5.2《凸透镜成像的规律》学科素养同步分层练习设计（培优版）-2026-2027学年北师大版物理八年级上学期

5.2《凸透镜成像的规律》学科素养同步分层练习设计（培优版） 初中物理八年级上册（北师郭玉英新教材） 一、选择题 1．光具座上有凸透镜、光屏及发光源各一个。当光屏和凸透镜的距离为10 cm时，此时在光屏上成缩小的像。把光屏沿着光具座移动5cm 后，再次移动光源的位置使其成清晰的像。对于该像的情况，下列选项正确的是(　　) A．一定成放大的像 B．可能成缩小的像 C．成像可能比原来小 D．成像一定比原来小 2．当蜡烛、透镜甲和光屏放置在图示位置时，烛焰在光屏上成清晰的像。现保持蜡烛和透镜的位置不变，将透镜甲更换为透镜乙后，需将光屏向左移动距离s，方可在光屏上再次成清晰的像，则(　　) A．透镜甲的焦距为20cm B．透镜甲的焦距比透镜乙的大 C．第二次所成的像是放大的 D．光屏移动的距离s<10 cm 3．如图所示，许多博物馆会在较为精巧的文物前放置凸透镜。参观者通过透镜看到了放大的虚像。关于此场景，下列说法中正确的是（　　） A．文物是光源 B．凸透镜成像利用了光的反射 C．所成的像是正立的 D．成像原理与投影仪相同 4．如图a，蜡烛在光屏上能成一清晰的像。如果沿直径对称地切除透镜很小的一部分，如图所示，再把上半截透镜A和下半截透镜B 向原主光轴位置合拢，则下列说法中正确的是(　　) A．在a图中，如果蜡烛向透镜不断靠近，则所成的像一直变大 B．在a图中，如果一只小飞虫恰好落在透镜上的P点，不会在光屏上留下小飞虫的影子 C．在b图中，A、B合拢后，所成像情况与a图相同，只是亮度变低 D．在b图中，A、B合拢后，无论怎样移动光屏，在光屏上都不能成像 5．如图所示，虚线框内为一透镜，MN为透镜的主光轴，O是透镜光心，a(双箭头)和b(单箭头)是射向透镜的两条光线，已知光线a通过透镜之后与MN交于P点，光线b通过透镜之后与MN交于Q点，由图可知，下列说法正确的是(　　) A．透镜是凸透镜，距离OP小于焦距 B．透镜是凸透镜，距离OP 大于焦距 C．透镜是凹透镜，距离OP 小于焦距 D．透镜是凹透镜，距离OQ大于焦距 二、多选题 6．小明做作业时，动手操作了教材99页的动手动脑学物理第2题：找了一个圆柱形的玻璃瓶，里面装满水，把一支普通铅笔放在玻璃瓶的一侧，透过玻璃瓶，可以看到那支笔，如图所示，把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动，会观察到的现象是（　　） A．先成虚像，后成实像 B．笔尖一直变长变大 C．到某一位置，笔尖突然改变方向 D．笔尖先变长变大，后变短变小 7．某同学做“探究凸透镜成像的规律实验”，如图所示，此时光屏上呈现清晰的像。下列说法正确的是 A．实验前，应调节蜡烛的烛焰与凸透镜和光屏的中心在同一高度 B．此时光屏上呈现倒立、缩小的像 C．蜡烛燃烧变短，光屏上的像向上移动 D．凸透镜的焦距为30cm 三、填空题 8．在“探究凸透镜成像的规律”的实验中，用如图所示的实验器材进行实验，若凸透镜的焦距为10 cm，将蜡烛放在距离凸透镜　 　(选填“5.0”或“15.0”) cm位置时，移动光屏，可以在光屏上呈现清晰的　 　(选填“缩小”或“放大”)的像。若使光屏上能呈现清晰的等大的像，选用的凸透镜的焦距最大为　 　cm。 9．如图所示，发光体MN位于平面镜上方，N点发出的一条竖直光线a，经平面镜反射后经过甲凸透镜，甲凸透镜的光心在0cm位置，焦距为4cm。 （1）画出MN在平面镜中的像M'N'　 　； （2）画出：①光线a经平面镜反射后的光线b，②b经甲凸透镜后的折射光线c；　 　 （3）若在6cm刻度处竖直放置物体A(未画出)，物体A经甲凸透镜成　 　(选填“放大”或“缩小”)的像；保持物距不变，将甲凸透镜换成焦距为8cm的乙凸透镜，此时物体A经乙凸透镜成　 　(选填“虚”或“实”)像。 10．近日中国农业银行推出了“刷脸取款”的ATM机，如图客户站在ATM机前，光源自动打开，拍照成功后，按提示操作，钱就自己“吐”出来。摄像头相当于一个 　 　 （填“凸”或“凹”）透镜，所成的是倒立、缩小的 　 　 （填“实”或“虚”）像，在拍摄范围内，人脸离镜头越 　 　 （选填“近”或”远”），拍出的像越大。 四、综合题 11．如图甲所示，一束平行于凸透镜主光轴的光线射向凸透镜，光线经凸透镜折射后在光屏上形成最小最亮的光斑，请在甲图中完成光路图　 　；如图乙，小天把此凸透镜固定在光具座“50 cm”刻线处，将蜡烛放在乙图所示的位置，当光屏移至“70 cm”刻线处时，光屏上出现了一个倒立的与物体大小　 　的像；保持凸透镜位置不变，若要在光屏上得到一个倒立、放大的实像，蜡烛应向　 　边移动，并把光屏移到合适的位置。 五、作图题 12．如图，是蜡烛的烛焰S经凸透镜后在光屏上所成的像。请通过作图确定凸透镜焦点的位置，并画出光线AB经过凸透镜后的折射光线。 13．图甲为无人机在马拉松比赛中跟拍运动员的情景。将其镜头简化为一个凸透镜，图乙中A 点代表运动员，请画出A 点通过凸透镜所成的像A'。 六、实验探究题 14．在“探究凸透镜成像的规律”实验中： （1）调节光源、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度，保持凸透镜位置不变，将蜡烛和光屏调节到如图所示位置，此时光屏上呈现清晰的像（像未画出），此凸透镜的焦距为　 　cm。 （2）将蜡烛移动到光具座10.0cm处，为了在光屏上呈现清晰的像，应将光屏向　 　（选填“靠近”或“远离”）透镜的方向移动。 （3）保持图中凸透镜位置不动，将光源移动到光具座45.0cm处，此时成　 　（选填“虚”或“实”）像，此时的成像特点与生活中的　 　（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）相同。 15．《墨经》中记载了世界上最早的小孔成像实验。某物理小组为探究成像技术的演进，先复原小孔成像实验，再制作照相机模型（凸透镜焦距f=10cm）。备选器材：不同直径和长度的纸筒、黑色和白色卡纸、宣纸、透明塑料膜、F型光源、不同小孔的遮光板。请完成下列探究： 【项目一小孔成像模型】 （1）用如图所示遮光板完成小孔成像实验。为探究像的形状与小孔形状是否有关，需再选两块遮光板进行探究，最合理的是___________。 A. B. C. D. （2）小组在教室日常环境中实验时，发现小孔成像亮度低。请写出一条优化建议：________。 【项目二照相机模型】 （3）制作照相机模型时，需选用长度合适的外纸筒调节像距，使成像膜上成倒立、缩小的实像。现有长度分别为5cm、10cm、20cm的三种纸筒，最合适的是________cm的纸筒。 （4）为清晰地承接像，且便于观察，成像膜的材料应选___________（填字母）。 A. 黑色不透光卡纸 B. 白色不透光卡纸 C. 半透明宣纸 D. 全透明塑料膜 （5）若要拍摄更远的景物，且保持成像清晰，应将纸筒________（选填“向内缩短”或“向外拉长”）。 （6）某小组用上述相同的器材制作照相机模型，发现无论怎么调节纸筒长度，都无法在成像膜上观察到清晰的像，请写出一条可能的原因：________。 16．在初中物理项目化学习中，某小组整理了光学实验。结合实验，请完成下列题目。 （1）图甲为小孔成像示意图，该现象可以用　 　来解释。 （2）如图乙所示，激光沿入射，与水平镜面的夹角是50度，则反射角是　 　度，高楼大厦的玻璃幕墙会造成光污染，是因为发生了　 　（选填“镜面”或“漫”）反射。 （3）图丙是探究凸透镜成像规律的实验装置，烛焰恰好在光屏上呈现一个清晰的像，这是　 　（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）的工作原理。 七、科普阅读题 17．阅读短文，回答问题 新能源智能汽车 近年来，我国新能源汽车产业持续飞速发展，产销量连续九年位居全球第一。目前，新能源智能汽车已经进入许多家庭。 