4.5科学探究_凸透镜成像--2025-2026学年教科版八年级上册物理教学课件

4.5 科学探究_凸透镜成像学习目标知道凸透镜的基本概念，如光心、焦点、焦距，能区分凸透镜和凹透镜。通过科学探究，得出凸透镜成像的规律，包括不同物距下像的大小、正倒、虚实及像距的变化。能运用凸透镜成像规律解释生活中的现象，如照相机、投影仪、放大镜的工作原理。掌握科学探究的基本步骤，提高实验操作、数据记录和分析归纳的能力。培养严谨的科学态度和合作精神，激发对光学探究的兴趣。情境导入展示一组图片：用照相机拍摄的风景照、投影仪投射的幻灯片、用放大镜观察的细小文字。提问：这些工具都能形成清晰的像，它们内部都有一个重要的光学元件 —— 凸透镜。那么，凸透镜所成的像有什么特点？像的性质与物体到凸透镜的距离有什么关系呢？引出主题：本节课我们将通过科学探究，揭开凸透镜成像的奥秘。凸透镜的基本概念凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜，对光线有会聚作用，也叫会聚透镜。基本概念：光心（O）：凸透镜的中心，通过光心的光线传播方向不变。焦点（F）：平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚在主光轴上的一点。凸透镜有两个实焦点，分别位于透镜的两侧。焦距（f）：焦点到光心的距离，用符号 “f” 表示。主光轴：通过光心和两个焦点的直线。物距（u）：物体到凸透镜光心的距离。像距（v）：像到凸透镜光心的距离。示意图：画出凸透镜，标注光心、焦点、焦距和主光轴，帮助学生直观理解。科学探究：凸透镜成像规律提出问题凸透镜所成的像的大小、正倒、虚实与物体到凸透镜的距离（物距）有什么关系？猜想与假设根据生活经验和对凸透镜的初步认识，猜想：当物体离凸透镜很远时，可能成倒立、缩小的实像（如照相机）。当物体离凸透镜较近时，可能成倒立、放大的实像（如投影仪）。当物体离凸透镜很近时，可能成正立、放大的虚像（如放大镜）。实验器材光具座、凸透镜（已知焦距）、蜡烛、光屏、火柴。实验步骤组装实验装置：将凸透镜固定在光具座的中间位置，蜡烛和光屏分别放在凸透镜的两侧，调整蜡烛、凸透镜和光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度（即 “三心等高”），目的是使像能成在光屏的中央。测量并记录凸透镜的焦距 f。探究 u > 2f 时的成像情况：将蜡烛放在凸透镜的 2 倍焦距以外（u > 2f），移动光屏，直到光屏上出现清晰的像。观察像的大小、正倒和虚实，记录物距 u 和像距 v。探究 u = 2f 时的成像情况：将蜡烛放在凸透镜的 2 倍焦距处（u = 2f），移动光屏，找到清晰的像。观察并记录像的性质及像距 v。探究 f < u < 2f 时的成像情况：将蜡烛放在凸透镜的 1 倍焦距和 2 倍焦距之间（f < u < 2f），移动光屏，观察像的性质，记录物距 u 和像距 v。探究 u = f 时的成像情况：将蜡烛放在凸透镜的焦点处（u = f），移动光屏，观察光屏上是否能成像。探究 u < f 时的成像情况：将蜡烛放在凸透镜的 1 倍焦距以内（u < f），移动光屏，观察光屏上是否能成像；从光屏一侧透过凸透镜观察像的性质。改变凸透镜的焦距（或更换不同焦距的凸透镜），重复上述实验，验证结论的普遍性。实验数据记录实验次数物距 u 与焦距 f 的关系物距 u/cm像距 v/cm像的性质1u > 2f大小：______ 正倒：______ 虚实：______2u = 2f大小：______ 正倒：______ 虚实：______3f < u < 2f大小：______ 正倒：______ 虚实：______4u = f（能否成像：______）5u < f大小：______ 正倒：______ 虚实：______实验现象与结论当 u > 2f 时：现象：光屏上成倒立、缩小的实像，像距 f < v < 2f。实例：照相机。当 u = 2f 时：现象：光屏上成倒立、等大的实像，像距 v = 2f。应用：可用来测量凸透镜的焦距。当 f < u < 2f 时：现象：光屏上成倒立、放大的实像，像距 v > 2f。实例：投影仪、幻灯机。当 u = f 时：现象：不成像，此时折射光线平行射出。