4.5 科學(xué)探究：凸透鏡成像（解析版）

滬科版八年級上第四章《多彩的光》4.5科學(xué)探究：凸透鏡成像【知識梳理】1.透鏡①透鏡的種類[1]凸透鏡：中間厚，邊緣薄的透鏡，對光線具有會聚作用（會聚透鏡） [2]凹透鏡：中間薄，邊緣厚的透鏡，對光線具有發(fā)散作用（發(fā)散透鏡）②透鏡相關(guān)的幾個概念[1]主光軸：通過兩個球面球心的直線。[2]光心：（O）即薄透鏡的中心。性質(zhì)：通過光心的光線傳播方向不改變。[3]焦點(diǎn)（F）：凸透鏡能使跟主光軸平行的光線會聚在主光軸上的一點(diǎn)，這個點(diǎn)叫焦點(diǎn)。[4]焦距（f）：焦點(diǎn)到凸透鏡光心的距離 ③透鏡三條特殊光線凸透鏡：凹透鏡：2.凸透鏡成像規(guī)律在研究凸透鏡成像實驗中，需要用到的實驗器材是：帶刻度的光具座、蠟燭、凸透鏡、光屏和火柴，實驗時在光具座上從左到右依次放置蠟燭、凸透鏡和光屏，為了使?fàn)T焰的像能成在光屏的中間，首先要調(diào)整凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心跟燭焰的中心大致在同一高度。實驗時先在帶刻度的光具座上固定凸透鏡，然后調(diào)整蠟燭的位置，最后移動光屏，直到光屏上出現(xiàn)清晰的燭焰像為止，并觀察像的性質(zhì)，同時在光具座刻度上讀出此時的物距和像距，并和凸透鏡的一倍焦距和二倍焦距作比較得出結(jié)論。物距u像距v成像性質(zhì)u>2ff<v<2f倒立縮小的實像u=2fv=2f倒立、等大的實像f<u<2fv>2f倒立、放大的實像u=f不成像u<fv>u正立、放大的虛像【易錯點(diǎn)】1.若在實驗時，無論怎樣移動光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：蠟燭在焦點(diǎn)以內(nèi)；燭焰在焦點(diǎn)上；燭焰、凸透鏡、光屏的中心不在同一高度；蠟燭到凸透鏡的距離稍大于焦距，成像在很遠(yuǎn)的地方，光具座的光屏無法移到該位置。2.實驗過程中，蠟燭變短，像會成在光屏上方。此時可采取的方法有：將蠟燭上移；將光屏上移；將凸透鏡和光屏同時下移?！疽?guī)律總結(jié)】（1）二倍焦距處為放大實像與縮小實像的分界點(diǎn)；（2）焦點(diǎn)處是成實像與成虛像的分界點(diǎn)，但焦點(diǎn)處是不成像點(diǎn)；（3）物在焦點(diǎn)外，物離凸透鏡越近，像越大，像距也越大（即成實像時，物近像遠(yuǎn)像變大）。（4）物在焦點(diǎn)內(nèi)，物離凸透鏡越近，像越小，像距也越小（即成虛像時，物近像近像變?。??！镜淅治觥浚?022·山東棗莊·中考真題）在“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗中，蠟燭、凸透鏡、光屏在光具座上的位置如圖所示，這時燭焰在光屏上能成等大清晰的像。關(guān)于本實驗下列說法正確的是（）A．凸透鏡的焦距是20cmB．把蠟燭移至刻度尺10cm處，凸透鏡不動，移動光屏，能在光屏上得到清晰的像C．把蠟燭移至刻度尺32cm處，凸透鏡不動，移動光屏，能在光屏上得到清晰的像。這與照相機(jī)的成像原理相同D．把蠟燭移至刻度尺45cm處，凸透鏡不動，移動光屏，會再次在光屏上得到清晰的像【答案】B【解析】A．當(dāng)物距等于二倍焦距時，凸透鏡成等大像時，由圖可知u=20cm=2f解得f=10cm，故A錯誤；B．把蠟燭移至刻度尺10cm處，凸透鏡不動，此時物距40cm，大于二倍焦距，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知，移動光屏，能在光屏上得到清晰的倒立的縮小的實像，故B正確；C．把蠟燭移至刻度尺32cm處，凸透鏡不動，此時物距為18cm，等于一倍焦距而小于二倍焦距，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知，移動光屏，能在光屏上得到清晰的倒立的放大的實像，這與投影儀的成像原理相同，故C錯誤；D．把蠟燭移至刻度尺45cm處，凸透鏡不動，此時物距為5cm，小于焦距，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知，此時成的是虛像，不能在光屏上不成像，故D錯誤。故選B?！舅悸沸〗Y(jié)】據(jù)圖可知物距和相距大小，從而分析得出此時應(yīng)用的成像規(guī)律，判斷出焦距的大小范圍。根據(jù)成實像時，物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變小判斷出凸透鏡動態(tài)變化特點(diǎn)?！