沪科版4.5+科学探究凸透镜成像(学案)

1、第五节 科学探究：凸透镜成像一、课前知识准备1.什么叫凸透镜？什么叫凹透镜？利用太阳光怎样测量凸透镜的焦距？（答案：中间厚、边缘薄的叫凸透镜；中间薄、边缘厚的叫凹透镜。将凸透镜正对着太阳光，再把一张纸放在它的另一侧，来回移动，让纸上的光斑变得最小，最亮为止测量这个最小、最亮的光斑到凸透镜的距离即为焦距。）2. 把物体置于凸透镜主光轴上距透镜40cm，透镜的焦距为15cm，则物体通过透镜成的像是_立_的_像若将物体向透镜方向移动了15cm，则物体的像将向方向移动，同时像变为_立_的_像（答案：倒、缩小、实、远离透镜、倒、放大、实）二、名师解读点拨知识点1：凸透镜如图所示，让凸透镜正对着太阳光，拿

2、一张白纸在它的另一侧来回移动，发现纸上有一亮点，这个点叫 ，表明凸透镜 ，换用凹透镜不能得到上述现象，并且透镜的正下方的纸比周围纸偏暗，表明凹透镜 答案：焦点，能使光会聚；能使光发散 【比较】项 目凸透镜凹透镜外 形中间厚、边缘薄中间薄、边缘厚对光线的作用对光线有会聚作用对光线有发散作用焦 点平行主轴的光线经透镜折射后实际光线会聚的点（实焦点）平行主轴的光线经透镜折射，折射光线的反向延长线会聚的点（虚焦点）光 路 图  掌握三条特殊光路：平行于主光轴的光线折射后通过焦点.对凹透镜来说，是折射光线的反向延长线经过虚焦点.通过焦点的光线（对凹透镜而言，是指其延长线通过焦点的光线

3、）折射后与主光轴平行.通过光心的光线不改变光的传播方向.【易淆点】透镜的“会聚”与“发散”作用在左下图中，两条折射光线相对于两条入射光线的传播方向“相互靠近”了，这就是凸透镜对光起会聚作用的结果.这时的两条折射光线不是会聚而是发散的，可见会聚作用并不等于会聚！ 同理，在右上图中，两条折射光线相对于入射光线的传播方向 “相互远离” 了，这就是凹透镜对光的发散作用.这时的两条折射光线不是发散而是会聚的，可见发散作用也不等于发散！可见判断透镜的“会聚”、“发散”作用的最简单方法就是将原光线延长，将入射光线的传播方向和经透镜折射后光线的传播方向进行比较，若通过透镜后的光线相对于原方向向主轴偏折，即为会

4、聚，向外偏折即为发散. 不能简单地认为折射光线交到一点就是对光起会聚作用，否则就是发散.实际上对透镜来说光线总是向厚的一边偏折射。知识点2：凸透镜成像在研究凸透镜成像的实验中：(1)光具座上应放有凸透镜、光屏和蜡烛， 应当放在其它两种器材之间，为了使烛焰的像能成在光屏中央，要调整凸透镜和光屏的高度，使它们的中心 .(2)当在光屏上得到一个清晰、缩小的实像时，说明蜡烛在凸透镜 ；若想得到一个清晰放大的实像，蜡烛应向 方向移动，同时光屏应向 方向移动像的大小是逐渐 若无论怎样移动光屏都不能接收到蜡烛的像，说明蜡烛处于 的范围了(3)利用凸透镜在光屏上已得到烛焰清晰的实像，此时如果用黑纸遮住透镜的下

