5.2 凸透镜成像的规律（举一反三·讲义）物理新教材北师大版八年级上册

本讲义聚焦初中物理“凸透镜成像的规律”核心知识点，系统梳理实验器材（蜡烛、凸透镜、光屏、光具座）的安装调整，通过表格归纳物距与像的虚实、大小、正倒关系，明确一倍焦距分虚实、二倍焦距分大小等规律，构建从实验现象到规律应用的完整学习支架。 该资料以生活化情境（装满水的玻璃瓶观察铅笔移动成像）导入激发科学探究兴趣，知识框架图与表格模型助力科学思维中的模型建构，例题及变式题结合实验操作培养科学推理能力。课中辅助教师引导学生理解规律，课后多样化作业帮助学生巩固物理观念，有效查漏补缺。

5.2 凸透镜成像的规律 【新教材北师大版】 【知识框架+知识精讲+课后作业】 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情境导入 找一个圆柱形的玻璃瓶，里面装满水。把一支铅笔放在玻璃瓶的一侧且紧贴玻璃瓶，可以看到这支笔的像。把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢地移动，你会看到什么现象？ 知识归纳 1．在做“探究凸透镜成像规律”的实验中用到的器材有：蜡烛、 凸透镜 、光屏和光具座，分别把上述物体安装在光具座上，调整它们的高度，使得烛焰、凸透镜和光屏的中心在一条与光具座 平行 的直线上，目的是使像成在光屏的 中央 。光屏的作用是承接并显示凸透镜所成的 实 (选填“虚”或“实”)像。 2．完成下表的填写：（焦距、物距、像距分别用f、u、v表示） 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 u＝2f 倒立 等大 实像 f<u<2f 倒立 放大 实像 u＝f 不成像 u<f 正立 放大 虚像 3．探究凸透镜成像的规律 （1） 一倍焦距 是成实像和虚像的分界点。物体在焦点以外成 实 像，焦点以内成 虚 像。即一倍焦距分虚实。 （2） 两倍焦距 是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成 缩小 的像，在二倍焦距以内成 放大 的像。没有缩小的虚像。 （3）实像必异侧 倒立 ，虚像必同侧 正立 （选填“倒立”或“正立”）。 （4）u＞v，像是 缩小 的；u＜v，像是 放大 的（选填“放大”或“缩小”）。 （5）成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越 远 ，像越 大 ；物体距离透镜越远，像距离透镜越近，像越小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越 小 ，物体距离透镜越远，像越 大 。 【例1】在小芳同学做“探究凸透镜成像规律”实验，她首先按如图所示完成仪器装配，图中H点是2倍焦距处。 （1）实验前，调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，其目的是 。 （2）经过调节，在光屏上得到了一个清晰的像，但像的位置偏高，为了使像能成在光屏的中央，应把蜡烛向 （选填“上”或“下”）移动； （3）调节好蜡烛的高度后，她把蜡烛移到A点处，此时光屏上的像很模糊，为了得到清晰的像，应把光屏向 移动（填“左”或“右”），这次成的是 立、 （放大、等大、缩小）的实像。 （4）再把蜡烛移到B点处，无论怎样调节光屏，光屏上始终接收不到像，是因为此时成的是正立、放大的 像，要想看到这个像，小芳应该采取的观察的方法是： 。 【答案】（1）使完整的像成在光屏中央；（2）上；（3）右、倒、放大；（4）虚；在光屏一侧通过透镜观察。 【详解】（1）蜡烛、凸透镜、光屏，三者中心大致在同一高度，使像成在光屏中央； （2）现在蜡烛的像呈在光屏的上方，根据光线过凸透镜的光心不改变方向，为了使像呈在光屏的中央位置，蜡烛向上移动或光屏向上移动； （3）当蜡烛在A点上，2f＞u＞f，凸透镜成倒立放大的实像；像距在二倍焦距以外，为了得到清晰的像，应把光屏向右移动； （4）把蜡烛移到B点处，此时u＜f时，凸透镜成正立放大的虚像；光屏上接不到， 而且物像在同一侧，因此要想看到这个像，应从凸透镜的右侧（在光屏一侧）透过凸透镜去观察。 