屏上会看到一个 放大 像。 5. 现象分析 (1) 当把光源放在焦点上时，光屏上没有像，会出现圆形光斑，前后移动光屏的位置，光斑的大小 不会改变（此光斑大小与凸透镜的大小 相等）。 (2) 当把光源放在一倍焦距以内，移动光屏找像时，在光屏上会发现一个大致是环形的暗区，如图所示。因为这是光源发出的光射向凸透镜，射到凸透镜边缘的光，无论是 直线传播，还是经过 折射，都照射不到的区域，所以为暗区。 (3) 当把光源放在一倍焦距以内时，光屏上 没有像，取下光屏，眼睛在光屏一侧，通过凸透镜看到一个 正立放大 的像，此像为 虚 像，当光源靠近透镜时，这个像会变 小。 (4) 实验中如果将凸透镜的上半部分遮去，你观察到的像是 完整的像，像的大小 不变，像的亮度 变暗。 (5) 当两支点燃的蜡烛、凸透镜和光屏分别置于如图所示的位置时，光屏上C、D两处会得到清晰的烛焰像。这两个像是 缩小的烛焰的像，生活中的光学器件 照相机 就是利用这一成像规律来工作的。用一厚纸板挡住A处的烛焰，在光屏上 C处仍能得到一个清晰的烛焰像。 (6) 记录的实验数据如下表所示，请在方格纸上画出像距与物距的关系图像。 ① 根据图像可得出的结论是：凸透镜成实像时，像距随物距增大而减小； ② 得出这一结论需要提炼的信息是：物距和像距满足 u+v≥4f。 二、【核心突破】 微考点1：测量凸透镜的焦距 问题1： 如何用简单的方法粗略测量凸透镜的焦距？写出操作步骤。 答： 将凸透镜正对太阳光，在透镜另一侧移动光屏，直到光屏上出现最小、最亮的光斑，测出光斑到透镜光心的距离即为焦距。 问题2： 如果太阳光不是平行光，或者没有太阳，有什么替代方法？ 答： ① 利用远处景物（如窗户）成像，测出物距和像距，利用公式估算； ② 利用点光源置于焦点处，观察出射光是否平行； ③ 利用二倍焦距成等大实像的特点，调节直到像物等大，此时物距的一半为焦距。 ★方法点拨（微考点1） · 平行光聚焦法：凸透镜正对太阳光，移动光屏得到最小最亮的光斑，此时光斑到透镜中心的距离即焦距。 · 替代法：利用远处景物成像估算，或利用光路可逆原理。 · 注意：必须使透镜与光屏平行，光斑最小最亮时才是焦点。 微考点2：实验器材的选择与评估 问题1： 为什么要选择焦距合适的凸透镜？焦距太大或太小分别有什么弊端？ 答： 焦距太大，像距可能超过光具座长度，无法在光屏上承接到像；焦距太小，像距变化范围小，测量误差大，不易观察规律。 问题2： 为什么现在很多实验用F形LED光源代替蜡烛？有哪些优点？ 答： ① 亮度稳定，不像蜡烛会越烧越短；② 环保无污染；③ F形便于观察像的倒立及左右相反特点。 问题3： 如果用蜡烛做实验，烛焰的像在光屏上端，应如何调节？若调节凸透镜，应向哪个方向移动？ 答： 可将蜡烛向上调，或将光屏向上调，或将凸透镜向下调。若调节凸透镜，应向下移动。 ★方法点拨（微考点2） · 焦距选择：物距需大于一倍焦距才能成实像，焦距太大时像距过大可能超出光具座。 · LED光源优势：稳定、环保、易观察像的左右上下关系。 · 调节技巧：像在光屏上方→将蜡烛向上调、凸透镜向下调、光屏向上调。 微考点3：实验装置的调节（“三心等高”） 问题1： 为什么要调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度？如果不调节，会出现什么问题？ 答： 为了使像成在光屏的中央。如果不调节，像可能成在光屏的上方或下方，甚至无法在光屏上呈现。 问题2： 在实验过程中，随着蜡烛的燃烧，烛焰的像在光屏上的位置如何变化？如何快速调整？ 答： 蜡烛燃烧变短，烛焰向下移动，像会向上移动。快速调整方法：将凸透镜向下移动，或将光屏向上移动。 ★方法点拨（微考点3） · “三心等高”确保像成在光屏中央。 · 蜡烛燃烧变短，像会上移，可将凸透镜适当下移或光屏上移。 微考点4：成像规律的动态分析 问题1： 当物体从二倍焦距以外向透镜靠近时，像距如何变化？像的大小如何变化？ 答： 像距变大，像变大。 问题2： 成实像时，物与像之间距离的最小值出现在什么位置？此时物距和像距有什么关系？ 答： 当物距等于二倍焦距（u=2f）时，物像距离最小，为4f。此时物距等于像距（u=v=2f）。 问题3： 成虚像时，物体靠近透镜，虚像的大小如何变化？ 