5.3 凸透镜成像的规律 课件-2026-2027学年人教版物理八年级上学期

该初中物理课件聚焦“凸透镜成像的规律”，通过放大镜观察远近物体的不同成像现象导入，引导学生从提出问题、猜想假设到设计实验，结合物距、像距、焦距等概念，构建从现象探究到规律总结再到实际应用的学习支架。 其亮点在于融入4段核心视频（实验演示、动画模拟等），以科学探究为主线，通过控制变量法实验、数据记录与分析培养科学思维，结合照相机、投影仪等生活应用深化物理观念。学生能提升实验操作与问题解决能力，教师可借助结构化资源高效开展教学。

第五章 透镜及其应用 望远镜被誉为“洞察宇宙的眼睛”。从伽利略自制望远镜观测月球环形山，到郭守敬望远镜探索遥远星系，透镜始终是人类探索宇宙的关键。生活中的相机、投影仪、放大镜，也都藏着神奇的透镜奥秘。 这些小小的透镜是如何让光线改变路径，为我们呈现出多姿多彩影像的？这节课，就让我们一起揭开“凸透镜成像的规律”的神秘面纱，探索光与影的奇妙世界！ 第3节 凸透镜成像的规律 1.7.2013 同学们好！欢迎来到今天的物理课堂。大家看这张图，这是郭守敬望远镜，一个探索宇宙奥秘的巨大眼睛。其实，无论是天上的望远镜，还是我们手中的放大镜，都离不开一个神奇的东西——透镜。这节课，我们就将一起探索透镜家族中最重要的成员——凸透镜，看看它是如何创造出各种奇妙影像的。让我们一起开启今天的探索之旅吧！ ‹#› 资源概况 本课件为直观展示凸透镜成像规律制作，内含高质量演示视频，文件大小约90MB。 全稿共包含75张幻灯片与4段核心视频资源，支持根据课堂节奏自由点播观看。 视频清单 01 演示实验：《探究凸透镜成像的规律》（直观展示实验全过程） 02 动画演示：《凸透镜成像时，像与物的变化关系》（动态模拟物距影响） 03 课堂总结：《凸透镜成像的规律及其应用》（核心知识点快速回顾） 04 趣味引入：《凸透镜的像与物距有关》（以趣味现象开启课题） 版权说明 课件中部分视频素材来源于网络自媒体，版权归原作者所有。若不慎侵犯版权，请及时联系处理，感谢您的理解与支持！ 致师生同学 1.7.2013 在正式开始之前，请允许我对这份课件做一些简单的说明。这份PPT包含了丰富的视频资源，能帮助大家更直观地理解知识，但文件会稍大一些。我们还贴心地准备了4段核心视频，大家可以按需观看。同时，请注意课件中的部分素材来源于网络，我们尊重原创版权。希望这份精心制作的课件能帮助大家更好地学习！ ‹#› ▌ 情景与问题：放大镜的“两面性” 用放大镜近距离看书本上的字时，我们看到的是正立、放大的清晰文字；可当用它观察远处的楼房或大树时，透过镜片看到的却是倒立、缩小的像。 ▌ 核心思考：探寻成像的秘密 同一个凸透镜，为何物距不同，成像效果就截然不同？有时变大有时变小，有时正立有时倒立。这背后隐藏着怎样的科学规律？今天，就让我们化身小小科学家，通过实验来揭开凸透镜成像的神秘面纱！ 第3节凸透镜成像的规律 导入新课 1.7.2013 同学们，请看大屏幕上的这两幅图。左边是我们用放大镜看书，字变大了；右边是用同一个放大镜看远处的风景，景象却倒立缩小了。大家有没有想过，为什么同一个工具会产生两种截然不同的效果？这就是我们今天要探究的核心问题。这背后一定有科学规律在起作用，让我们一起动手，揭开这个秘密吧！ ‹#› 01 知识与技能 亲手实验探究，掌握凸透镜成像规律，厘清像的大小、正倒、虚实与物距等因素的关系。 02 过程与方法 全程参与探究，学习设计实验、收集数据与分析论证的方法，提升分析和解决物理问题的能力。 03 情感态度与价值观 在动手与思考中体会科学探究的乐趣，感受物理规律的奇妙，激发探索科学、热爱物理的热情。 学习目标 第3节凸透镜成像的规律 1.7.2013 在开始探险之前，我们先明确一下今天的目的地。本节课我们有三个目标：首先，通过实验，我们要彻底搞懂凸透镜成像的规律；其次，在探究过程中，我们要学会像科学家一样思考和解决问题；最后，也是最重要的，希望大家能感受到科学的乐趣，爱上物理！大家有没有信心？ ‹#› 探究凸透镜成像的规律 01 凸透镜成像规律的应用 02 作图研究凸透镜成像规律 03 练习与应用 05 提升训练 06 课堂总结 04 第3节凸透镜成像的规律 1.7.2013 ‹#› 探究凸透镜成像的规律 一 第1节探究凸透镜成像的规律 1.7.2013 好了，现在让我们正式进入第一个环节：探究凸透镜成像的规律。请大家拿出我们的实验器材，准备好和我一起动手，揭开这个物理现象背后的秘密！ ‹#› 探究凸透镜的成像规律 一 【探究一】提出问题：明确实验研究的核心方向 在开展凸透镜成像实验之前，我们首先要聚焦到本次探究的核心问题上：凸透镜所成的像，其关键性质究竟受到哪些因素的影响？这是我们整个实验探究的起点。 核心研究维度：像的三大关键性质 1. 虚实之分：所成的像是真实存在、能呈现在光屏上的实像，还是仅能通过透镜观察到、无法用光屏承接的虚像？ 2. 大小变化：相较于物体本身，所成的像是被放大了，还是被缩小了？是否存在等大的情况？ 3. 正倒关系：所成的像是与物体方向一致的正立像，还是上下左右颠倒的倒立像？ 