5.3 凸透镜成像的规律（分层作业）【解析版】

5.3凸透镜成像的规律

一、探究凸透镜成像的规律

1．小明在做“探究凸透镜成像的规律”实验。

（1）测量凸透镜焦距时，小明将凸透镜安装在光具座上，用平行光作光源，移动光屏，在光屏上得到

一个最小最亮的光斑，如图甲所示，则该凸透镜的焦距为cm；

（2）然后将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏依次安装在光具座上，并调整烛焰、凸透镜及光屏三者的中心，

使其大致在；

（3）再将点燃的蜡烛移到10cm处，如图乙所示，移动光屏，直到在光屏上得到一个清晰的像；生活

中（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一成像原理来工作的；

（4）在图乙所示的实验基础上，保持凸透镜的位置不变，将蜡烛向右移动到30cm处，适当移动光屏

直到再次在光屏上呈现清晰的像，所成的像将（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

【答案】（1）10.0；（2）同一高度；（3）照相机；（4）变大。

【详解】（1）由图甲中，平行光线经凸透镜后会聚到一点，当光屏上得到的最小、最亮的光斑便是凸

透镜的焦点，所以，焦距

f=60.0cm-50.0cm=10.0cm

（2）蜡烛烛焰的中心、凸透镜的光心、光屏的中心，三者在同一条直线上，三者的中心大致在同一高

度，位于凸透镜的主光轴上，像才能呈在光屏的中心。

（3）凸透镜焦距为10.0cm，将点燃的蜡烛移到标尺10cm处，物距

u=50.0cm-10.0cm=40.0cm

此时u>2f，成倒立、缩小的实像，生活中照相机就是利用这一成像原理来工作的。

（4）若保持凸透镜位置不变，将蜡烛向右移动到30cm处，物距

u=50.0cm-30.0cm=20.0cm

此时u=2f，成倒立、等大的实像，所以成的像将变大。

2．用F为焦点，探究焦距为f的凸透镜成像规律，在实验中；

（1）发光物体和凸透镜的位置如图所示，图中光屏未画出，光屏上所成清晰的像在图中（填数

字序号）区域，像的箭头方向是竖直向的，像的大小比发光物体要；

（2）将光屏放在凸透镜右侧，发光物体放在A处，发现无论怎样调整光屏的位置，在光屏上都无法得

到发光物体的像。撤去光屏，从凸透镜右侧向凸透镜看去，观察到发光物体的像，此像到凸透镜的距离

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（填“大于”“等于”或“小于”）发光物体到凸透镜的距离。

【答案】（1）③,下，小；（2）大于。

【详解】（1）如图所示，发光物体到凸透镜的距离即物距大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律，像距

大于一倍焦距小于二倍焦距，故②④排除；又因为发光物体在透镜主光轴上方，根据过透镜光心的光线不

改变传播方向可知像的位置在主光轴下方，故光屏上所成清晰的像在图中③的区域。

根据凸透镜成像规律，当物距大于二倍焦距，成缩小、倒立的实像，所以像的箭头方向是竖直向下的；

像的大小比发光物体要小。

（2）当物距小于一倍焦距时，我们在凸透镜右边看到的那个正立、放大的虚像是由光经过凸透镜的折

射光线的反向延长线交点形成的，像在物的后方，故像到透镜的距离大于物体到透镜的距离。

3.一个凸透镜的焦距为15cm，当物体离透镜的距离为40cm时，在光屏与凸透镜的距离为的范

围内，能找到一个、的像（填写像的性质）。当物体离透镜的距离为10cm时，光屏上

（选填“能”或“不能”）得到物体的像，此时眼睛应在（选填“物体”或“光屏”）一

侧通过凸透镜观察到一个、的像（填写像的性质）。

【答案】15～30cm，倒立、缩小、实；不能，光屏，正立、放大、虚。

【解析】凸透镜的焦距为15cm，物体离透镜的距离为u=40cm时，物距大于两倍焦距u＞2f，通过凸透

镜成一个倒立、缩小的实像，像距在一倍焦距与两倍焦距之间，即15～30cm之间。

当物体离透镜的距离为10cm时，物体在焦点以内，u＜f，成的是正立、放大的虚像，光屏上无像，眼

睛应在光屏一侧观察。

4．某同学探究凸透镜成像规律时，光屏上得到了烛焰清晰的像（像未画出），如图所示。下列说法正

确的是()

