初中物理凹透镜成像规律实验（初中物理实验凸透镜成像规律）

人为什么能看清楚远近不同的景色呢？这因为眼睛里有一个重要结构--晶状体，它成透镜状，可以有效调节光线的汇聚程度，它又是如何调节光线的呢？今天我们就来学习初中物理实验第05期《探究凸透镜成像的规律》，近几年全国各地的中考试卷中，探究凸透镜成像的规律一直是考试的热点，无论是在选择题、填空题还是在探究题中均占有一定比例。凸透镜成像规律在生产和生活中具有广泛的应用，如放大镜、照相机、投影仪、眼睛的矫正等，在中考中占有一定的地位，考查频率较高，主要考查透镜的性质、成像规律及应用、眼睛与眼镜等。《义务教育物理课程标准2011版》对凸透镜成像规律的要求如下：

⑴课标内容：2.3.5 认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用，探究并知道凸透镜成像的规律，了解凸透镜成像规律的应用。

⑵课标示例：了解凸透镜成像规律在放大镜、照相机、投影仪中的应用。

学生实验：探究凸透镜成像的规律

实验目的

探究凸透镜成的像的虚实、大小、正倒跟物距的关系

实验器材

光具座、已固定刻度尺、凸透镜、蜡烛、光屏、火柴

实验步骤

探究凸透镜成像的规律实验

⑴观察凸透镜的焦距，凸透镜上已标注，如果未标出可以用平行光法测焦距，这是利用了平行于主光轴的光通过凸透镜后会汇聚在焦点处的原理；

⑵把蜡烛、凸透镜、光屏安装在光具座上；

⑶点燃蜡烛调整烛焰、凸透镜、光屏高度使三者中心在同一水平线上；

⑷调整物距使u>2f移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距；

⑸调整物距使u=2f移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距；

⑹调整物距使2f>u>f移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距；

⑺调整物距使u=f移动光屏直到看到清晰的像为止，观察物距、像的性质及像距；

⑻调整物距使u<f调整光屏的位置,看能否在屏上找到像。如果不能,试着从光屏一侧透过凸透镜用眼睛直接观察烛焰。观察一下是实像还是虚像并观察像的大小和正倒；

⑼分析实验数据得出结论；

⑽将实验仪器整理成开始做实验时的样子。

实验结论

⑴如果以焦点为参考点，则物体离焦点越近，像距离透镜越远，像的大小越大。

⑵当u=2f时，成等大的像；u>2f时，成缩小的像；u<2f时，成放大的像。所以u=2f是成像放大还是缩小的分界点。

⑶当u=f时，既不能成实像也不能成虚像，u>f时成实像，u<f时成虚像，所以u=f是成像虚实的分界点。

⑷成等大的像时，物距等于像距。成放大的像时，像距大于物距。成缩小的像时，像距小于物距。

⑸实像总是倒立的，像和物在透镜的两侧；虚像总是正立的，像和物在透镜的同侧。

凸透镜成像的规律实验总结

注意事项

同一高度

实验要求将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上。点燃蜡烛后，调节凸透镜和光屏的高度，使它们的中心与烛焰中心大致在同一高度。其目的是使像能完整的成在光屏的中央。

测量焦距

实验时不知道凸透镜的焦距，得到凸透镜的焦距途径与方法有哪些？

途径：①查阅说明书或铭牌；②询问老师；③通过实验测量。

测量焦距的方法

① 平行光聚焦法：将凸透镜正对着太阳，在透镜的另一侧放一张纸，调节透镜到纸面的距离，直至纸面上出现最小、最亮的光斑，测出光斑到凸透镜的距离，即为凸透镜的焦距；或让光具座支成与太阳平行，将凸透镜、光屏依次放在光具座上，并且固定光屏，移动凸透镜，直到光屏上的光斑最小最亮为止，测出光斑到凸透镜的距离即为焦距。