緤Z冠訓(xùn)練】一、單選題1．（2022·廣西桂林·中考真題）在如圖所示的光學(xué)元件中，屬于凸透鏡的是（）A．B．C．D．【答案】C【解析】AB．中間薄，邊緣厚的透鏡是凹透鏡，故AB不符合題意；C．該透鏡中間厚，邊緣薄，屬于凸透鏡，故C符合題意；D．該元件厚度相同，不是凹透鏡，也不是凸透鏡，故D不符合題意。故選C。2．（2022·湖南長沙·中考真題）我國出土的文物“水晶餅”為中部鼓起的透明圓餅，古籍記載“正午向日，以艾承之，即火燃”。關(guān)于“水晶餅”利用太陽光生火，下列說法正確的是（）A．這是光的反射現(xiàn)象 B．這是光的色散現(xiàn)象C．“水晶餅”對光有會聚作用 D．“水晶餅”對光有發(fā)散作用【答案】C【解析】A．“水晶餅”相當(dāng)于凸透鏡，發(fā)生的是光的折射現(xiàn)象，故A錯誤；B．光的色散現(xiàn)象是指太陽光（白光）透過三棱鏡分解成各種色光的現(xiàn)象，故B錯誤；CD．“水晶餅”相當(dāng)于凸透鏡，凸透鏡對光有會聚作用，把一束太陽光的能量會聚到焦點(diǎn)上，從而點(diǎn)燃了焦點(diǎn)處的艾草，故C正確，D錯誤。故選C。3．（2022·山東青島·中考真題）“愛護(hù)眼睛，你我同行”。眼球好像一架照相機(jī)，其成像原理與凸透鏡類似，要成倒立、縮小的實像，物體可位于圖中的（）A．A點(diǎn) B．B點(diǎn) C．C點(diǎn) D．D點(diǎn)【答案】D【解析】凸透鏡成縮小、倒立的實像時，物體要放在凸透鏡2倍焦距以外，則物體要放在D點(diǎn)，故ABC不符合題意，D符合題意。故選D。4．（2022·上海·中考真題）已知在某物體透過凸透鏡在距離透鏡25厘米的光屏上成放大的像，若將物體移動到距離凸透鏡30厘米處，則此時成（）A．放大的虛像 B．正立的虛像 C．放大的實像 D．縮小的實像【答案】D【解析】在距離透鏡25厘米的光屏上成放大的像，則像距大于二倍焦距，即25cm>2f可得f<12.5cm將物體移動到距離凸透鏡30厘米處，此時物距30cm，則u=30cm>2f所以成倒立縮小的實像。故選D。5．（2022·山東·曲阜八年級期末）在探究凸透鏡成像規(guī)律實驗中，當(dāng)燭焰位于距離凸透鏡一倍焦距以內(nèi)時，人眼觀察到燭焰成像的情形是圖中的（）A． B．C． D．【答案】D【解析】當(dāng)物距小于一倍焦距時，物體通過凸透鏡在蠟燭的同側(cè)成正立的放大的虛像，且像距大于物距，只有選項D中所示的情況符合這個規(guī)律。故ABC不符合題意，D符合題意。故選D。6．（2022·四川內(nèi)江·中考真題）關(guān)于圖中“凸透鏡成像規(guī)律”的實驗，下列說法正確的是（）A．圖中蠟燭到凸透鏡的距離為（為焦距）B．圖中凸透鏡成像規(guī)律與投影儀的成像原理相同C．圖中光路圖說明光在不同介質(zhì)間傳播的方向一定改變D．從不同方向能看清光屏上的像，是因為光在光屏上發(fā)生了漫反射【答案】D【解析】A．如圖物距大于像距，則物距在兩倍焦距開外，故A錯誤；B．物距在兩倍焦距開外，成的是倒立的縮小的實像，與照相機(jī)成像原理相同，故B錯誤；C．圖中光路圖說明光在不同介質(zhì)間傳播的方向不一定改變，因為通過光心的傳播方向不變，故C錯誤；D．從不同方向能看清光屏上的像，光屏比較粗糙，在光屏上發(fā)生了漫反射，故D正確。故選D。7．（2022·安徽·中考真題）把凸透鏡正對著太陽，在距凸透鏡10cm的光屏上得到一個最小、最亮的光斑。若將一支點(diǎn)燃的蠟燭放在此凸透鏡前30cm處，在凸透鏡的另一側(cè)調(diào)節(jié)光屏的位置，可得到燭焰清晰的（）A．倒立、縮小的實像 B．倒立、放大的實像C．倒立、等大的實像 D．正立、放大的虛像【答案】A【解析】把凸透鏡正對著太陽，太陽光是平行光，且平行于主光軸，在距凸透鏡10cm的光屏上得到一個最小、最亮的光斑，這個光斑就是凸透鏡的焦點(diǎn)，所以該凸透鏡的焦距是f=10cm。將一支點(diǎn)燃的蠟燭放在此凸透鏡前30cm處，此時物距u>2f，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知，可以在另一側(cè)的光屏上得到燭焰倒立、縮小的實像，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。8．（2022·河北邯鄲·八年級期末）找一個圓柱形的玻璃瓶，里面裝滿水。把一支鉛筆水平地放在玻璃瓶的一側(cè)，透過玻璃瓶可以看到那支筆。如果把筆由靠近玻璃瓶的位置向遠(yuǎn)處慢慢地移動，你將不可能觀察到的像是（