【变式1】小梁在“探究凸透镜成像规律”的实验时，所使用凸透镜的焦距是10cm。如图所示摆放蜡烛和凸透镜，移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的（ ）的实像。 A．倒立缩小 B．正立缩小 C．倒立放大 D．正立放大 【答案】A 【详解】由图可知，此时物距为u＝50.0cm﹣15.0cm＝35.0cm＞2f＝20cm 物距大于两倍焦距，根据凸透镜成像特点可知，成倒立、缩小的实像。因此移动光屏，在光屏上得到一个清晰的倒立缩小的实像。 故选：A。 【变式2】将蜡烛、光屏放在如图所示的位置。假设光屏上下足够长，根据光路，下列说法正确的是（ ） A．透镜的焦距大于20cm B．此时光屏上能看见一个缩小、倒立的像 C．移动光屏至凸透镜的左侧并左右移动，可以在光屏上找到蜡烛的像 D．将蜡烛移到刻度尺左侧25cm处，为了在光屏上找到清晰的像，需将图中的光屏向右移动40cm右侧 【答案】D 【详解】A．平行光经凸透镜后会聚到一点，出现一个最小最亮的光点便是凸透镜的焦点，图中凸透镜的焦距f＝20cm，A错误； BC．此时的物距u＝10cm，u＜f，成正立、放大的虚像，光屏上不成像，移动光屏至凸透镜的左侧并左右移动，不能在光屏上找到蜡烛的像，BC错误； D．将蜡烛移到刻度尺左侧25cm处，2f＞u＞f，此时的像距v＞2f＝2×20cm＝40cm，为了在光屏上找到清晰的像，要将图中光屏向右移动到40cm以外，D正确。 故选：D。 模块三 课后作业 1．某同学在做探究凸透镜成像规律的实验时，在光屏上得到了发光物体清晰的像，但他不小心用手掌遮住了部分凸透镜，这时光屏上出现的情况可能是（ ） A．发光物体的像变暗 B．发光物体的像变亮 C．光屏上出现手掌的像 D．发光物体的像有缺失 【答案】A 【详解】不小心用手指指尖触摸了凸透镜，由于凸透镜的其他部分仍能会聚光线而成像，所以光屏上呈现的仍然是烛焰完整的像，只是凸透镜会聚光线数量比原来减少，像比原来变暗，而手指在1倍焦距以内，成虚像，不能呈现在光屏上，A正确，BCD错误。 故选：A。 2．如图所示，蜡烛距凸透镜20cm时，烛焰在光屏上成清晰的像，则该凸透镜的焦距可能是（ ） A．5cm B．20cm C．30cm D．40cm 【答案】A 【详解】由图可知，物距大于像距，物距大于2倍焦距，烛焰在光屏上成清晰的倒立缩小实像，u＝20cm＞2f，则f＜10cm，A符合题意，BCD不符合题意。 故选：A。 3．如图所示，一个焦距为10cm的凸透镜，小明用此凸透镜做“探究凸透镜成像规律”的实验，当他将蜡烛从25cm刻度线处移动至35cm刻度线处时，重新调节光屏的位置，在光屏上可清晰得到（ ） A．倒立缩小的实像 B．倒立等大的实像 C．倒立放大的实像 D．正立放大的虚像 【答案】C 【详解】凸透镜焦距为10cm；当他将蜡烛从25cm刻度线处移动至35cm刻度线处，此时物距2f＞u＝50cm﹣35cm＝15cm＞f，成倒立、放大的实像，ABD错误，C正确。 故选：C。 4．有甲、乙、丙三个凸透镜，将这三个透镜放在光具座上做成像实验，在保持各透镜跟烛焰的距离相等的条件下，得到实验记录如表：由此表可知：甲、乙、丙三个透镜的焦距关系是：（ ） 透镜 像的性质 甲 放大 倒立 实像 乙 缩小 倒立 实像 丙 放大 正立 虚像 A．f甲＞f乙＞f丙 B．f丙＞f甲＞f乙 C．f甲＜f乙＜f丙 D．f乙＞f丙＞f甲 【答案】B 【详解】根据凸透镜成像规律来分析，甲成倒立放大实像可知物距大于甲凸透镜的焦距小于二倍焦距，乙成倒立缩小实像可知物距大于乙凸透镜的二倍焦距，丙成正立放大虚像可知物距小于丙凸透镜的焦距，因为物距相等，所以丙凸透镜的焦距最大，甲次之，乙最小。即f丙＞f甲＞f乙。 故选：B。 5．在探究凸透镜成像的规律时，实验室应保持较 （选填“亮”或“暗”）的环境。烛焰、凸透镜和光屏位于如图所示的位置时，光屏上成清晰的像，则像的大小比烛焰 。 