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专题4.2探究:凸透镜成像的规律【四大题型】
【沪科版2024】
TOC\o1-3\h\u【题型1探究凸透镜成像规律】 4
【题型2凸透镜成像规律的应用】 10
【题型3凸透镜成像规律与图像结合】 13
【题型4求解凸透镜焦距范围】 16
知识点1:探究凸透镜成像规律
提出问题
照相机和投影仪都成倒立的实像,所不同的是:物体通常离照相机的镜头比较远,成缩小的实像;物体离投影仪的镜头比较近,成放大的实像。物体离放大镜比较近,成放大、正立的虚像。可见,像的虚实、大小、正倒与物体离凸透镜的距离(物距)有关系。
像的虚实、大小、正倒与物距有怎样的关系呢?
实验思路
为探究凸透镜成像的规律,我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方,然后逐渐移近(图5.3-1),把每次观察到的物距以及像的虚实、大小、正倒等情况都记录在表格中,比较实验数据,看看像的虚实、大小、正倒与物距有什么关系,寻找其中的规律。
实验器材
光具座、发光二极管、凸透镜、光屏等
实验过程与收集证据
用发光二极管作为发光物体,一块白色的硬纸板作为光屏,调节发光物体、透镜和光屏,使它们的中心高度相同,研究发光物体的成像情况(图5.3-2)。
把发光物体放在较远处,移动光屏,使光屏上呈现清晰的实像。观察实像的大小和正倒,测出物距和像距(像到凸透镜的距离)。
把发光物体向凸透镜移近几厘米,放好后重复以上操作。
继续向凸透镜移动发光物体并调整光屏的位置,重复以上操作,你总能在光屏上得到发光物体的像吗?当在光屏上看不到发光物体的像时,可以撤去光屏,从光屏一侧向凸透镜方向看去,观察发光物体的像。此时发光物体和它的像在什么位置?
分析论证
分析记录,回答下列问题,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?
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?
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?
由于凸透镜对光的偏折程度与透镜的焦距f有关系,因此在描述物距和像距的数据时,建议用焦距f作为参照距离,这样或许更有利于凸显凸透镜成像的规律。
归纳结论
(1)焦点是成实像和虚像的分界点。当物距大于一倍焦距时,成实像;当物距小于一倍焦距时,成虚像;当物距大于一倍焦距时,不成像;
(2)二倍焦距是成放大实像还是缩小实像的分界点。当物距大于二倍焦距时,成缩小的实像;当物距大于二倍焦距时,成等大的实像;当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时,成放大的实像;
(3)凸透镜成实像都是倒立的,且像、物位于凸透镜的两侧;凸透镜成虚像时,都是正立的,且像、物同侧;
得出结论
实验表明:当物距大于2倍焦距时,凸透镜成倒立、缩小的实像;当物距等于2倍焦距时,凸透镜成倒立、等大的实像;当物距小于2倍焦距、大于焦距时,凸透镜成倒立、放大的实像;当物距小于焦距时,凸透镜成正立、放大的虚像。这就是凸透镜成像的规律。
物距u
像距v
成像性质
u2f
fv2f
倒立缩小的实像
u=2f
v=2f
倒立、等大的实像
fu2f
v2f
倒立、放大的实像
u=f
不成像
uf
vu
正立、放大的虚像
评估与交流
(1)调整发光二极管、透镜、光屏三者的中心在同一高度,目的是让发光二极管的像成在光屏的中央;
(2)在做实验时,某同学无论怎样移动光屏,都无法在光屏上观察到发光二极管的像。发生这一现象可能原因有哪些?
可能原因有:①发光二极管、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上;②发光二极管的位置在透镜的一倍焦距以内;③发光二极管的位置在透镜的焦点上;④当成放大的实像时,像距较大,光具座长度不够。
(3)用卡片把透镜遮住一部分,光屏上得到发光二极管的像有什么变化?
光屏上像的性质不变,还是完整的,但亮度会变暗些。
(4)成实像时,将发光二极管和光屏调换位置时,在光屏上仍能成实像。原因是:光路可逆。
(5)发光二极管比蜡烛的优势:发光二极管亮度更亮,光源稳定,成像稳定。
(6)发光二极管的形状的要求:选择上下、左右都不对称的形状。
特别提醒
凸透镜的焦距越长,凸透镜对光的会聚作用越小。
知识点2:凹透镜
凸透镜成像的规律及其应用
(1)静态规律
物距u与焦距f的关系
像的性质
像距v与焦距f的关系
相对凸透镜的位置
应用
正倒
大小
虚实
u2f
倒立
缩小
实像
fv2f
与物异侧
照相机
u=2f
倒立
等大
实像
v=2f
与物异侧
测焦距
fu2f
倒立
放大
实像
v2f
与物异侧
投影仪
u=f
不成像
uf
正立
放大
虚像
——
与物同侧
放大镜
一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小,物近像远像变大,物远像近像变小。
(2)动态规律
成实像时,物体距离透镜越近,
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