5、半部分，则光屏上的像( ) A上半部没有了 B下半部没有了 C整个像缩小了 D整个像变暗了答案：(1)凸透镜，同一高度；(2)二倍焦距之外，靠近透镜，远离透镜，变大，小于一倍焦距；(3)D【理解】凸透镜成像原理以烛焰通过凸透镜成像为例，如右图烛焰可看作是由许多发光点组成的，每个发光点射向凸透镜的光线有无数条，这无数条光线经凸透镜折射后，会聚到一点，这一点就是发光点的像点，全部的像点构成了烛焰的像【注意】若用纸板档住凸透镜的上半部，下半部的光仍能会聚起来组成物体的完整的像但会聚的光少了，所得的像亮度将变暗【明确】凸透镜成像规律： 物 距u 像 的 特 点倒 或 正 缩小或放大 实 或 虚 像 距

6、 vA. u>2f倒立缩小 实像f<v<2f（v<u）B. u=2f倒立 等大 实像v=2f （v=u）C. f<u<2f倒立 放大 实像v>2f （v>u）D. u=fE. u<f正立 放大 虚象物像同侧（v>u）一焦分虚实。u=f是成实像与虚像分界点，u>f成实像, u=f不成像,u<f成虚像;二焦分大小。u=2f是成缩小的像与放大的像分界点，u>2f成缩小的实像, u=2f成等大的实像,f<u<2f可成放大的实像u<f成放大的虚像;成实象时，物近像远像变大。物距从远大于2倍焦距减小到等于2倍焦

7、距的过程中，像距从稍大于焦距逐渐增大到等于2倍焦距，物距大于像距一直到等于像距，透镜另一侧的像逐渐变大一直到与物体等大，物体与像的距离由很大逐渐减少到4倍焦距；物距从稍小于2倍焦距减小到稍大于焦距的过程中，像距从稍大于2倍焦距逐渐增大到远大于2倍焦距，像距大于物距，透镜另一侧的像逐渐变大，物体与像之间的距离由稍大于4倍焦距逐渐增大到很大。成虚象时，物近像近像变小。当物距在稍小于焦距处向凸透镜靠近的过程中，虚像越来越小。实象皆倒立，虚象皆正立。（3）凹透镜对物体只能成正立、缩小的虚像【易淆点】放大的像与像变大放大的像指所成的像的大小比物体的大小大；像变大指物体到镜子的距离发生变化时，像相对于原来

8、的像变大。像变大不等于所成的像是放大的，如物距从大于2倍焦距减小到等于2倍焦距的过程中，所成的像是缩小的但像逐渐变大的【辨别】凸透镜和凹透镜(1)用手摸，中间厚边缘薄的是凸透镜，中间薄边缘厚的是凹透镜(精密的光学仪器不能用此法) (2)用平行光检测，对光起会聚作用的是凸透镜，对光起发散作用的是凹透镜(3)用光屏检测，能在光屏上呈现像的是凸透镜，不能在光屏上呈现像的是凹透镜【辨析】虚像和实像（1）凸透镜成实像 （2）凸透镜成虚像虚像不是实际光线会聚成的，因此不能像投影仪或电影那样用屏幕去承接，也不能用胶片去感光，只能用眼睛直接观察。虚像是“虚”的，但人眼视网膜上的像却是实实在在的，如果光线进不了

9、人眼，那人眼也就看不见那个物体了。实像是射向凸透镜的光经过凸透镜会聚而成的，是实际光成的会聚点，能用光屏承接。可以回顾平面镜成虚像的情况，明白实像与虚像的区别，面镜由反射成像，透镜由折射成像三、拓展整合创新类型之一：凸透镜【例1】（05年重庆市）当小玲在观察阳光通过甲、乙两个眼镜在地面上形成的光斑时，发现两个眼镜形成的光斑不同。阳光通过眼镜甲形成的光斑中间较四周亮，而阳光通过眼镜乙形成的光斑中间较四周暗，由此可以判断眼镜甲是 透镜，眼镜乙是 透镜。 解析：阳光通过眼镜甲形成的光斑中间较四周亮，说明眼镜甲对光有会聚作用，可以判断眼镜甲是凸透镜，阳光通过眼镜乙形成的光斑中间较四周暗，说明眼镜乙对光