如图所示是一款新能源智能汽车，车顶覆盖薄膜式太阳能电池板；车窗采用智能玻璃，除了可实现调节温度和透明度（折射光照度与入射光照度之比），还具有单向透光功能；车身配有多个高清摄像机，组成360度全景影像系统；前挡风玻璃上安装了激光雷达，能精确快速识别前方物体的形状和距离，实现自动驾驶。车内安装了大型触控屏幕，集操作和娱乐功能于一体；同时配备智能语音系统，能识别车主的声音并按车主的要求进行自动操作。 新能源智能汽车融合汽车制造、人工智能、大数据、云计算、通信等多个高新技术产业，具备产业深度融合、价值链长、市场规模大等特点，已成为国际公认的汽车产业发展战略方向。 （1）为提高光电转换效率，薄膜式太阳能电池板应设计成　 　（选填“黑色”或“白色”）。 （2）汽车前挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体通过前挡风玻璃所成的像位于　 　（选填“斜上方”或“斜下方”或“正前方”），不妨碍司机视线。 （3）冬天行车时，汽车挡风玻璃的　 　（选填“内”或“外”）侧容易出现一层白雾，此时应将智能玻璃温度调　 　（选填“高”或“低”）。 （4）汽车周围的景物，通过360度全景影像系统的摄像机镜头，成倒立、　 　（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像。 （5）触控屏幕的多种色彩实际是由红、绿、　 　三种色光组合而成，智能语音系统是依据声音的　 　（选填“音调”、“响度”或“音色”）识别车主的语音命令。 答案解析部分 1．【答案】B 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】当光屏和凸透镜的距离为10cm时，此时在光屏上成缩小的像，则物距满足f＜10cm＜2f，解得5cm＜f＜10cm； 把光屏沿着光具座移动5cm后，再次移动光源的位置使其成清晰的像，如果是将光屏靠近凸透镜，则此时像距是5cm，小于焦距，是不可能成实像的，故不成立； 则光屏必定是远离凸透镜，此时像距变大，根据凸透镜成实像时，物近像远像变大，此时的像一定比原来大，但此时像距15cm不一定大于2倍焦距，故可能是缩小，也可能是放大的实像，故ACD错误，B正确。 故选B。 【分析】当物距u>2f时，2f>v>f(u>v)，在光屏上得到倒立、缩小的实像，应用于照相机； 当物距u=2f时，v=2f(u=v)，在光屏上得到倒立、等大的实像，应用于测焦距； 当物距2f>u>f时，v>2f(u<v)，在光屏上得到倒立、放大的实像，应用于投影仪； 当物距u<f时，成正立、放大的虚像，应用于放大镜； 凸透镜成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小。 2．【答案】B 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】A.由图可得，透镜甲此时物距等于像距u=v=20.0cm=2f甲，则透镜甲的焦距f甲=10cm，故A错误； B.保持蜡烛和透镜的位置不变，将透镜甲更换为透镜乙后，需将光屏向左移动距离s，说明透镜乙的折射能力更强，焦距更小，即透镜甲的焦距比乙的大，故B正确； C.第二次所成的像，物距大于像距，像是缩小的，故C错误； D.透镜乙的物距u=20.0cm＞2fB，则fB＜10cm，此时像距满足fB＜v'＜2fB，由于无法确定乙透镜的具体焦距，因此无法确定光屏移动的距离，故D错误。 故选B。 【分析】（1）当u=v=2f时，凸透镜成倒立等大的实像，据此求出甲透镜的焦距； （2）根据凸透镜的折光能力分析甲乙透镜的焦距大小； （3）根据凸透镜成像规律，u＞2f，成倒立、缩小的实像； （4）由于无法确定乙透镜的具体焦距，因此无法确定光屏移动的距离。 3．【答案】C 【知识点】光与光源；凸透镜成像的应用 【解析】【解答】A、文物本身不能发光，不是光源，A 错误； B、凸透镜成像利用的是光的折射，不是光的反射，B 错误； C、当物距小于一倍焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像，C 正确； D、投影仪成像原理：物距在一倍到二倍焦距之间，成倒立放大实像；本题是物距小于焦距，成正立放大虚像，原理和放大镜一致，与投影仪不同，D 错误； 故答案为：C。 【分析】A、考查光源定义，能够自行发光的物体才是光源。 B、考查透镜的光学原理，凸透镜、凹透镜均是光的折射现象；平面镜是光的反射。 C、考查凸透镜成像规律，，成正立、放大虚像，应用为放大镜。 D、考查凸透镜成像应用对比，投影仪成倒立放大实像，放大镜成正立放大虚像。 4．【答案】B 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】A：在a图中，蜡烛向透镜靠近时，若物距大于焦距，成实像，像距增大，像变大；但当物距小于焦距时，成虚像，光屏上无法承接，且虚像随物距减小而变小。因此“所成的像一直变大”错误。 B：小飞虫落在透镜上，只是遮挡了部分光线，其余光线仍能会聚成像，所以光屏上的像仍然完整，只是亮度变暗，不会留下小飞虫的影子。正确。 C：切除中间一小部分再合拢，相当于透镜厚度减小，焦距变大，会聚能力变弱，像的位置和大小都会改变，不会与a图相同。错误。 D：合拢后透镜仍具有会聚作用，适当移动光屏仍可能得到像，并非无论怎样都不能成像。错误。 故答案选 B。 【分析】本题考查凸透镜成像规律、遮挡部分透镜对成像的影响、透镜切割后合拢的光学性质。 凸透镜成像：物近像远像变大，但仅适用于成实像且物距大于焦距的情况；成虚像时不能用光屏承接。 遮挡透镜：遮挡部分透镜不影响像的完整性，只影响亮度，因为像是由通过透镜其余部分的光线会聚而成的。 切割并合拢：切去中间部分再合拢，会改变透镜的厚度和形状，从而改变焦距，导致成像情况变化。 易错点：误认为切割后合拢仍能成同样像；误认为小飞虫会留下影子；忽略虚像情况。正确理解凸透镜成像本质和光线会聚原理是解题关键。 5．【答案】B 【知识点】主光轴、光心、焦点和焦距；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】由图可知，光线 a 和光线 b 经过虚线框内的透镜后，都向主光轴 MN 偏折，并与主光轴相交于 P、Q 两点。这说明透镜对光线有会聚作用，因此该透镜是凸透镜，不是凹透镜。所以排除 C、D。 对于凸透镜，当物体位于主光轴上，且物距大于焦距时，成实像，像距大于焦距。图中光线 a 经过透镜后实际会聚于主光轴上的 P 点，说明 P 是实像点，因此 OP 是像距。根据凸透镜成像规律，成实像时像距 v 满足 v > f，即 OP 大于焦距。所以 A 错误，B 正确。 故答案选 B。 【分析】本题考查凸透镜对光线的会聚作用以及凸透镜成像规律。 1. 透镜类型的判断：凹透镜对光线有发散作用，光线经过凹透镜后不会实际相交，而是反向延长线相交；凸透镜对光线有会聚作用，光线经过凸透镜后会实际相交。图中光线经过透镜后实际与主光轴相交，说明是会聚，因此是凸透镜。 2. 焦距与像距的关系：对于凸透镜，成实像时满足 ，其中 u 为物距，v 为像距，f 为焦距。当 u > f 时，v > f，即像距大于焦距。图中 P 点为实像点，OP 为像距，因此 OP > f。 3. 易错点：误将光线会聚点当作焦点；混淆实像和虚像的条件；忽略物距必须大于焦距才能成实像。正确判断透镜类型和像的性质是解题关键。 6．【答案】A,C,D 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】 装满水的玻璃瓶相当于一个凸透镜，当笔尖离玻璃瓶较近时，玻璃瓶相当于放大镜，成正立放大的虚像；当笔尖离玻璃瓶较远时（物距大于焦距），成倒立的实像，所以先成虚像，后成实像； AC、当铅笔由靠近瓶子的位置逐渐远离时，先成虚像后成实像，且虚像是正立的、实像是倒立的，所以到达某一位置时，笔尖会突然改变方向，故AC正确； BD、凸透镜成虚像时，物远像远像变大（即越靠近焦点，虚像越大）；凸透镜成实像时，物远像近像变小，所以，把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动时，笔尖先变长变大，后变短变小，故B错误，D正确。 