凸透鏡成像規(guī)律的探索與鏈接

：本文是黑龍江省學(xué)會一般課題“基于生命化教育理念的初中物理‘家庭實驗室’開發(fā)與利用的研究”的階段性研究成果.其中，“家庭實驗室”是教科版初中物理教材中的版塊之一，本研究按照教材中的進(jìn)度安排一一進(jìn)行開發(fā)與利用，有效地達(dá)成了教學(xué)的三維目標(biāo)，極大地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

光學(xué)在中考題中一般不會出很難的題目，在考題中主要圍繞“辨別光學(xué)現(xiàn)象”、“探究平面鏡成像的特點”、“探究凸透鏡成像的規(guī)律”、“眼睛和眼鏡”這四個方面出題.在《2013年哈爾濱市初中升學(xué)考試說明》中，對知識內(nèi)容“探究凸透鏡成像的規(guī)律”的考查，要求學(xué)生達(dá)到了解、技能、體驗和應(yīng)用的學(xué)習(xí)水平.

讓我們從教科版初中物理教材八年級上冊第四章的“家庭實驗室———制作有透鏡的照相機”說起：

我要把針孔照相機改成帶凸透鏡的照相機，它能照近處的花朵，也能照遠(yuǎn)處的景物.

觀察實像實像能用光屏承接.如果不設(shè)光屏，你能不能觀察到實像？用實驗檢驗?zāi)愕南敕?

這里通過對“科學(xué)探究：凸透鏡成像規(guī)律”的學(xué)習(xí)，同學(xué)們可以進(jìn)一步認(rèn)識到凸透鏡既能成實像（它的應(yīng)用是照相機、投影儀等），又能成虛像（它的應(yīng)用主要是放大鏡）.實像和虛像的區(qū)別是：實像既可以用眼睛觀察到，又可以呈現(xiàn)在光屏上，虛像只能用眼睛觀察到，而不能呈現(xiàn)在光屏上.注意：像的特征就是能觀察到.

一、考查凸透鏡成像的規(guī)律及其應(yīng)用，應(yīng)對每一種成像的情況以及特點熟知，并能與相應(yīng)的應(yīng)用相聯(lián)系.

[鏈接一]

（2013年哈爾濱中考調(diào)研）一位同學(xué)探究“凸透鏡成像規(guī)律”，凸透鏡的焦距是10cm，某次實驗蠟燭距透鏡18cm，移動光屏，光屏上出現(xiàn)清晰像的特點是_______，據(jù)此人們制成了________________.

探索與點撥

根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律：物距小于焦距成正立放大的虛像；物距大于一倍焦距小于二倍焦距成倒立放大的實像，像距大于二倍焦距；物距大于二倍焦距成倒立縮小的實像，像距大于一倍焦距小于二倍焦距.每一種成像情況都對應(yīng)了不同的應(yīng)用，據(jù)此來進(jìn)行分析即可.

解答：由于凸透鏡的焦距是10cm，則2f=20cm.蠟燭距透鏡18cm，大于一倍焦距小于二倍焦距，此時，在光屏上成倒立放大的實像，這一特點的應(yīng)用主要是投影儀和幻燈機.

答案：倒立放大的實像；投影儀（幻燈機）.

二、探究凸透鏡成像的實驗，考查學(xué)生對實驗操作的要求，一定要注意實驗前的調(diào)整工作.

[鏈接二]

（2012年哈爾濱）某物理學(xué)習(xí)小組在研

究“凸透鏡成像規(guī)律”時，使用的器材如圖.（凸透鏡的焦距是l0cm，刻度尺上標(biāo)記著點，相鄰兩點間距為10cm）

（l）實驗前，蠟燭、凸透鏡、光屏擺放和調(diào)整好的要求是____________________；

（2）凸透鏡放在D點，當(dāng)圖中光屏上承接到燭焰的倒立、放大、清晰的像時，蠟燭應(yīng)放在圖中的______________________；

（3）保持凸透鏡位置不動，在實驗（2）的基礎(chǔ)上，想要在光屏上得到燭焰縮小、清晰的像，那么，接下來的操作是__________.

探索與點撥

在實驗中，為使像能清晰地成在光屏的中心，應(yīng)調(diào)整裝置中的燭焰、凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心大致在同一高度、同一直線上；在凸透鏡成實像的規(guī)律中，物體距離凸透鏡越近，所成的實像距離凸透鏡越遠(yuǎn)，所成的實像越大；反之，物體距離凸透鏡越遠(yuǎn)，所成的實像距離凸透鏡越近，所成的實像越小.

解答：（2）根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知，物體位于凸透鏡一倍焦距和二倍焦距之間時，成倒立、放大的實像，所以蠟燭應(yīng)放在圖中的B和C兩點之間（在透鏡左側(cè)，距凸透鏡lOcm至20cm之間；或“在透鏡左側(cè)，到凸透鏡的距離大于一倍焦距，小于二倍焦距”）.