答： 物体靠近透镜（物距减小），虚像变小（但仍比物体大）。 ★方法点拨（微考点4） · 口诀记忆：“物近像远像变大，物远像近像变小”（实像）。 · 极值规律：当u=2f时，v=2f，此时物像距离最小4f。 · 虚像时：物距越小，像越小。 微考点5：特殊位置成像与光斑现象 问题1： 将光源放在焦点处，光屏上为什么得不到像？移动光屏，光斑大小不变，说明什么？ 答： 因为从焦点发出的光经凸透镜折射后变为平行光，不能会聚成像。光斑大小不变说明折射光线是平行的，光斑大小等于透镜通光口径。 问题2： 当光源位于一倍焦距以内时，眼睛在光屏一侧通过透镜能看到什么像？若光源靠近透镜，像如何变化？ 答： 能看到正立、放大的虚像。若光源靠近透镜，像变小。 ★ 方法点拨（微考点5） · u=f时，不成像，光屏上出现与透镜等大的圆形光斑。 · u<f时，成虚像，物体靠近透镜，虚像变小。 微考点6：遮挡与多像问题 问题1： 用黑纸遮住凸透镜的上半部分，光屏上的像有什么变化？为什么？ 答： 像仍然是完整的，但亮度变暗。因为物体上任一点发出的光，透过透镜下半部分仍能会聚成像，只是参与成像的光线减少了。 问题2： 两支蜡烛同时成像，光屏上为什么有两个清晰的像？挡住A处烛焰，哪个像还存在？ 答： 因为每支蜡烛独立成像，互不干扰。挡住A处烛焰，A的像D消失，B的像C仍然存在。 ★方法点拨（微考点6） · 遮挡透镜一部分：像仍然完整，但亮度变暗。 · 多物体成像：每个物体独立成像，互不影响。 三、【创新实验角】 【背景介绍】 在2025年某地中考题中，出现了“水透镜”模拟眼睛的调节。通过改变透镜的厚薄（焦距）来观察成像情况。 【任务：自制水透镜模拟成像】 活动材料： 注射器、透明软管、塑料薄膜、水、光具座、光源、光屏。 活动步骤： 1. 用塑料薄膜和注射器制作一个水透镜，通过注水或抽水改变透镜的焦距。 2. 将光源放在某一位置，移动光屏找到清晰的像，记录物距和像距。 3. 改变水透镜的焦距（抽水或注水），再次移动光屏找像，观察像的变化。 4. 【挑战】 若要保持光源和光屏位置不变，如何通过改变水透镜的焦距使光屏上再次出现清晰的像？这模拟了眼睛的哪种调节功能？ 思考： 答： 当物距改变（或模拟看远近不同物体）时，通过注水（变厚，焦距变小）或抽水（变薄，焦距变大）改变透镜折光能力，使像清晰地成在光屏（视网膜）上。这模拟了眼睛的 调节功能（睫状体改变晶状体厚薄）。 5. 对比正常眼睛、近视眼、远视眼的模型，说明应如何矫正。 · 近视眼：晶状体太厚（或眼球太长），折光能力太强，像成在视网膜前。需配戴 凹透镜 矫正。 · 远视眼：晶状体太薄（或眼球太短），折光能力太弱，像成在视网膜后。需配戴 凸透镜 矫正。 ★方法点拨（创新实验） · 水透镜模拟晶状体：通过改变焦距使像再次清晰，模拟眼睛的调节。 · 近视眼：需配戴凹透镜矫正。 · 远视眼：需配戴凸透镜矫正。 【巩固练习】 A组 基础巩固（2024年真题） 1. (2024·江苏扬州) 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，某次实验时蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示，此时光屏上承接到清晰的像。下列判断正确的是（ ） A. 凸透镜的焦距可能是20cm B. 光屏上成倒立放大的虚像 C. 若只将蜡烛向左移动，光屏需向右移动才能再次承接到清晰的像 D. 若只将凸透镜向左移动，光屏上可能再次承接到清晰的像 2. (2024·山东泰安) 某同学在“探究凸透镜成像的规律”实验时，将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏调节到如图所示位置时，光屏上恰好出现清晰的像（未画出）。下列说法正确的是（ ） A. 凸透镜的焦距为20cm B. 光屏上成倒立、放大的实像 C. 若将蜡烛移至10cm刻度处，移动光屏，光屏上成正立、放大的像 D. 若将蜡烛远离凸透镜，将光屏靠近凸透镜，光屏上像变小 3. (2024·四川成都) 用焦距为10cm的凸透镜探究凸透镜成像规律，将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，光屏上承接到清晰的像。