探究凸透镜成像规律

探究凸透镜成像规律

凸透镜成像时几个名词：

名称 概念 说明

物距 物体到凸透镜的距离 用u来表示

像距 像到凸透镜的距离 用v来表示

焦距 焦点到凸透镜光心的距离 用f来表示

正立或倒立 像和物体上下、左右均一致为正立的像；

像和物体上下颠倒、左右互换为倒立的像 相对于物体而言，虚像总是正立的，实像总是倒立的

放大或缩小 像的大小大于物体大小的为放大的像；

等于物体大小的为等大的像； 可以通过比较像距和物距来判断：若像距大于物距，则是放大的像；若像实像或虚像 实像是由实际光线相交而成的像，虚像是由实际光线的反向延长线相交而成 实像既能用光屏承接，又可以用眼睛看到，虚像只能用眼睛看到，不能用凸透镜成像的规律

物距u 像的特点 像距v 应用

与物位置 倒正 大小 虚实

u>2f 异侧 倒立 缩小 实像 f

u=2f 异侧 倒立 等大 实像 v=2f /

f2f 投影仪

u=f / / / / / 探照灯

U

说明：

(1)凸透镜所成的实像必倒立，且物与像分居透镜的两侧，可以是放大的、等大的或缩小的；成虚像必正立，且物与像位于透镜的同侧，一定是放大的。

(2)物体沿主光轴移动，像也沿主光轴移动。对于实像来说，物体向靠近镜的方向移，像向远离镜的方向移，且像越来越大。对虚像来说，物向镜移，像也向镜移，且像越来越小。

(3)物体的物距一定，垂直主光轴向上、向下或向左、向右移动时，虚像的移动方向跟物体移动方向是一致的，但实像的移动方向跟物体移动方向恰好相反。即物向上移，像要向下移；物向左移，像要向右移。

(4)透镜一部分被遮挡，这部分不透光，其余仍透光，仍生成完整的像，只不过像变暗些。透镜破裂后去掉一部分，就相当于遮挡了一部分，像大小、位置不变，只是变暗些。

凸透镜成像的实验；

① 验时点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。

② ②若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏上都得不到像，可能的原因有：a.蜡烛在焦点以内，b.烛焰在焦点上c.烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度d.蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置

凸透镜成像实验中要注意的几个问题

（1）实验中蜡烛、凸透镜、光屏应依次放置这是能在光屏上观察到像的前提。能在光屏上显示的像是实像，l而凸透镜成实像时，像与物体在透镜的异侧．因此必须使蜡烛和光屏分居凸透镜的两侧。

（2）实验中蜡烛、凸透镜、光屏应该在同一直线上这是像成在光屏上的前提。如果做这个实验时用的是光具座，在调节时只要按程序操作，很容易完成共线调节；但是如果你在做这个实验时没有用光具座就要特别注意这个问题。

（3）实验中凸透镜的镜面、光屏面应大致平行这也是保证像成在光屏上的条件。因为若镜面和光屏面不平行，如镜面倾斜，根据凸透镜成像原因，像将成在光屏的一边而不会成在光屏上。

（4）实验中烛焰、凸透镜、光屏三者的中心应该大致在同一高度这是保证像成在光屏中央的条件。有些同学认为，只要这三者的中心在一条直线上就可以了。事实上，如果三者的高度不同，则在光屏上所成的像或在光屏的上方，或在光屏的下方，不利于像的观察。

（5）实验中要注意凸透镜的定位由于物体在2倍焦距之外时像在1倍焦距和2倍焦距之间，而物体在1倍焦距和2倍焦距之间时像在2 倍焦距之外。所以实验时应给物距和像距留大致相同的调节空间。即凸透镜应该固定在光具座的中间。

（6）要在像最清晰时观察一般情况下，凸透镜成像时，若光屏在一定的范围内移动，屏上都能够得到像，但是我们要找到最清晰的像．如果将光屏向任何一个方向移动，像都比你最先得到的像模糊，则那个位置的像就是最清晰的像了。

（7）要注意物距适当在观察物距在1倍焦距与2倍焦距之间的成像时，要注意物距适当，不能使物体靠近焦点，否则像离凸透镜太远，像也太大，可能光屏接收不到。

透镜成像的作图方法 透镜中有三条特殊光线：

①经过光心的光线传播方向不改变；

②平行于主光轴的光线经折射后过焦点(对凹透镜，它的焦点是虚焦点，是折射光线的反向延长线经过的点)；

③过焦点的光线经过折射后平行于主光轴(对凹透镜来说是虚焦点，是入射光线的正向延长线经过的点)。

（1）物体处于2倍焦距以外时，如图所示。

（2）物体处于2倍焦距和1倍焦距之间时，如图所示

（3）物体处于焦点以内时，如图：

口诀法巧记凸透镜成像规律：

（1）口诀一：一焦分虚实，二焦分大小；虚像同侧正，实像异侧倒；成实像，物近像远像变大；成虚像，物近像近像变小口诀二：三物距、三界限，成像随着物距变；物远实像小而近，物远虚像大而远：口诀三：凸透镜，本领大，照相、幻灯和放大；二倍焦外倒实小，二倍焦内倒实大；若是物放焦点内，像物同侧虚像大；物远实像近又小，物远虚像远又大，

