三、凸透镜成像的规律（教学课件）物理新教材苏科版八年级上册

物理八年级上册 •苏科版 第三章 光的折射 透镜 三、凸透镜成像的规律 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道物距（u）、像距（v）、焦距（f）的概念；理解凸透镜成像的规律，知道一倍焦距和二倍焦距是成像性质变化的关键点 02 科学思维 通过实验探究，运用控制变量法研究物距变化对成像的影响；能从多组实验数据中提取有效信息，运用比较、归纳的方法总结规律 03 科学探究 能独立完成“探究凸透镜成像规律”的实验操作，包括器材组装、调节共轴、记录数据等环节 04 科学态度与责任 在实验中养成严谨求实、合作交流的科学态度；能将所学规律应用于解释生活现象 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 探究凸透镜成像规律的实验操作过程 2. 凸透镜成像的五种典型情况及其实验归纳 3. 理解“二倍焦距处、一倍焦距处”的核心规律 1. 凸透镜成像的动态规律理解 2. 理解透过透镜用眼睛观察虚像这一现象 课堂引入 在活动3.5中，我们看到凸透镜能成不同的像，且成像的情况与物体到透镜的距离有关。凸透镜成像有怎样的规律呢? 知识点1 凸透镜成像的规律 探索新知 探究凸透镜成像的规律 提出问题 凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟哪些因素有关？ 猜想假设 ①可能与物体到透镜的距离有关。 ②可能与凸透镜的焦距有关。 光屏 f F O 凸透镜 物体 探索新知 设计实验 可以用蜡烛作为物体来进行探究。 探究时需要测量物体和光屏到凸透镜的距离。 实验器材 蜡烛 凸透镜f=10cm 光屏 光具座 探索新知 设计实验 物距u 像距v 物距u：物体到透镜的距离。 像距v：像到透镜的距离。 能在屏幕上呈现的像称为实像，它是由实际光线会聚而成的。 探索新知 设计实验 我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距f 有关系，所以研究物距 u 的变化时，焦距 f 可能是个应该注意的参照距离。比如，我们可以注意观察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……时物体成像的情况。 f F O 凸透镜 光屏 物体 2f 像距v 物距u 探索新知 实验步骤 组装与调节 按图组装实验器材，了解凸透镜的焦距并记录。  探究凸透镜成像的规律 在光具座上依次放置蜡烛、凸透镜、光屏，透镜固定光具座标尺中央。 探索新知 实验步骤 组装与调节 调整烛焰、凸透镜、光屏的高度，使它们的中心在同一高度。 使像成在光屏中央 探索新知 实验步骤 实验记录表格 实验 序号 物距 u/cm 像距 v/cm 像的性质 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 凸透镜的焦距 f=10 cm 探索新知 实验步骤 ①把蜡烛移到两倍焦距之外，移动光屏位置，直到找到一个清晰的像，并记录像距和像的特点。 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 32 13.5 倒立 缩小 实像 25 16.5 倒立 缩小 实像 探索新知 实验步骤 ②把蜡烛移到两倍焦距处，移动光屏位置，直到找到一个清晰的像，并记录像距和像的特点。 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 20 20 倒立 等大 实像 探索新知 实验步骤 ③把蜡烛移到一倍焦距和两倍焦距之间，移动光屏位置，直到找到一个清晰的像，并记录像距和像的特点。 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 18 20.4 倒立 放大 实像 15 21.3 倒立 放大 实像 探索新知 实验步骤 ④把蜡烛移到一倍焦距处，移动光屏位置，直到找到一个清晰的像，并记录像距和像的特点。 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 10 不成像 探索新知 实验步骤 ⑤把蜡烛移到一倍焦距以内，移动光屏位置，直到找到一个清晰的像，并记录像距和像的特点。 