10、有发散作用，眼镜乙是 凹透镜透镜。答案：凸 凹【例2】图4是一束光线通过透镜的光路图，其中正确的是 ( )解析： A图应是通过光心的光线方向不变；B图应是跟主光轴平行的入射光线，经凸透镜折射后通过焦点；D图经凹透镜折射后的光线应变得发散答案：C变式题：(03·南京)图表示分别从凸透镜的两倍焦距和一倍焦距处射出透镜的光线请在图中画出它们通过透镜后的光路(P是与透镜距离等于2倍焦距的位置) 解析：如图所示由从凸透镜焦点发出的入射光线经折射后与主光轴平行，作过F点入射光线的折射光线由物体在凸透镜二倍焦距处成倒立等大的实像在二倍焦距处，作过P点入射光线的折射光线类型之二：凸透镜成像【例3】（

11、05年连云港市）如图是用来研究凸透镜成像规律的实验装置示意图（屏未画出），当蜡烛和透镜放在图示位置时，通过移动光屏，可以在光屏上得到与物体等大的像。若透镜位置不变，将蜡烛移到刻度为30cm处，则4030201050607080(cm)A移动光屏，可以在屏上得到倒立放大的像B移动光屏，可以在屏上得到倒立缩小的像C移动光屏，可以在屏上得到正立放大的像D不论光屏移到什么位置，都不能在屏上得到清晰的像解析：根据凸透镜成像规律可知在光屏上得到与物体等大的像，u=v=2f=30cm，f=15cm。若透镜位置不变，将蜡烛移到刻度为30cm处，此时物距u=10cm<f，所以不论光屏移到什么位置，都不能在

12、屏上得到清晰的像。答案：D变式题：某同学做“研究凸透镜成像”的实验，在实验中固定了透镜，无论怎样移动蜡烛和光屏，在光屏上都找不到像，则原因是_。找到原因后在光屏上得到了像，如果蜡烛燃烧时间较长，蜡烛变短，则光屏上的像将向_移动（选填“上”或“下”）。解析：题中说“无论怎样移动蜡烛和光屏，在光屏上都找不到像”，说明不是物距或像距的原因，所以只有一个可能，即蜡烛火焰中心、光屏中心与透镜中心不等高。如果蜡烛燃烧时间较长，蜡烛变短，根据凸透镜成像原理可知光屏上的像将向上移动。答案：蜡烛火焰中心、光屏中心与透镜中心不等高 上点评：在光屏上找不到像的原因很多，如物距小于焦距、蜡烛放在凸透镜的焦点上、蜡烛虽

13、放在凸透镜的焦点外但靠近焦点，使所成像的像距过大超过了光具座的长度，这些情况（当然也包括蜡烛火焰中心、光屏中心与透镜中心不等高）无论怎样移动光屏，在光屏上都找不到像。类型之四：综合应用创新【例4】一种手电筒上所有的聚光小电珠如图所示，其前端相当于一个玻璃制成的凸透镜，灯丝（可看作一个点光源）发出的光通过它出射时，出射光束（图中实线所示）比无此透镜时的光束（图中虚线所示）要窄，即它可减小光束的发散，有聚光功能。在这种小电珠中，灯丝应位于 （ ）A凸透镜的焦点以内。B凸透镜的一倍焦距和两倍焦距之间。C凸透镜的焦点处。 D凸透镜的两倍焦距处。解析：把发光的灯丝视为一点光源，由凸透镜成像的规律可以得出

14、灯丝发出的光通过凸透镜后所成光束的形状当灯丝S位于凸透镜焦点以外(即它与透镜的距离大于1倍焦距)时，S通过透镜会成一个实像S，如图所示，由图可见，此时透过透镜形成的光束是先会聚成一点后再发散； 当灯丝S位于凸透镜的焦点上(即它与透镜的距离等于l倍焦距)时，s发出的光通过透镜后成为一平行光束，如图所示； 当灯丝S位于凸透镜的焦点以内(即它与透镜的距离小于1倍焦距)时，S通过透镜生成一虚像S，S与S居于透镜的同侧且 S离透镜较远，而在透镜的另一侧看起来，则光线好像是从S点发出的一样，如图所示，此时射出的光束比无此透镜时的光束(图中透镜左侧由S射出的光束)要窄一些由上分析知，形成图所示的光束，小电珠