②二倍焦距法（物象等大法）：在光具座上依次放上燃烧的蜡烛、凸透镜、光屏，保持凸透镜不动，同时移动点燃的蜡烛和光屏，直到光屏上出现倒立的与烛焰等大小的像为止，则物距或像距的一半即焦距即f=u/2=v/2。

③焦点不成像法（观察虚象法）：在光具座上依次放上凸透镜光屏，将一较大的字贴在光屏上，通过凸透镜看光屏上贴的字，当出现该字正立放大的虚象后，逐渐加大凸透镜与光屏的距离，直到该字的虚象正好消失为止，测出光屏到凸透镜之间的距离即为焦距。

成像问题

点燃蜡烛后，无论怎样移动光屏和蜡烛，光屏上始终没有出现蜡烛火焰的像，产生这种现象的原因主要有：

①烛焰中心、凸透镜中心、光屏中心三者不在同一水平高度上；

②蜡烛放在焦点上；

③蜡烛放在了凸透镜焦点以内；

④光具座的长度小于凸透镜4倍焦距；

⑤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；

⑥凸透镜固定的位置不当。

像的位置问题

①上下偏离：在实验中发现光屏上得到了一个清晰的像，但像的位置偏高，造成这种现象的原因是：烛焰、凸透镜、光屏三者中心不在同一水平高度上。

为了使烛焰的像清晰地成在光屏的中央，应把蜡烛向上调，或将凸透镜向下移动，或将光屏往上调；

②左右偏离：在实验中发现光屏上所成的像偏左偏上，为了使烛焰的像能成在光屏中央，应向上向左调烛焰的位置。

③蜡烛缩短：实验过程由于蜡烛的燃烧而不断缩短，导致光屏上的像向上方移动。要使像继续成在光屏中央，可将凸透镜适当向下调节或将光屏向上移动。

5

像的完整性问题

用不透光的纸板遮挡住凸透镜的上半边，然后前后移动光屏，仍可以在光屏上看到完整的像。若遮住凸透镜的下半部分，则烛焰在光屏上仍然能成完整的像，但是像将变暗。

6

比较像物的大小

在探究凸透镜成像规律的实验中，采用发光二极管的有方格的白纸板做发光物体，又用同样大小方格的白纸板做光屏，这样做的好处是便于比较像与物的大小。

典型例题： 如图所示为“探究凸透镜成像规律”的实验装置图，已知凸透镜的焦距为10cm。

（1）为了便于观察实验现象，实验环境应该　 　（选填“较亮”或“较暗”）一些。

（2）组装并调整实验器材。使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的　 　上。

（3）如图所示，当蜡烛距离凸透镜40cm时，移动光屏，可在光屏上找到一个清晰的倒立、　 　（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像。日常生活中　 　（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是利用这一原理工作的。

（4）将图中的凸透镜换成焦距为30cm的凸透镜，保持蜡烛和凸透镜的位置不变，在光具座上移动光屏，　 　（选填“能”或“不能”）找到某一位置，使像清晰的呈现在光屏上，理由是　 　。

【分析】（1）凸透镜成像时，前后光线相差越大，实验效果越明显，蜡烛的像越明显；（2）探究凸透镜成像的实验时，必须调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，且使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，这样像才能成在光屏的中央。（3）物距大于2f，凸透镜成倒立缩小的实像，相距处于f和2f之间，照相机根据这个原理制成；物距等于2f，凸透镜成倒立等大的实像，据此可以确定凸透镜的焦距；物距处于f和2f之间，凸透镜成倒立放大的实像，像距大于2f，幻灯机或投影仪根据这个原理制成；物距小于f，凸透镜成正立放大的虚像，放大镜根据这个原理制成。