下列说法正确的是（ ） A. 当蜡烛在20cm刻度处时，移动光屏，光屏上承接到倒立放大的实像 B. 当蜡烛在35cm刻度处时，移动光屏，光屏上承接到倒立缩小的实像 C. 当蜡烛在45cm刻度处时，眼睛在透镜右侧通过透镜能看到正立放大的虚像 D. 实验中将透镜上半部分遮住，光屏上的像不完整 B组 实验探究（2025年真题） 4. (2025·湖北武汉) 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，某小组同学利用图示装置进行了多次实验，并将收集的数据记录在下表中。请你补充完整。 (1) 实验3中像的性质是________________。该凸透镜的焦距 f ＝ cm。 (2) 实验4中，人眼应在 （填“光屏”或“蜡烛”）一侧观察像。 实验序号 物距/cm 像距/cm 像的性质 1 30 15 倒立、缩小的实像 2 20 20 倒立、等大的实像 3 15 30 __________ 4 8 — 正立、放大的虚像 5. (2025·广东广州) 小明用焦距为10cm的凸透镜探究其成像规律。 (1) 实验前，要调整烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，目的是________________。 (2) 如图所示，将蜡烛放在20cm处时，光屏上成清晰的像，此时像的性质是________________。 (3) 保持凸透镜位置不变，将蜡烛从20cm处向左移动，要使光屏上再次成清晰的像，光屏应向________（左/右）移动，此过程中像的大小变化是________。 6. (2025·江苏南京) 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示，此时光屏上承接到清晰的像。 (1) 由成像规律可知，此时光屏上的像是________（倒立/正立）、（放大/缩小）的实像。 (2) 若保持蜡烛和光屏位置不变，将凸透镜移到________cm刻度处，光屏上能再次承接到清晰的像，这体现了光路________。 7. (2025·浙江杭州) 某小组用F形LED光源、焦距为10cm的凸透镜和光屏探究凸透镜成像规律。 (1) 实验时，他们先调节光源、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，目的是________________。 (2) 当光源位于30cm刻度处时，移动光屏，光屏上出现清晰的像，此时像是________（选填“放大”“等大”或“缩小”）的实像。 (3) 将光源向靠近透镜方向移动一段距离后，发现无论怎样移动光屏，光屏上都找不到清晰的像，原因可能是________________（写出一种即可）。 8. (2025·福建) 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、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，点燃蜡烛，调节它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，这样做的目的是________________。 (2) 如图所示，光屏上承接到清晰的像，此时物距 u ＝____cm，像距 v ＝_________cm，像是倒立、_______（选填“放大”“等大”或“缩小”）的实像。 (3) 若保持凸透镜位置不变，将蜡烛移动到30cm刻度处，则光屏应向___（选填“左”或“右”）移动才能再次承接到清晰的像。 9. (2025·河南) 小明用焦距为10cm的凸透镜探究凸透镜成像规律。 (1) 将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，点燃蜡烛后，调节它们的高度，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在________。 (2) 实验时，小明将蜡烛放在如图所示位置，移动光屏，光屏上承接到清晰的像。