（3）蠟燭向左移動一定距離，物距變大，像距變小，成的像也變小，因此想要在光屏上得到燭焰縮小、清晰的像，接下來的操作是將蠟燭移到B點左側(cè)（只要體現(xiàn)出B點左側(cè)的某一區(qū)域或某一點即可），并調(diào)整光屏位置于一倍焦距和二倍焦距之間.

答案：（1）將蠟燭、凸透鏡、光屏依次放在同一直線上，并且使?fàn)T焰、凸透鏡、光屏的中心在同一高度；

（2）B、C兩點之間；

（3）將蠟燭移到B點左側(cè)，將光屏移到E、F兩點之間.

三、考查影響凸透鏡焦距大小的因素.主要是考查學(xué)生對凸透鏡聚光程度的理解以及實驗探究能力，這是初中物理課標(biāo)上明確要求的、需要掌握的一種能力.

[鏈接三]

（2013年哈爾濱市香坊區(qū)一模）小聰同學(xué)通過學(xué)習(xí)眼睛的知識，知道眼睛的晶狀體相當(dāng)于凸透鏡，它在睫狀肌的拉伸下，會變薄或變厚，會引起自身焦距的變化.于是他想探究一下“凸透鏡的焦距與透鏡的薄厚（指凸起程度）的具體關(guān)系？”他找來了三個除薄厚不同外，其它條件都相同的凸透鏡1、凸透鏡2和凸透鏡3，且三個透鏡按順序一個比一個厚（即凸起程度一個比一個大）.請你幫他設(shè)計這次探究的全過程：

（1）在探究中除需要借助太陽光外，還需要什么器材？

（2）請你寫出探究的主要步驟，并把所要測量的物理量用相應(yīng)的字母表示.

（3）根據(jù)步驟中所收集到的實驗數(shù)據(jù)，請寫出如何分析論證從而得出實驗結(jié)論.

探索與點撥

利用控制變量法進(jìn)行探究性實驗.要探究凸透鏡的焦距與透鏡的薄厚的關(guān)系，首先我們要知道如何測量焦距，即讓凸透鏡正對太陽光，調(diào)整凸透鏡和地面的距離，直到地面上出現(xiàn)很小、很亮的光斑，測出凸透鏡和光斑的距離.據(jù)此分析即可知道需要的器材和如何設(shè)計實驗.

解答：我們先確定焦點的位置，然后測量每個凸透鏡的焦距，最后比較即可.在探究中除需要三個除薄厚不同外，其他條件都相同的凸透鏡1、凸透鏡2和凸透鏡3，借助太陽光外，還需要測量長度的刻度尺、做記號的白紙.

答案：（1）還需要刻度尺、白紙；

（2）①將三個凸透鏡1、2、3依次放在太陽光下，并用白紙接收到各自最小、最亮的光斑；

②用刻度尺分別測出三個凸透鏡到各自最小、最亮光斑的距離f1、f2、f3.

（3）如果f1>f2>f3，則在其它條件相同時，凸透鏡越?。ɑ蛲蛊鸪潭仍叫。?，焦距越大；如果f1

四、考查凸透鏡成像的應(yīng)用，要搞清物距與像距之間的關(guān)系，即凸透鏡成像的特點是由物距與像距之間的關(guān)系決定的.

[鏈接四]

（2012年哈爾濱市香坊區(qū)一模）在探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，當(dāng)燭焰、透鏡及光屏的相對位置如圖所示時，恰能在光屏上得到一個清晰的像.下列哪種光學(xué)器材的成像原理與其相同（）

A.電影機B.投影儀

C.放大鏡D.照相機

探索與點撥

由圖知，物距大于像距，所以此時成倒立、縮小的實像；

A.電影機是根據(jù)物距大于一倍焦距小于二倍焦距時，像距大于物距，成倒立、放大實像的原理制成的.不符合題意；

B.投影儀是根據(jù)物距大于一倍焦距小于二倍焦距時，像距大于物距，成倒立、放大實像的原理制成的.而此時圖中所示像距小于物距.不符合題意；

C.放大鏡是根據(jù)物距小于焦距時，成正立、放大虛像的原理制成的，所以不符合題意；

D.照相機是根據(jù)物距大于像距，成倒立、縮小的實像制成的.故符合題意.

五、利用凸透鏡成像特點，考查透鏡的光路圖，利用凸透鏡三條特殊的光線作圖.

[鏈接五]

（2013年哈爾濱市松北區(qū)二模）如圖所示，請你再畫出一束光路圖，并確定發(fā)光點S像的位置.

探索與點撥

過光心的光線經(jīng)凸透鏡后傳播方向不改變，折射光線將會聚在發(fā)光點S的像上（實際光線會聚得到的交點為實像，光線的反向延長線的交點為虛像），據(jù)此作圖.

：從發(fā)光點S發(fā)出的、過光心的光線經(jīng)凸透鏡后傳播方向不改變，兩條折射光線反向延長線的交點就是發(fā)光點S的像的位置，答案如圖所示：