物距u/cm 像距v/cm 像的性质 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 8.5 / 正立 放大 虚像 6.5 / 正立 放大 虚像 探索新知 实验 序号 物距 u/cm 像距 v/cm 像的性质 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 ① 32 13.2 倒立 缩小 实像 ② 25 16.5 倒立 缩小 实像 ③ 20 20 倒立 等大 实像 ④ 18 20.4 倒立 放大 实像 ⑤ 15 21.3 倒立 放大 实像 ⑥ 10 不成像 ⑦ 8.5 / 正立 放大 虚像 ⑧ 6.5 / 正立 放大 虚像 凸透镜的焦距 f=10 cm 探索新知 分析论证 通过观察到的实验现象和收集的数据，找出凸透镜成像的规律。 （1）当物距大于透镜的1倍焦距时，物体成倒立的实像，当物距小于透镜的1倍焦距时，物体成正立的虚像。 （2）当物距大于透镜的2倍焦距时，物体成缩小的像，当物距小于透镜的2倍焦距时，物体成放大的像。 探索新知 分析论证 物距与焦距的关系 像距与焦距的关系 像的性质 像与物的位置（同侧/异侧） 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 u>2f f<v<2f 倒立 缩小 实像 异侧 u=2f v=2f 倒立 等大 实像 异侧 f<u<2f v>2f 倒立 放大 实像 异侧 u=f u<f / 正立 放大 虚像 同侧 探索新知 实验结论 实验表明，物体通过凸透镜所成的像的性质与物距有关。主光轴上有两个位置是成像性质变化的分界点，一个是二倍焦距处，另一个是一倍焦距处(焦点处)。二倍焦距处，是成缩小像与放大像的分界点；一倍焦距处，是成倒立实像与正立虚像的分界点。 思考：通过实验得到的数据表格，你还能总结出哪些规律呢？ 探索新知 物距与焦距的关系 像距与焦距的关系 像的性质 像与物的位置（同侧/异侧） 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 u>2f f<v<2f 倒立 缩小 实像 异侧 u=2f v=2f 倒立 等大 实像 异侧 f<u<2f v>2f 倒立 放大 实像 异侧 u=f u<f / 正立 放大 虚像 同侧 实像倒立异侧，虚像正立同侧。 探索新知 物距与焦距的关系 像距与焦距的关系 像的性质 像与物的位置（同侧/异侧） 正立/倒立 放大/缩小 实像/虚像 u>2f f<v<2f 倒立 缩小 实像 异侧 u=2f v=2f 倒立 等大 实像 异侧 f<u<2f v>2f 倒立 放大 实像 异侧 u=f u<f / 正立 放大 虚像 同侧 成实像时，物体靠近凸透镜，像远离凸透镜，像变大 探索新知 交流讨论 1、在做“凸透镜成像规律”的实验时，某同学在光具座上将蜡烛放置在凸透镜前，然后移动光屏，可他无论怎样移动光屏，都无法在光屏上观察到烛焰的像，请你分析发生这一现象可能原因。 可能原因有： ①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上。 ②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以内或在焦点处。 ③像距太长，光具座长度不够。 探索新知 交流讨论 2.用卡片把透镜遮住一部分，在光屏上还能看到完整的像吗？ 光屏上的像还是完整的，但亮度会变暗。 探索新知 交流讨论 3.随着蜡烛慢慢燃烧变短，光屏上的像运动情况如何？ 像将会向上移动。 想要使烛焰成像在光屏的中心应如何调节？ 调节方法：①将光屏向上移动； ②将蜡烛向上移动； ③将透镜和光屏向下调节。 典例分析 例1 在“探究凸透镜成像规律”的实验中： (1)如图甲所示，让平行光正对透镜照射，在光屏上得到一个最小最亮的光斑，则该凸透镜的焦距为 _____cm。 (2)如图所示，将蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，调节三者中心在_____。 (3)当蜡烛、透镜和光屏位于图乙位置时，光屏上可得到清晰______（选填“放大”、“等大” 或“缩小”）的像。 10.0 同一高度 放大 典例分析 例2 小青将点燃的蜡烛分别放在如图所示的a、b、c点探究凸透镜成像规律，蜡烛在______点，右侧光屏上成的像最大，像是______（选填“正立”或“倒立”）的。若将蜡烛从a移到b，应将光屏向______移动（选填“左”或“右”），才能在光屏上呈现清晰的像，当蜡烛移动到c点时，在光屏上______看到像（选填“能”或“不能”）。 b 【解析】[1][2][3][4]由图可知：a点在二倍焦距之外，成倒立缩小的实像；b点在一倍焦距和二倍焦距之间，此时成倒立放大的实像；c点在焦点之内，成正立放大的虚像，不能在屏上显现，因此蜡烛在b点时，在凸透镜右侧光屏上成的像最大，像是倒立的；将蜡烛从a移到b，即物距减小，像距将变大，所以光屏向右移动。 倒立 右 不能 典例分析 例3 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，将蜡烛、透镜和光屏三者从左到右依次安装在水平光具座上，调整烛焰、透镜和光屏的中心在______。已知凸透镜的焦距为15cm，若烛焰与透镜距离为25cm，左右移动光屏到恰当的位置时，可在光屏上看到烛焰清晰的实像，这个像是______（选填“放大”，“等大”或“缩小”）的。 【解析】[1]在“探究凸透镜成像规律”的实验中，将蜡烛、透镜和光屏三者从左到右依次安装在水平光具座上，为了使像成在光屏的中央，调整烛焰、透镜和光屏的中心在同一高度。 [2]已知凸透镜的焦距为15cm，若烛焰与透镜距离为25cm，此时大于l倍焦距，小于2倍焦距，左右移动光屏到恰当的位置时，可在光屏上看到烛焰清晰的实像，这个像是倒立放大的实像，与投影仪的原理相同。 同一高度 放大 典例分析 例4 将凸透镜正对着太阳光，在距凸透镜光心10厘米的位置得到一个最小最亮的光斑，则这个凸透镜的焦距为_______厘米；将一个发光体放在离透镜15厘米的主光轴上，所成的像是倒立、_______的实像（选填“放大”“等大”或“缩小”），像到透镜的距离_______20厘米。（选填“大于”“等于”或“小于”） 【解析】[1]根据焦距的定义可知，由于在距凸透镜光心10厘米的位置得到一个最小最亮的光斑，则这个凸透镜的焦距为10厘米。 [2][3]此凸透镜焦距为10厘米，发光体放在离透镜15厘米处，则物距为15厘米，此时物距大于一倍焦距、小于两倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，此时成倒立、放大的实像；物距大于一倍焦距、小于两倍焦距，像距在二倍焦距之外，故像到透镜的距离大于20厘米。 10 放大 大于 知识点2 凸透镜成像光路分析 探索新知 A′ F F 2f 2f O u>2f A B B′ 物距 u>2f 时， 成倒立、缩小的实像，像距v f<v<2f 探索新知 物距等于2倍焦距，即u=2f 时 F F 2f 2f O B′ A′ u=2f A B 物距u：u=2f 时，成倒立、等大的实像，像距 v=2f 探索新知 物距在1倍焦距和2倍焦距之间时，即f<u<2f 时 F F 2f 2f O B′ A′ f<u<2f A B 物距u：f＜u＜2f 时，成倒立、放大的实像，像距 v>2f 探索新知 物距等于1倍焦距时，即u=f 时 F F 2f 2f O u=f A B 当物距u=f时，凸透镜不成像 探索新知 物距小于1倍焦距时，即u<f 时 F F 2f 2f O A′ B′ A B u<f 当物距u<f 时，凸透镜成正立、放大的虚像 探索新知 动画演示—《凸透镜成像光路》 课堂小结 课堂小结 凸透镜成像的规律 u＞f 时成实像，u＜f 时成虚像 像距大则像放大，像距小则像缩小 实像异侧倒，虚像同侧正 一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小 成实像时，物近像远，像变大；成虚像时，物近像近，像变小 u＞2f 时成倒立缩小实像，u＝2f 时成倒立等大实像，f＜u＜2f 时成倒立放大实像，u＜f 时成正立放大虚像 课堂练习 课堂练习 1．将点燃的蜡烛分别放在如图所示的a、b、c点探究凸透镜成像规律，蜡烛在____点，右侧光屏上成的像最大。若将蜡烛从a移到b，应将光屏向_______移动（选填“左”或“右”），才能在光屏上呈现清晰的像。 