（八上）5.3凸透镜成像的规律（解析版）（导学案1）

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人教版 八年级  第五章  透镜及其应用
  第3节《凸透镜成像的规律》导学案
【学习目标】
1．理解实验探究凸透镜成像规律的过程。
2．知道凸透镜所成虚实、倒正、大小像所满足的条件
3．掌握从物理现象中归纳科学规律的方法
【学习重点】
1. 理解凸透镜的成像规律
2．知道凸透镜成放大、缩小实像和虚像的条件。
【学习难点】
1.实验探究凸透镜成像的规律。
2.通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法，并从实验中得出凸透镜成像规律。
【自主预习】
1．在做“探究凸透镜成像规律”的实验中用到的器材有：蜡烛、凸透镜、光屏和光具座，分别把上述物体安装在光具座上，调整它们的高度，使得烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度上。光屏的作用是承接并显示凸透镜所成的实(选填“虚”或“实”)像，光具座上的刻度尺的作用是测量成像时的物距u和像距v的大小。


2．为了测出凸透镜的焦距，小明同学将凸透镜正对着太阳光，再把光屏放在它的另一侧，改变凸透镜与光屏的距离，直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑，如图所示，则该凸透镜的焦距为10cm。
3.凸透镜成的实像有缩小、等大、放大三种，而虚像只有放大的.实像与物体在透镜的两侧，虚像与物体在透镜的同侧.
【合作探究】
探究一：设计实验
提出问题：凸透镜成像的虚、实，大、小，正、倒跟什么因素有什么关系？
猜想假设：照相机照相时，物体离镜头远，成缩小的像；而投影片离投影仪的镜头近，成放大的像。成像特点是不是和物体到透镜的远近有关系？
实验方案：可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。可以观察物距等于、大于或小于一倍教具、二倍焦距……时，物体成像的特点。
测量的量：1.物距：物体到透镜的距离简称为物距，用符号u表示。(如图所示)
2.像距：指像到透镜的距离，用符号v表示。


实验器材： 光具座、光屏、凸透镜、蜡烛、火柴。


在光具座上放置蜡烛、凸透镜、光屏时，透镜放在光具座标尺中央。将蜡烛点燃作为物体，研究烛焰所成的像。
探究二：进行实验与收集证据
调整凸透镜、蜡烛（烛焰的中心）、光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度。（为了使烛焰的像成在光屏的中央）。
实验步骤：（凸透镜的焦距f=10cm）
（1）将蜡烛放在凸透镜二倍焦距以外的地方，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v，并将数据记录在表格中;


（2）把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小测出物距u和像距v，并将数据记录在表格中；


（3）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v ,并将数据记录在表格中；


（4）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离为一倍焦距(在焦点处) ,移动光屏，光屏上不成像;眼睛过透镜看不到虚像；


（5）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距以内，移动光屏，光屏上不成像，眼睛过透镜，能看到虚像，记录像的正倒和大小.测出物距u，并将数据记录在表格中。


像与物距的关系凸透镜的焦距： f= 10 cm

实验次数	物距u/cm	物距与焦距的关系	像的性质	像距v/cm
			虚实	大小	正倒
1	30	u > 2f	实像	缩小	倒立	15
2	20	u = 2f	实像	等大	倒立	20
3	15	2f >u >f	实像	放大	倒立	30
4	10	u =f	不成像
…	7	u <f	正立	放大	虚像

探究三： 分析与论证
分析表中的记录，找出凸透镜成像的规律
1．像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？
当物体放在一倍焦距外时，凸透镜成实像，当物体放在一倍焦距内时，凸透镜成虚像；即一倍焦距内外分虚实。
2．像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的实像？在什么条件下成放大的实像？有没有缩小的虚像？
当物体放在二倍焦距外时，凸透镜成的像是缩小的实像。当物体放在二倍焦距内一倍焦距外体时，凸透镜成的像是放大的实像。二倍焦距分大小。
3．像的正倒：凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？
凸透镜所成的像没有正立的实像，没有倒立的虚像。
4．像的放大与缩小的条件：凸透镜成放大实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？
u＞v，像是缩小的，u＜v，像是放大的。
5．像的大小变化：当物体成实像时，物体逐渐靠近透镜时，像距是变大了还是变小了？像是变大了还是变小了？当物体成虚像时，物体逐渐靠近透镜，像是变大了还是变小了？
成实像时，物体距离透镜越近，像距离透镜越远，像越大；物体距离透镜越远，像距离透镜越近，像越小。即成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小。成虚像时，物体距离透镜越近，像越小，物体距离透镜越远，像越大。即成虚像时，物近像小，物远像大。物体越靠近焦点像越大。
6．凸透镜所成的像有没有正立的实像，有没有倒立的虚像？
凸透镜所成的实像都是倒立的，且像、物位于凸透镜的两侧， 所成的虚像是正立的， 且像、物位于凸透镜的同侧；
探究四：实验拓展
1.光屏上找不到像的原因：
①烛焰中心、透镜光心和光屏中心没有在同一高度；
②物距等于或小于焦距；
2.蜡烛长度变短，像在光屏上的位置的变化及调节的方法：
①将光屏向上移动；②将蜡烛向上移动；③将透镜和光屏向下调节.
3.当凸透镜的一部分被纸遮住时，烛焰在光屏上的成像情况：
光屏上的像会变暗些，但还是完整的像。
【精讲点拨】
口诀记忆：
一倍焦点分虚实，二倍焦点分大小，二倍焦点物像等。
实像总是异侧倒。物近像远像变大，物远像近像变小。
虚像总是同侧正。物远像远像变大，物近像近像变小。
像的大小像距定，像儿跟着物体跑，物距像距和在变。
【归纳整理】

物距(u) 和焦距(f) 的关系	像的性质	像和物的位置关系	像距(v) 和焦距(f)的关系	应用
	正立或倒立	放大等大或缩小	实像或虚像	像和物同侧或异侧
u＞2f	倒立	缩小	实像	异侧	f＜v＜2f	照相机
u＝2f	倒立	等大	实像	异侧	v＝2f	测焦距
f＜u＜2f	倒立	放大	实像	异侧	v＞2f	投影仪
u＝f	不成像	——	——	——	——	测焦距
u＜f	正立	放大	虚像	同侧	——	放大镜

【当堂练习】
1.（2020 北京）某同学利用焦距为y1的凸透镜做了三次实验，透镜、蜡烛、光屏所在位置以及光屏上得到清晰像的情况如图所示。

<Object: word/embeddings/oleObject1.bin> <Object: word/embeddings/oleObject2.bin> <Object: word/embeddings/oleObject3.bin>
(1)由图所示的实验现象可知：随着物距的不断变小，像距和像的大小变化情况是______；
(2)在图乙所示的实验中，只将凸透镜换为焦距为f1的凸透镜（f1< y1），为在光屏上得到清晰的像，光屏应向______侧移动。
【答案】    (1). 都变大    (2). 左
【解析】(1) 观察甲、乙、丙三个图的实验现象发现，凸透镜位置不变，蜡烛靠近凸透镜时，即物距缩短，光屏远离凸透镜，即像距变大，且光屏上成的像变大。
(2) 由图乙可知成的是倒立、放大的实像，此时物距大于一倍焦距且小于两倍焦距，像距大于两倍焦距，即：<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>    <Object: word/embeddings/oleObject5.bin>
只将凸透镜换为焦距为f1的凸透镜（f1< y1），焦距变小了，相当于物距变大，要想在光屏上得到清晰的像，应该将光屏向左移动。
2.（2020广东省）如图所示，点燃的蜡烛及焦距为15cm的凸透镜固定在光具座上，要在光屏上承接到烛焰______（选填“正立”或“倒立”）、放大的清晰实像，需将光屏向______（选填“左”或“右”）移动；一段时间后， 蜡烛变短了，烛焰在光屏上成的像会向______（选填“上”或“下”）移。


【答案】    (1). 倒立    (2). 右    (3). 上
【解析】（1）由图知，物距为：<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>
（2）根据凸透镜成像的规律知，此时成倒立的、放大的实像；此时像距，应大于<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>，故需将光屏向右移动。
（3）根据凸透镜成像的规律知，蜡烛变短了，烛焰在光屏上成的像会向上移。
3.（2020黑龙江龙东地区） 在“探究凸透镜成像规律实验”中，当物距为20cm时，在光屏上呈现一个倒立等大的实像。该透镜的焦距是______cm， 当物距为15cm时，可在光屏上呈现一个倒立______的实像。
【答案】 (1). 10  ；  (2). 放大
【解析】（1）在光屏上呈现一个倒立等大的实像时，物距等于像距等于2倍焦距，所以该凸透镜的焦距是物距的一半为10cm。
（2）当物距为15cm时，在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、放大的实像。
（2020黑龙江省龙东地区）在“探究凸透镜成像规律”的实验中，将凸透镜正对着太阳，在距凸透镜15cm处得到一个最小、最亮的光斑，则该凸透镜的焦距为_____cm；若将一个物体放在此透镜前40cm处，可在透镜另一侧光屏上得到一个倒立_____（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像．
【答案】   (1). 15  ；  (2). 缩小
【解析】将一个凸透镜正对太阳，可在距凸透镜15cm处得到一个最小、最亮的光斑．可知蜡烛正好放在凸透镜的焦点上了，则该凸透镜焦距为15cm；将一物体放在此透镜前40cm处， 40cm＞2f，成倒立、缩小的实像．
4. （2020贵港市）将凸透镜和蜡烛、光屏安装到光具座上位置如图所示，此时光屏上得到清晰的像，下列说法正确的是（    ）


A. 此时光屏上的像是放大、正立的虚像
B. 此时成像情况符合投影仪成像原理左右
C. 保持凸透镜的位置不动，向右移动蜡烛并调整光屏到适当的位置，当光屏上再次得到清晰的像时，这个像一定是缩小的像
D. 保持凸透镜的位置不动，向左移动蜡烛，则光屏一定要向左调整位置才能得到清晰的像
【答案】D
【解析】AB．由图可知，物距大于像距，即：u＞2f，2f＞v＞f
成倒立、缩小的实像，是照相机的成像原理，故AB错误；
C．凸透镜成实像时有物近像远像变大的特点，保持凸透镜不动，向右移动蜡烛并调整光屏到适当的位置，当光屏上再次得到清晰的像时，像将变大，故C错误；
D．保持透镜的位置不动，向左移动蜡烛，物距增大，像距减小，像变小，需要将光屏也向左移动才能得到清晰的像，故D正确。故选D。
5.（2020 河北省）在探究凸透镜成像的实验中，蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示，烛焰在光屏上恰好成一清晰的像。下列说法正确的是（　　）


A．凸透镜的焦距是20cm        
B．将蜡烛和光屏都向右移动，光屏上可成清晰的像，该成像规律应用在照相机上        
C．在贴近凸透镜的左侧放置一眼镜片，只向左移动光屏，可在光屏上成清晰缩小的像，该镜片对光起发散作用
D．用f＝15cm的凸透镜替换图中透镜，只向右移动光屏，可在光屏上成清晰的像
【答案】D
【解析】A、由图可知u＝50cm﹣30cm＝20cm，光屏上得到一个清晰等大的实像，则u＝2f＝20cm，解得f＝10cm，故A错误；
B、将蜡烛和光屏都向右移动，光屏上可成清晰的像，物体处于一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立、放大的实像，投影仪就是利用该原理制成的，故B错误；
C、贴近凸透镜的左侧放置一眼镜片，只向左移动光屏，说明透镜对光线有会聚作用，在光屏上成清晰缩小的像，故C错误；
D、用f＝15cm的凸透镜替换图中透镜，物距＝20cm，f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像，像距大于2倍焦距，向右移动光屏，可在光屏上成清晰的像，故D正确。故选：D。
6.（2020河南省）小明和小亮用如图所示的装置探究凸透镜成像的规律。


(1)实验前将烛焰、凸透镜和光屏的中心调至同一高度，目的：______；
(2)如图所示，光屏上呈现一个清晰的像保持凸透镜位置不变，将蜡烛向左移动一段距离，要再次在光屏上得到清晰的像，应将光屏向______移动，像的大小将变______；
(3)小亮认为：凸透镜成实像时，不但像与物上下是颠倒的，而且左右也是相反的。请你设计一种简单的方法验证小亮的观点______。
【答案】  (1). 确保蜡烛火焰的像成在光屏的中央； (2).左；(3). 变小；(4).将蜡烛换成字母“F”的LED灯
【解析】(1)[1]三心同高的目的是确保蜡烛火焰的像成在光屏的中央。
(2)[2][3]物远像近像变小，所以光屏左移，像变小。
(3)[4]将蜡烛换成字母“F”的LED灯，光屏上可以呈现上下左右都相反的像，即可证明。
7.（2020黄石市）实验：某实验小组做“探究凸透镜成像规律”的实验。
(1)为使凸透镜所成的像便于观察，该实验的环境光线应该较______（选填“暗”“亮”）为好；
(2)调节好蜡烛、凸透镜、光屏位置，如图所示，在光屏上看到烛焰清晰的像，______（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）与此时成像原理相同；


(3)把蜡烛稍稍竖直上移，光屏上烛焰的像会竖直______（选填“上”“下”）移；
【答案】  (1). 暗；    (2). 照相机  ；  (3). 下 ；  (4). 左端零刻度线；  (5). 左 ； (6). 右；    (7). 32  ；  (8). 38.4  ；  (9). 1.2×103
【解析】(1)[1]凸透镜成像时，烛焰比较亮，实验环境应该比较暗，这样对比度比较大，蜡烛的像会更加清晰。
(2)[2]由图可知，物距大于像距，且光屏上能成实像，由凸透镜成像规律可知，此时成倒立缩小的实像，照相机是根据这个原理制成的。
(3)[3]凸透镜成倒立的实像，像和物体的移动方向恰好相反，把蜡烛稍稍竖直上移，光屏上烛焰的像会竖直下移。
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些不足，有什么体会。