凸透鏡成像規律學案

摘 要：《凸透鏡成像規律》一節是光學中的重點，也是難點。在學生學習過程中要突出重點，突破難點，就要指導學生做好實驗，收集現象，得出結論.同時，還要把本節實驗得到的像的成因，與小孔成像、平面鏡成像及從空氣中看水中物體，或從水中看空氣中的物體所成的像進行區別與聯系，這是學好本節課的關鍵.

關鍵詞：凸透鏡；成像；實像；虛像；焦距；物距；像距

作者簡介：梁天驕（1993-），男，黑龍江省賓縣人，本科學歷.

1 課前準備

實像特點：

（1）實像都是倒立的（上下左右與物體相反）

（2）可以由光屏承接

（3）實際光線會聚而成

（4）實像是能量的聚集點

虛像特點：

（1）虛像都是正立的

（2）不能由光屏承接（但可以被觀察到）

（3）不是實際光線會聚而成的，而是由反射或折射光線的反向延長線會聚而成的.

（4）虛像不是能量聚集點

實例區分：

（1）小孔成像：光沿直線傳播，是實際光線會聚而成的，是實像.

（2）平面鏡成像：是光的反射，形成正立虛像，是反射光線反向延長線的交點形成的.

（3）從空氣中看水中物體，或從水中看空氣中物體：光的折射形成的虛像，是折射光線反向延長線的交點形成的.

2 設計實驗

（1）器材：蠟燭、凸透鏡、光屏、刻度尺、火柴

（2） 實驗步驟（注意事項）

①用蠟燭作物體，把蠟燭、凸透鏡、光屏、依次擺放在桌面的同一條直線上.

②點燃蠟燭，使燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度上.（目的：使像呈在光屏的中央.）

（3）梳理概念

物距：物體到凸透鏡光心的距離，符號“u”.

像距：在光屏成清晰的像時，像到凸透鏡光心的距離，符號“v”.

焦距：焦點到凸透鏡光心的距離，符號“f ”.

凸透鏡的焦距標志著透鏡對光的折射本領，焦距越小，折射本領越強，即凸透鏡的會聚作用越強.

3 實驗過程

每個區域內至少做三次以上實驗，兩個特殊點，各做一次實驗，共十一次實驗，完成表一（f=10cm）

物距u像的情況（性質）像物位置關系像距v應用

u>2f倒立縮小的實像異側f

u=2f倒立等大的實像異側v=2f粗略測凸透鏡焦距

f2f幻燈機、投影儀、電影放映機

u=f不成像粗略測凸透鏡的焦距、將點光源放在焦點上發出的光經凸透鏡后變成平行光

u

4 深入探究，合作交流：

（1）成實像和虛像的分界點（或成倒立和正立像的分界點）

結論：一倍焦距處（焦點）.

（2）成實像時，放大和縮小像的分界點？成實像時，若u>v，一定成什么像？成實像時，若u

結論：放大和縮小的像在二倍焦距處；倒立縮小的實像；倒立放大的實像

（3）成實像時，物距增大時，像距如何變化？像的大小如何變化？

結論：物距增大時，像距減小，實像逐漸變??；

物距減小時，像距增大，實像逐漸變大.（實像的大小與像距變化規律相同）

（4）成實像時，物距和像距之和應滿足什么條件？如果不滿足會出現什么現象？

結論：u+v≥4f；如果不滿足，光屏上接收不到清析的像.

（5）在做實驗時，用一張紙把凸透鏡擋住一半會出現什么現象？

結論：像的大小不發生變化，但比原來變暗了

（6）在做實驗時，如果觀察到像沒有成在光屏的中央，原因是什么？像在光屏的下方，應怎樣調節光屏使像成在其中央？應怎樣調節蠟燭、凸透鏡呢？

結論：燭焰、凸透鏡、光屏的中心，不在同一高度上；蠟燭和凸透鏡不動，光屏向下移動；或光屏不動，蠟燭向下或凸透鏡向上移動.

（7）成虛像時，怎樣做能使成的虛像大一些？

結論：成虛像時，適當增大物距（遠離被觀察物體）但仍小于一倍焦距，可以使成的虛像大一些.

（8）在做凸透鏡實驗時，無論怎樣調節光屏的位置，在光屏上都接收不到清晰像的原因是什么？

結論：物距小于等于一倍焦距（也可能蠟燭、凸透鏡、光屏不在同一條直線上）

（9）物體由6f處向f移動，像的大小如何變化？物距與像距之和如何變化？

結論：像變大；先變小后變大.

（10）凸透鏡成清晰的倒立縮小實像時，將光屏與蠟燭互換位置時，會成像嗎？會成什么樣的像？怎樣驗證像的左右與物的關系？

結論：會成像；成倒立放大的實像；驗證；輕輕吹動燭焰，觀察燭焰的像和燭焰的方向的關系；像與物左右相反

（11）隨著實驗的進行，蠟燭變短，像無法呈在光屏的中央，就不斷的調節蠟燭的高度，操作麻煩，怎么改進實驗？

結論：將蠟燭換成用發光二極管組成字母“F”形狀的光源

5 光路圖

（1）如圖1所示：u>2f f4f）

當物距變化時：u減小，v增大，像也變大；u增大，v減小，像也變??；

照相機：被照相的人或物相當于光源；鏡頭是凸透鏡；底片相當于光屏；u是被照相人到鏡頭的距離，v是底片和鏡頭的距離.

減小像的方法：（增大u，減小v，像也減?。┤讼蚝笸?，同時鏡頭回縮.

增大像的方法：（減小u，增大v，像也增大）人向前進，同時鏡頭前伸.

照相機原理：利用凸透鏡成像，u>2f，成倒立縮小的實像.

（2）如圖2所示：u=2f， v=2f，成倒立等大的實像（應用：測凸透鏡焦距）（u+v=4f）

（3）如圖3所示：f2f，成倒立放大實像（應用：幻燈機、投影儀）（u+v>4f）

當物距變化時：u減小，v增大，像也變大；u增大，v減小，像也變??；

幻燈機：幻燈片相當于光源；鏡頭是凸透鏡；銀幕是光屏；u是幻燈片到凸透鏡的距離，v是銀幕到凸透鏡的距離.

減小像的方法：（增大u，減小v，像也減?。┩雇哥R向上移，同時減小幻燈機到銀幕的距離.

增大像的方法：（減小u，增大v，像也增大）凸透鏡向下移，同時增大幻燈機到銀幕的距離.

幻燈機原理：2f>u>f利用凸透鏡成像，成倒立放大的實像.

（4）如圖4所示：u=f不成像（應用：測凸透鏡焦距）

（5）如圖5所示：u

成虛像時，物體越靠近焦點，像越大.

（6）物距一定時，凸透鏡的焦距越大，所成實像也越大