b 右 【解析】[1][2]由图可知，a点时u>2f，此时成倒立、缩小的实像，像比物小；b点时f<u<2f，此时成倒立、放大的实像，像比物大；c点时，u<f，此时成正立、放大的虚像，虚像不能呈现在光屏上，所以，只有a、b两点能成实像，能在光屏上看到，因此蜡烛在b点时，右侧光屏上成的像最大，当将蜡烛从a移到b，物距减小，像距增大，因此应该将光屏向右移动适当距离，才能在光屏上呈现清晰的像。 课堂练习 2．如图，某同学记录多次实验数据，绘制了凸透镜u-v之间的关系图像，则该凸透镜的焦距是_______cm；当光源距透镜5.0cm时，光屏上_______（选填“有”或“无”）入射光经透镜折射后的光线，此时，像成在_______（选填“光屏”或“光源”）一侧。 10 【解析】[1]根据凸透镜成像规律，当u = v = 2f时，凸透镜成倒立、等大的实像。由图像可知u=v=2f=20cm 所以f=10cm=0.1m [2][3]当蜡烛距透镜5.0cm时，光屏上有烛焰经透镜折射后的光线，只不过这个折射光线发散，不会聚成像，折射光线的反向延长线会聚成像；凸透镜的焦距为f=10cm，当蜡烛距透镜5.0cm时，u＜f，成正立、放大的虚像，物像在凸透镜的同侧，即像成在光源一侧。 有 光源 课堂练习 3．如图所示，一点光源位于凸透镜的主轴MN上，凸透镜位置固定。当点光源位于A点时，它的像在B点；当点光源位于B点时，它的像在C点。则凸透镜位于_________。（选填“A的左侧”“AB之间”“BC之间”“C的右侧”） 【解析】如果凸透镜放在C点右侧，那么当点光源放在A点时，成像在A点左侧或C的右侧，而不是在B点；当光源在A点时，像在透镜另一侧，说明成实像，那么像距应在一倍焦距外，这样当点光源在B点时就也会在相对于B的另一侧成实像，（也就是A的左侧）而不是成像在C点；如果凸透镜放在A点左侧，那么当点光源放在A点时，成像在B点，当点光源放在B点时，成像在C点，成像都是虚像，所以透镜可以在A点左侧。 A的左侧 课堂练习 4．如图所示，在“探究凸透镜成像的规律”实验中，凸透镜的焦距为10cm，下列说法正确的（     ） A．烛焰、光心、光屏中心应在同一直线上 B．若保持透镜和光屏不动，应将蜡烛向左移动，光屏才能成清晰的像 C．若想让光屏上成像变小，蜡烛和光屏都需要向右移动 D．蜡烛烧短后，应将凸透镜向下移动，像才能成在光屏中央 D 课堂练习 5．在“探究凸透镜成像规律”实验中，凸透镜焦距f为15cm。凸透镜位于P处（图中未画出）位置不变，移动蜡烛，光屏先后在P同侧的A、B两处得到烛焰清晰的像，且A处的像比B处大，则以下说法正确的是（　　） A．A处的像一定是放大的 B．P点位置在A的左侧，蜡烛向左移动 C．P点位置在B的右侧，蜡烛向右移动 D．B、C两个选项的情况都有可能 C 【解析】A．若物距u满足f<u<2f，成放大像；若u>2f ，成缩小像。仅根据“像比B处大”无法确定A处像一定放大，故A错误； BD．若P在A左侧，蜡烛在P左侧（物距 u），光屏在P右侧（像距v ）；蜡烛向左移动，物距增大，像距减小，像变小，与“A处像比B处大”矛盾，故BD错误； C．若P点位置在B的右侧，蜡烛在P右侧（物距 u），光屏在P左侧（像距v ）。蜡烛向右移动，物距减小，像距增大，像变大，符合“A处像比B处大”的条件，故C正确。 故选 C。 课堂练习 6．在探究“凸透镜成像规律” 的实验中。 (1)如图甲所示，为了粗测凸透镜的焦距，小明同学将凸透镜正对着太阳光，再把光屏放在它的另一侧，调节___________与光屏的距离，直到光屏上出现一个最小最亮的光斑，就可以测出该凸透镜的焦距f=___________cm。 (2)实验前，调整烛焰、凸透镜和光屏的中心的高度，使它们在透镜的___________上。 (3)如图乙，光屏上呈现清晰的像，此像的性质是___________的实像，若保持蜡烛和光屏位置不变，移动透镜至__________ cm刻度线处，光屏上能再次呈现清晰的像。 (4)保持蜡烛位置不变，移动透镜至16cm刻度线处，左右移动光屏在光屏上均看不到像，接着应该_______________________________________，便可以看到蜡烛所成的像。 凸透镜 10.0 主光轴 倒立、放大 40.0 取下光屏，从光屏一侧透过凸透镜观察 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $