高中物理透镜与成像综合练习题库

高中物理透镜与成像综合练习题库透镜成像规律是高中物理光学部分的核心内容，不仅涉及丰富的物理概念，还要求同学们具备较强的逻辑推理能力和空间想象能力。掌握这部分知识，不仅能够应对考试，更能解释生活中诸多光学现象，理解照相机、投影仪、放大镜等常见光学仪器的工作原理。本练习题库旨在帮助同学们系统梳理透镜成像的知识点，通过不同类型的题目巩固理解，提升解题能力。一、核心知识梳理在进行练习之前，我们先来回顾一下透镜成像的核心知识点，确保基础扎实。1.透镜的基本概念与分类透镜是利用光的折射原理工作的光学元件，由两个共轴的球面或一个球面和一个平面组成。*凸透镜（会聚透镜）：中间厚、边缘薄，对光线有会聚作用。*凹透镜（发散透镜）：中间薄、边缘厚，对光线有发散作用。2.几个重要的概念*光心（O）：透镜的中心，通过光心的光线传播方向不改变。*主光轴：通过光心和两个球面球心的直线。*焦点（F）：平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于主光轴上的一点，称为实焦点；经凹透镜折射后，其反向延长线交于主光轴上的一点，称为虚焦点。透镜两侧各有一个焦点。*焦距（f）：焦点到光心的距离。凸透镜焦距为正值，凹透镜焦距为负值（高中阶段通常规定）。*物距（u）：物体到光心的距离。*像距（v）：像到光心的距离。实像的像距为正值，虚像的像距为负值。3.凸透镜成像规律这是透镜成像的重中之重，需要同学们熟练掌握并能灵活运用。我们可以通过实验或作图来探究，以下是几种典型情况：*物体在无穷远处（u→∞）：像成在另一侧焦点处（v=f），成倒立、缩小的实像。这是照相机镜头成像的原理基础。*物体在2倍焦距以外（u>2f）：像成在1倍焦距与2倍焦距之间（f<v<2f），成倒立、缩小的实像。*物体在2倍焦距处（u=2f）：像成在另一侧2倍焦距处（v=2f），成倒立、等大的实像。这是测量凸透镜焦距的一种方法。*物体在1倍焦距与2倍焦距之间（f<u<2f）：像成在另一侧2倍焦距以外（v>2f），成倒立、放大的实像。这是投影仪成像的原理。*物体在1倍焦距处（u=f）：此时折射光线平行射出，不成像（或说成像在无穷远处）。*物体在1倍焦距以内（u<f）：像成在物体同侧，成正立、放大的虚像，像距的绝对值大于物距。这是放大镜的成像原理。4.成像公式与放大率*成像公式：1/f=1/u+1/v（注意各量的正负号法则：通常规定，物距u恒取正值；像距v，实像为正，虚像为负；焦距f，凸透镜为正，凹透镜为负。）*放大率（m）：像的高度与物体高度之比，也等于像距的绝对值与物距之比，即m=|h’/h|=|v/u|。放大率大于1表示像放大，小于1表示像缩小。5.凹透镜成像规律凹透镜对光线有发散作用，因此无论物体放在何处，凹透镜只能成正立、缩小的虚像，像与物在透镜同侧，像距的绝对值小于物距。其成像公式同样适用，只需注意凹透镜的焦距f为负值。二、练习题（一）选择题（单选或多选）1.关于透镜对光线的作用，下列说法正确的是（）A.凸透镜只对平行光有会聚作用B.凹透镜对所有光线都有发散作用C.经过凸透镜光心的光线方向不改变D.平行于主光轴的光线经过凹透镜后过焦点2.某同学将点燃的蜡烛放在凸透镜前某一位置时，在透镜另一侧离透镜10厘米的光屏上得到一个缩小的像。当蜡烛移到离透镜10厘米处时，所成的像是（）A.倒立、放大的实像B.倒立、缩小的实像C.正立、放大的虚像D.倒立、等大的实像3.用焦距不变的照相机给某个同学拍完全身像后，想再拍一张半身像，应该（）A.照相机离该同学远一些，同时镜头往后缩一些B.照相机离该同学近一些，同时镜头往前伸一些C.照相机离该同学远一些，同时镜头往前伸一些D.照相机离该同学近一些，同时镜头往后缩一些4.下列关于虚像的说法中，正确的是（）A.虚像是人的幻觉，实际上没有光线进入人眼B.虚像可以用光屏接收C.虚像都是正立的，实像都是倒立的D.凸透镜既能成实像，也能成虚像；凹透镜只能成虚像5.一物体沿凸透镜的主光轴移动，当物距为30厘米时，在凸透镜另一侧的光屏上得到一个放大的实像。当物体移至物距为15厘米时，它的像一定是（）A.放大的实像B.缩小的实像C.放大的虚像D.缩小的虚像（二）填空题6.凸透镜对光线有______作用，所以又叫做______透镜；凹透镜对光线有______作用，所以又叫做______透镜。7.某凸透镜的焦距为15厘米，当物体放在离透镜10厘米处时，成______立、______的______像，像距______（选填“大于”、“小于”或“等于”）物距。8.要想利用凸透镜使小灯泡发出的光变成平行光，应该把小灯泡放在凸透镜的______处。9.一个物体放在焦距为8厘米的凸透镜前，在光屏上成一个清晰的像，像距为16厘米，则物体离透镜的距离为______厘米，成的是______立、______的______像。10.当用凸透镜观察书本上的字时，为了看到更大的正立的像，应将凸透镜适当______书本（选填“靠近”或“远离”），同时眼睛应适当______凸透镜（选填“靠近”或“远离”）。（三）计算题11.