）A．正立放大的虛像 B．正立等大的虛像C．倒立放大的實像 D．倒立等大的實像【答案】B【解析】盛水的玻璃瓶可以看成凸透鏡，把鉛筆由靠近玻璃瓶的位置向遠(yuǎn)處慢慢的移動時，實際是物體逐漸遠(yuǎn)離凸透鏡。AB．由凸透鏡成像的規(guī)律可知，當(dāng)鉛筆在一倍焦距內(nèi)時，成正立放大的虛像，不能成等大的虛像，故A不符合題意，B符合題意；C．當(dāng)鉛筆在一倍焦距和二倍焦距之間時，像倒立、放大的實像，故C不符合題意；D．當(dāng)鉛筆在二倍焦距位置時，成倒立、等大的實像，故D不符合題意。故選B。9．（2022·河北邢臺·八年級期末）如圖所示，在光屏上有清晰的放大的像，現(xiàn)將蠟燭和光屏的位置互換，那么在光屏上將看到（）A．縮小的，倒立的實像 B．等大的，倒立的實像C．放大的，倒立的實像 D．放大的，正立的虛像【答案】A【解析】原來凸透鏡成放大的實像，此時物距處于f和2f之間，像距大于2f，像距大于物距，根據(jù)光路可逆，對調(diào)光屏和蠟燭的位置，光屏上仍得到清晰的像，此時物距大于2f，像距處于f和2f之間，會得到倒立、縮小的實像。故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。10．（2022·湖北武漢·八年級期末）小紅同學(xué)利用如圖所示的裝置，探究凸透鏡成像的規(guī)律時，在下表中做了如下記錄，由此可推知所用凸透鏡的焦距f滿足（）實驗次數(shù)蠟燭到凸透鏡的距離/cm像的性質(zhì)124倒立縮小的實像220倒立放大的實像34正立放大的虛像A．10cm＜f＜12cm B．10cm＜f＜20cmC．4cm＜f＜24cm D．4cm＜f＜20cm【答案】A【解析】根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知u＞2f，成倒立、縮小的實像。即

①當(dāng)成倒立、放大的實像，即

②當(dāng)時，成正立、放大的虛像，故

③聯(lián)立①②③可得故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。二、填空題11．（2022·遼寧錦州·八年級期中）口徑和邊緣厚度都相等的凸透鏡，中間越厚，焦距越___________（選填“大”或“小”），對光線的___________（選填“會聚”或“發(fā)散”）作用越___________（選填“強(qiáng)”或“弱”）?！敬鸢浮?/p>