当 u < f 时：现象：光屏上不成像，从透镜另一侧能看到正立、放大的虚像，像与物在透镜的同侧。实例：放大镜。实验注意事项实验时应在较暗的环境中进行，便于观察像的清晰程度。调整 “三心等高” 是保证像成在光屏中央的关键，若像偏上，可将蜡烛或光屏上移，或凸透镜下移。移动光屏寻找清晰的像时，要缓慢移动，直到像最清晰为止。记录数据时要准确，读数时视线应与光具座的刻度线保持水平。凸透镜成像规律的应用照相机：原理：当 u > 2f 时，凸透镜成倒立、缩小的实像。结构：镜头相当于凸透镜，胶片相当于光屏。拍摄远景时，物距增大，像距减小，镜头向后缩；拍摄近景时，物距减小，像距增大，镜头向前伸。投影仪：原理：当 f < u < 2f 时，凸透镜成倒立、放大的实像。结构：镜头相当于凸透镜，投影片相当于物体，屏幕相当于光屏。投影片要倒放，才能在屏幕上成正立的像。放大镜：原理：当 u < f 时，凸透镜成正立、放大的虚像。使用：将物体放在凸透镜的焦点以内，透过凸透镜观察物体，离焦点越近，像越大。课堂活动：分析实验数据，总结规律各小组展示实验数据，交流实验中遇到的问题及解决方法。共同分析数据，归纳凸透镜成像的规律，完成以下表格：| 物距 u | 像的性质 | 像距 v | 应用 ||---|---|---|---||u > 2f | 倒立、缩小、实像 | f < v < 2f | 照相机 ||u = 2f | 倒立、等大、实像 | v = 2f | 测焦距 ||f 2f | 投影仪 ||u = f | 不成像 |——|——||u < f | 正立、放大、虚像 | v > u（与物同侧）| 放大镜 |讨论：当物体从远处逐渐靠近凸透镜时，像的大小和像距如何变化？结论：物近像远像变大（u 减小，v 增大，像变大），但要注意 u < f 时，物近像近像变小。随堂练习凸透镜对光线有______作用，它的焦点到光心的距离叫做______。当物体在凸透镜的 2 倍焦距以外时，成______、______的______像，这是______的工作原理。用焦距为 10cm 的凸透镜观察课本上的字，要看到正立、放大的像，课本到凸透镜的距离应（ ）A. 大于 20cmB. 等于 20cmC. 在 10cm 到 20cm 之间D. 小于 10cm某同学用凸透镜观察物体，当物体距凸透镜 15cm 时，在光屏上得到一个倒立、放大的实像，则该凸透镜的焦距可能是（ ）A. 5cmB. 10cmC. 15cmD. 20cm简述投影仪的工作原理，并说明投影片为什么要倒放。答案会聚；焦距倒立；缩小；实；照相机DA投影仪的工作原理是当物距在凸透镜的 1 倍焦距和 2 倍焦距之间（f < u < 2f）时，凸透镜成倒立、放大的实像。投影片倒放是为了使屏幕上呈现正立的像，因为凸透镜成的是倒立的像，倒放的投影片经过凸透镜成像后会变为正立。总结凸透镜对光线有会聚作用，其成像性质与物距密切相关。凸透镜成像规律：当 u > 2f 时，成倒立、缩小的实像；u = 2f 时，成倒立、等大的实像；f < u < 2f 时，成倒立、放大的实像；u = f 时，不成像；u < f 时，成正立、放大的虚像。照相机、投影仪、放大镜等都是凸透镜成像规律的具体应用。通过科学探究，我们经历了提出问题、猜想假设、实验验证、分析归纳的过程，提高了实验操作和数据分析能力，深刻理解了凸透镜成像的规律。1.透镜的概念透镜是用透明物质（通常是玻璃）制成的、至少一个表面为球面一部分的光学元件.光通过透镜发生折射,改变光的传播方向.2.透镜的分类典例1 在如图所示的透镜中,属于凸透镜的是__________,它们的共同特点是________________；属于凹透镜的是______,它们的共同特点是________________.A、B、D中间厚、边缘薄 中间薄、边缘厚 3.透镜的相关概念 厚度远小于球面半径的透镜叫作________（厚度可忽略不计）.中学阶段研究的透镜均为薄透镜.薄透镜教材深挖透镜对光的作用的原理是光的折射，透镜中光路也是可逆的.若把点光源放在凸透镜的焦点上，射向凸透镜的光折射后会变成平行光，因此可利用凸透镜获得平行光.4.实验演示：透镜对光的作用（也是判断透镜种类的依据）（1）凸透镜对光的作用如图所示，让平行于凸透镜主光轴的几束光射向凸透镜，观察到光通过凸透镜后会聚于主光轴上一点.