一物体高为2厘米，放在焦距为10厘米的凸透镜前，在离透镜15厘米的光屏上得到一个清晰的像。求：（1）物体离透镜的距离；（2）像的高度；（3）像的放大率。12.某同学在做“探究凸透镜成像规律”的实验时，所用凸透镜的焦距未知。他将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，并使三者的中心大致在同一高度。当蜡烛与凸透镜的距离为20厘米时，移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的等大的像。（1）求该凸透镜的焦距；（2）若将蜡烛移到距凸透镜15厘米处，移动光屏，可得到一个什么样的像？像距范围是多少？（四）作图题13.如图所示（此处假设有一个凸透镜，主光轴已画出，左侧有一发光点S），请画出由点S发出的两条光线（一条平行于主光轴，另一条过光心）经过凸透镜后的折射光线，并确定像点S’的位置。（说明：实际作图时，需用直尺、铅笔规范作图，保留作图痕迹。）三、参考答案与解析（一）选择题1.BC解析：凸透镜对所有光线都有会聚作用，不仅仅是平行光，A错误；凹透镜对所有光线都有发散作用，B正确；经过光心的光线传播方向不变，C正确；平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其反向延长线过虚焦点，D错误。2.A解析：第一次成像在光屏上，为实像，且缩小，说明u>2f，v在f和2f之间，即f<10cm<2f，所以5cm<f<10cm。当蜡烛移到离透镜10cm处，此时物距u’=10cm，由于f<10cm<2f，所以像距v’>2f，成倒立、放大的实像，A正确。3.B解析：拍完全身像再拍半身像，像变大。根据“物近像远像变大”的规律，应减小物距（照相机靠近同学），增大像距（镜头往前伸，即增大镜头与底片的距离），B正确。4.D解析：虚像不是幻觉，是有实际光线的反向延长线会聚而成的，A错误；虚像不能用光屏承接，B错误；实像都是倒立的，但虚像不一定都是正立的，如凹透镜成的虚像是正立的，而凸透镜在特定条件下也成正立虚像，这里说“都”不够严谨，但D选项后半句正确，且综合来看D选项更优。C选项前半句“虚像都是正立的”在中学阶段对于透镜成像而言是成立的，但“实像都是倒立的”也是对的，不过D选项更全面。5.C解析：当u=30cm时，成放大的实像，说明f<30cm<2f，即15cm<f<30cm。当u’=15cm时，u’<f，所以成正立、放大的虚像，C正确。（二）填空题6.会聚，会聚；发散，发散。7.正，放大，虚，大于。（u=10cm<f=15cm，成正立、放大虚像，v为负，其绝对值大于u）8.焦点（或一倍焦距）。9.16，倒，放大，实。（由1/f=1/u+1/v，f=8cm，v=16cm，可得u=16cm，u=2f，成倒立等大实像？哦不，u=16cm，f=8cm，u=2f，v=2f=16cm，成倒立等大实像。之前答案有误，应为“等大”。）（修正：9.16，倒，等大，实。）10.远离，远离。（用凸透镜作放大镜时，物距在1倍焦距内，物距越大（但仍小于f），像越大，像距也越大，所以应将凸透镜适当远离书本，同时眼睛远离凸透镜以看清更大的像。）（三）计算题11.解：已知：h=2cm，f=10cm，v=15cm（实像，v为正）（1）由成像公式1/f=1/u+1/v可得：1/u=1/f-1/v=1/10-1/15=(3-2)/30=1/30所以u=30cm（2）由放大率公式m=|v/u|=|h’/h|可得：h’=|v/u|*h=(15/30)*2cm=1cm。由于成实像，像是倒立的，所以像高为-1cm（若只问高度大小，答1cm亦可，具体看题目要求，此处题目问“像的高度”，考虑到方向，可答“1cm，倒立”）。（3）放大率m=|v/u|=15/30=0.5。答：（1）物体离透镜30厘米；（2）像的高度为1厘米（倒立）；（3）像的放大率为0.5。12.解：（1）当在光屏上成清晰等大的像时，u=v=2f。已知u=20cm，所以2f=20cm，f=10cm。（2）若蜡烛移到u’=15cm处，此时f=10cm<u’=15cm<2f=20cm，所以成倒立、放大的实像，像距v’>2f=20cm。答：（1）凸透镜焦距为10厘米；（2）成倒立、放大的实像，像距大于20厘米。（四）作图题13.（说明：此处为文字描述，实际作答需画图）*平行于主光轴的光线：经凸透镜折射后，折射光线过另一侧的焦点。*过光心的光线：经凸透镜折射后，传播方向不改变。*两条折射光线（或其反向延长线）的交点即为像点S’。对于发光点S在凸透镜一倍焦距以外成实像的情况，两条折射光线直接相交；若在一倍焦距以内，则折射光线的反向延长线相交成虚像。四、学习建议透镜成像规律的掌握，不能仅仅依靠死记硬背，更要注重理解和应用。建议同学们：1.动手实验：条件允许的话，亲手做一遍“探究凸透镜成像规律”的实验，通过观察真实的成像情况来加深理解。2.规范作图：光路图是解决成像问题的直观工具，要养成规范作图的习惯，掌握几条特殊光线的画法。3.理解公式：成像公式和放大率公式是定量计算的基础，要理解每个物理量的含义及符号法则，并能熟练运