用圖像歸納知識巧解透鏡成像試題

邵邦武

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）01-0072-03

凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用是初中物理教學(xué)的重點，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，更是中考的熱點。在歷年中考物理試題中考查凸透鏡成像的試題形式多樣、不斷創(chuàng)新，學(xué)生只有深入理解并靈活掌握該知識點才能在解題中得心應(yīng)手，取得高分。然后，對于大多數(shù)學(xué)生來說，要做到得心應(yīng)手，相當(dāng)不易，其中最主要的原因就是容易混淆凸透鏡成像的各種特點，以及搞不清楚物距和像距的變化關(guān)系。因此，在教學(xué)中除了讓學(xué)生進行實驗探究凸透鏡成像規(guī)律外，還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上采用有效的方式將凸透鏡成像知識進行歸類整合，方便學(xué)生理解和記憶，使學(xué)生在解題時有章可循，有據(jù)可依。

一、采用物像區(qū)間圖歸納成像規(guī)律，解決系列常規(guī)試題

凸透鏡成像比較復(fù)雜，學(xué)生即使通過實驗探究，正確得出了成像規(guī)律后，還是不易掌握，容易混淆。因而采用有效的方式幫助學(xué)生梳理、分清凸透鏡成像規(guī)律就顯得尤為重要。以往我們多數(shù)采用圖表來歸納凸透鏡成像規(guī)律，圖表看起來雖然簡潔，但比較抽象不易于學(xué)生理解和記憶。采用如圖1所示的物像區(qū)間圖，可以形象生動地將物體在各個區(qū)間成像的位置、正倒、虛實、大小等情況直觀呈現(xiàn)，一目了然。

該圖像呈現(xiàn)的畫面與學(xué)生進行探究凸透鏡成像規(guī)律時的實驗情景一致，形象、直觀，幾乎攬括了凸透鏡成像的所有性質(zhì)和規(guī)律，具體歸納如下：

（1）各個區(qū)間的成像性質(zhì)及應(yīng)用直觀呈現(xiàn)：

u>2f.倒立、縮小、實像，照相機原理；

u=2f.倒立、等大、實像；

f

u

（2）物像分布區(qū)間一一對應(yīng)（如圖1雙向箭頭所示）：成實像時，物像異側(cè)；成虛像時，物像同側(cè)，且v>u。

（3）兩個特殊分界點：

1倍焦距分虛實：u>f，實像；u

2倍焦距分大?。簎>2f，縮小；u_2f，等大；u<2f，放大

（4）像距與物距的大小關(guān)系決定了成像大小：

v

v—u，成等大的像；

v>u，成放大的像（如圖1所示，由于v2>u2，所以成放大的像）。

該圖呈現(xiàn)的信息直觀形象，學(xué)生讀懂并理解了這樣一副圖，能很好地解決一系列凸透鏡成像的試題。

例題1.如圖2所示，一束平行光經(jīng)過一凸透鏡，調(diào)節(jié)光屏的位置直到在屏上得到一個最小、最亮的光斑.小明用此凸透鏡和蠟燭做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗，當(dāng)燭焰距凸透鏡30cm時，重新調(diào)節(jié)光屏的位置，可以在光屏上得到（

）

A.正立放大的虛像 B.倒立等大的實像

C.倒立放大的實像 D.倒立縮小的實像

解析：首先由圖2可知該凸透鏡的焦距f=lOcm，2f=20cm，由于30cm>2f，根據(jù)成像區(qū)間圖很容易知道光屏上呈現(xiàn)的是倒立、縮小的實像，所以正確選項為D。

例題2.在“探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗”中，將蠟燭置于透鏡前某處時，在另一側(cè)的光屏上得到了一個倒立、放大清晰的像，現(xiàn)保持透鏡位置不動，將蠟燭和光屏的位置對調(diào)，則光屏上（ ）