（2）凹透镜对光的作用如图所示，让平行于凹透镜主光轴的几束光射向凹透镜，观察到光通过凹透镜后偏离主光轴，但其反向延长线交于主光轴上一点.归纳总结 凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用.因此，凸透镜又叫作会聚透镜，凹透镜又叫作发散透镜.5.对“会聚作用”和“发散作用”的理解（1）凸透镜对光有会聚作用，指的是通过凸透镜的光将向主光轴方向偏折（但不一定会聚于一点），如图所示. 让会聚光更会聚 减弱发散光的发散程度（2）凹透镜对光有发散作用，指的是通过凹透镜的光将向远离主光轴方向偏折（但仍有可能会聚于一点），如图所示.教材深挖类比三棱镜理解透镜对光的作用1.凸透镜对光的会聚作用凸透镜可以理解成如图甲所示的无数个三棱镜的组合.由光的折射规律可知，当一束光平行于棱镜底边射入棱镜时发生两次折射，两次折射时光都由棱镜薄的位置向棱镜厚的位置偏折,从而使凸透镜对光有了会聚作用.2.凹透镜对光的发散作用同样，凹透镜可以近似分解成如图乙所示的无数个三棱镜,一束平行于棱镜底边的光射入棱镜后,经过两次折射将向棱镜厚的位置偏折，从而使凹透镜对光有了发散作用.典例2 小柯记录了光线通过四个透镜（图中未画出）的情形，其中是凸透镜的是( ) B  6.平行光聚焦法粗测凸透镜的焦距 如图所示,让凸透镜正对着太阳光（使太阳光平行于主光轴）（太阳离我们非常远,照射到地面的太阳光可看成平行光）,再拿一张白纸放在它的另一侧,调整凸透镜与纸的距离,直到纸上的光斑最小、最亮（这个点就是凸透镜的焦点）.测出这个光斑到凸透镜光心的距离,即该凸透镜的焦距.这种测凸透镜焦距的方法称为平行光聚焦法.7.透镜的三条特殊光路通过光心的光、平行于主光轴的光、通过焦点的光经凸透镜和凹透镜折射后的情况如表所示. 甲[答案] 如图乙所示.乙 2.实验：探究凸透镜成像的规律3.实验注意事项（1）凸透镜最好放在光具座的中间位置，便于调节物距和像距.（2）调整光屏时最好不调整凸透镜的位置，否则会引起物距改变.（3）判断像是否最清晰的方法：光屏在某位置时，若向前或向后移动光屏，像都会变模糊，则此位置即为像最清晰的位置.特别提醒1.若光源、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度，像可能成在光屏的上方或下方.2.当光源在凸透镜1倍焦距以外，但非常靠近焦点时，虽然能成实像，但所成的像很大，且像距也很大，而光具座长度和光屏的大小有限，光屏不能承接到清晰的像.3.若光源位于凸透镜的焦点处，光源发出的光经凸透镜折射后平行射出，光屏上不会出现像．4.若光源位于凸透镜的焦距之内，光源与其所成的虚像在凸透镜同一侧，此时光屏不能承接到像．4.凸透镜成像规律的光路分析利用凸透镜三条特殊光路中的任意两条可以画出相应的光路图，从而判断出像距的大小和成像的具体情况，这是理解凸透镜成像规律的最好方法.   √1.放大镜放大镜是一个短焦距的凸透镜，可以将较小的物体“放大”，如图所示.同侧2.照相机镜头相当于一个凸透镜，要求被拍物体成像在相机内感光元件上.特别提醒1.平时我们看到照相机成的像都是正立的，这是为了取景方便，经过技术处理将倒立的像转变成了正立的.照相机在感光元件上所成的像是倒立、缩小的.2.“缩小的像”与“像变小”两种说法含义不同.“缩小的像”是指像的大小与物体大小相比较，像比物体小；“像变小”是指物体后一次成的像比前一次成的像小，反映的是前、后两次成像大小的变化.3.投影仪（放映机）投影仪、放映机等投影设备都有一个相当于凸透镜的镜头，来自投影片或数码装置的图像要求能在远处银幕上呈放大的实像.投影仪成像原理辨析比较4.实像与虚像（1）实像：照相机和投影仪所成的像，是光通过凸透镜后会聚而成的，有光能聚集，所以能用光屏承接.如果把感光胶片放在像的位置，能记录所成的像，这种像是实像.（2）虚像：通过放大镜用眼睛看到的像不是由实际光会聚成的，在像的位置上没有光能聚集.因此在像的位置，光屏上不能成像，这种像是虚像.知识点1 透镜的分类1. [2024·保定期末]如图所示的四种玻璃透镜中(　C　)C知识点2 透镜对光的作用2. [2024·深圳开学考试]关于凸透镜对光的作用，下列说法正确的是(　D　)D3. [2024·石家庄期末]如图是一束光射向并通过透镜的光路图。