故选：ACD。 【分析】 （1）由凸透镜成像的规律可知，当物距在一倍焦距以内时，成正立、放大的虚像；物体在一倍焦距到二倍焦距之间时，成倒立、放大的实像；物体在二倍焦距以外时，成倒立、缩小的实像； （2）凸透镜成虚像时，物远像远像变大（即越靠近焦点，虚像越大）；凸透镜成实像时，物远像近像变小。 7．【答案】A,C 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】A、实验前调节蜡烛、凸透镜、光屏的中心在同一高度，目的是使像成在光屏的中央，正确。 B、由图可知，物距u=30cm，像距v=30cm，此时u=2f，成倒立、等大的实像，因此B错误。 C、蜡烛燃烧变短，烛焰向下移动，由于过光心的光线传播方向不变，光屏上的像会向上移动，正确。 D、由u=2f=30cm，可得f=15cm，因此D错误。 故答案为：AC。 【分析】1、凸透镜成像实验的操作要点：实验前调节“三心同高”，确保像成在光屏中央。 2、凸透镜成像规律 当f<u<2f时，成倒立、放大的实像，v>2f，应用为投影仪。 当u=2f时，成倒立、等大的实像。 当u>2f时，成倒立、缩小的实像，f<v<2f，应用为照相机。 3、像的移动规律 烛焰移动方向与像的移动方向相反，蜡烛变短，像会向上移动。 8．【答案】15.0；放大；25 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】凸透镜的焦距为10cm，物距大于一倍焦距能在光屏上成清晰的像，故将蜡烛放在距离凸透镜15.0cm处，物距大于一倍焦距小于二倍焦距，光屏上能成倒立、放大的实像； 光具座总长100cm，光屏上能呈现清晰的等大的像，物距等于像距最大等于50cm，即2f=50cm，故焦距f=25cm。 故答案为：15.0；放大；25。 【分析】当物距u>2f时，2f>v>f(u>v)，在光屏上得到倒立、缩小的实像，应用于照相机； 当物距u=2f时，v=2f(u=v)，在光屏上得到倒立、等大的实像，应用于测焦距； 当物距2f>u>f时，v>2f(u<v)，在光屏上得到倒立、放大的实像，应用于投影仪； 当物距u<f时，成正立、放大的虚像，应用于放大镜。 9．【答案】（1）或者 （2）或者 （3）放大；虚 【知识点】平面镜成像的相关作图；透镜的光路图；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】（1）根据平面镜成像的特点，先作出物体MN的端点M、N在平面镜中的对称点M'、N'，连接M'、N'点即为物体MN在平面镜中的像，注意辅助线和像用虚线，如图所示： （2）先过入射点O垂直于平面镜画出法线，再根据反射角等于入射角，在法线的另一侧画出反射光线b，如图所示： 平面镜与凸透镜主光轴的夹角为45°，光线a为N点发出的一条竖直向下光线，所以光线a的反射光线b平行于凸透镜的主光轴，该光线经凸透镜折射后将过凸透镜的焦点，即得折射光线c，如图所示： （3）甲凸透镜焦距f甲=4cm，物体A在6cm刻度处，物距u=6cm，满足f甲＜u＜2f甲（4cm＜6m＜8cm），根据凸透镜成像规律，此时成倒立、放大的实像；换成乙凸透镜，焦距f乙=8cm，物距u=6cm，满足u＜f乙，根据凸透镜成像规律，此时成正立、放大的虚像。 【分析】 （1）平面镜成像的特点：像与物到平面镜的距离相等、连线与镜面垂直、大小相等，即像与物关于平面镜对称；基本作法：作出两个端点M、N的像点，连接像点即为物体MN在平面镜中的像； （2）先画出法线，再根据反射角等于入射角，在法线的另一侧画出反射光线； 根据凸透镜的三条特殊光线作图； （3）凸透镜的成像规律为：当u＞2f时，成倒立缩小的实像，此时f＜v＜2f；当u=v=2f时，成倒立等大的实像；当f＜u＜2f，成倒立放大的实像，此时v＞2f；当u＜f时，成正立放大的虚像；凸透镜成实像时，物近像远像变大。 10．【答案】凸；实；近 【知识点】凸透镜成像的应用 【解析】【解答】摄像头镜头相当于一个凸透镜，利用凸透镜成像原理工作。人脸在摄像头二倍焦距以外，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、缩小的实像。当人脸靠近镜头时，物距减小，像距增大，像变大，因此为了拍出更大的像，人脸应离镜头更近。 答案：凸；实；近。 【分析】摄像头、照相机、摄像机等设备的核心元件都是凸透镜，其成像原理是：当物体位于凸透镜二倍焦距以外时，成倒立、缩小的实像。这一规律广泛应用于拍摄远距离物体的场景。 凸透镜成像动态规律可总结为：成实像时，物距减小，像距增大，像变大；物距增大，像距减小，像变小。简称为“物近像远像变大，物远像近像变小”。在刷脸取款场景中，光源自动打开是为了增加人脸亮度，使成像更清晰，但成像本身仍遵循凸透镜成像规律。 因此，人脸离镜头越近，所成的像越大，这也是为什么很多拍照场景中建议靠近镜头的原因。 11．【答案】；相等；右 【知识点】主光轴、光心、焦点和焦距；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】平行光会聚的最小光斑在凸透镜右侧10cm处，故焦距f=10cm，如下图所示： 图乙中，物距u=50cm-30cm=20cm=2f，根据凸透镜成像规律，当u=2f时，成像特点是光屏上成倒立、等大的实像； 当f＜u＜2f，v＞2f，成倒立、放大的实像，因此蜡烛应向右边移动，并把光屏移到合适的位置。 故答案为： ；相等；右。 【分析】（1）平行于主光轴的光经凸透镜后会聚于主光轴上一点，这一点叫焦点，完成光路图； （2）当u=v=2f，成倒立、等大的实像； （3）当f＜u＜2f，v＞2f，成倒立、放大的实像。 12．【答案】 【知识点】作光的折射光路图；主光轴、光心、焦点和焦距；透镜的光路图；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】从物点作一条平行于主光轴的入射光线，与凸透镜交于点。根据凸透镜特殊光线的性质，该光线经折射后会通过焦点；同时，由凸透镜成像规律可知，物点发出的光线经透镜折射后必会会聚于像点，因此点的折射光线也经过。连接与，该线与主光轴的交点即为焦点。光线是物点发出的入射光线，连接点与像点并标出箭头，即为的折射光线。如图所示： 故答案为：； 【分析】利用凸透镜的特殊光线性质（平行于主光轴的光线经折射后过焦点）和成像规律（所有折射光线会聚于像点），先确定焦点位置，再画出给定入射光线的折射光线；关键知识点：凸透镜的特殊光线、凸透镜成像规律（折射光线会聚于像点）。 13．【答案】 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验；凸透镜成像的应用；实像和虚像的区别 【解析】【解答】图中运动员A点位于凸透镜的2倍焦距以外（u>2f），这是拍照时的典型物距。 从A点作一条平行于主光轴的光线，经过凸透镜折射后，会过右侧的焦点F；从A点作一条过光心的光线，经过凸透镜后传播方向不变；两条折射光线的交点就是A点的像A'；当u>2f时，成倒立、缩小的实像，像位于凸透镜的1倍焦距与2倍焦距之间（f<v<2f），这与图中红色像点的位置一致。 故答案为：。 【分析】1、凸透镜的三条特殊光线： 平行于主光轴的光线，折射后过焦点。 过焦点的光线，折射后平行于主光轴。 过光心的光线，传播方向不变。 2、凸透镜成像规律：当物距大于2倍焦距（u>2f）时，成倒立、缩小的实像，像距在1倍焦距与2倍焦距之间（f<v<2f），这也是照相机、手机镜头的成像原理。 3、实像的定义：由实际光线会聚而成的像，可以用光屏承接。 14．【答案】（1）10.0 （2）靠近 （3）虚；放大镜 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验；凸透镜成像的应用 【解析】【解答】（1）我们可以从图中读出各器材的位置：蜡烛位于30.0 cm刻度处，凸透镜位于50.0 cm刻度处，光屏位于70.0 cm刻度处。