探究目标：找出决定凸透镜成像“虚实、大小、正倒”的关键影响因素，带着这个核心问题，开启后续的猜想与实验验证之旅。 1.7.2013 科学探究的第一步，是提出一个好问题。我们今天的核心问题就是：影响凸透镜成像性质的因素有哪些？像的虚实、大小、正倒，究竟是由什么决定的？请大家带着这个问题，开始我们的猜想。 ‹#› 探究二：凸透镜成像的猜想与假设 二 【提出问题】面对凸透镜成像的不同现象，究竟是哪些因素影响了它的成像特点呢？ 猜想一：成像特点可能与物体到透镜的距离有关。 生活事例：用照相机拍远处风景、投影仪放大图片、放大镜看近处文字，这三种情况物体到透镜的距离不同，成像的虚实、大小、正倒特点也截然不同，说明物距是关键影响因素。 猜想二：成像特点可能与凸透镜的焦距有关。 生活事例：变焦相机在拍摄同一物体时，通过改变镜头焦距，照片上像的大小会发生明显变化；不同焦距的放大镜观察物体，放大的倍数也不一样，说明焦距会影响成像效果。 猜想三：像的正倒可能与像和物体是否在透镜同侧有关。 生活事例：照相机和投影仪成像时，物体与像分居透镜两侧，所成的像都是倒立的；而放大镜观察物体时，物体和像在透镜的同一侧，成的是正立的像，说明像与物的位置关系影响像的正倒。 1.7.2013 非常好！基于我们的生活经验，我们提出了三个非常合理的猜想：成像可能与物体到透镜的距离有关，可能与透镜本身的焦距有关，还可能与像和物体是否在同侧有关。这些猜想都非常有价值，它们将指引我们接下来的实验方向。 ‹#› 【探究三】设计实验 · 先搞懂几个概念 三 （1）核心术语解析 ① 物距 (u)：指的是物体到透镜光心的距离，是实验中首要测量的基础物理量。 ② 像距 (v)：指的是像到透镜光心的距离，反映了成像位置与透镜的空间关系。 ③ 焦距 (f)：是焦点到凸透镜光心的距离，是凸透镜本身的固有光学属性。 物距u 像距v 在设计实验之前，我们必须先学会几个重要的物理术语，这是我们交流和记录的基础。 1.7.2013 在开始实验前，我们要先统一“语言”。请大家记住这三个词：物距u，就是物体到透镜光心的距离；像距v，就是像到透镜光心的距离；焦距f，是透镜本身的属性。这三个物理量是我们描述和研究成像规律的基础，大家一定要记牢。 ‹#› 【探究三】设计实验 · 我们的实验思路 三 【核心猜想】凸透镜所成像的虚实、大小、正倒等性质，主要与物距（u）有关。 ▍实验核心思路：控制变量法 01. 固定透镜参数：选用焦距已知的凸透镜（如f=10cm），实验过程中保持透镜的焦距不变，聚焦研究单一变量的影响。 02. 主动改变物距：将物体（蜡烛）从距离透镜较远处开始，缓慢向透镜方向移动，持续改变物距u，模拟不同的成像场景。 03. 捕捉清晰像点：每次改变物距后，移动光屏的位置，直至光屏上呈现出最清晰的像，确保观察到的像具备代表性。 04. 记录关键数据：仔细观察并记录像的性质（虚实、大小、正倒），同时精确测量并记录对应的物距u和像距v的数值。 05. 分析归纳规律：将多组实验数据整理成表格，对比分析物距变化与像的性质变化之间的关联，从而归纳总结出凸透镜的成像规律。 1.7.2013 我们的实验思路非常清晰，就是采用控制变量法。我们固定透镜的焦距不变，只改变物距，然后观察像的变化。具体来说，就是把蜡烛从远处移近，每次都找到最清晰的像，并记录下物距、像距和像的性质。最后通过分析数据，就能找到规律了。 ‹#› 探究凸透镜的成像规律 三 【探究三】设计实验 · 实验器材准备 01 / 核心器材“武器库”解析 ① 光具座（实验平台）：带有刻度尺的专用实验支架，可精准调节并测量物体、透镜、光屏三者间的距离，保证实验在同一直线上进行。 ② 凸透镜（实验核心）：选用焦距已知的凸透镜作为成像元件（如f=10cm），是决定成像性质的关键“主角”。 ③ 光源与光屏（成像系统）：用蜡烛或LED灯模拟物体发出光线；光屏用于承接实像，观察像的大小、倒正及清晰程度。 📏 光具座作用 提供稳定的实验轨道，刻度尺能直观读取物距(u)和像距(v)的数值，确保三者共轴等高，减少实验误差。 🔍 核心主角：透镜 使用焦距确定的凸透镜（如10cm），它对光线起会聚作用。实验中需固定在光具座中央，作为成像的关键部件。 💡 成像配套组件 光源（蜡烛/LED）替代物体发光；光屏用于承接实像。注意：虚像无法在光屏上呈现，只能通过透镜直接观察。 1.7.2013 这就是我们今天实验要用到的“武器库”：光具座、凸透镜、光源和光屏。光具座是我们的操作台，凸透镜是主角，光源用来模拟物体，光屏用来接收实像。请大家检查一下自己的器材是否齐全。 ‹#› 【探究三】设计实验 · 认识光具座 三 光具座是光学实验中用于探究凸透镜成像规律的核心器材，它能帮助我们精准控制和测量实验中的关键距离，为实验的准确性提供保障。 01. 核心结构：稳定且精密的实验基础 主要由一根带有精确刻度尺的长导轨和若干可滑动的支架构成。导轨的刻度值清晰，支架能灵活移动并固定，确保实验器材的位置可调节、可固定。 02. 实验作用：灵活调整器材相对位置 可将蜡烛（物）、凸透镜、光屏分别固定在支架上，通过沿导轨滑动支架，能便捷地改变三者之间的距离，满足探究不同物距下成像特点的实验需求。 03. 读数功能：精准测量物距与像距 读取各支架在刻度尺上对应的示数，通过计算示数差，就能准确得出物体到凸透镜的距离（物距）以及像到凸透镜的距离（像距），是量化实验数据的关键。 1.7.2013 我们来重点认识一下光具座。它上面的刻度尺非常重要，我们就是通过读取支架在刻度尺上的数值，来精确测量物距和像距的。它能帮助我们方便地调整和测量，是我们实验成功的关键工具。 ‹#› 探究凸透镜的成像规律 三 【探究三】设计实验 · 准备记录数据 像与物距的关系 实验条件：凸透镜的焦距f= 10 cm 实验 次数 物距u (单位: cm) 像的性质 (虚实) 像的性质 (大小) 像的性质 (正倒) 像距v (单位: cm) 1 （待测量） （如实像/虚像） （如放大/缩小） （如倒立/正立） （待测量） 2 / / / / / 3 / / / / / 4 / / / / / 📏 物距 u：物体到凸透镜光心的距离，实验中需要用刻度尺准确测量。 📷 像的性质：观察光屏成像情况，记录像的虚实、大小（放大/缩小）和正倒状态。 📐 像距 v：光屏上成清晰像时，光屏到凸透镜光心的距离，需同步记录。 1.7.2013 好的，实验前的最后一步准备，就是设计一个数据记录表格。这个表格将帮助我们清晰地记录每次实验的物距、像的性质和像距。请大家在笔记本上画好这个表格，准备随时记录我们的实验数据。 ‹#› 【探究四】实验过程 · 第一步：调整高度 01 实验核心操作要点 （1）关键动作：调节高度 操作步骤：点燃蜡烛（或开启光源），缓慢调节凸透镜和光屏的支架高度，确保三者位置相对稳定。 调节目标：使烛焰的中心、凸透镜的光心、光屏的中心（简称“三心”），在实验装置中大致处于同一水平高度。 核心原理解析 凸透镜成像是光的折射现象，光线通过光心传播方向不变。只有“三心共高”，才能保证烛焰发出的光线经凸透镜折射后，成像的主光轴与光屏平面垂直。 实验目的与意义 确保蜡烛的像能够完整、清晰地成在光屏的中央位置，避免像偏上或偏下导致无法观察测量，是保证后续成像规律探究实验数据准确的前提条件。 口诀记忆 烛焰透镜光屏心 三者调到同一高 像在屏中才完整 实验观察更清晰 1.7.2013 实验开始！第一步，非常关键，叫做“调整三心共高”。也就是要让烛焰的中心、凸透镜的光心和光屏的中心，大致在同一水平高度。大家想一想，为什么要这样做？对了，就是为了让像能完整地呈现在光屏的中央，方便我们观察和测量。 ‹#› 探究四：实验过程 · u > 2f 的成像规律 02 实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距 v/cm 虚实 大小 正倒 1 >20 实像 缩小 倒立 15 凸透镜焦距参数 f= 10 cm (2f=20cm) 30.0 实像|缩小|倒立 15.0 操作步骤：① 固定凸透镜于光具座50cm刻度处；② 将蜡烛置于30cm刻度处，确保物距u > 2f（u=30cm > 20cm）；③ 缓慢移动光屏，直至光屏上呈现出烛焰最清晰的像，观察并记录像的特征与相关数据。 核心现象：光屏承接的像为倒立、缩小的实像，像距v=15cm，处于一倍焦距与二倍焦距之间（f < v < 2f），此为照相机的成像原理。 1.7.2013 好，我们开始第一种情况的探究：当物距大于两倍焦距时。请大家将蜡烛放在离透镜较远的地方，比如30cm处。然后移动光屏，找到最清晰的像。大家看到了什么？对，是一个倒立、缩小的实像。请大家记录下此时的物距和像距。 ‹#› 探究凸透镜的成像规律 三 【操作步骤】将蜡烛向透镜方向移动至物距u=2f（即20cm，如蜡烛在30cm刻度、透镜在50cm刻度处）；缓慢移动光屏，直至光屏上呈现出最明亮、最清晰的烛焰像。 【核心现象】此时光屏上出现的像为倒立、等大的实像，经测量像距v也恰好等于20cm（即v=2f），这是实像大小变化的关键分界点。 实验 次数 物距 u/cm 像的性质 像距 v/cm 虚实 大小 正倒 2 20 实像等大倒立 20 凸透镜焦距 f=10 cm 1.7.2013 接下来，我们让蜡烛靠近一些，直到物距等于两倍焦距，也就是20cm。再次移动光屏找清晰的像。这次大家观察到了什么？没错，是一个倒立、等大的实像。而且神奇的是，像距也正好等于20cm。请大家记录下来。 ‹#› 探究凸透镜的成像规律 四 【探究四】实验过程 · 第四步：f < u < 2f 的成像情况 操作步骤：将蜡烛移至一倍焦距和二倍焦距之间（如35cm刻度处，u=15cm），缓慢移动光屏，直至在光屏上找到最清晰的像，观察并记录像的性质。 关键现象：光屏上呈现出清晰的像，像的大小、正倒状态发生明显变化，像距随之改变，需精准测量像距数值并对比焦距关系。 01. 物距条件 物距 u = 15 cm，恰好满足 f < u < 2f 的实验设定，处于一倍焦距与二倍焦距区间内。 02. 成像性质 观察到的像为倒立、放大的实像，这是投影仪、幻灯机的核心成像原理。 03. 像距特征 测量得像距 v = 30 cm，像距大于二倍焦距（v > 2f），像距显著大于物距。 结论总结：当物体位于凸透镜一倍焦距和二倍焦距之间时，成倒立、放大的实像，且像距大于二倍焦距，这是实像由缩小变放大的关键分界点。 1.7.2013 我们继续让蜡烛靠近透镜，这次让物距在一倍焦距和两倍焦距之间，比如15cm。移动光屏，找到清晰的像。哇，这次的像变成了倒立、放大的实像！而且像距也变得更大了，大于两倍焦距。这个现象非常重要，请大家仔细观察并记录。 ‹#› 探究凸透镜的成像规律 五 【探究四】实验过程 · 第五步：u = f 的成像情况 01 / 核心操作步骤 将蜡烛移动到离透镜一倍焦距的位置（u = f），例如将蜡烛固定在光具座40cm刻度处（对应物距u=10cm）；保持透镜位置不变，在透镜另一侧反复移动光屏，尝试寻找清晰的像，观察光屏上的变化。 02 / 实验现象观察 当物距 u = 10 cm（等于焦距）时，无论怎样移动光屏，都无法在光屏上看到清晰的烛焰像，只能观察到一个大小不确定、边缘模糊的圆形光斑，且光斑的亮度会随光屏移动发生变化，但始终无法汇聚成实像。 03 / 实验结论总结 当物体位于凸透镜的焦点上（u = f）时，光线经过凸透镜折射后会变成平行光射出，平行光无法在光屏上汇聚成实像，因此此时凸透镜不成像。 1.7.2013 现在，我们把蜡烛移到焦点处，也就是物距等于焦距的位置。大家再移动光屏试试，还能找到清晰的像吗？是不是找不到了？光屏上只有一个模糊的光斑。这说明，当物体在焦点上时，是不成实像的。 ‹#› 【探究四】实验过程 · 第六步：u < f 的成像探究 六 01 / 核心操作：将物体置于一倍焦距以内 继续将蜡烛向凸透镜方向移动，使物距小于一倍焦距（u < f）。例如，把蜡烛放置在光具座45cm刻度处，此时物距u=5cm（假设透镜在50cm处），保持透镜和光屏位置不变，观察成像情况。 02 / 关键观察：光屏与肉眼视角的差异 首先观察光屏：无论怎样移动光屏，都无法在光屏上承接清晰的像，说明此时没有实像生成。移走光屏后，从光屏一侧透过凸透镜向蜡烛方向看去，能清晰观察到物体所成的像。 03 / 实验结论：放大镜的成像原理（u < f） 当物距小于一倍焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像，且像与物体在凸透镜的同一侧。该虚像无法被光屏承接，只能通过肉眼透过透镜观察，这正是生活中放大镜的工作原理。 1.7.2013 最后一种情况，我们把蜡烛移到焦点以内，也就是物距小于焦距。这时，光屏上肯定是找不到像了。但是，如果我们移走光屏，从透镜的另一侧往里面看，会看到什么？对了！一个正立、放大的像！这就是放大镜的原理。这个像我们叫它虚像，因为它不能被光屏接收。 ‹#› 得出结论 · 凸透镜成像规律大总结！ 五 物距 (u) 像的性质 像距 (v) 实/虚像 典型应用 u > 2f 倒立、缩小的实像 f < v < 2f 实像 照相机、人眼 u = 2f 倒立、等大的实像 v = 2f 实像 测焦距、分界点 f < u < 2f 倒立、放大的实像 v > 2f 实像 投影仪、幻灯机 u = f 光线平行，不成像 / 无 探照灯、平行光源 u < f 正立、放大的虚像 像距 > 物距 虚像 放大镜 01 / 核心规律：物距决定成像特性 关键分界：一倍/二倍焦距 实验参考焦距 f = 10 cm 动态规律（成实像时）：物近像远像变大，物远像近像变小。（物像同向移动，像的大小随像距变化） 记忆口诀：一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小；实像倒立异侧倒，虚像正立同侧正。 1.7.2013 太棒了！通过一系列实验，我们终于总结出了凸透镜成像的完整规律。请看这个表格，它清晰地展示了物距、像的性质、像距和应用之间的关系。大家一定要熟记这个表格。另外，还有一个非常重要的动态变化规律和一个记忆口诀，帮助大家更好地掌握。 ‹#› 凸透镜成像规律的应用 二 第3节凸透镜成像规律的应用 01. 照相机的奥秘 利用“物距大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像”的规律。镜头相当于凸透镜，胶片相当于光屏，拍摄远景时镜头后缩，近景时镜头前伸。 02. 投影仪的原理 依据“物距在一倍焦距和二倍焦距之间时，成倒立、放大的实像”工作。通过调节镜头与投影片的距离，以及投影仪到屏幕的距离，获得清晰放大的像。 03. 放大镜的应用 利用“物距小于一倍焦距时，成正立、放大的虚像”的特点。放大镜实质是短焦距的凸透镜，物体越靠近焦点，所成的虚像就越大。 1.7.2013 理论学习完了，我们就要学以致用。接下来，我们就来看看我们刚刚总结的规律，是如何在我们生活中无处不在的照相机、投影仪和放大镜上发挥作用的。 ‹#› 应用一：照相机的成像原理 壹 01. 核心构造：镜头即凸透镜 照相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光经过镜头后会聚在感光元件（如胶片、CCD/CMOS）上，从而记录下影像信息。 