（2）口诀法的理解：“物近像远像变大，二倍焦距分大小，一倍焦距分虚实”。我们可以结合图加深理解。

由此我们可以得出以下两个性质：

①焦点分界：2f是成放大实像与缩小实像的分界点，厂是成实像与虚像的分界点。

②动态特性：物体沿主光轴移动时，物像关于凸透镜移动方向一致，即物距(物体到凸透镜的距离)减小(增大)，像距(像到凸透镜的距离)增大(减小)，且像变大（小）。

透镜及透镜相关概念：

名称 概念 说明

透镜 透镜是利用光的折射来工作的光学元件，它是由透明物质(如玻璃、塑料、水晶等)制成的，表面是球面的一部分。如下图甲所示，中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜；如下图乙所示，边缘厚、中问薄的透镜叫凹透镜

按其厚薄的形状可分为两类：凸透镜和凹透镜

主光轴 通过透镜两个球面球心的直线叫主光轴，如下图所示

每个透镜都有一条主光轴

光心 主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不改变，这个点叫做透镜的光心，如上图所示 用字母“O”表示，可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心

焦点 凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这一点叫凸透镜的焦点，如下图甲所示。凹透镜能使跟主光轴平行的光线通过凹透镜后变得发散，且这些发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫凹透镜的虚焦点，如下图乙所示

凸透镜两侧各有一焦点，且对称，用字母“F”表示 焦距 焦点到凸透镜光心的距离叫焦距，如上图甲所示 凸透镜两侧焦距相等，用字母“f” 表示

 透镜及其应用知识梳理：

凸透镜 定义：中间厚边缘薄的透镜

光学性质：对光线有汇聚作用

基本规律、概念 通过光心的光线不偏折

主光轴：两个球面所在球心的连线

平行于主光轴的入射光线会聚于焦点

焦距：焦点到光心的距离

成像规律 物距：u>2f，成缩小倒立的实像，像距：f

物距：f2f

物距：u

凹透镜 定义：中间薄边缘厚的透镜

光学性质：对光线有发散作用

应用 日常生活 照相机：凸透镜成缩小实像的原理

投影仪：凸透镜成放大实像的原理

放大镜：凸透镜成放大虚像的原理

眼睛 眼睛成像原理：晶状体和角膜的组合相当于凸透镜

近视眼的矫正：佩戴凹透镜制成的近视镜

远视眼的矫正：佩戴凸透镜制成的远视镜

科技 望远镜

显微镜

一、 透镜

1. 凸透镜和凹透镜

凸透镜：中间厚边缘薄的透镜（远视眼镜、老花镜） 凹透镜：中间薄边缘厚的透镜（近视镜）

一般透镜的两个表面中至少有一个表面是球面的一部分。

如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜就叫做薄透镜。我们只研究薄透镜。 2. 基本概念：

主光轴：组成透镜的两个球面的球心连线。

光心：在主光轴上有一个特殊的点，通过它的光线传播方向不变。可以认为薄透镜的光心就在透镜的中心。 3. 透镜对光的作用

① 凸透镜对光线起会聚作用，因此凸透镜也叫会聚透镜。

焦点：平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于主光轴上的一点，这个点叫做凸透镜的焦点（F）。凸透镜有2个实焦点。

焦距：焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距( f )。两边的焦距相等。凸透镜的焦距越小，透镜对光的会聚作用越强。 ② 凹透镜对光线起发散作用，因此凹透镜也叫发散透镜。

虚焦点：平行于主光轴的光线通过凹透镜后发散，发散光线的反向延长线相交于主光轴上，它不是实际光线的会聚点，叫虚焦点(F)。凹透镜有2个虚焦点。 4. 光学中“会聚”和“发散”的含义。

折射后的光线相对于原来的方向靠近了主光轴，叫“会聚”。 折射后的光线相对于原来的方向远离了主光轴，叫“发散”。

5. 三条特殊光线 6.

三棱镜对光线的作用

通过三棱镜的光线经三棱镜两次折射后向三棱镜底边偏折。凸透镜和凹透镜都可看做是三棱镜的组合。 7. 如何测凸透镜的焦距

平行光会聚法测焦距：将凸透镜正对着太阳光，在透镜的另一侧放张白纸，改变透镜和白纸间的距离，直到在白纸上找到一个最小最亮的光斑，用刻度尺量出光斑到透镜的距离即为焦距。 扩展：空心透镜

二、 凸透镜成像规律 1. 实验器材：

光具座、蜡烛、火柴、凸透镜、光屏 2. 实验步骤：

a. 将凸透镜固定在光具座的中央，蜡烛和光屏在凸透镜的两侧，使烛焰、透镜、光屏的中心在同一高度（为了使像

成在光屏中央）

b. 将蜡烛放在离凸透镜尽量远的位置，点燃蜡烛 c. 移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像为止

d. 记录下蜡烛到凸透镜的距离、像到凸透镜的距离、像的大小和正倒

e. 将蜡烛向凸透镜移近一段距离，重复上述操作，直到不能在屏上得到烛焰的像 f. 继续把蜡烛向凸透镜靠近，试着用眼睛观察像在何处，像是怎样的？

3. 凸透镜成像规律

★记忆口诀

实像异，虚像同。