由此计算物距： 像距为： 此时物距和像距相等，满足，对应凸透镜成像中倒立、等大实像的规律，因此可得，解得该凸透镜的焦距。 （2）将蜡烛移到10.0 cm刻度处后，物距比原来更大了。根据凸透镜成实像时“物远像近像变小”的规律，物距增大后像距会减小，因此需要将光屏向靠近凸透镜的方向移动，才能再次在光屏上得到清晰的像。 （3）凸透镜位置保持不变，将蜡烛移动到45.0 cm刻度处，此时计算物距可得： 此时满足条件，根据凸透镜成像规律，此时会成正立、放大的虚像，这一成像特点和放大镜的工作原理相同。 【分析】1、测量焦距的方法： 将凸透镜正对太阳光，改变凸透镜与光屏的距离，直到光屏上出现一个 亮点，此时亮点与凸透镜中心的距离为焦距。 2、透镜成像试验：实验步骤：1）实验前，应调节凸透镜、蜡烛烛焰、光屏的中心大致在同一水平高度，环境越暗，物体反射光越明显，所以实验应在较暗的环境中进行；2） 点燃并蜡烛，在光屏上得到一个等大、清晰的烛焰的像，测量此时物到透镜的距离（焦距）；3）移动蜡烛，观察像的变化 经过透镜光心的光心不会发生偏折，所以蜡烛变短通过光心的光线会折射到光屏上方，导致像向上移动。 3、凸透镜成实像时，物距越大，像距越小，像越小；物距越小，像距越大，像越大 透镜成像规律：物体距透镜小于一倍焦距，呈正立放大的虚像，应用为放大镜； 物距大于一倍焦距小于二倍焦距，呈倒立立放大的实像，应用为投影仪； 物体大于二倍焦距，呈现倒立缩小实像，应用为照相机，人眼睛。 （1）由图可知，蜡烛在刻度处，凸透镜在刻度处，光屏在刻度处，因此物距 像距 此时满足，成倒立等大的实像，因此，解得焦距。 （2）将蜡烛移动到处，物距变大，根据凸透镜成实像规律“物远像近像变小”，像距会变小，因此应将光屏向靠近透镜的方向移动。 （3）凸透镜位置不变，蜡烛移动到处，此时物距 满足，凸透镜成正立放大的虚像，成像特点和放大镜相同。 15．【答案】(1) B，C (2) 在较暗环境中实验 (3) 20 (4) C (5) 向内缩短 (6) 被拍摄物体到凸透镜的距离（物距）小于1倍焦距，凸透镜无法成实像 【知识点】光的直线传播及其应用；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】（1）若要探究像的形状和小孔形状是否有关，需要控制小孔的大小一致，只改变小孔的形状，因此需要再选择BC两块遮光板完成该探究。 （2）在日常教室环境中实验时，小孔成像的亮度较低，可以通过将实验放在较暗环境中进行等方式，提升小孔成像的亮度。 （3）照相机的成像原理是：当物距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，此时像距满足。已知凸透镜焦距 f=10cm ，因此可得像距范围为，因此选择长度为20cm的纸筒最为合适。 （4）本实验需要在内纸筒的右侧观察成像膜上的像，因此成像膜需要能够透光；如果成像膜完全不透明，无法观察到像，如果完全透明，几乎无法分辨出像，因此应当选择半透明的宣纸，即C符合要求，ABD不符合要求。 故选C。 （5）凸透镜成实像时，遵循“物远像近像变小”的规律：物体距离凸透镜越远，所成的像距离凸透镜越近，像也越小。因此如果要拍摄更远的景物，想要成像清晰，需要将纸筒向内缩短，减小像距。 （6）使用相同器材制作照相机模型后，无论怎样调节纸筒的长度，都无法在成像膜上得到清晰的实像，可能的原因有两种：一是物距小于一倍焦距，凸透镜此时成虚像，无法被成像膜承接，因此观察不到清晰实像；二是光源、凸透镜、成像膜三者的中心不在同一高度，导致像无法成在成像膜上，因此观察不到清晰的像。 【分析】 1. 控制变量法应用：探究单一因素对实验结果的影响，仅改变研究变量，其余条件全部保持一致。 2. 小孔成像观察要点：环境杂光会削弱成像对比度，昏暗环境能减少光线干扰，提升成像清晰度。 3. 照相机成像核心规律：u＞2f，成倒立缩小实像，f＜v＜2f，纸筒长度匹配像距区间才能正常成像。 4. 成像膜选材原理：半透明介质既能承接实像，又能透过光线供人从外侧观察，不透光、全透明材料均不满足实验需求。 5. 实像动态变化规律：物距增大，像距减小，像随之缩小；物距减小，像距增大，像随之变大。 6. 实验故障排查：无法成实像分两类，物距小于焦距生成虚像；光心、物体、光屏中心未等高，像偏离承接面。 16．【答案】（1）光的直线传播 （2）40；镜面 （3）照相机 【知识点】光的直线传播及其应用；光的反射定律；镜面反射与漫反射；凸透镜成像的应用 【解析】【解答】（1）小孔成像，是光沿直线传播形成的实像。 故答案为：光的直线传播； （2）入射光线EO与镜面夹角50°，入射角为90°−50°=40°，反射角等于入射角，反射角是40度；玻璃幕墙表面光滑，光在其上发生镜面反射，造成光污染。 故答案为：40；镜面； （3）图丙中物距大于像距，光屏上成倒立、缩小的实像，照相机就是利用这一原理工作的。 故答案为：照相机； 【分析】（1）本题考查光的直线传播，需掌握小孔成像的成因。 （2）本题考查光的反射定律以及镜面反射，要会区分镜面反射和漫反射，理解光污染的成因。 （3）本题考查凸透镜成像规律，明确物距大于像距时成像特点以及对应的生活应用。 17．【答案】（1）黑色 （2）斜上方 （3）内；高 （4）缩小 （5）蓝；音色 【知识点】液化及液化放热；物体的颜色；凸透镜成像规律及其探究实验；音色；平面镜成像的原理、特点 【解析】【解答】（1）黑色薄膜能够吸收所有颜色的光，而白色薄膜会反射所有颜色的光。为了降低光的反射，增加电能转换效率，薄膜式太阳能电池板应采用黑色设计。 （2）挡风玻璃的作用类似于平面镜，根据平面镜成像原理，像与物体关于镜面对称。因此，当挡风玻璃倾斜安装时，车内物体通过挡风玻璃形成的像会位于上方，这样就不会干扰司机的视线，从而提高行车安全性。 （3）冬季行车时，车内温度较高，温度较高的水蒸气遇到较冷的挡风玻璃时，会在玻璃内侧发生液化现象，形成小水滴，从而产生白雾。此时应调高智能玻璃的温度，以加速水分的蒸发。 （4）摄像机镜头相当于一个凸透镜。当物体距离（物距）大于两倍焦距时，景物通过摄像头会形成倒立、缩小的实像。 （5）光的基本颜色（三原色）是红色、绿色和蓝色。触控屏幕上显示的各种颜色都是由这三种色光按不同比例混合而成的。 音色是声音的特征之一，由发声体本身的特性决定，可以用来区分不同的声音。汽车的智能语音系统主要通过识别使用者声音的音色特征来执行相应的车载系统指令。 【分析】1、白色会反射各种颜色的光，黑色会吸收各种颜色的光，不透明物体会反射物体显示的颜色，透明物体会显示透过光的颜色。 2、平面镜成像特点为物像等大、物像等距、物像关于平面镜对称、成虚像； 3、影响蒸发的因素有温度和空气流速， 减小液体表面空气的流动速度 以及降低温度都可以降低蒸发的速度，增大温度以及加快空气的流速，可以加快蒸发速度； 4、物体大于二倍焦距，呈现倒立缩小实像，应用为照相机，人眼睛。 5、声音的特点：不同材料决定音色不同；振幅决定响度；振动频率决定音频；振动频率决定音频，频率越高，音调越高，频率越低，音调越低；声音的响度与声源振动的幅度有关，振动幅度越大，响度越大． （1）黑色薄膜吸收所有色光，白色则反射所有色光。为了减少光的反射，转化更多的电能，薄膜式太阳能电池板应设计成黑色。 （2）挡风玻璃相当于一个平面镜，根据平面镜成像的特点，像与物关于镜面对称，因此，挡风玻璃倾斜时，车内物体通过挡风玻璃所成的像就会位于上方，从而不妨碍司机视线，提高行车安全。 （3）[1][2]冬天行车时，汽车内温度较高，温度较高的水蒸气遇到温度低的挡风玻璃，在玻璃内侧水蒸气液化后形成的小水珠，出现一层白雾，此时应将智能玻璃的温度调高，加快水的蒸发。 （4）摄像机的镜头相当于凸透镜，物距大于二倍焦距，则景物通过摄像头成倒立、缩小的实像。 （5）[1]光的三原色是红、绿、蓝，触控屏幕的多种色彩是由红、绿、蓝三种色光混合而成的。 [2]音色是发声体的声音品质，由发声体本身的特征决定，是区别声音的重要标志，汽车的智能语音系统主要是根据对人声音的音色识别来对车载系统发出指令工作。 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.2《凸透镜成像的规律》学科素养同步分层练习设计（培优版） 初中物理八年级上册（北师郭玉英新教材） 一、选择题 1．光具座上有凸透镜、光屏及发光源各一个。当光屏和凸透镜的距离为10 cm时，此时在光屏上成缩小的像。把光屏沿着光具座移动5cm 后，再次移动光源的位置使其成清晰的像。对于该像的情况，下列选项正确的是(　　) A．一定成放大的像 B．可能成缩小的像 C．成像可能比原来小 D．成像一定比原来小 【答案】B 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】当光屏和凸透镜的距离为10cm时，此时在光屏上成缩小的像，则物距满足f＜10cm＜2f，解得5cm＜f＜10cm； 把光屏沿着光具座移动5cm后，再次移动光源的位置使其成清晰的像，如果是将光屏靠近凸透镜，则此时像距是5cm，小于焦距，是不可能成实像的，故不成立； 则光屏必定是远离凸透镜，此时像距变大，根据凸透镜成实像时，物近像远像变大，此时的像一定比原来大，但此时像距15cm不一定大于2倍焦距，故可能是缩小，也可能是放大的实像，故ACD错误，B正确。 故选B。 【分析】当物距u>2f时，2f>v>f(u>v)，在光屏上得到倒立、缩小的实像，应用于照相机； 当物距u=2f时，v=2f(u=v)，在光屏上得到倒立、等大的实像，应用于测焦距； 当物距2f>u>f时，v>2f(u<v)，在光屏上得到倒立、放大的实像，应用于投影仪； 当物距u<f时，成正立、放大的虚像，应用于放大镜； 凸透镜成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小。 2．当蜡烛、透镜甲和光屏放置在图示位置时，烛焰在光屏上成清晰的像。现保持蜡烛和透镜的位置不变，将透镜甲更换为透镜乙后，需将光屏向左移动距离s，方可在光屏上再次成清晰的像，则(　　) A．透镜甲的焦距为20cm B．透镜甲的焦距比透镜乙的大 C．第二次所成的像是放大的 D．光屏移动的距离s<10 cm 【答案】B 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】A.由图可得，透镜甲此时物距等于像距u=v=20.0cm=2f甲，则透镜甲的焦距f甲=10cm，故A错误； B.保持蜡烛和透镜的位置不变，将透镜甲更换为透镜乙后，需将光屏向左移动距离s，说明透镜乙的折射能力更强，焦距更小，即透镜甲的焦距比乙的大，故B正确； C.第二次所成的像，物距大于像距，像是缩小的，故C错误； D.透镜乙的物距u=20.0cm＞2fB，则fB＜10cm，此时像距满足fB＜v'＜2fB，由于无法确定乙透镜的具体焦距，因此无法确定光屏移动的距离，故D错误。 故选B。 【分析】（1）当u=v=2f时，凸透镜成倒立等大的实像，据此求出甲透镜的焦距； （2）根据凸透镜的折光能力分析甲乙透镜的焦距大小； （3）根据凸透镜成像规律，u＞2f，成倒立、缩小的实像； （4）由于无法确定乙透镜的具体焦距，因此无法确定光屏移动的距离。 3．如图所示，许多博物馆会在较为精巧的文物前放置凸透镜。参观者通过透镜看到了放大的虚像。关于此场景，下列说法中正确的是（　　） A．文物是光源 B．凸透镜成像利用了光的反射 C．所成的像是正立的 D．成像原理与投影仪相同 【答案】C 【知识点】光与光源；凸透镜成像的应用 【解析】【解答】A、文物本身不能发光，不是光源，A 错误； B、凸透镜成像利用的是光的折射，不是光的反射，B 错误； C、当物距小于一倍焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像，C 正确； D、投影仪成像原理：物距在一倍到二倍焦距之间，成倒立放大实像；本题是物距小于焦距，成正立放大虚像，原理和放大镜一致，与投影仪不同，D 错误； 故答案为：C。 【分析】A、考查光源定义，能够自行发光的物体才是光源。 B、考查透镜的光学原理，凸透镜、凹透镜均是光的折射现象；平面镜是光的反射。 C、考查凸透镜成像规律，，成正立、放大虚像，应用为放大镜。 D、考查凸透镜成像应用对比，投影仪成倒立放大实像，放大镜成正立放大虚像。 4．如图a，蜡烛在光屏上能成一清晰的像。如果沿直径对称地切除透镜很小的一部分，如图所示，再把上半截透镜A和下半截透镜B 向原主光轴位置合拢，则下列说法中正确的是(　　) A．在a图中，如果蜡烛向透镜不断靠近，则所成的像一直变大 B．在a图中，如果一只小飞虫恰好落在透镜上的P点，不会在光屏上留下小飞虫的影子 C．在b图中，A、B合拢后，所成像情况与a图相同，只是亮度变低 D．在b图中，A、B合拢后，无论怎样移动光屏，在光屏上都不能成像 【答案】B 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】A：在a图中，蜡烛向透镜靠近时，若物距大于焦距，成实像，像距增大，像变大；但当物距小于焦距时，成虚像，光屏上无法承接，且虚像随物距减小而变小。因此“所成的像一直变大”错误。 B：小飞虫落在透镜上，只是遮挡了部分光线，其余光线仍能会聚成像，所以光屏上的像仍然完整，只是亮度变暗，不会留下小飞虫的影子。正确。 C：切除中间一小部分再合拢，相当于透镜厚度减小，焦距变大，会聚能力变弱，像的位置和大小都会改变，不会与a图相同。错误。 D：合拢后透镜仍具有会聚作用，适当移动光屏仍可能得到像，并非无论怎样都不能成像。错误。 故答案选 B。 【分析】本题考查凸透镜成像规律、遮挡部分透镜对成像的影响、透镜切割后合拢的光学性质。 凸透镜成像：物近像远像变大，但仅适用于成实像且物距大于焦距的情况；成虚像时不能用光屏承接。 遮挡透镜：遮挡部分透镜不影响像的完整性，只影响亮度，因为像是由通过透镜其余部分的光线会聚而成的。 切割并合拢：切去中间部分再合拢，会改变透镜的厚度和形状，从而改变焦距，导致成像情况变化。 易错点：误认为切割后合拢仍能成同样像；误认为小飞虫会留下影子；忽略虚像情况。正确理解凸透镜成像本质和光线会聚原理是解题关键。 5．如图所示，虚线框内为一透镜，MN为透镜的主光轴，O是透镜光心，a(双箭头)和b(单箭头)是射向透镜的两条光线，已知光线a通过透镜之后与MN交于P点，光线b通过透镜之后与MN交于Q点，由图可知，下列说法正确的是(　　) A．透镜是凸透镜，距离OP小于焦距 B．透镜是凸透镜，距离OP 大于焦距 C．透镜是凹透镜，距离OP 小于焦距 D．透镜是凹透镜，距离OQ大于焦距 【答案】B 【知识点】主光轴、光心、焦点和焦距；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】由图可知，光线 a 和光线 b 经过虚线框内的透镜后，都向主光轴 MN 偏折，并与主光轴相交于 P、Q 两点。这说明透镜对光线有会聚作用，因此该透镜是凸透镜，不是凹透镜。所以排除 C、D。 对于凸透镜，当物体位于主光轴上，且物距大于焦距时，成实像，像距大于焦距。图中光线 a 经过透镜后实际会聚于主光轴上的 P 点，说明 P 是实像点，因此 OP 是像距。根据凸透镜成像规律，成实像时像距 v 满足 v > f，即 OP 大于焦距。所以 A 错误，B 正确。 故答案选 B。 【分析】本题考查凸透镜对光线的会聚作用以及凸透镜成像规律。 1. 透镜类型的判断：凹透镜对光线有发散作用，光线经过凹透镜后不会实际相交，而是反向延长线相交；凸透镜对光线有会聚作用，光线经过凸透镜后会实际相交。图中光线经过透镜后实际与主光轴相交，说明是会聚，因此是凸透镜。 2. 焦距与像距的关系：对于凸透镜，成实像时满足 ，其中 u 为物距，v 为像距，f 为焦距。当 u > f 时，v > f，即像距大于焦距。图中 P 点为实像点，OP 为像距，因此 OP > f。 3. 