【解答】解：（1）为使实验现象更加明显，实验环境应该比较暗，这样成的蜡烛的像更加清晰；（2）探究凸透镜成像的实验时，必须调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，且使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，这样像才能成在光屏的中央。（3）如图所示，当蜡烛距离凸透镜40cm时，物距大于2f，凸透镜成倒立缩小的实像，移动光屏，可在光屏上找到一个清晰的倒立缩小的实像；照相机就是利用这一原理工作的。（4）将图中的凸透镜换成焦距为30cm的凸透镜，保持蜡烛和凸透镜的位置不变，物距处于f和2f之间，凸透镜成倒立放大的实像，像距大于2f，在光具座上移动光屏，不能找到某一位置，使像清晰的呈现在光屏上，理由是像距过大，超出了光具座给提供的长度。故答案为：（1）较暗；（2）主光轴；（3）缩小；照相机；（4）不能；像距过大，超出了光具座给提供的长度。

考题再现

习题1： 将一凸透镜正对太阳，可在距凸透镜15cm处得到一个最小、最亮的光斑。现将该凸透镜和蜡烛、光屏安装到光具座上，位置如图所示。下列说法正确的是（　 　）

A．此时可以在光屏上观察到清晰缩小的像

B．仅在凸透镜左侧附近放一合适的凹透镜，可模拟近视眼的矫正

C．将蜡烛移到30cm刻度处，移动光屏可在屏上得到清晰等大的像

D．将蜡烛移到40cm刻度处，移动光屏可在屏上得到清晰放大的像

习题2： 在探究凸透镜成像规律的实验中，应使烛焰和光屏的中心在凸透镜的　 　上；图中光屏上可成清晰的像，它应是倒立、　 　的实像，此成像特点与　 　（选填“投影仪”或“照相机”）的相同；为模拟近视眼，可将凸透镜向　 　移动少许。

习题3： 在探究凸透镜成像规律时，实验进行一段时间后，蜡烛变短，像会出现在光屏的　 方，为使像回到光屏中央，合理的操作是　 　或　 　。

习题4： 小华用同一个凸透镜进行如下探究。

（1）将凸透镜正对太阳，调节凸透镜下方白纸的位置，直至白纸上出现一最小最亮的光斑，实验示意图如图甲所示，则该透镜的焦距为　 　cm．将发光小灯泡、凸透镜和光屏如图乙放置，光屏上呈现一个圆形光斑，若将光屏向右移动，光斑大小将　 　。

（2）凸透镜和光屏的位置如图乙所示，移去小灯泡，将点燃的蜡烛放置于光具座的15cm刻度处，将光屏向　 　移动一段合适的距离，能在光屏上得到烛焰清晰倒立、　 　的实像；小华发现屏上的像时而清晰时而模糊，请分析造成这一现象的可能原因：　 　。

习题5： 在“探究凸透镜成像规律”的实验中。

（1）使发光体F和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，最简便的操作是：　 　。

（2）如图所示，发光体F在光屏上成倒立、　 　的清晰实像，　 　就是这一原理的应用。

（3）接着给凸透镜戴上近视眼镜，发现光屏上的像变模糊了，在不移动发光体F和凸透镜位置的情况下，为使光屏上再次呈清晰的像，应将光屏向　 　（靠近/远离）凸透镜方向移动。

习题6： 用如图所示的装置做“探究凸透镜成像规律”实验。图甲中一束平行光射向凸透镜，光屏上得到一个最小、最亮的光斑（未画出）。

（1）图乙中烛焰在光屏上恰好成一清晰的像（未画出），则该像是倒立、　 　的实像。

（2）若在图乙中将凸透镜移到55cm刻度线处，则将光屏移动到　 　cm刻度线处，可以再次看到清晰的像。

（3）若在图乙中烛焰和凸透镜之间放一近视眼镜的镜片，则将光屏向　 　（选填“左”或“右”，下同）移动才能再次看到清晰的像。

（4）若在图乙中用塑料吸管对准A点沿垂直于纸面方向持续用力吹气，发现光屏上“烛焰尖部”变模糊，则将光屏向　 　移动，“烛焰尖部”又会变清晰。

,