A.無法成像

B.呈現(xiàn)正立、放大的像

C.呈現(xiàn)倒立、放大的像

D.呈現(xiàn)倒立、縮小的像

解析：該題有一定難度，因為大多數(shù)學(xué)生在探究凸透鏡成像規(guī)律時一般更關(guān)注蠟燭所處的區(qū)間位置，而較少關(guān)注成像所處的區(qū)間，所以當(dāng)把蠟燭和光屏對調(diào)后，就不清楚蠟燭所處的區(qū)間，也就無法作出正確選擇。相反，如果學(xué)生頭腦中有了物像區(qū)間圖，根據(jù)物像區(qū)間的一一對應(yīng)關(guān)系，就很容易知道此時倒立、放大實像是在大于2倍焦距的區(qū)間，當(dāng)把蠟燭放在該處，物距就變成了大于2倍距焦，所呈現(xiàn)的將是倒立、縮小的實像，所以正確應(yīng)選項是D。

例題3.在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，蠟燭、凸透鏡、光屏在光具座上的位置如圖3所示。其中明顯還需要調(diào)整的是

。調(diào)整后恰好能從光屏上觀察到倒立、

（選填“縮小”或“放大”）的實像，該成像特點可作為

的原理（選填“照相機”或“電影放映機”）。

解析：該試題沒有給出焦距的大小，也沒有說明蠟燭在幾倍焦距的位置，不能用物體所處的區(qū)間來直接判斷成像情況，而應(yīng)該采用比較像距與物距的大小關(guān)系來判斷。由圖3可以看出v

二、參照物像移動方向圖，巧解成像變化試題

在凸透鏡成像的試題中常有考查物像移動的關(guān)系，以及成像大小的變化。物像移動可以分為豎直方向和水平方向兩種，具體的移關(guān)系如圖4和圖5所示。

（1）豎直方向物像移動方向相反（如圖4實箭頭所示）：物下移，像上移；物上移，像下移。

（2）豎直方向鏡像移動方向相同（如圖4虛箭頭所示）：凸透鏡上移，像也上移；凸透鏡下移，像也下移。

（3）水平方向物像移動方向相同：物向左移，像也向左移；物向右移，像也向右移。

物像同向移動產(chǎn)生的像距隨物距的變化關(guān)系表現(xiàn)為：物距變大，像距變??；物距變小，像距變大。

（4）像距變化決定成像大小的變化：像隨像距的增大而變大，隨像距減小而變小。（即像距大，像也大；像距小，像也小。）

例題4.如圖6所示在利用光具座進行凸透鏡成像的實驗探究中：

（1）為了使像能成在光屏的中央，她應(yīng)把蠟燭向 調(diào)（填“上”、“下”）；

（2）調(diào)整后，把燭焰放在距凸透鏡26cm處時，在凸透鏡另一側(cè)前后移動光屏，會在光屏上得到一個倒立、的實像（填寫像的性質(zhì)）；

（填光學(xué)儀器）就是利用這一成像規(guī)律工作的。如果將蠟燭在此基礎(chǔ)上遠(yuǎn)離透鏡，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏應(yīng)向

（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）透鏡的方向移動，所得到的像

（填“變大”或“變小”）。

解析：第（1）題運用豎直方向物像移動相反的關(guān)系很容易判斷蠟燭要向“上”調(diào)；第（2）小題前兩個空格由物像區(qū)間圖可知成“縮小”實像，“照相機”利用這一原理工作。根據(jù)水平方向物像移動是同向的規(guī)律，很容易得出光屏要向“靠近”透鏡方向移動。再根據(jù)光屏靠近時像距變小，像也變小的特點，可知所得到的像“變小”。

例題5.在給班級照集體像時，攝影師發(fā)現(xiàn)兩旁還有同學(xué)沒有進入取景框內(nèi)，要想取景框內(nèi)得到全班學(xué)生清晰滿意的畫面，攝影師應(yīng)（