02. 成像条件与特点（u > 2f） 拍摄景物时，物体距离镜头非常远，满足物距大于二倍焦距（u > 2f）的条件。此时在感光元件上会形成一个倒立、缩小的实像，这是照相机成像的核心规律。 03. “调焦”的物理本质 日常拍摄远近不同的物体时，我们调节相机“焦距”，实质是调节镜头到底片（感光元件）的距离（像距v），使不同物距的物体都能在感光元件上成清晰的像，这一过程就是改变像距以适配物距的变化。 1.7.2013 首先是照相机。它的镜头就是一个凸透镜。我们要拍的景物离我们很远，满足u>2f的条件，所以在底片上形成一个倒立、缩小的实像。我们拍照时调整焦距，其实就是在调整像距，以获得清晰的照片。 ‹#› 探究凸透镜的成像规律 二 【核心应用：投影仪的成像奥秘】 01. 基础原理：镜头即凸透镜 投影仪的核心成像部件是镜头，其本质就是一个凸透镜，光线经过透镜折射后在光屏上成像。 02. 关键条件：物距的控制 (f < u < 2f) 投影片（物体）放置在镜头下方较近的位置，严格满足“物距在一倍焦距和二倍焦距之间”的条件，这是投影仪成像的关键前提。 03. 成像特点：倒立、放大的实像 根据凸透镜成像规律，此时光线通过透镜折射后，会在远处的屏幕上汇聚形成一个倒立且放大的实像，能让观众清晰看到画面细节。 04. 趣味解惑：屏幕上的图像为何是正的？ 虽然凸透镜成的像是倒立的，但我们在放置投影片时，是将其“倒着”放入投影仪的，经过透镜的折射成像后，屏幕上呈现的就变成了正立的图像。 1.7.2013 再来看投影仪。它的镜头也是凸透镜。投影片放在镜头下方，满足f<u<2f的条件，所以在屏幕上形成一个倒立、放大的实像。大家可能会问，为什么我们看到的图像是正的？秘密就在于，投影片是倒着放进去的！ ‹#› 应用三：放大镜的成像原理 三 【核心定义：放大镜的本质】 放大镜是一个短焦距的凸透镜，是凸透镜成像规律在生活中最常见的直接应用之一。 【关键成像条件：物距与焦距的关系】 使用时，必须将观察的物体放置在放大镜的焦点以内，满足核心条件u < f（u为物距，f为焦距），这是放大镜成像的前提。 【成像特点总结】 透过透镜观察时，我们能看到物体正立、放大的虚像，且像与物体在凸透镜的同一侧，这与照相机、投影仪的成像特点形成鲜明对比。 【重要注意事项】 放大镜所成的像是虚像，它是由折射光线的反向延长线会聚而成的，因此不能被光屏承接，只能通过人眼透过透镜直接观察，这是虚像最显著的特征。 1.7.2013 最后是放大镜。它就是一个凸透镜。我们把物体放在焦点以内，也就是u<f，这样我们就能通过它看到一个正立、放大的虚像。这个像虽然不能被光屏接收，但极大地方便了我们观察细小的物体。 ‹#› 作图法探究成像规律 3 第3节作图研究凸透镜成像规律 引言：除了动手实验探究凸透镜成像的特点，我们还可以通过“作图法”来理论研究和预测成像情况。作图法的核心关键在于掌握三条经过凸透镜的特殊光线，利用这些光线的传播规律，我们就能清晰画出任意物距下的成像光路图，直观分析像的位置、大小和虚实属性。 1.7.2013 除了动手实验，我们还可以用更理论的方式——作图，来研究凸透镜的成像。这需要我们掌握三条非常重要的特殊光线。掌握了它们，我们就能画出任何情况下的成像光路图。 ‹#› 作图研究 · 三条特殊光线 二 01. 平行于主光轴的光线 光线特征：入射光线平行于凸透镜的主光轴；折射规律：经过凸透镜折射后，光线将通过焦点射出，这是凸透镜的会聚作用体现。 02. 经过焦点的入射光线 光线特征：入射光线从凸透镜的焦点出发（或指向焦点）射向透镜；折射规律：经过凸透镜折射后，光线将平行于主光轴传播，是第一条光线的逆过程。 03. 经过光心的入射光线 光线特征：入射光线穿过凸透镜的光心（透镜的中心位置）；折射规律：光线的传播方向不发生改变，沿直线传播。 核心作图方法：确定物体AB的像时，只需从端点A发出任意两条特殊光线，找到折射后的交点A'即为A的像；同理确定B的像B'，连接A'B'即可得到物体完整的像。 1.7.2013 大家看，这就是三条特殊光线：平行于主光轴的光线过焦点；过焦点的光线平行于主光轴；过光心的光线传播方向不变。作图时，我们只需要画出其中任意两条，找到它们的交点，就能确定像的位置和大小了。 ‹#› 四、课堂总结：凸透镜成像核心知识回顾 四 01. 夯实基础：掌握三个核心概念 明确物距(u)、像距(v)、焦距(f)的定义，这是分析凸透镜成像规律的基本前提，是理解后续成像条件的关键基石。 02. 核心规律：牢记成像的三种关键情况 u > 2f→ 倒立、缩小、实像（对应应用：照相机）；f < u < 2f→ 倒立、放大、实像（对应应用：投影仪）；u < f→ 正立、放大、虚像（对应应用：放大镜）。 03. 动态变化：理解“物像移动”的口诀逻辑 成实像时遵循“物近像远像变大，物远像近像变小”的规律；物距与像距变化方向一致，像的大小随像距变化而改变，这是调节成像效果的核心依据。 04. 知识拓展：作图与应用的结合 熟练运用三条特殊光线（平行于主光轴、过光心、过焦点）进行成像作图，将理论规律与照相机、投影仪、放大镜的实际应用场景结合，加深对成像本质的理解。 