15、的灯丝应位于凸透镜的焦点以内答案：A四、当堂检测反馈1如图画出了光通过透镜前后的方向，填上适当类型的透镜 解析：根据凸透镜对光的作用，图(1)是折射光线在透镜另一侧向外发散光线，应画凹透镜图(2)是由焦点发出的光线在透镜另一侧平行射出，应画凸透镜根据凸透镜对光有会聚作用，所谓会聚作用是指将折射光线和入射光线相比较而言是相互靠拢的根据凹透镜对光有发散作用，所谓发散作用是将折射光线和入射光线相比较而言是相互远离的图(3)是相互远离，应画凹透镜，图(4)是相互靠拢，应画凸透镜答案：(1)凹透镜 (2)凸透镜 (3)凹透镜 (4)凸透镜 2如图所示，一玻璃砖内有一凸形气泡，一束平行光垂直射向玻璃砖的侧

16、面，通过玻璃砖后，光线将会( ) A仍然平行 B会聚 C发散 D无法确定 解析：从图中同学们若不进行分析，很容易选B为答案，这是错误的因为凸形是气泡不是玻璃元件，故它不是凸透镜，这是一块玻璃砖被气泡分成两部分，这两部分都是中间薄，边缘厚，是凹透镜因此对照过去的平行光有发散作用，所以C是正确的答案：C3关于观察凸透镜成像的问题中，下列说法中正确的是( )A只有用光屏才能看到实像；B当透镜成实像时，不用光屏，在一定区域内也能看到实像；C不用光屏也能看到实像，而且观察区域与用光屏时一样D不用光屏只能看到缩小的实像答案：B 4.如图所示，鱼缸中只有一条小鱼，而眼睛从A点可以观察到两条，一条鱼的位置变浅

17、，另一条鱼变大前者是由于_形成的_像(填“实”或“虚”)后者是由于鱼缸的_侧部分(填“左”或“右”)等效凸透镜而形成的_像(填“实”或“虚”)答案：在水面处发生折射 虚 右 虚5.(04·桂林)张强同学在光具座上做“研究凸透镜成像”的实验中，当光屏、透镜及烛焰的相对位置如图所示时，恰能在光屏上得到一个清晰的像由此判断，他所用凸透镜的焦距 ( ) A一定大于20 cm B一定在10 cm到16 cm之间 C一定小于8 cm D一定在8 cm到10 cm之间解析：由u=20 cm与v=16 cm，可知u>2f，即20 cm>2f，则f<10 cm；f<v<2

18、f即f<16 cm<2f，则8 cm<f<16 cm，两个不等式解集为8 cm<f<16 cm答案：D 五、课后延伸阅读作凸透镜成像光路图 内容在物理学中经常用图把有关现象或过程简单明了地表现出来，那么能否通过作图把凸透镜成像规律形象化地表现出来? 过程问题提出后，教师鼓励学生大胆的猜想，动手作图，寻求解决问题的方法 要解决问题，同学们要弄清以下几个问题： 1跟主光轴平行的光线，经过凸透镜折射后通过焦点 2通过焦点的光线，经凸透镜折射后跟主光轴平行 3通过光心的光线，经过凸透镜折射后方向不变 结果作法： 画一直线表示主光轴 把透镜放在主光轴中央，从透镜的位置开始在左右两边的轴上用粉笔标出等于焦距和2倍焦距的位置 物体分别设三个位置(u<f、f<u<2f u>2f) 画出平行于主光轴的光线被凸透镜折射后经过焦点的光线 通过焦点的光线被凸透镜折射以后平行于主光轴射出 两条折射光线在透镜另一侧相交于一点 过这一点作垂直主光轴的线，这