由图可知该透镜是 (填“凸透镜”或“凹透镜”)，此透镜对光有 (填“会聚”或“发散”)作用。凹透镜　发散　知识点3 焦点和焦距4. [古代科技][2023·襄阳]西汉时期的《淮南万毕术》中，记载有“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”其中“削冰令圆”是把冰削成 透镜；“以艾承其影”是把“艾”(易燃物)放在透镜的 上。凸　焦点　5. 关于透镜，下列说法错误的是(　B　)B6. [2024·新疆期末]小明利用太阳光测量凸透镜的焦距，下列操作最合理的是(　C　) AB CDC知识点4 三条特殊光线7. [2024·深圳一模]如图所示，完成两束光的折射光路图。 8. [2024·韶关模拟]请补全如图所示的光路图。 9. 如图所示，将一副无色透明眼镜放到太阳光下，靠近地面时，依据在地面上观察到的现象，可以判断镜片是(　D　)D10. [2024·北京期末，多选]如图所示，甲、乙两个凸透镜的焦距分别是3 cm和5 cm，跟主光轴平行的光分别射向甲、乙两个凸透镜，则下列说法正确的是(　AB　)【点拨】　　凸透镜对光有会聚作用，该平行光经过甲、乙凸透镜都会聚于各自的焦点处，A正确；凸透镜焦点到光心的距离叫焦距，甲、乙两个凸透镜的焦距分别是3 cm和5 cm，说明甲凸透镜焦点到光心的距离小于乙凸透镜焦点到光心的距离，平行光射向甲凸透镜先会聚，B正确，D错误；凸透镜的焦距越小，折光能力越强，所以乙凸透镜的折光能力比甲凸透镜弱，C错误。【答案】AB11. [2024·株洲期末]如图所示的一块长方形玻璃，内部有一个很大的椭圆形空气泡，当一束平行光从左平行射向它时，它对这束平行光将有 (填“会聚”或“发散”)作用；实际上，我们可以用图中竖直虚线将它分作左右两部分来看，就相当两个 透镜。发散　凹　【点拨】　　由图可知，竖直虚线将玻璃分为左右两部分，形成两个中间薄、边缘厚的凹透镜，因此当一束平行光从左平行射向它时，它对这束平行光有发散作用。12. [2024·宁波期中]小明为判别直径相同的两透镜的类型，分别将它们正对太阳，把一张纸放在它的下方，在纸上得到相应的光斑，透镜与光斑的大小如图所示(d1＜d＜d2)。其中形成甲光斑的是 (填“凸”或“凹”)透镜，判断的理由是 ⁠ ，为了判断形成乙光斑的是哪种类型的透镜，小明将透镜远离纸片，观察光斑的大小一直变大，由此小明判断此透镜 (填“一定”“可能”或“一定不”)是凹透镜。凸　凸透镜对光具有会聚作用　可能　　　因为凸透镜对光具有会聚作用，凹透镜对光具有发散作用，所以根据图示可知，甲一定是凸透镜将光会聚而成的，而乙可能是凹透镜将光发散而成的，也可能是光经凸透镜会聚到焦点后，继续向前传播，形成放大的光斑，因此形成甲光斑的一定是凸透镜，形成乙光斑的可能是凹透镜。【点拨】13. [2023·成都]如图甲所示是博物馆内“刘充国印”的展台，上方是凸透镜，透过它能看到放大的印章；下方是平面镜，通过它能看到印章底部的字。图乙是其示意图，F为凸透镜的焦点，O为凸透镜的光心，光线A平行于凸透镜的主光轴(图中点划线)。请在图乙中画出：(1)光线A经过凸透镜折射后的光线。(2)光线B经过平面镜反射后的光线。【点拨】　　(1)平行于主光轴的光线经过凸透镜后，会聚于透镜焦点。(2)先过入射点垂直于平面镜作法线，由光的反射定律可得，反射角等于入射角，作出反射光线，如图所示。14. [实验探究]不同的凸透镜对光的折射程度是不相同的，即每一个凸透镜的焦距不一定相同。(1)焦距的大小由凸透镜的什么因素决定呢？你的猜想是： 、 、材料。(2)某同学用同种材料制成的两个凸起程度相同、横截面积不同的凸透镜会聚太阳光，测得会聚点到光心的距离都是10 cm，由此可推断 ⁠ ⁠。凸起程度　横截面积　凸透镜的焦距和凸透镜的横截面积无关　(3)某同学用同种材料制成的横截面积相同、凸起程度不同的凸透镜会聚太阳光，测得凸起程度较大的凸透镜的会聚点到光心的长度是5 cm，另一个是8 cm，你的推测是： ⁠ ⁠。凸透镜的焦距和凸透镜的凸起程度有关，凸起程度越大，焦距越小　(4)【实验设计】设计实验证明你的第三种猜想，写出简要的实验方法： ⁠ ⁠ ⁠ ⁠。要探究凸透镜的焦距和凸透镜的材料是否有关，就要采用控制变量法，需要选用不同材料制成的、相同凸起程度和相同横截面积的凸透镜，测量焦距，得出结论