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学习任务一 探究凸透镜成像的规律
|实验探究|
探究凸透镜成像的规律
[实验思路]
(1)先把物体放在离凸透镜较远的地方,然后逐渐向透镜移动,如下图所示。
(2)移动的过程中,选取若干个位置,并调整光屏位置使物体在光屏上成清晰的像,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。
(3)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。
[实验过程]
(1)记录所选凸透镜的焦距$f=10.0\ \mathrm{cm}$。记录F形光源的高$h=3.0\ \mathrm{cm}$。
(2)按照如图所示组装实验器材,调节F形光源、透镜和光屏,使它们的中心高度相同。
(3)把F形光源放在较远处,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、像距(像到凸透镜的距离)和像高,并记录。
(4)把F形光源向凸透镜移近一些,放好后重复以上操作。
(5)继续移动F形光源进行实验(注意当像的大小超出光屏时,不再记录像的高度)。当在光屏上看不到F形光源的像时,可以撤去光屏,从光屏一侧向凸透镜方向看,观察像的大小、正倒、虚实并记录物距。
[实验结论]
结合实验数据和观察,发现:
(1)物体通过凸透镜成像的性质跟物距与凸透镜的焦距的关系有关。
(2)成实像时,像总是立的;成虚像时,像是立的。
(3)成实像时,像距随物距的减小而,且像的大小随物距的减小而变。成虚像时,像距随物距的减小而,像的大小随物距的减小而变。
(4)当物距等于倍焦距时,像距等于物距,此时像与物等大。
(5)关于物距,有两个位置是影响成像性质的关键点:一个是物距等于倍焦距处,是物体成缩小的像还是放大的像的分界点;另一个是物距等于处(即物体在焦点处),是物体成倒立的实像还是正立的虚像的分界点。
(6)物距小于焦距时,成、的像,此时像随物距的减小而变(但仍是放大的虚像)。
|探究归纳|
(1)当物距大于倍焦距时,凸透镜成倒立、缩小的实像。
(2)当物距等于2倍焦距时,凸透镜成、的像。
(3)当物距于2倍焦距、于焦距时,凸透镜成倒立、放大的实像。
(4)当物距于焦距时,凸透镜成正立、放大的虚像。
|实验探究|
探究凸透镜成像的规律
[实验思路]
(1)先把物体放在离凸透镜较远的地方,然后逐渐向透镜移动,如下图所示。
(2)移动的过程中,选取若干个位置,并调整光屏位置使物体在光屏上成清晰的像,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。
(3)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。
[实验过程]
(1)记录所选凸透镜的焦距$f=10.0\ \mathrm{cm}$。记录F形光源的高$h=3.0\ \mathrm{cm}$。
(2)按照如图所示组装实验器材,调节F形光源、透镜和光屏,使它们的中心高度相同。
(3)把F形光源放在较远处,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、像距(像到凸透镜的距离)和像高,并记录。
(4)把F形光源向凸透镜移近一些,放好后重复以上操作。
(5)继续移动F形光源进行实验(注意当像的大小超出光屏时,不再记录像的高度)。当在光屏上看不到F形光源的像时,可以撤去光屏,从光屏一侧向凸透镜方向看,观察像的大小、正倒、虚实并记录物距。
[实验结论]
结合实验数据和观察,发现:
(1)物体通过凸透镜成像的性质跟物距与凸透镜的焦距的关系有关。
(2)成实像时,像总是立的;成虚像时,像是立的。
(3)成实像时,像距随物距的减小而,且像的大小随物距的减小而变。成虚像时,像距随物距的减小而,像的大小随物距的减小而变。
(4)当物距等于倍焦距时,像距等于物距,此时像与物等大。
