凸透镜成像规律学案

摘 要：《凸透镜成像规律》一节是光学中的重点，也是难点。在学生学习过程中要突出重点，突破难点，就要指导学生做好实验，收集现象，得出结论.同时，还要把本节实验得到的像的成因，与小孔成像、平面镜成像及从空气中看水中物体，或从水中看空气中的物体所成的像进行区别与联系，这是学好本节课的关键.

关键词：凸透镜；成像；实像；虚像；焦距；物距；像距

作者简介：梁天骄（1993-），男，黑龙江省宾县人，本科学历.

1 课前准备

实像特点：

（1）实像都是倒立的（上下左右与物体相反）

（2）可以由光屏承接

（3）实际光线会聚而成

（4）实像是能量的聚集点

虚像特点：

（1）虚像都是正立的

（2）不能由光屏承接（但可以被观察到）

（3）不是实际光线会聚而成的，而是由反射或折射光线的反向延长线会聚而成的.

（4）虚像不是能量聚集点

实例区分：

（1）小孔成像：光沿直线传播，是实际光线会聚而成的，是实像.

（2）平面镜成像：是光的反射，形成正立虚像，是反射光线反向延长线的交点形成的.

（3）从空气中看水中物体，或从水中看空气中物体：光的折射形成的虚像，是折射光线反向延长线的交点形成的.

2 设计实验

（1）器材：蜡烛、凸透镜、光屏、刻度尺、火柴

（2） 实验步骤（注意事项）

①用蜡烛作物体，把蜡烛、凸透镜、光屏、依次摆放在桌面的同一条直线上.

②点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度上.（目的：使像呈在光屏的中央.）

（3）梳理概念

物距：物体到凸透镜光心的距离，符号“u”.

像距：在光屏成清晰的像时，像到凸透镜光心的距离，符号“v”.

焦距：焦点到凸透镜光心的距离，符号“f ”.

凸透镜的焦距标志着透镜对光的折射本领，焦距越小，折射本领越强，即凸透镜的会聚作用越强.

3 实验过程

每个区域内至少做三次以上实验，两个特殊点，各做一次实验，共十一次实验，完成表一（f=10cm）

物距u像的情况（性质）像物位置关系像距v应用

u>2f倒立缩小的实像异侧f

u=2f倒立等大的实像异侧v=2f粗略测凸透镜焦距

f2f幻灯机、投影仪、电影放映机

u=f不成像粗略测凸透镜的焦距、将点光源放在焦点上发出的光经凸透镜后变成平行光

u

4 深入探究，合作交流：

（1）成实像和虚像的分界点（或成倒立和正立像的分界点）

结论：一倍焦距处（焦点）.

（2）成实像时，放大和缩小像的分界点？成实像时，若u>v，一定成什么像？成实像时，若u

结论：放大和缩小的像在二倍焦距处；倒立缩小的实像；倒立放大的实像

（3）成实像时，物距增大时，像距如何变化？像的大小如何变化？

结论：物距增大时，像距减小，实像逐渐变小；

物距减小时，像距增大，实像逐渐变大.（实像的大小与像距变化规律相同）

（4）成实像时，物距和像距之和应满足什么条件？如果不满足会出现什么现象？

结论：u+v≥4f；如果不满足，光屏上接收不到清析的像.

（5）在做实验时，用一张纸把凸透镜挡住一半会出现什么现象？

结论：像的大小不发生变化，但比原来变暗了

（6）在做实验时，如果观察到像没有成在光屏的中央，原因是什么？像在光屏的下方，应怎样调节光屏使像成在其中央？应怎样调节蜡烛、凸透镜呢？

结论：烛焰、凸透镜、光屏的中心，不在同一高度上；蜡烛和凸透镜不动，光屏向下移动；或光屏不动，蜡烛向下或凸透镜向上移动.

（7）成虚像时，怎样做能使成的虚像大一些？

结论：成虚像时，适当增大物距（远离被观察物体）但仍小于一倍焦距，可以使成的虚像大一些.

（8）在做凸透镜实验时，无论怎样调节光屏的位置，在光屏上都接收不到清晰像的原因是什么？

结论：物距小于等于一倍焦距（也可能蜡烛、凸透镜、光屏不在同一条直线上）

（9）物体由6f处向f移动，像的大小如何变化？物距与像距之和如何变化？

结论：像变大；先变小后变大.

（10）凸透镜成清晰的倒立缩小实像时，将光屏与蜡烛互换位置时，会成像吗？会成什么样的像？怎样验证像的左右与物的关系？

结论：会成像；成倒立放大的实像；验证；轻轻吹动烛焰，观察烛焰的像和烛焰的方向的关系；像与物左右相反

（11）随着实验的进行，蜡烛变短，像无法呈在光屏的中央，就不断的调节蜡烛的高度，操作麻烦，怎么改进实验？

结论：将蜡烛换成用发光二极管组成字母“F”形状的光源

5 光路图

（1）如图1所示：u>2f f4f）

当物距变化时：u减小，v增大，像也变大；u增大，v减小，像也变小；

照相机：被照相的人或物相当于光源；镜头是凸透镜；底片相当于光屏；u是被照相人到镜头的距离，v是底片和镜头的距离.

减小像的方法：（增大u，减小v，像也减小）人向后退，同时镜头回缩.

增大像的方法：（减小u，增大v，像也增大）人向前进，同时镜头前伸.

照相机原理：利用凸透镜成像，u>2f，成倒立缩小的实像.

（2）如圖2所示：u=2f， v=2f，成倒立等大的实像（应用：测凸透镜焦距）（u+v=4f）

（3）如图3所示：f2f，成倒立放大实像（应用：幻灯机、投影仪）（u+v>4f）

当物距变化时：u减小，v增大，像也变大；u增大，v减小，像也变小；

幻灯机：幻灯片相当于光源；镜头是凸透镜；银幕是光屏；u是幻灯片到凸透镜的距离，v是银幕到凸透镜的距离.

减小像的方法：（增大u，减小v，像也减小）凸透镜向上移，同时减小幻灯机到银幕的距离.

增大像的方法：（减小u，增大v，像也增大）凸透镜向下移，同时增大幻灯机到银幕的距离.

幻灯机原理：2f>u>f利用凸透镜成像，成倒立放大的实像.

（4）如图4所示：u=f不成像（应用：测凸透镜焦距）

（5）如图5所示：u

成虚像时，物体越靠近焦点，像越大.

（6）物距一定时，凸透镜的焦距越大，所成实像也越大