【答案】暗；大 【详解】（1）实验时为了使实验效果更明显，最好在光线较暗的环境中进行，便于观察成像； （2）图示位置，物距小于像距，根据凸透镜成像特点可知，此时成倒立、放大的实像，所以像的大小比烛焰大。 6．如图所示，是“研究凸透镜成像”的实验原理图。实验时，应使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致 在 高度，若在凸透镜右边的光屏上（图中光屏未画出）分别得到清晰缩小和放大的实像，则蜡烛可能对应置于凸透镜左边a、b、c、d四点中的 点与 点处。 【答案】同一；a；c 【详解】实验时，应使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，这样做的目的是使像呈在光屏的中央位置； 满足u＞2f条件时，凸透镜成倒立、缩小、实像，所以蜡烛应在a点上；满足2f＞u＞f条件时，凸透镜成倒立、放大、实像，所以蜡烛应在c点上。 7．兴趣小组利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成凸起程度可改变的水透镜。通过注射器向橡皮膜注水或抽水，可以改变水透镜的凸起程度。如图所示，光屏上出现清晰的烛焰像，则该像是倒立、 的实像；向左移动蜡烛，保持光屏和水透镜位置不动，为使光屏上出现清晰的像，应通过注射器向橡皮膜 （选填“注水”或“抽水”）。 【答案】放大；抽水 【详解】（1）由图可知，物距小于像距，并且能在光屏上成实像，所以物距一定是在一倍焦距到二倍焦距之间，所以成的是倒立、放大的实像； （2）向左移动蜡烛，即此时的物距变大，像距应该变小，即光屏应该向左移动，才能使得像清晰，但若保持光屏和透镜不变，仍使得像成在光屏上，即需要让凸透镜的会聚能力减弱，即需要让凸透镜变薄，故应该向外抽水。 8．如图所示，MN是物体，M′N′是经过凸透镜所成的像，OO'是主光轴，请在图中画出凸透镜位置并标出透镜右焦点F。 【答案】 【详解】连接物像的端点M、M′并延长与主光轴交于A点，A点为凸透镜的光心，过A点垂直主光轴作出凸透镜； 从M点平行于主光轴作一条入射光线，与凸透镜交于D点，连接M′D并延长交于主光轴F点，F点为凸透镜的一个焦点，DF为入射光线MD的折射光线，如图所示。 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.2 凸透镜成像的规律 【新教材北师大版】 【知识框架+知识精讲+课后作业】 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情境导入 找一个圆柱形的玻璃瓶，里面装满水。把一支铅笔放在玻璃瓶的一侧且紧贴玻璃瓶，可以看到这支笔的像。把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢地移动，你会看到什么现象？ 知识归纳 1．在做“探究凸透镜成像规律”的实验中用到的器材有：蜡烛、 、光屏和光具座，分别把上述物体安装在光具座上，调整它们的高度，使得烛焰、凸透镜和光屏的中心在一条与光具座 的直线上，目的是使像成在光屏的 。光屏的作用是承接并显示凸透镜所成的 (选填“虚”或“实”)像。 2．完成下表的填写：（焦距、物距、像距分别用f、u、v表示） 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 异侧 u＝2f f<u<2f u＝f 不成像 u<f 3．探究凸透镜成像的规律 （1） 是成实像和虚像的分界点。物体在焦点以外成 像，焦点以内成 像。即一倍焦距分虚实。 （2） 是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成 的像，在二倍焦距以内成 的像。没有缩小的虚像。 （3）实像必异侧 ，虚像必同侧 （选填“倒立”或“正立”）。 （4）u＞v，像是 的；u＜v，像是 的（选填“放大”或“缩小”）。 （5）成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越 ，像越 ；物体距离透镜越远，像距离透镜越近，像越小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越 ，物体距离透镜越远，像越 。 