(5)关于物距,有两个位置是影响成像性质的关键点:一个是物距等于倍焦距处,是物体成缩小的像还是放大的像的分界点;另一个是物距等于处(即物体在焦点处),是物体成倒立的实像还是正立的虚像的分界点。
(6)物距小于焦距时,成、的像,此时像随物距的减小而变(但仍是放大的虚像)。
|探究归纳|
(1)当物距大于倍焦距时,凸透镜成倒立、缩小的实像。
(2)当物距等于2倍焦距时,凸透镜成、的像。
(3)当物距于2倍焦距、于焦距时,凸透镜成倒立、放大的实像。
(4)当物距于焦距时,凸透镜成正立、放大的虚像。
答案
解：
[实验结论]
(2) 倒；正
(3) 增大；大；减小；小
(4) 2
(5) 2；1倍焦距（或焦距）
(6) 正立；放大；虚；小
|探究归纳|
(1) 2
(2) 倒立；等大；实
(3) 小；大
(4) 小
[实验结论]
(2) 倒；正
(3) 增大；大；减小；小
(4) 2
(5) 2；1倍焦距（或焦距）
(6) 正立；放大；虚；小
|探究归纳|
(1) 2
(2) 倒立；等大；实
(3) 小；大
(4) 小
解析
【分析】本题围绕凸透镜成像规律的实验结论设置填空，解题时需结合实验过程中观察到的实像、虚像的正倒特征，物距变化时像距、像大小的变化规律，以及成像性质的关键分界点（1倍焦距、2倍焦距）等核心知识点，逐一对应题目空缺处填写正确结论。
【解析】根据凸透镜成像规律的实验结论，逐一推导各空答案：
1. 实像是实际光线会聚而成，上下左右均颠倒，故成实像时像总是倒立的；虚像是光线反向延长线会聚，与物体同侧，故成虚像时像总是正立的。
2. 成实像时，遵循“物近像远像变大”，即物距减小，像距增大，像变大；成虚像时，物距减小（物体靠近透镜），像距减小，像变小。
3. 当物距等于2倍焦距时，像距等于物距，成等大的实像。
4. 2倍焦距处是成缩小实像与放大实像的分界点；1倍焦距（焦点）处是成实像与虚像的分界点。
5. 物距小于焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像，且物距减小（靠近焦点）时，虚像变小。
6. 探究归纳部分：物距大于2倍焦距时成倒立、缩小的实像；物距等于2倍焦距时成倒立、等大的实像；物距在1倍焦距和2倍焦距之间时成倒立、放大的实像；物距小于1倍焦距时成正立、放大的虚像。
【答案】[实验结论]
(2) 倒；正
(3) 增大；大；减小；小
(4) 2
(5) 2；1倍焦距（或焦距）
(6) 正立；放大；虚；小
|探究归纳|
(1) 2
(2) 倒立；等大；实
(3) 小；大
(4) 小
【知识点】凸透镜成像规律
【点评】本题为光学基础实验题，聚焦凸透镜成像规律的核心内容，考查学生对实验结论的识记与理解，是初中物理光学部分的重点知识点。
【难度系数】0.7
【解析】根据凸透镜成像规律的实验结论，逐一推导各空答案：
1. 实像是实际光线会聚而成，上下左右均颠倒，故成实像时像总是倒立的；虚像是光线反向延长线会聚，与物体同侧，故成虚像时像总是正立的。
2. 成实像时，遵循“物近像远像变大”，即物距减小，像距增大，像变大；成虚像时，物距减小（物体靠近透镜），像距减小，像变小。
3. 当物距等于2倍焦距时，像距等于物距，成等大的实像。
4. 2倍焦距处是成缩小实像与放大实像的分界点；1倍焦距（焦点）处是成实像与虚像的分界点。
5. 物距小于焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像，且物距减小（靠近焦点）时，虚像变小。
6. 探究归纳部分：物距大于2倍焦距时成倒立、缩小的实像；物距等于2倍焦距时成倒立、等大的实像；物距在1倍焦距和2倍焦距之间时成倒立、放大的实像；物距小于1倍焦距时成正立、放大的虚像。
【答案】[实验结论]
(2) 倒；正
(3) 增大；大；减小；小
(4) 2
(5) 2；1倍焦距（或焦距）
(6) 正立；放大；虚；小
|探究归纳|
(1) 2
(2) 倒立；等大；实
(3) 小；大
(4) 小
【知识点】凸透镜成像规律
【点评】本题为光学基础实验题，聚焦凸透镜成像规律的核心内容，考查学生对实验结论的识记与理解，是初中物理光学部分的重点知识点。
【难度系数】0.7