1.7.2013 好了，一节课的时间很快就过去了。让我们一起回顾一下今天学习的核心知识点。我们学习了三个基本概念，掌握了一个核心规律，理解了一个动态变化，了解了三种实际应用，还学会了三种作图方法。这些就是今天的全部精华，希望大家课后好好复习，真正掌握凸透镜成像的奥秘！ ‹#› 五、练习与应用 五 【题目情境】 在天安门广场某处，某同学想拍摄天安门城楼的全景，但发现在该位置无论如何调节相机，都只能从观景框中看到城楼的一部分。 【核心问题】 应如何操作，才能拍摄到天安门城楼的全景？请结合凸透镜成像规律说明具体理由。 【解决方案与原理分析】 方法：该同学应向后退（增大相机与人（天安门城楼）之间的距离，即增大物距），同时调节相机使镜头后缩（减小镜头到底片的距离，即减小像距）。 原理：根据凸透镜成实像的规律：物距增大，像距减小，像也变小。通过增大物距、减小像距，使天安门城楼在底片上成的像变小，从而能让整个城楼的像进入相机的取景框，拍摄到全景。 1.7.2013 现在，我们来检验一下学习成果。请看这道题：想拍天安门全景，却只能拍到一部分，怎么办？请大家运用我们刚刚学到的知识，思考一下解决方案。 ‹#› 练习与应用 五 ▍思路分析：取景问题的核心逻辑 现象是“只能看到城楼一部分”，说明相机感光元件上的像太大了，目标是让像缩小以容纳全景。依据凸透镜成像规律“物远像近像变小”，要实现像变小，需同步调整物距与像距：增大物距，同时减小像距。 解决方案与原理： ①向后退：让拍摄者远离城楼，增大物距(u)；②调镜头：缩短相机暗箱长度，减小像距(v)。根据成像规律，物距增大、像距减小，像随之变小，从而使整个城楼完整进入取景框，成功拍摄全景。 1.7.2013 我们来分析一下。只能看到一部分，说明像太大了。我们的目标是让像变小。根据“物远像近像变小”的规律，我们需要增大物距，同时减小像距。所以，解决办法就是：向后退，远离城楼，同时把相机的镜头往里缩。这样，像就变小了，就能拍下全景了。大家明白了吗？ ‹#› 挑战自我，活学活用 六 第6节提升训练 引言：基础知识我们已经掌握了，现在来挑战几道更有趣的题目，看看谁能举一反三，灵活运用！通过这些进阶练习，我们将进一步巩固所学，探索知识在不同场景下的应用，真正做到学以致用。 1.7.2013 基础题大家掌握得很好！接下来，我们进入提升训练环节，挑战几道更有难度的题目，看看谁能把今天学到的知识活学活用！ ‹#› 提升训练 · 凸透镜成像匹配问题 六 【典型题目】如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。 【核心思路解析】 根据凸透镜成像规律，物距与像距、像的大小变化呈对应关系：物距越大，像距越小，像越小；物距越小，像距越大，像越大。结合物体位置的远近差异，匹配对应像的大小与位置特征。 【答题要点提示】 1. 先判断物体A、B、C的物距范围（如A在2倍焦距外，B在1-2倍焦距间，C在1倍焦距内）； 2. 结合成像规律确定像的性质（实/虚、放大/缩小、正立/倒立）； 3. 按照“物远像近像变小，物近像远像变大”的规律，完成A→A'、B→B'、C→C'的一一对应标注。 1.7.2013 请看第一题。图上有三个物体位置A、B、C，右侧有三个不同大小的像。请大家根据我们学过的规律，判断哪个物体对应哪个像。 ‹#› 提升训练·成像规律解析 06 核心考点：凸透镜成像规律的物像对应关系 本题通过改变物体位置（A、B、C三点），考察不同物距区间下像的大小、倒正变化规律。需明确物距与焦距的关系是判断成像性质的关键依据。 A点(u>2f)：物距最远，成倒立、缩小的实像，对应右侧最小的像A′； B点(u=2f)：物距为2倍焦距，成倒立、等大的实像，对应右侧中等大小的像B′； C点(f<u<2f)：物距在1-2倍焦距间，成倒立、放大的实像，对应右侧最大的像C′。物近像远像变大，物远像近像变小。 1.7.2013 我们来揭晓答案。A点最远，物距大于2f，成缩小的像，对应最小的像A'。B点在2f处，成等大的像，对应中间的像B'。C点在f和2f之间，成放大的像，对应最大的像C'。这道题考察的是大家对不同物距下成像大小的理解。 ‹#› 六、提升训练 · 题目2 02 【题目背景】人脸识别技术广泛应用于安保领域，其核心设备摄像机的镜头成像原理是光学中的重点考察内容。 【题干描述】识别系统的摄像机可以自动将镜头前1m处的人脸拍摄成数码相片传递给计算机进行识别。请问该摄像机的镜头属于哪种透镜，且焦距可能为多少？ 【选项分析】 A．相当于凸透镜，焦距可为0.5 m B．相当于凸透镜，焦距可为0.1 m C．相当于凹透镜，焦距可为0.5 m D．相当于凹透镜，焦距可为0.1 m 【解题关键】摄像机镜头本质是凸透镜，成倒立、缩小的实像。根据凸透镜成像规律，当物距u > 2f时，成倒立缩小实像。本题中物距u=1m，因此需满足1m > 2f，即焦距f < 0.5m。结合选项，只有B选项符合“凸透镜+焦距小于0.5m”的条件。 1.7.2013 第二题，关于人脸识别系统。