易错点：误将光线会聚点当作焦点；混淆实像和虚像的条件；忽略物距必须大于焦距才能成实像。正确判断透镜类型和像的性质是解题关键。 二、多选题 6．小明做作业时，动手操作了教材99页的动手动脑学物理第2题：找了一个圆柱形的玻璃瓶，里面装满水，把一支普通铅笔放在玻璃瓶的一侧，透过玻璃瓶，可以看到那支笔，如图所示，把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动，会观察到的现象是（　　） A．先成虚像，后成实像 B．笔尖一直变长变大 C．到某一位置，笔尖突然改变方向 D．笔尖先变长变大，后变短变小 【答案】A,C,D 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】 装满水的玻璃瓶相当于一个凸透镜，当笔尖离玻璃瓶较近时，玻璃瓶相当于放大镜，成正立放大的虚像；当笔尖离玻璃瓶较远时（物距大于焦距），成倒立的实像，所以先成虚像，后成实像； AC、当铅笔由靠近瓶子的位置逐渐远离时，先成虚像后成实像，且虚像是正立的、实像是倒立的，所以到达某一位置时，笔尖会突然改变方向，故AC正确； BD、凸透镜成虚像时，物远像远像变大（即越靠近焦点，虚像越大）；凸透镜成实像时，物远像近像变小，所以，把笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动时，笔尖先变长变大，后变短变小，故B错误，D正确。 故选：ACD。 【分析】 （1）由凸透镜成像的规律可知，当物距在一倍焦距以内时，成正立、放大的虚像；物体在一倍焦距到二倍焦距之间时，成倒立、放大的实像；物体在二倍焦距以外时，成倒立、缩小的实像； （2）凸透镜成虚像时，物远像远像变大（即越靠近焦点，虚像越大）；凸透镜成实像时，物远像近像变小。 7．某同学做“探究凸透镜成像的规律实验”，如图所示，此时光屏上呈现清晰的像。下列说法正确的是 A．实验前，应调节蜡烛的烛焰与凸透镜和光屏的中心在同一高度 B．此时光屏上呈现倒立、缩小的像 C．蜡烛燃烧变短，光屏上的像向上移动 D．凸透镜的焦距为30cm 【答案】A,C 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】A、实验前调节蜡烛、凸透镜、光屏的中心在同一高度，目的是使像成在光屏的中央，正确。 B、由图可知，物距u=30cm，像距v=30cm，此时u=2f，成倒立、等大的实像，因此B错误。 C、蜡烛燃烧变短，烛焰向下移动，由于过光心的光线传播方向不变，光屏上的像会向上移动，正确。 D、由u=2f=30cm，可得f=15cm，因此D错误。 故答案为：AC。 【分析】1、凸透镜成像实验的操作要点：实验前调节“三心同高”，确保像成在光屏中央。 2、凸透镜成像规律 当f<u<2f时，成倒立、放大的实像，v>2f，应用为投影仪。 当u=2f时，成倒立、等大的实像。 当u>2f时，成倒立、缩小的实像，f<v<2f，应用为照相机。 3、像的移动规律 烛焰移动方向与像的移动方向相反，蜡烛变短，像会向上移动。 三、填空题 8．在“探究凸透镜成像的规律”的实验中，用如图所示的实验器材进行实验，若凸透镜的焦距为10 cm，将蜡烛放在距离凸透镜　 　(选填“5.0”或“15.0”) cm位置时，移动光屏，可以在光屏上呈现清晰的　 　(选填“缩小”或“放大”)的像。若使光屏上能呈现清晰的等大的像，选用的凸透镜的焦距最大为　 　cm。 【答案】15.0；放大；25 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】凸透镜的焦距为10cm，物距大于一倍焦距能在光屏上成清晰的像，故将蜡烛放在距离凸透镜15.0cm处，物距大于一倍焦距小于二倍焦距，光屏上能成倒立、放大的实像； 光具座总长100cm，光屏上能呈现清晰的等大的像，物距等于像距最大等于50cm，即2f=50cm，故焦距f=25cm。 故答案为：15.0；放大；25。 【分析】当物距u>2f时，2f>v>f(u>v)，在光屏上得到倒立、缩小的实像，应用于照相机； 当物距u=2f时，v=2f(u=v)，在光屏上得到倒立、等大的实像，应用于测焦距； 当物距2f>u>f时，v>2f(u<v)，在光屏上得到倒立、放大的实像，应用于投影仪； 当物距u<f时，成正立、放大的虚像，应用于放大镜。 9．如图所示，发光体MN位于平面镜上方，N点发出的一条竖直光线a，经平面镜反射后经过甲凸透镜，甲凸透镜的光心在0cm位置，焦距为4cm。 （1）画出MN在平面镜中的像M'N'　 　； （2）画出：①光线a经平面镜反射后的光线b，②b经甲凸透镜后的折射光线c；　 　 （3）若在6cm刻度处竖直放置物体A(未画出)，物体A经甲凸透镜成　 　(选填“放大”或“缩小”)的像；保持物距不变，将甲凸透镜换成焦距为8cm的乙凸透镜，此时物体A经乙凸透镜成　 　(选填“虚”或“实”)像。 【答案】（1）或者 （2）或者 （3）放大；虚 【知识点】平面镜成像的相关作图；透镜的光路图；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】（1）根据平面镜成像的特点，先作出物体MN的端点M、N在平面镜中的对称点M'、N'，连接M'、N'点即为物体MN在平面镜中的像，注意辅助线和像用虚线，如图所示： （2）先过入射点O垂直于平面镜画出法线，再根据反射角等于入射角，在法线的另一侧画出反射光线b，如图所示： 平面镜与凸透镜主光轴的夹角为45°，光线a为N点发出的一条竖直向下光线，所以光线a的反射光线b平行于凸透镜的主光轴，该光线经凸透镜折射后将过凸透镜的焦点，即得折射光线c，如图所示： （3）甲凸透镜焦距f甲=4cm，物体A在6cm刻度处，物距u=6cm，满足f甲＜u＜2f甲（4cm＜6m＜8cm），根据凸透镜成像规律，此时成倒立、放大的实像；换成乙凸透镜，焦距f乙=8cm，物距u=6cm，满足u＜f乙，根据凸透镜成像规律，此时成正立、放大的虚像。 【分析】 （1）平面镜成像的特点：像与物到平面镜的距离相等、连线与镜面垂直、大小相等，即像与物关于平面镜对称；基本作法：作出两个端点M、N的像点，连接像点即为物体MN在平面镜中的像； （2）先画出法线，再根据反射角等于入射角，在法线的另一侧画出反射光线； 根据凸透镜的三条特殊光线作图； （3）凸透镜的成像规律为：当u＞2f时，成倒立缩小的实像，此时f＜v＜2f；当u=v=2f时，成倒立等大的实像；当f＜u＜2f，成倒立放大的实像，此时v＞2f；当u＜f时，成正立放大的虚像；凸透镜成实像时，物近像远像变大。 10．近日中国农业银行推出了“刷脸取款”的ATM机，如图客户站在ATM机前，光源自动打开，拍照成功后，按提示操作，钱就自己“吐”出来。摄像头相当于一个 　 　 （填“凸”或“凹”）透镜，所成的是倒立、缩小的 　 　 （填“实”或“虚”）像，在拍摄范围内，人脸离镜头越 　 　 （选填“近”或”远”），拍出的像越大。 【答案】凸；实；近 【知识点】凸透镜成像的应用 【解析】【解答】摄像头镜头相当于一个凸透镜，利用凸透镜成像原理工作。人脸在摄像头二倍焦距以外，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、缩小的实像。当人脸靠近镜头时，物距减小，像距增大，像变大，因此为了拍出更大的像，人脸应离镜头更近。 答案：凸；实；近。 【分析】摄像头、照相机、摄像机等设备的核心元件都是凸透镜，其成像原理是：当物体位于凸透镜二倍焦距以外时，成倒立、缩小的实像。这一规律广泛应用于拍摄远距离物体的场景。 凸透镜成像动态规律可总结为：成实像时，物距减小，像距增大，像变大；物距增大，像距减小，像变小。简称为“物近像远像变大，物远像近像变小”。在刷脸取款场景中，光源自动打开是为了增加人脸亮度，使成像更清晰，但成像本身仍遵循凸透镜成像规律。 因此，人脸离镜头越近，所成的像越大，这也是为什么很多拍照场景中建议靠近镜头的原因。 四、综合题 11．