A．光屏上的像是正立的

B．光屏上的像是放大的

C．投影仪是利用此成像原理制成的

D．撤去光屏，烛焰的像仍然在原处

【答案】D

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【详解】ABC．如图所示，物距大于像距，光屏上能够得到了烛焰清晰的像，所成的是倒立缩小的实

像，照相机是利用此成像原理制成的，故ABC错误。

D．光屏是呈现蜡烛所成的像，不会影响成像的特点，撤去光屏，烛焰的像仍然在原处，故D正确。

故选D。

二、凸透镜成像规律的应用

5．如今，很多人喜欢用手机拍照，手机的镜头相当于一个。若小欢手机摄像头的焦距是0.03m，

小欢用手机拍摄距离镜头1m的花朵，则花朵会在感光元件上形成一个、的实像。

【答案】凸透镜倒立缩小

【详解】手机的镜头相当于一个凸透镜。凸透镜是一种中央比边缘厚的透镜，它对光线有会聚作用，

是制作照相机、投影仪等光学仪器的重要元件。

当物体到凸透镜的距离大于二倍焦距时，成倒立、缩小的实像，像距在一倍焦距和二倍焦距之间；手

机摄像头的焦距是0.03m，小欢用手机拍摄距离镜头1m的花朵。由于1m远大于0.03m的二倍（即0.06m），

所以此时花朵会在感光元件上形成一个倒立、缩小的实像。

6.小明将凸透镜正对太阳光，在距离凸透镜10cm的白纸上呈现一个最小、最亮的光斑，此凸透镜的

焦距为cm。如图是他用该凸透镜观看书本上“中国梦”三个字时的情况，如果他想看到更大的正

立的“国”字，小明需要将凸透镜书本（选填“远离”或“靠近”），凸透镜和书本的距离应满足

的条件是。

【答案】10远离小于10cm

【详解】平行光经过凸透镜折射后会聚于一点，这一点就是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离为焦距，

所以根据题意可知此凸透镜的焦距为10cm。

因为想要看到正立的像，所以可知此时凸透镜相当于一个放大镜，放大镜利用的是当物距小于一倍焦

距时，成正立、放大的虚像的原理，所以想看到正立的“国”字，凸透镜和书本的距离应小于10cm，而当

凸透镜成正立、放大的虚像时，物距越大，像距越大，成的虚像越大，所以可知想要看到更大的正立的“国”

字，小明需要将凸透镜远离书本，但是距离不能大于10cm。

7．物理实验课上，如图所示为小海做“探究凸透镜成像规律”的实验装置图，当点燃的蜡烛、透镜、

光屏位于如图所示的位置时，光屏上得到烛焰清晰的像。则()

A．物距为40cm，像距为50.0cmB．光屏上成倒立、缩小的实像

C．照相机应用了该次实验的成像规律D．投影仪应用了该次实验的成像规律

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【答案】D

【详解】AB．由图示知，刻度尺的分度值为1cm，蜡烛到凸透镜的距离，即物距为

u=40.0cm-30.0cm=10.0cm

光屏到凸透镜的距离，即像距v=90.0cm-40.0cm=50.0cm

则物距小于像距，成倒立、放大的实像，故AB不符合题意；

C．照相机所成的像是倒立、缩小的实像，故照相机不是应用该次实验的成像规律，C不符题意；

D．投影仪成倒立、放大的实像，故投影仪应用了该次实验的成像规律，故D符合题意。

故选D。

8.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、凸透镜、光屏位置如图所示，此时光屏上恰好呈现烛

焰清晰的像（图中未画出）。下列说法正确的是()