摄像机镜头前1米处的人脸能被拍成照片，请问镜头是什么透镜，焦距可能是多少？请大家仔细分析。 ‹#› 提升训练 · 题目2解析 六 01. 核心原理判断 & 成像条件分析 摄像机镜头利用凸透镜成倒立、缩小实像的原理工作，因此直接排除凹透镜选项（C、D）。已知人脸到镜头的物距 u = 1m，要成缩小实像，必须满足凸透镜成像规律：u > 2f 02. 焦距计算与答案锁定 将 u = 1m 代入不等式得：1m > 2f，解得焦距范围f < 0.5m。对比选项，仅 B 选项的 0.1m 满足该条件，故正确答案为 B。 ▍ 关键考点回顾 凸透镜成实像的规律中，当物距大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像，这是照相机、摄像机的核心工作原理。解题的关键在于准确提取物距数值，并建立正确的不等式关系求解焦距范围。 ▍ 避坑指南 容易混淆的误区是将“缩小实像”的条件记为 f < u < 2f（这是放大实像的条件）。此外，计算时要注意单位统一，避免因单位换算错误导致结果偏差。牢记：摄像机/照相机 → 倒立缩小实像 → u > 2f。 1.7.2013 这道题的关键是两步。第一，摄像机成的是缩小的实像，所以一定是凸透镜，排除C、D。第二，物距u=1m，要成缩小实像，必须满足u>2f，也就是1m>2f，解得f<0.5m。看选项，只有B选项的0.1m符合条件。所以答案是B。 ‹#› 六、提升训练 · 题目3 3 【题目情景】如图所示为某同学用放大镜观察挂图上的昆虫的情景，结合凸透镜成像规律，判断下列说法的正误。 A.此时人眼看到的是昆虫正立、放大的实像。 B.此时人眼到放大镜的距离一定小于焦距。 C.放大镜成像是因为光通过放大镜时发生了折射。 D.该现象的成像原理与投影仪的成像原理相同。 【解析思路】 放大镜实质是凸透镜，利用光的折射成像；当物距小于一倍焦距时，成正立、放大的虚像，像与物在透镜同侧，这是放大镜的原理。投影仪利用的是物距在一倍焦距和二倍焦距之间成倒立放大实像的原理。人眼看到的是虚像，人眼到镜的距离与焦距无直接限制（关键是物距小于焦距）。 正确答案：C 1.7.2013 第三题，关于放大镜。请大家仔细阅读选项，判断哪个说法是正确的。 ‹#› 提升训练 · 题目3解析 03 核心考点：放大镜成像原理（凸透镜成像规律） 本题围绕放大镜的成像特点展开，重点考查对凸透镜成虚像条件、原理及与投影仪成像区别的理解，需逐一辨析选项细节。 【A错误】放大镜成的是正立、放大的虚像，并非实像，实像需光屏承接，虚像只能用眼睛看。 【B错误】成像条件是“物体到放大镜的距离小于一倍焦距”，与人眼的位置无关，人眼可在任意位置观察虚像。 【D错误】放大镜(u<f)成虚像，投影仪(f<u<2f)成倒立放大实像，二者成像原理和成像性质完全不同。 选项C 深度解析 放大镜本质是凸透镜，光通过透镜时会发生光的折射现象，光线经折射后进入人眼，人眼逆着折射光线看去，看到的是物体的虚像。这是凸透镜成像的根本物理原因，故C选项表述正确。 最终结论： 综合以上分析，只有选项C准确描述了放大镜成像的物理原理。 正确答案：C 1.7.2013 我们来逐一分析。A错，放大镜成虚像。B错，是物体到放大镜的距离小于焦距，不是人眼。C正确，凸透镜成像是利用光的折射。D错，放大镜和投影仪的成像原理完全不同。所以正确答案是C。 ‹#› 提升训练 · 题目4：广告投影灯成像分析 四 【原题呈现】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。 【核心考点解析】 1. 漫反射的应用：我们能从各个方向看到地面上的广告图标，是因为光在粗糙的地面上发生了漫反射，漫反射的特点是反射光线射向各个方向，且同样遵循光的反射定律。 2. 凸透镜成像规律（投影仪原理）：投影灯的镜头是凸透镜，成倒立、放大的实像。此时物距（广告片到镜头的距离）应满足f < u < 2f。已知焦距f=12cm，因此广告片到镜头的距离应在12~24cm的范围内调节。 3. 动态成像规律：凸透镜成实像时，遵循“物近像远像变大”的规律。要使地面上的像更大且清晰，需减小物距、增大像距，因此应将凸透镜适当靠近广告片（减小物距），同时将投影灯远离地面（增大像距）。 1.7.2013 第四题，关于广告投影灯。这是一道填空题，考察了多个知识点。请大家思考一下，三个空分别应该填什么？ ‹#› 提升训练 · 题目4解析 六 01. 漫反射原理解析：各个方向都能看到地面上的像，是因为光线经地面粗糙表面向四面八方反射，这是漫反射现象，遵循光的反射定律。 02. 成像条件与物距计算：投影灯成放大实像，原理同投影仪，需满足 f < u < 2f。已知焦距 f=12cm，因此物体到镜头的距离应在 12cm 到 24cm 之间。 03. 像的大小调节规律：根据“物近像远像变大”规律，要使像更大，需减小物距。因此应将凸透镜适当靠近广告片（物体），同时增大像距。 【核心答案】漫反射；12~24cm；靠近 关键知识点回顾 投影仪工作原理是利用凸透镜成倒立、放大的实像。漫反射使我们能从各个角度看到物体，是光反射的常见形式。