）

A.使照相機離人近些，同時增大暗箱長度

B.使照相機離人遠(yuǎn)些，同時縮短暗箱長度

C.使照相機離人遠(yuǎn)些，同時增大暗箱長度

D.使照相機離人近些，同時縮短暗箱長度

解析：攝影師發(fā)現(xiàn)有同學(xué)沒有進入取景框內(nèi)，說明所照的像大了，應(yīng)該讓像變小一些，根據(jù)像距小，像也小的關(guān)系，可知像距要減小，即要縮短暗箱長度；而像距變小時，物距要增大，即照相機離人要遠(yuǎn)些，所以正確選項是B。

三、類比視力矯正原理圖，攻克雙透鏡成像試題

在探究凸透鏡成像的實驗題中，常有一類是在蠟燭與凸透鏡中放上一副眼鏡形成雙透鏡成像的試題。要解決這類試題首先要理解視力矯正的原理，并把該知識遷移到雙透鏡成像試題中就可以迎刃而解。

如圖7所示，近視眼成像在視網(wǎng)膜前方，矯正時配戴凹透鏡，由于凹透鏡對光有發(fā)散作用，當(dāng)入射光經(jīng)過凹透鏡發(fā)散一些以后，再經(jīng)過晶狀體（相當(dāng)于凸透鏡）折射，光線的匯聚點（即像點）會遠(yuǎn)離一些，正好就在視網(wǎng)膜上。

如圖8所示，遠(yuǎn)視眼成像在視網(wǎng)膜后方，矯正時配戴凸透鏡，由于凸透鏡對光有會聚作用，當(dāng)入射光經(jīng)過凸透鏡會聚一些以后，再經(jīng)過晶狀體（相當(dāng)于凸透鏡）折射，光線的匯聚點（即像點）會靠近了一些，正好在視網(wǎng)膜上。

從視力矯正原理圖我們可以歸納出兩點：

①凹透鏡把光發(fā)散后，使成像點后移（遠(yuǎn)離凸透鏡）；

②凸透鏡把光會聚后，使成像點前移（靠近凸透鏡）。

該視力矯正原理圖，不僅方便學(xué)生理解視力矯正的原理，而且遷移到試題中進行類比，還可以輕松解釋雙透鏡成像難題。

例題6.在探究凸透鏡成像實驗中小明在光屏上獲得清晰的像后，取了一副近視眼鏡放在凸透鏡前（如圖9），要使光屏上還能成清晰的像，可將光屏向

移，或者將蠟燭向

（選填“左”或“右”）移。解析：近視眼鏡是凹透鏡，根據(jù)近視眼視力矯正原理圖不難發(fā)現(xiàn)，加入凹透鏡后成像點向“后”移（即遠(yuǎn)離透鏡），在該題中表現(xiàn)為向右移，所以光屏要向右移才能得到清晰的像。

如果光屏不動而要移動蠟燭得到清晰的像，還要運用物像同向移動知識進行分析：加入凹透鏡后，成像點右移了，而光屏不動，就需要將像向左移一些才能回到光屏上，依據(jù)物像同向移動的特點可知，像要向左移，則蠟燭也要向左移。

例7.在探究凸透鏡成像實驗時，小紅拿來一只眼鏡放在蠟燭和凸透鏡之間，且較靠近凸透鏡。結(jié)果，光屏上原來清晰的像變模糊了，她只將光屏向遠(yuǎn)離凸透鏡的方向移動適當(dāng)距離時，又在光屏上觀察到蠟燭清晰的像。由此可見，這只眼鏡是

（填“凸”或“凹”）透鏡，戴這種眼鏡人的眼睛的缺陷是

（選填“近視”或“遠(yuǎn)視”）。

解析：根據(jù)視力矯正原理圖進行遷移類比，不難知道，能使成像遠(yuǎn)離的是凹透鏡，所以這只眼鏡是凹透鏡，戴這種眼鏡人的眼睛的缺陷是近視。

總之，用圖像歸納凸透鏡成像的性質(zhì)和規(guī)律，不僅可以使抽象內(nèi)容形象化，有助于學(xué)生對知識的理解和記憶，而且能夠巧妙地幫助學(xué)生解決一系列凸透鏡成像試題，輕松攻克難點。