小

會聚

強(qiáng)【解析】[1][2][3]凸透鏡的焦距是透鏡焦點(diǎn)到光心的距離，凸透鏡對光有會聚作用，不同厚度的凸透鏡對光的會聚作用是不同的，中間越厚的凸透鏡對光的會聚作用越強(qiáng)，光線會聚后的焦點(diǎn)距離光心越近，因此焦距越小。12．（2022·江蘇揚(yáng)州·八年級期末）利用太陽光測量凸透鏡焦距時，小華將凸透鏡正對太陽，再把一張紙放在它的下方，如圖所示，當(dāng)在紙上呈現(xiàn)一個并非最小的光斑時，測得這個光斑到凸透鏡的距離為L。小華推斷，凸透鏡的焦距一定大于L。（1）你認(rèn)為小華的推斷______（選填“正確”或“不正確”）；（2）為了檢驗小華的推斷是否正確，你下一步的實驗操作是______?！敬鸢浮?/p>

不正確

見解析【解析】（1）[1]平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后會聚一點(diǎn)，這點(diǎn)是凸透鏡的焦點(diǎn)，光線到達(dá)焦點(diǎn)并且繼續(xù)向前射出，這個非最小的光斑可能在焦點(diǎn)之前，也可能在焦點(diǎn)之后，如下圖所示，所以小華猜測不正確。（2）[2]如果向下移動凸透鏡，此時光斑變大，說明光斑在焦點(diǎn)之前，焦距大于L，說明小華推斷正確；如果向下移動凸透鏡，此時光斑變小，說明光斑在焦點(diǎn)之后，焦距小于L，說明小華推斷錯誤。13．（2022·遼寧大連·八年級期末）小明在“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗中，記錄并繪制了像到凸透鏡的距離v跟物體到凸透鏡的距離u之間的圖像，如圖所示，該凸透鏡的焦距為________cm，若物距為3.5cm，則光屏上能得到________（填“縮小”、“放大”或“不變”）的像?！敬鸢浮?/p>

2

放大【解析】[1]根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)時由圖可知此時故焦距為[2]當(dāng)時此時成倒立、放大的實像。14．（2022·重慶綦江·八年級期末）如圖所示，是“研究凸透鏡成像”的實驗原理圖。實驗時，應(yīng)使?fàn)T焰、凸透鏡、光屏的中心大致在________高度，若在凸透鏡右邊的光屏上（圖中光屏未畫出）分別得到清晰縮小和放大的實像，則蠟燭可能對應(yīng)置于凸透鏡左邊a、b、c、d四點(diǎn)中的________點(diǎn)與________點(diǎn)處?！敬鸢浮?/p>

同一

a

c【解析】[1]實驗時，應(yīng)使?fàn)T焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度，這樣做的目的是使像呈在光屏的中央位置。[2][3]滿足條件時，凸透鏡成倒立、縮小、實像，所以蠟燭應(yīng)在a點(diǎn)上；滿足條件時，凸透鏡成倒立、放大、實像，所以蠟燭應(yīng)在c點(diǎn)上。15．（2022·山東泰安·八年級期末）用如圖所示的裝置探究“凸透鏡成像的規(guī)律”。組裝調(diào)整實驗器材時，應(yīng)將燭焰、凸透鏡和光屏的中心調(diào)至______；實驗一段時間后，蠟燭變短，為了使像回到光屏中央，合理的操作是______（寫出一種方法即可）?！敬鸢浮?/p>

同一高度

光屏向上移動【解析】[1][2]組裝調(diào)整實驗器材時，為了使像成在光屏的中央，應(yīng)將燭焰、凸透鏡和光屏的中心調(diào)至同一高度；實驗一段時間后，蠟燭變短，根據(jù)穿過透鏡光心的光線方向不變，可知所成的像會向上移動，為了使像回到光屏中央，可將光屏向上移動。16．（2022·遼寧沈陽·八年級期末）小明將點(diǎn)燃的蠟燭、凸透鏡、光屏分別固定在光具座上，如圖所示，在光屏上接收到了一個與凸透鏡等大的光斑，可知此凸透鏡的焦距為______cm；若將一個焦距為5cm的凸透鏡替換圖中透鏡，仍放在25cm刻線位置，蠟燭位置不變，則光屏向______（選填“遠(yuǎn)離”或“靠近”）透鏡方向移動，才能得到一個清晰的蠟燭的像?！敬鸢浮?/p>