物距与像的大小变化关系是光学应用的核心考点。 解题思路总结 先判断反射类型，再结合凸透镜成像规律确定物距范围，最后利用“物近像远像变大”口诀解决像的调节问题。牢记焦距与物距的关系是解题关键。 1.7.2013 我们来对答案。第一空，各个方向都能看到，是漫反射。第二空，投影灯成放大实像，原理同投影仪，物距应在f和2f之间，也就是12到24厘米。第三空，要让像变大，根据“物近像远像变大”，需要减小物距，所以要把凸透镜靠近广告片。 ‹#› 提升训练 · 题目5 五 【题目描述】在“探究凸透镜成像规律”的实验中，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。结合成像规律分析，下列说法正确的是（ ） A.光屏上成倒立、缩小的实像。需结合物距与像距的关系判断，若物距大于像距，符合照相机成像特点。 B.图中成像特点与照相机的成像特点相同。照相机成像为物距大于二倍焦距，成倒立缩小实像，需对比实验中的物像距关系。 C.透镜不动，蜡烛向左移动（物距增大），根据“物远像近像变小”规律，光屏应向左移动才能再次得到清晰的像，而非向右。 D.透镜不动，将蜡烛与光屏互换位置，根据光路可逆原理，此时物距变为原像距，像距变为原物距，光屏上仍能得到清晰的像，成像性质会发生改变（如原缩小像变为放大像）。 1.7.2013 第五题，这是一道综合性很强的题目。图中给出了蜡烛、透镜和光屏的位置，大家需要根据图示信息，判断四个选项的正误。 ‹#› 提升训练 · 题目5解析 六 01. 基础计算与成像性质分析 物距 u = 50cm - 35cm = 15cm，像距 v = 80cm - 50cm = 30cm。由于 u < v，此时凸透镜成倒立、放大的实像，对应投影仪的成像原理，因此选项A、B（如照相机/平面镜成像等描述）均错误。 02. 动态变化与光路可逆验证 C选项：蜡烛左移物距增大，根据“物远像近像变小”，光屏应左移，故C错。D选项：折射光路可逆，互换蜡烛与光屏位置后，u'=30cm，v'=15cm，此时u'>2f，成倒立缩小实像，依然清晰。 最终答案：D 核心规律总结： 1. 物像关系：物距小于像距成放大实像，物距大于像距成缩小实像。 2. 动态规律：物远像近像变小，物近像远像变大。 3. 光路特性：折射现象中光路具有可逆性，是解决此类互换问题的关键。 1.7.2013 这道题的突破口是先计算物距和像距。物距15cm，像距30cm，物距小于像距，说明成的是倒立放大的实像，是投影仪原理，所以A、B错。C选项，蜡烛左移，物距变大，像距应变小，光屏应左移，所以C错。D选项，利用光路可逆原理，互换蜡烛和光屏位置，依然能成像，所以D正确。 ‹#› 提升训练 · 题目6 六 【题目背景】在探究凸透镜成像规律时，小捷用9个红色发光二极管按“F”字样镶嵌排列代替蜡烛作光源，用平行光聚焦法测得凸透镜焦距为10cm。 （1）物距u=30cm时的成像分析与光屏移动 已知焦距f=10cm，物距u=30cm>2f，根据成像规律，此时光屏上会出现清晰的缩小实像；若将光源再远离凸透镜，物距增大，像距会减小，因此光屏应向左移动才能获得清晰实像。 （2）物距u=7cm时的成像性质判断 当光源移至7cm处，物距u=7cm<f（10cm），依据凸透镜成像规律，此时成正立、放大的虚像，虚像不能呈现在光屏上，只能通过透镜观察到。 1.7.2013 最后一题，同样是关于实验的。题目给出了具体的物距，让我们判断成像性质和光屏的移动方向。请大家仔细审题。 ‹#› 提升训练 · 题目6解析 六 01. 物距大于2倍焦距的成像规律解析 已知凸透镜焦距 f=10cm，当光源移至30cm处，物距 u=30cm，满足 u > 2f（30cm > 20cm）。根据凸透镜成像规律，此时光屏上成倒立、缩小的实像。若将光源继续远离凸透镜，物距u增大，遵循“物远像近像变小”的规律，像距v减小，故光屏应向左侧（靠近透镜）移动。 核心规律：“物远像近像变小” 当物体在2倍焦距以外移动时，物距变化主导像的位置与大小变化。物距增大，像距必然减小，像也随之变小；反之物距减小，像距增大，像变大。这是照相机调焦的基本原理。 02. 物距小于1倍焦距的成像情况 当光源移至7cm处时，物距 u=7cm，此时满足 u < f（7cm < 10cm）。根据成像规律，物体在焦点以内时，凸透镜成正立、放大的虚像，虚像不能呈现在光屏上，需透过透镜观察。这正是放大镜的工作原理，物距越靠近焦点，虚像越大。 最终答案总结 （1）第一空填“缩小”；第二空填“左”。 （2）成“正立、放大的虚像”。 注：判断成像性质的关键在于明确物距与焦距的关系，熟记“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小”口诀。 1.7.2013 我们来解析一下。第一问，物距30cm，大于两倍焦距20cm，所以成缩小的实像。光源远离，物距变大，像距应变小，所以光屏向左移动。第二问，物距7cm，小于焦距10cm，所以成正立、放大的虚像。这道题直接考察了我们对规律表格的掌握程度。 ‹#› $