A．该透镜焦距可能为10cm

B．图中成像特点与投影仪成像特点相同

C．蜡烛燃烧变短，光屏上的像也会向下移动

D．透镜位置不动，蜡烛向左移动并调整光屏的位置，光屏上清晰的像将变大

【答案】B

【详解】A．根据图示可知，物距小于像距，成倒立、放大的实像，则

f<u=50.0cm-30.0cm=20.0cm<2f①

v=80.0cm-50.0cm=30.0cm>2f……②

解①②得10cm<f<15cm……

故A错误；

B．根据图示可知，物距小于像距，成倒立、放大的实像，其应用是投影仪，故B正确；

C．蜡烛燃烧变短，烛焰相对于凸透镜向下移动，光屏上的像向上移动，故C错误；

D．透镜位置不动，蜡烛向左移动，物距变大，像距变小，像变小，所以调整光屏的位置，光屏上清晰

的像将变小，故D错误。

故选B。

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三、用作图法研究凸透镜成像规律

9．图中L为凸透镜，MN为其主光轴，D为光心，若物体AB经凸透镜成的实像为A'B’，试用作图的

方法确定凸透镜的一个焦点F，并在图中标出F的位置．

【答案】见解析。

【详解】试题分析：根据凸透镜成像原理，过光心的光传播方向不变，因此A和像点的连线过光心，

过A点的与主光轴的平行光线过凸透镜后会聚与焦点，与过光心的光线交点即A的像点．如图所示：

10．如图所示，请画出发光点S经凸透镜后的出射光线，并确定发光点S的像点S′．

【答案】见右图。

【详解】由图可知，一条入射光线过焦点，则过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴；

另一条入射光线过光心，则过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不变；两条折射光线的交点即像点S′。

如图所示。

11．如图所示蜡烛通过凸透镜在光屏上成清晰像，请在大致位置画出凸透镜后，作出光线AB经凸透镜

折射后射向光屏的光路图．

【答案】见右图。

【详解】由图可以看出，蜡烛经凸透镜成清晰的像在光屏上是倒立放大的。由凸透镜成像规律可知，

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此时2f>u>f，连接AA′，与主光轴的焦点即为凸透镜的中心，然后即可确定凸透镜的位置；光屏上蜡烛的

像是实像，是由实际光线会聚而成的。来自烛焰尖部的光经透镜折射后会聚在光屏上组成烛焰尖部的像，

所以，将入射光线与像中的烛焰尖部连接起来即可得到折射光线，如图所示。

12.某兴趣小组开展“创新服务生活，科技改变未来”的科技创新活动，模拟制作一款“智能”行驶玩

具车。该玩具车利用车载传感器（摄像头、雷达）采集生成道路特征数据，完成“自动”驾驶。作为传感

器之一的摄像头，下列说法正确的是()

A．摄像头的镜头是凹透镜

B．遇障碍物时，要想生成更大的像，镜头应该向前伸

C．摄像头成的像是正立的虚像

D．成像时障碍物位于镜头的两倍焦距以内

【答案】B

【详解】AC．物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，应用是照相机，摄像头成像的原理

与照相机原理相同，摄像头的镜头相当于凸透镜，故AC错误；

B．凸透镜成实像时，物距变小，像距变大，像变大，故遇障碍物时，要想成更大的像，镜头应该向前

伸，故B正确；

D．在物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像，故摄像头成像时障碍物位于镜头的两倍焦距

以外，故D错误。

故选B。

13．关于图中“凸透镜成像规律”的实验，下列说法正确的是()

A．图中胶片到凸透镜的距离u＞2f（f为焦距）

B．图中凸透镜成像规律与摄像机的成像原理相同

C．图中光路图说明光在不同介质间传播的方向一定改变

D．从不同方向能看清银幕上的像，是因为光在银幕上发生了漫反射

【答案】D

【详解】AB．图中物距小于像距，物的大小小于像的大小，此时物距为2f>u>f

成倒立放大的实像，是投影仪原理，故AB错误；

C．经过凸透镜光心的光线，传播方向不变，故C错误；

D．反射面粗糙的表面，反射光线射向四面八方，进入不同方向的人的眼睛，使各个方向的人都能看到

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物体。因此从不同方向观察光屏上的像，是因为光在光屏发生了漫反射，故D正确。

故选D。

14．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10cm时，此时在光屏上成缩

小的像。物理王把光屏沿着光具座移动5cm后，再次移动光源的位置使成清晰的像。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

【详解】CD．当光屏成倒立、缩小的实像，则f<v=10cm<2f

此时解得5cm<f<10cm

把光屏沿着光具座靠近凸透镜5cm时

v=10cm-5cm=5cm<f，光屏不成像；

把光屏沿着光具座远离凸透镜5cm后，再次移动光源的位置使成清晰的像，则

f<v=10cm+5cm=15cm<2f

像距变大，物距变小仍为u>2f，根据“物近像远像大”的成实像规律，成像大小变大，但只是比原来

变大了，故CD错误；

AB．当u>2f时，光屏上成倒立、缩小的实像，故A错误，B正确。

故选B。

15．如图所示，用焦距为10cm的凸透镜、高度为6cm的F形光源、光屏和光具座等器材探究凸透镜

成像大小的变化规律，通过测量像的高度反映像的大小。

（1）若要测量光源在光屏上所成像的高度，还需要的测量工具是。

（2）将光源逐渐靠近凸透镜，移动光屏，三次成倒立实像的相关数据记录如表。分析表中数据，可得

出结论：凸透镜成实像时，物距变小，像距变，像变。

物高6cm

实验次数123

物距/cm302015

像距/cm152030

像高/cm3612

（3）继续移动光源至物距为6cm时，发现无论如何移动光屏，均不能在光屏上成像，人眼应从（选

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填“光源”或“光屏”）一侧透过凸透镜观察光源的像，此时能否用（1）问中的测量工具直接测出观察到

的像高？（选填“能”或“不能”）。

（4）若保持光源到光屏的距离为45cm不变，仅移动凸透镜改变物距，则上表中第次实验的成

像情况不能探究，理由是：。

【答案】刻度尺大大光屏不能2第2次实验时，物距和像距之和为40cm，

小于45cm

【详解】（1）要测量光源在光屏上所成像的高度，需要长度的测量工具刻度尺。

（2）由表中数据可知，随着物距变小，像距逐渐变大，像的高度变大，则像变大。

（3）移动光源至物距为6cm时，此时物距小于焦距，成虚像，要观察到虚像，人眼应从光屏一侧透过

凸透镜观察。

因为虚像不是实际光线会聚得到的，不能呈现在光屏上，则不能用刻度尺测量像的大小。

（4）若保持光源到光屏的距离为45cm不变，若能成清晰的像，物距像距之和应为45cm，而第2次实

验时，物距和像距之和为40cm，小于45cm，则第2次实验的成像情况不能探究。

16．（2024·福建·中考真题）我国某新型战斗机配有光电搜索跟踪系统，系统中的光学元件相当于晶状

体，内置光电传感器相当于视网膜，成像原理与人眼相似。从空中拍摄地面物体时，物体在光电传感器上

形成的像是()