15.0

靠近【解析】[1]因為從焦點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡折射后將平行射出，光屏始終得到一個與凸透鏡等大的光斑，可知蠟燭正好放在凸透鏡的焦點(diǎn)上了，則該凸透鏡焦距為15.0cm。[2]當(dāng)改用焦距為5cm的透鏡進(jìn)行實驗，不改蠟燭和凸透鏡的位置，則相當(dāng)于增大了物距，根據(jù)凸透鏡成實像時，物遠(yuǎn)像近像變小，可知，要在光屏上成清晰的像，光屏將靠近透鏡移動，像變小，即此時成倒立、縮小的實像。三、作圖題17．（2022·吉林·大安市樂勝鄉(xiāng)中學(xué)校八年級期末）畫出圖中入射光線對應(yīng)的折射光線?！敬鸢浮俊窘馕觥可厦婀饩€不屬于特殊光線，因為透鏡對光線有會聚作用，物體位于2倍焦距時，像也位于2倍焦距；平行于主光軸的入射光線，經(jīng)過凸透鏡折射后，折射光線過焦點(diǎn)，如下圖所示：四、實驗題18．（2022·山西臨汾·八年級期末）大夢從家里找到一副眼鏡，她想知道該眼鏡是凸透鏡還是凹透鏡，請你設(shè)計一個實驗，幫助她進(jìn)行判斷。（不能用手摸的方法進(jìn)行鑒別）（1）實驗器材：________；（2）簡述操作方法、現(xiàn)象：________。（3）實驗結(jié)論：________?！敬鸢浮?/p>

見解析

見解析

見解析【解析】（1）[1]根據(jù)題意知道，實驗器材：該眼鏡、太陽光。（2）[2]操作方法、現(xiàn)象：將透鏡放在太陽底下，觀察在地面上能否出現(xiàn)一個明亮的小光斑。（3）[3]實驗結(jié)論：若能出現(xiàn)明亮的小光斑，則是凸透鏡；否則，是凹透鏡。19．（2022·江蘇鹽城·八年級期末）小明用焦距為10cm的凸透鏡探究“凸透鏡成像規(guī)律”。（1）小明同學(xué)將蠟燭、凸透鏡、光屏隨意固定在光具座上，點(diǎn)燃蠟燭后，沿光具座無論怎樣移動光屏，在光屏上始終得不到燭焰的像，原因可能是______；（2）重新調(diào)整后，將蠟燭、凸透鏡固定在光具座上，如圖甲所示，移動光屏后得到燭焰清晰、完整的像，該像是倒立______（選填“放大”或“縮小”）的實像。我們可以從不同角度看到光屏上的像，是因為發(fā)生了______（選填“鏡面反射“或“漫反射”）；（3）接下來保持蠟燭和光屏的位置不動，將凸透鏡向蠟燭方向移動，光屏上再次出現(xiàn)了一個倒立、______（選填“放大”或“縮小”）的清晰實像，與這種成像原理一致的光學(xué)儀器是______（選填“照相機(jī)”、“投影儀”或“放大鏡”）；（4）當(dāng)光屏上出現(xiàn)蠟燭清晰的像時，如果用遮光板擋住透鏡的上半部分，我們觀察光屏?xí)r，將會在光屏上看到______；A．蠟燭像的下半部分

B．蠟燭像的上半部分C．蠟燭完整的像，像的亮度變暗

D．蠟燭完整的像，像的亮度不變（5）實驗過程中，燃燒的蠟燭變短了，可將凸透鏡的高度調(diào)______（“高”或“低”）些，使像成在光屏中央；（6）小明利用上述器材測量該凸透鏡的焦距。將凸透鏡固定于光具座某刻度處，再將蠟燭、光屏分別自透鏡兩側(cè)較遠(yuǎn)處緩慢靠近凸透鏡，直至光屏上出現(xiàn)等大的清晰像，此