如图甲所示，一束平行于凸透镜主光轴的光线射向凸透镜，光线经凸透镜折射后在光屏上形成最小最亮的光斑，请在甲图中完成光路图　 　；如图乙，小天把此凸透镜固定在光具座“50 cm”刻线处，将蜡烛放在乙图所示的位置，当光屏移至“70 cm”刻线处时，光屏上出现了一个倒立的与物体大小　 　的像；保持凸透镜位置不变，若要在光屏上得到一个倒立、放大的实像，蜡烛应向　 　边移动，并把光屏移到合适的位置。 【答案】；相等；右 【知识点】主光轴、光心、焦点和焦距；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】平行光会聚的最小光斑在凸透镜右侧10cm处，故焦距f=10cm，如下图所示： 图乙中，物距u=50cm-30cm=20cm=2f，根据凸透镜成像规律，当u=2f时，成像特点是光屏上成倒立、等大的实像； 当f＜u＜2f，v＞2f，成倒立、放大的实像，因此蜡烛应向右边移动，并把光屏移到合适的位置。 故答案为： ；相等；右。 【分析】（1）平行于主光轴的光经凸透镜后会聚于主光轴上一点，这一点叫焦点，完成光路图； （2）当u=v=2f，成倒立、等大的实像； （3）当f＜u＜2f，v＞2f，成倒立、放大的实像。 五、作图题 12．如图，是蜡烛的烛焰S经凸透镜后在光屏上所成的像。请通过作图确定凸透镜焦点的位置，并画出光线AB经过凸透镜后的折射光线。 【答案】 【知识点】作光的折射光路图；主光轴、光心、焦点和焦距；透镜的光路图；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】从物点作一条平行于主光轴的入射光线，与凸透镜交于点。根据凸透镜特殊光线的性质，该光线经折射后会通过焦点；同时，由凸透镜成像规律可知，物点发出的光线经透镜折射后必会会聚于像点，因此点的折射光线也经过。连接与，该线与主光轴的交点即为焦点。光线是物点发出的入射光线，连接点与像点并标出箭头，即为的折射光线。如图所示： 故答案为：； 【分析】利用凸透镜的特殊光线性质（平行于主光轴的光线经折射后过焦点）和成像规律（所有折射光线会聚于像点），先确定焦点位置，再画出给定入射光线的折射光线；关键知识点：凸透镜的特殊光线、凸透镜成像规律（折射光线会聚于像点）。 13．图甲为无人机在马拉松比赛中跟拍运动员的情景。将其镜头简化为一个凸透镜，图乙中A 点代表运动员，请画出A 点通过凸透镜所成的像A'。 【答案】 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验；凸透镜成像的应用；实像和虚像的区别 【解析】【解答】图中运动员A点位于凸透镜的2倍焦距以外（u>2f），这是拍照时的典型物距。 从A点作一条平行于主光轴的光线，经过凸透镜折射后，会过右侧的焦点F；从A点作一条过光心的光线，经过凸透镜后传播方向不变；两条折射光线的交点就是A点的像A'；当u>2f时，成倒立、缩小的实像，像位于凸透镜的1倍焦距与2倍焦距之间（f<v<2f），这与图中红色像点的位置一致。 故答案为：。 【分析】1、凸透镜的三条特殊光线： 平行于主光轴的光线，折射后过焦点。 过焦点的光线，折射后平行于主光轴。 过光心的光线，传播方向不变。 2、凸透镜成像规律：当物距大于2倍焦距（u>2f）时，成倒立、缩小的实像，像距在1倍焦距与2倍焦距之间（f<v<2f），这也是照相机、手机镜头的成像原理。 3、实像的定义：由实际光线会聚而成的像，可以用光屏承接。 六、实验探究题 14．在“探究凸透镜成像的规律”实验中： （1）调节光源、凸透镜和光屏三者的中心在同一高度，保持凸透镜位置不变，将蜡烛和光屏调节到如图所示位置，此时光屏上呈现清晰的像（像未画出），此凸透镜的焦距为　 　cm。 （2）将蜡烛移动到光具座10.0cm处，为了在光屏上呈现清晰的像，应将光屏向　 　（选填“靠近”或“远离”）透镜的方向移动。 （3）保持图中凸透镜位置不动，将光源移动到光具座45.0cm处，此时成　 　（选填“虚”或“实”）像，此时的成像特点与生活中的　 　（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）相同。 【答案】（1）10.0 （2）靠近 （3）虚；放大镜 【知识点】凸透镜成像规律及其探究实验；凸透镜成像的应用 【解析】【解答】（1）我们可以从图中读出各器材的位置：蜡烛位于30.0 cm刻度处，凸透镜位于50.0 cm刻度处，光屏位于70.0 cm刻度处。由此计算物距： 像距为： 此时物距和像距相等，满足，对应凸透镜成像中倒立、等大实像的规律，因此可得，解得该凸透镜的焦距。 （2）将蜡烛移到10.0 cm刻度处后，物距比原来更大了。根据凸透镜成实像时“物远像近像变小”的规律，物距增大后像距会减小，因此需要将光屏向靠近凸透镜的方向移动，才能再次在光屏上得到清晰的像。 （3）凸透镜位置保持不变，将蜡烛移动到45.0 cm刻度处，此时计算物距可得： 此时满足条件，根据凸透镜成像规律，此时会成正立、放大的虚像，这一成像特点和放大镜的工作原理相同。 【分析】1、测量焦距的方法： 将凸透镜正对太阳光，改变凸透镜与光屏的距离，直到光屏上出现一个 亮点，此时亮点与凸透镜中心的距离为焦距。 2、透镜成像试验：实验步骤：1）实验前，应调节凸透镜、蜡烛烛焰、光屏的中心大致在同一水平高度，环境越暗，物体反射光越明显，所以实验应在较暗的环境中进行；2） 点燃并蜡烛，在光屏上得到一个等大、清晰的烛焰的像，测量此时物到透镜的距离（焦距）；3）移动蜡烛，观察像的变化 经过透镜光心的光心不会发生偏折，所以蜡烛变短通过光心的光线会折射到光屏上方，导致像向上移动。 3、凸透镜成实像时，物距越大，像距越小，像越小；物距越小，像距越大，像越大 透镜成像规律：物体距透镜小于一倍焦距，呈正立放大的虚像，应用为放大镜； 物距大于一倍焦距小于二倍焦距，呈倒立立放大的实像，应用为投影仪； 物体大于二倍焦距，呈现倒立缩小实像，应用为照相机，人眼睛。 （1）由图可知，蜡烛在刻度处，凸透镜在刻度处，光屏在刻度处，因此物距 像距 此时满足，成倒立等大的实像，因此，解得焦距。 （2）将蜡烛移动到处，物距变大，根据凸透镜成实像规律“物远像近像变小”，像距会变小，因此应将光屏向靠近透镜的方向移动。 （3）凸透镜位置不变，蜡烛移动到处，此时物距 满足，凸透镜成正立放大的虚像，成像特点和放大镜相同。 15．《墨经》中记载了世界上最早的小孔成像实验。某物理小组为探究成像技术的演进，先复原小孔成像实验，再制作照相机模型（凸透镜焦距f=10cm）。备选器材：不同直径和长度的纸筒、黑色和白色卡纸、宣纸、透明塑料膜、F型光源、不同小孔的遮光板。请完成下列探究： 【项目一小孔成像模型】 （1）用如图所示遮光板完成小孔成像实验。为探究像的形状与小孔形状是否有关，需再选两块遮光板进行探究，最合理的是___________。 A. B. C. D. （2）小组在教室日常环境中实验时，发现小孔成像亮度低。请写出一条优化建议：________。 【项目二照相机模型】 （3）制作照相机模型时，需选用长度合适的外纸筒调节像距，使成像膜上成倒立、缩小的实像。现有长度分别为5cm、10cm、20cm的三种纸筒，最合适的是________cm的纸筒。 （4）为清晰地承接像，且便于观察，成像膜的材料应选___________（填字母）。 A. 黑色不透光卡纸 B. 白色不透光卡纸 C. 半透明宣纸 D. 全透明塑料膜 （5）若要拍摄更远的景物，且保持成像清晰，应将纸筒________（选填“向内缩短”或“向外拉长”）。 （6）某小组用上述相同的器材制作照相机模型，发现无论怎么调节纸筒长度，都无法在成像膜上观察到清晰的像，请写出一条可能的原因：________。 【答案】(1) B，C (2) 在较暗环境中实验 (3) 20 (4) C (5) 向内缩短 (6) 被拍摄物体到凸透镜的距离（物距）小于1倍焦距，凸透镜无法成实像 【知识点】光的直线传播及其应用；凸透镜成像规律及其探究实验 【解析】【解答】（1）若要探究像的形状和小孔形状是否有关，需要控制小孔的大小一致，只改变小孔的形状，因此需要再选择BC两块遮光板完成该探究。 （2）在日常教室环境中实验时，小孔成像的亮度较低，可以通过将实验放在较暗环境中进行等方式，提升小孔成像的亮度。 （3）照相机的成像原理是：当物距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，此时像距满足。已知凸透镜焦距 f=10cm ，因此可得像距范围为，因此选择长度为20cm的纸筒最为合适。 （4）本实验需要在内纸筒的右侧观察成像膜上的像，因此成像膜需要能够透光；如果成像膜完全不透明，无法观察到像，如果完全透明，几乎无法分辨出像，因此应当选择半透明的宣纸，即C符合要求，ABD不符合要求。 故选C。 （5）凸透镜成实像时，遵循“物远像近像变小”的规律：物体距离凸透镜越远，所成的像距离凸透镜越近，像也越小。因此如果要拍摄更远的景物，想要成像清晰，需要将纸筒向内缩短，减小像距。 （6）使用相同器材制作照相机模型后，无论怎样调节纸筒的长度，都无法在成像膜上得到清晰的实像，可能的原因有两种：一是物距小于一倍焦距，凸透镜此时成虚像，无法被成像膜承接，因此观察不到清晰实像；二是光源、凸透镜、成像膜三者的中心不在同一高度，导致像无法成在成像膜上，因此观察不到清晰的像。 【分析】 1. 控制变量法应用：探究单一因素对实验结果的影响，仅改变研究变量，其余条件全部保持一致。 2. 小孔成像观察要点：环境杂光会削弱成像对比度，昏暗环境能减少光线干扰，提升成像清晰度。 3. 照相机成像核心规律：u＞2f，成倒立缩小实像，f＜v＜2f，纸筒长度匹配像距区间才能正常成像。 4. 成像膜选材原理：半透明介质既能承接实像，又能透过光线供人从外侧观察，不透光、全透明材料均不满足实验需求。 5. 实像动态变化规律：物距增大，像距减小，像随之缩小；物距减小，像距增大，像随之变大。 6. 实验故障排查：无法成实像分两类，物距小于焦距生成虚像；光心、物体、光屏中心未等高，像偏离承接面。 16．在初中物理项目化学习中，某小组整理了光学实验。结合实验，请完成下列题目。 （1）图甲为小孔成像示意图，该现象可以用　 　来解释。 （2）如图乙所示，激光沿入射，与水平镜面的夹角是50度，则反射角是　 　度，高楼大厦的玻璃幕墙会造成光污染，是因为发生了　 　（选填“镜面”或“漫”）反射。 （3）图丙是探究凸透镜成像规律的实验装置，烛焰恰好在光屏上呈现一个清晰的像，这是　 　（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）的工作原理。 【答案】（1）光的直线传播 （2）40；镜面 （3）照相机 【知识点】光的直线传播及其应用；光的反射定律；镜面反射与漫反射；凸透镜成像的应用 【解析】【解答】（1）小孔成像，是光沿直线传播形成的实像。 故答案为：光的直线传播； （2）入射光线EO与镜面夹角50°，入射角为90°−50°=40°，反射角等于入射角，反射角是40度；玻璃幕墙表面光滑，光在其上发生镜面反射，造成光污染。 故答案为：40；镜面； （3）图丙中物距大于像距，光屏上成倒立、缩小的实像，照相机就是利用这一原理工作的。 故答案为：照相机； 【分析】（1）本题考查光的直线传播，需掌握小孔成像的成因。 （2）本题考查光的反射定律以及镜面反射，要会区分镜面反射和漫反射，理解光污染的成因。 （3）本题考查凸透镜成像规律，明确物距大于像距时成像特点以及对应的生活应用。 七、科普阅读题 17．阅读短文，回答问题 新能源智能汽车 近年来，我国新能源汽车产业持续飞速发展，产销量连续九年位居全球第一。目前，新能源智能汽车已经进入许多家庭。 如图所示是一款新能源智能汽车，车顶覆盖薄膜式太阳能电池板；车窗采用智能玻璃，除了可实现调节温度和透明度（折射光照度与入射光照度之比），还具有单向透光功能；车身配有多个高清摄像机，组成360度全景影像系统；前挡风玻璃上安装了激光雷达，能精确快速识别前方物体的形状和距离，实现自动驾驶。车内安装了大型触控屏幕，集操作和娱乐功能于一体；同时配备智能语音系统，能识别车主的声音并按车主的要求进行自动操作。 新能源智能汽车融合汽车制造、人工智能、大数据、云计算、通信等多个高新技术产业，具备产业深度融合、价值链长、市场规模大等特点，已成为国际公认的汽车产业发展战略方向。 （1）为提高光电转换效率，薄膜式太阳能电池板应设计成　 　（选填“黑色”或“白色”）。 （2）汽车前挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体通过前挡风玻璃所成的像位于　 　（选填“斜上方”或“斜下方”或“正前方”），不妨碍司机视线。 （3）冬天行车时，汽车挡风玻璃的　 　（选填“内”或“外”）侧容易出现一层白雾，此时应将智能玻璃温度调　 　（选填“高”或“低”）。 （4）汽车周围的景物，通过360度全景影像系统的摄像机镜头，成倒立、　 　（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像。 （5）触控屏幕的多种色彩实际是由红、绿、　 　三种色光组合而成，智能语音系统是依据声音的　 　（选填“音调”、“响度”或“音色”）识别车主的语音命令。 【答案】（1）黑色 （2）斜上方 （3）内；高 （4）缩小 （5）蓝；音色 【知识点】液化及液化放热；物体的颜色；凸透镜成像规律及其探究实验；音色；平面镜成像的原理、特点 【解析】【解答】（1）黑色薄膜能够吸收所有颜色的光，而白色薄膜会反射所有颜色的光。为了降低光的反射，增加电能转换效率，薄膜式太阳能电池板应采用黑色设计。 （2）挡风玻璃的作用类似于平面镜，根据平面镜成像原理，像与物体关于镜面对称。因此，当挡风玻璃倾斜安装时，车内物体通过挡风玻璃形成的像会位于上方，这样就不会干扰司机的视线，从而提高行车安全性。 （3）冬季行车时，车内温度较高，温度较高的水蒸气遇到较冷的挡风玻璃时，会在玻璃内侧发生液化现象，形成小水滴，从而产生白雾。此时应调高智能玻璃的温度，以加速水分的蒸发。 （4）摄像机镜头相当于一个凸透镜。当物体距离（物距）大于两倍焦距时，景物通过摄像头会形成倒立、缩小的实像。 （5）光的基本颜色（三原色）是红色、绿色和蓝色。触控屏幕上显示的各种颜色都是由这三种色光按不同比例混合而成的。 音色是声音的特征之一，由发声体本身的特性决定，可以用来区分不同的声音。汽车的智能语音系统主要通过识别使用者声音的音色特征来执行相应的车载系统指令。 【分析】1、白色会反射各种颜色的光，黑色会吸收各种颜色的光，不透明物体会反射物体显示的颜色，透明物体会显示透过光的颜色。 2、平面镜成像特点为物像等大、物像等距、物像关于平面镜对称、成虚像； 3、影响蒸发的因素有温度和空气流速， 减小液体表面空气的流动速度 以及降低温度都可以降低蒸发的速度，增大温度以及加快空气的流速，可以加快蒸发速度； 4、物体大于二倍焦距，呈现倒立缩小实像，应用为照相机，人眼睛。 5、声音的特点：不同材料决定音色不同；振幅决定响度；振动频率决定音频；振动频率决定音频，频率越高，音调越高，频率越低，音调越低；声音的响度与声源振动的幅度有关，振动幅度越大，响度越大． （1）黑色薄膜吸收所有色光，白色则反射所有色光。为了减少光的反射，转化更多的电能，薄膜式太阳能电池板应设计成黑色。 （2）挡风玻璃相当于一个平面镜，根据平面镜成像的特点，像与物关于镜面对称，因此，挡风玻璃倾斜时，车内物体通过挡风玻璃所成的像就会位于上方，从而不妨碍司机视线，提高行车安全。 （3）[1][2]冬天行车时，汽车内温度较高，温度较高的水蒸气遇到温度低的挡风玻璃，在玻璃内侧水蒸气液化后形成的小水珠，出现一层白雾，此时应将智能玻璃的温度调高，加快水的蒸发。 （4）摄像机的镜头相当于凸透镜，物距大于二倍焦距，则景物通过摄像头成倒立、缩小的实像。 （5）[1]光的三原色是红、绿、蓝，触控屏幕的多种色彩是由红、绿、蓝三种色光混合而成的。 [2]音色是发声体的声音品质，由发声体本身的特征决定，是区别声音的重要标志，汽车的智能语音系统主要是根据对人声音的音色识别来对车载系统发出指令工作。 学科网（北京）股份有限公司 $