某同学用放大镜观察课本上的文字时,看到的是正立、放大的像；当他拿着放大镜靠近自己眼睛远观时,却看到远处黑板上文字是倒立、缩小的像。这是怎么回事呢？下面让我们通过实验来探究凸透镜的成像规律。
实验目的
1. 了解凸透镜成像的规律。
2. 描述物体在不同位置时经凸透镜所成像的性质。
实验准备
蜡烛或“F”形LED光源,火柴,凸透镜,光屏,光具座,白纸等。
实验过程
一、测量凸透镜的焦距
如图1-15所示,将平行光正对凸透镜,移动光屏,直到光屏上形成一个最小、最亮的光斑,读取光斑到凸透镜光心的距离,这个距离就是凸透镜的焦距f。为减小误差,可重复测量3次,取平均值f= ______cm。

二、寻找凸透镜成像规律
1. 组装装置：将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上,把凸透镜固定在光具座的中间位置,调节火焰焰心、透镜中心和光屏中心大致处于同一高度,如图1-16所示。

2. 观察成像：将凸透镜固定在光具座中间位置,将点燃的蜡烛远离凸透镜至某一位置,然后移动光屏直至得到清晰的像。此时,我们可以称蜡烛与凸透镜之间的距离为物距,用u表示；像与凸透镜之间的距离为像距,用v表示。
3. 获取证据：将蜡烛从较远位置($u＞2f$)逐渐向凸透镜移动,同时调整光屏到凸透镜的距离,使烛焰在光屏上成一个清晰的像,并将实验数据记录在表1-6中。
表1-6 像的性质记录表
|像的性质|实验序号|物距u/cm|像距v/cm|
|倒立、缩小的像|1|______|______|
||2|______|______|
||3|______|______|
|倒立、等大的像|1|______|______|
|倒立、放大的像|1|______|______|
||2|______|______|
||3|______|______|
4. 观察虚像：将蜡烛靠近凸透镜,使得蜡烛到凸透镜的距离小于焦距,在光屏上能观察到烛焰的像吗？______。从光屏一侧透过凸透镜观察,能观察到烛焰的像吗？______。将一张白纸放在看到的像的位置,用眼睛直接观察白纸,能在白纸上观察到烛焰的像吗？______。请描述像的性质：______。
5. 实验结论：
(1)当u______$2f$时,得到的是倒立、缩小的实像,此时f______v______$2f$。
(2)当u______$2f$时,得到的是倒立、等大的实像,此时v______$2f$。
(3)当f______u______$2f$时,得到的是倒立、放大的实像,此时v______$2f$。
(4)当u______f时,可透过凸透镜观察到正立、放大的虚像。
三、实验评价
利用下表对实验过程进行评价。
表1-7 探究凸透镜成像规律的评价量表
|评价指标|评价内容(请根据真实表现判断,做到的在“是”栏画“√”,未做到的在“否”栏画“√”)|自我评价|小结|
|||是|否|
|实验操作|(1)安装实验器材,调整蜡烛火焰、凸透镜、光屏三者中心大致在同一高度|$□$|$□$|______|
||(2)准确判断像的大小、正倒、虚实、是否清晰|$□$|$□$|
||(3)测量物距、像距时,读数正确|$□$|$□$|
||(4)多次实验确保实验结论的普适性|$□$|$□$|
|实验记录|(5)物距、像距数据记录正确|$□$|$□$|
|结果分析|(6)分析实验现象和数据,得到凸透镜的成像规律|$□$|$□$|
|实验习惯|(7)实验结束后,整理实验器材|$□$|$□$|
思考与讨论
1. 为什么要调节火焰焰心、透镜中心和光屏中心大致处于同一高度？
2. 当凸透镜成实像时,随着物距的减小,像距是怎么变化的？
3. 用硬纸板挡住凸透镜的一部分,此时光屏上的像有什么变化？
拓展研究
望远镜由两组凸透镜(目镜和物镜)组成。物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像,目镜的作用是把这个实像再放大。望远镜物镜的口径比我们眼睛的瞳孔大得多,它可以会聚更多的光。这样的结构在天文观测中非常重要。现代天文望远镜都力求把物镜的口径加大,以便观测到更暗的天体。请用两块凸透镜自制一个简易望远镜,并观察远处的物体。
与同学讨论以下几个问题：
(1)两块凸透镜放置的前后顺序有什么要求？两块凸透镜的焦距有什么要求？
(2)为了看清更远处的物体,两块凸透镜之间的距离应该怎么调节？

一、10
二、3. （从左到右，从上到下）30、15；25、17；22、18；20、20；15、30；18、22；12、60
4. 不能；能；不能；正立、放大的虚像
5. (1) ＞；＜；＜ (2) =；= (3) ＜；＜；＞ (4) ＜
思考与讨论：1. 使像成在光屏中央 2. 像距增大 3. 像依然完整，亮度变暗
拓展研究：(1) 物镜在前，目镜在后；物镜焦距大于目镜焦距 (2) 减小两块凸透镜之间的距离

一、测量凸透镜的焦距：由图1-15可知，凸透镜在50cm刻度线处，光斑在60cm刻度线处，焦距f=60cm-50cm=10cm。
二、寻找凸透镜成像规律：
3. 假设焦距f=10cm，根据成像规律填写数据（合理即可）：
倒立、缩小的像（u＞2f）：u=30、v=15；u=25、v=17；u=22、v=18；
倒立、等大的像（u=2f）：u=20、v=20；
倒立、放大的像（f＜u＜2f）：u=15、v=30；u=18、v=22；u=12、v=60；
4. 当u＜f时，虚像不能呈现在光屏上，从光屏一侧透过透镜能观察到像，白纸不能承接虚像，像的性质为正立、放大的虚像。
5. 实验结论根据凸透镜成像规律填写：
(1) u＞2f时，f＜v＜2f；(2) u=2f时，v=2f；(3) f＜u＜2f时，v＞2f；(4) u＜f时成虚像。
思考与讨论：
1. 调节三者中心同高是为使像成在光屏中央；
2. 成实像时物距减小像距增大；
3. 挡住部分透镜，像完整但亮度变暗。
拓展研究：
(1) 物镜在前、目镜在后，物镜焦距大于目镜焦距；(2) 看更远物体需减小两透镜距离。