A．倒立、缩小的实像B．倒立、等大的实像

C．倒立、放大的实像D．正立、放大的虚像

【答案】A

【详解】A．由题意知，系统中的光学元件相当于晶状体，内置光电传感器相当于视网膜，成像原理与

人眼相似，人眼成像原理与照相机相似，这说明光电搜索跟踪系统和照相机的原理相似，从空中拍摄地面

物体时，物体位于二倍焦距以外，物体在光电传感器上形成的像是倒立、缩小的实像，故A符合题意；

B．倒立、等大的实像，可以用来测焦距，故B不符合题意；

C．倒立、放大的实像，是投影仪的原理，故C不符合题意；

D．正立、放大的虚像，是放大镜的原理，故D不符合题意。

故选A。

17．（2024·山东临沂·中考真题）在“探究凸透镜成像的规律”实验中，当蜡烛、凸透镜和光屏的位置

如图所示时，光屏上承接到烛焰清晰的像。保持凸透镜的位置不变，则()

A．实验所用凸透镜的焦距可能为10.0cm

B．光屏上承接到的像是烛焰倒立、放大的实像

C．将蜡烛和光屏的位置互换，光屏上仍能承接到像

D．将蜡烛移至45.0cm刻度线上，光屏上仍能承接到像

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【答案】C

【详解】AB．如图，物距和像距分别为

u=30cm>2ff<v=10cm<2f

联立以上两式解得5cm<f<10cm

凸透镜的焦距不可能为10cm，此时物距大于像距，光屏上成倒立、缩小到实像，故AB不符合题意；

C．将蜡烛和光屏的位置互换，物距和像距互换，根据光路可逆可知，光屏上仍能承接到倒立放大的实

像，故C正确；

D．将蜡烛移至45.0cm刻度线上，物距为5cm，小于焦距，此时烛焰成虚像，光屏上不能承接到像，

故D不符合题意。

故选C。

18．（2023·四川资阳·中考真题）小明同学找来一个薄壁圆柱形玻璃杯，并将画有箭头的白纸靠在玻璃

杯后，观察结果如图甲所示。向杯中加水，使得水面高过箭头位置，透过玻璃杯观察纸上的“箭头”；将

白纸逐渐远离杯子的过程中，依次观察到情景可()

A．丁、乙、丙B．乙、丙、丁C．丙、丁、乙D．丁、丙、乙

【答案】D

【详解】圆柱形玻璃杯中注入水相当于凸透镜，玻璃杯后白纸上的水平箭头为物体。开始白纸在焦距

之内，成正立、放大的虚像，成的像如图丁，将白纸逐渐远离杯子的过程中，当白纸在一倍焦距和二倍焦

距之间时可以成倒立、放大的实像，成的像如图丙，当白纸在凸透镜的二倍焦距以外时可以成倒立、缩小

的实像，成的像如图乙，所以依次观察到情景是丁丙乙，故D符合题意，ABC不符合题意。

故选D。

19．（2024·四川广元·中考真题）“问天”学习小组在实验室研究投影仪的成像特点。

（1）他们将投影片放在载物台上，调节镜头的位置，屏幕上出现清晰、倒立、放大的实像，是因为投

影片放在了距离镜头的位置；（只填下列正确选项前的序号）

A．二倍焦距以外B．一倍焦距到二倍焦距之间C．一倍焦距以内

（2）他们将投影片到镜头的距离调大，同时将镜头到屏幕的距离调小，当屏幕上再次出现清晰的像时，

与（1）中的像相比，像。（选填“变大”“不变”或“变小”）

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【答案】B变小

【详解】（1）根据题意知道，屏幕上出现清晰、倒立、放大的实像，所以，投影片放在了距离镜头一

倍焦距和二倍焦距之间的位置，故B符合题意，AC不符合题意。故选B。

（2）根据凸透镜成像的规律知道，成实像时，物像异侧，物距变大，像距变小，像变小；物距变小，

像距变大，像变大，简记为“物远像近像变小，物近像远像变大”。“投影片到镜头的距离调大”即物距

变大，“同时将镜头到屏幕的距离调小”，即像距变小，所以，与（1）中的像相比，像变小。

20．（2024·贵州·中考真题）如图所示，用焦距为10cm的凸透镜、高度为6cm的F形光源、光屏和光

具座等器材探究凸透镜成像大小的变化规律，通过测量像的高度反映像的大小。