此时像的性质是________________。 (3) 保持凸透镜位置不变，将蜡烛向左移动一段距离，要想在光屏上再次承接到清晰的像，应将光屏向________移动，此时像的大小会________。 (4) 实验一段时间后，蜡烛变短，观察到光屏上的像向________（上/下）移动。 10. 同学们在“探究凸透镜成像的规律”的实验中： (1)小明在实验室找到了图甲所示的3个透镜，为完成该实验，他们应选择透镜___________（选填“A”、“B”或“C”）进行探究。 (2)同学们测得该凸透镜的焦距为10.0cm，于是进行实验。他们将蜡烛、凸透镜和光屏依次安装在光具座上，点燃蜡烛，调整光屏、凸透镜和烛焰的高度，使它们的中心大致在___________，这样做的目的是：___________。 (3)当蜡烛、凸透镜、光屏的位置如图乙所示时，光屏上呈现一个清晰的像，它的特点是倒立、___________的实像。生活中___________（选填“放大镜”、“照相机”或“投影仪”）就是利用该原理工作的。 (4)保持凸透镜位置不变，将蜡烛向右移动15cm，光屏上的像变模糊，为使光屏上的像再次变清晰，需将光屏向___________（选填“左”或“右”）移动，此时光屏上的像应是倒立、___________的实像。 (5)继续移动蜡烛至N点，无论怎样移动光屏都找不到像，这是因为烛焰通过凸透镜___________（选填“成虚像”或“不成像”）。 五、【实验反思】与【方法归纳】 1. 本实验渗透的科学方法 转换法：通过光屏上能否承接到像来区分实像与虚像。 控制变量法：探究像距与物距的关系时，保持 凸透镜的焦距 不变，改变 物距。 归纳法：通过多次实验数据，归纳出凸透镜成像的普遍规律。 模型法：用 光线（或透镜符号）表示透镜，用光线表示光的传播路径。 2. 实验操作要点总结 测量焦距：将凸透镜正对太阳光，移动光屏得到 最小最亮 光斑，测出光斑到透镜中心的距离。 调节共轴：使烛焰、凸透镜、光屏中心大致在 同一高度。 成像规律：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；物近像远像变大，物远像近像变小（实像）。 虚像观察：移去光屏，眼睛在 光屏（或透镜另一侧）侧透过透镜观察。 【参考答案与解析】 1. D 2. D 3. C 4. (1) 倒立、放大的实像；10 (2) 光屏 5. (1) 使像成在光屏中央 (2) 倒立、缩小的实像 (3) 左；变小 6. (1) 倒立；缩小 (2) 35（示例值，依据光路可逆，若原u=30, v=15，则新u=15, v=30，透镜位置需调整）；可逆 7. (1) 使像成在光屏中央 (2) 缩小 (3) 物距小于焦距（或物体在焦点以内，成虚像） 8. (1) 使像成在光屏中央 (2) 30；15；缩小 (3) 右 9. (1) 同一高度 (2) 倒立、放大的实像 (3) 左；变小 (4) 上 10. (1) B (2) 同一高度；使烛焰的像呈现在光屏中央 (3) 缩小；照相机 (4) 右；等大 (5) 成虚像 详细解析 (1) 中间厚边缘薄的透镜是凸透镜，中间薄边缘厚的透镜是凹透镜，因此 AC 是凹透镜，B 是凸透镜，因此选择透镜 B 进行实验。 (2) [1][2] 为使烛焰的像能够成在光屏的中央，就要调整烛焰、凸透镜、光屏，使三者的中心大致在同一高度上。 (3) [1][2] 由图可知，此时物距为u=50.0cm-15.0cm=35.0cm像距为v=64.0cm-50.0cm=14.0cm此时物距大于像距，即u>2f，由凸透镜成像规律可知，在光屏上能成倒立、缩小的实像，应用于照相机。 (4) [1] 凸透镜成实像时，物近像远像变大，因此保持凸透镜位置不变，将蜡烛向右移动 15cm，此时物距变小，像距应变大，因此需将光屏向右移动。[2] 此时的物距为u=50.0cm-15.0cm-15.0cm=20.0cm物距等于二倍焦距，由凸透镜成像的规律可知，此时成倒立等大的实像。 (5) 继续移动蜡烛至 N 点，此时物距u=50.0cm-44.0cm=6.0cm物距小于一倍焦距，成正立放大的虚像，因此无论怎样移动光屏都找不到像。 1 学科网（北京）股份有限公司 $