【例1】在小芳同学做“探究凸透镜成像规律”实验，她首先按如图所示完成仪器装配，图中H点是2倍焦距处。 （1）实验前，调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，其目的是 。 （2）经过调节，在光屏上得到了一个清晰的像，但像的位置偏高，为了使像能成在光屏的中央，应把蜡烛向 （选填“上”或“下”）移动； （3）调节好蜡烛的高度后，她把蜡烛移到A点处，此时光屏上的像很模糊，为了得到清晰的像，应把光屏向 移动（填“左”或“右”），这次成的是 立、 （放大、等大、缩小）的实像。 （4）再把蜡烛移到B点处，无论怎样调节光屏，光屏上始终接收不到像，是因为此时成的是正立、放大的 像，要想看到这个像，小芳应该采取的观察的方法是： 。 【变式1】小梁在“探究凸透镜成像规律”的实验时，所使用凸透镜的焦距是10cm。如图所示摆放蜡烛和凸透镜，移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的（ ）的实像。 A．倒立缩小 B．正立缩小 C．倒立放大 D．正立放大 【变式2】将蜡烛、光屏放在如图所示的位置。假设光屏上下足够长，根据光路，下列说法正确的是（ ） A．透镜的焦距大于20cm B．此时光屏上能看见一个缩小、倒立的像 C．移动光屏至凸透镜的左侧并左右移动，可以在光屏上找到蜡烛的像 D．将蜡烛移到刻度尺左侧25cm处，为了在光屏上找到清晰的像，需将图中的光屏向右移动40cm右侧 模块三 课后作业 1．某同学在做探究凸透镜成像规律的实验时，在光屏上得到了发光物体清晰的像，但他不小心用手掌遮住了部分凸透镜，这时光屏上出现的情况可能是（ ） A．发光物体的像变暗 B．发光物体的像变亮 C．光屏上出现手掌的像 D．发光物体的像有缺失 2．如图所示，蜡烛距凸透镜20cm时，烛焰在光屏上成清晰的像，则该凸透镜的焦距可能是（ ） A．5cm B．20cm C．30cm D．40cm 3．如图所示，一个焦距为10cm的凸透镜，小明用此凸透镜做“探究凸透镜成像规律”的实验，当他将蜡烛从25cm刻度线处移动至35cm刻度线处时，重新调节光屏的位置，在光屏上可清晰得到（ ） A．倒立缩小的实像 B．倒立等大的实像 C．倒立放大的实像 D．正立放大的虚像 4．有甲、乙、丙三个凸透镜，将这三个透镜放在光具座上做成像实验，在保持各透镜跟烛焰的距离相等的条件下，得到实验记录如表：由此表可知：甲、乙、丙三个透镜的焦距关系是：（ ） 透镜 像的性质 甲 放大 倒立 实像 乙 缩小 倒立 实像 丙 放大 正立 虚像 A．f甲＞f乙＞f丙 B．f丙＞f甲＞f乙 C．f甲＜f乙＜f丙 D．f乙＞f丙＞f甲 5．在探究凸透镜成像的规律时，实验室应保持较 （选填“亮”或“暗”）的环境。烛焰、凸透镜和光屏位于如图所示的位置时，光屏上成清晰的像，则像的大小比烛焰 。 6．如图所示，是“研究凸透镜成像”的实验原理图。实验时，应使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致 在 高度，若在凸透镜右边的光屏上（图中光屏未画出）分别得到清晰缩小和放大的实像，则蜡烛可能对应置于凸透镜左边a、b、c、d四点中的 点与 点处。 7．兴趣小组利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成凸起程度可改变的水透镜。通过注射器向橡皮膜注水或抽水，可以改变水透镜的凸起程度。如图所示，光屏上出现清晰的烛焰像，则该像是倒立、 的实像；向左移动蜡烛，保持光屏和水透镜位置不动，为使光屏上出现清晰的像，应通过注射器向橡皮膜 （选填“注水”或“抽水”）。 8．如图所示，MN是物体，M′N′是经过凸透镜所成的像，OO'是主光轴，请在图中画出凸透镜位置并标出透镜右焦点F。 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $