初中物理专题讲义-凸透镜成像问题

专题十凸透镜成像问题透镜成像是中考主要内容,重点是凸透镜成像规律、作图和探究性实验。

尤其是探究性问题,需要注意以下问题：凸透镜成像规律的注意问题：如图所示。

物距u：物体到凸透镜的距离；像距v：像到凸透镜的距离；焦距f：焦点到凸透镜光心的距离。

1.凸透镜成像实验：实验时点燃蜡烛,使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度,目的是：使烛焰的像成在光屏中央,便于观察。

2.若在实验时,无论怎样移动光屏,在光屏都得不到像,可能得原因有：①蜡烛在焦点以内；②烛焰在焦点上③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度；④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距,成像在很远的地方,光具座的光屏无法移到该位置。

⑤凸透镜焦距太大。

3.口诀记忆：一倍焦距分虚实,二倍焦距定大小；像的大小像距定,像儿跟着物儿跑；实像总是两侧倒,物近像远像变大,物远像近像变小；虚像总是同侧正,物近像近像变小。

4成实像时,物上移,像下移；物左移,像右移。

5.用不透明的物体挡住透镜的一部分,光屏上的像是完整的,但是亮度变暗6.成实像时,透镜不动,把蜡烛和光屏对调位置,不需调整,像的大小发生变化。

7.当v>u时成放大的像（倒立放大实像或正立放大虚像）,当v<u时成缩小的实像,当v=u时,成等大的实像。

8.实像与虚像的区别：实像：是由实际光线会聚而成的；能在光屏上承接,也可以用眼睛直接观察；像和物位于凸透镜的两侧,且一定是倒立的。

虚像：由实际光线的反向延长线会聚而成的,不能在光屏上承接,只能用眼睛观察到。

像和物位于凸透镜的同侧,且一定是正立的。

9.凸透镜成像原理：光的折射。

一、透镜成像作图利用透镜三条主要光线作图。

作图时要注意图中给出的是入射光线还是折射光线,具体要求是什么；无论要求是什么,都必须遵照折射规律和三条主要光线。

二、凸透镜成像规律1.透镜成像遵循光的折射规律。

2.牢记凸透镜成像规律（见考前速记）。

把像距、物距、焦距之间的关系和成像虚实结合起来。

三、透镜探究性实验透镜探究性实验主要分为探究像距与物距关系、探究像的虚实与物距之间关系、探究像的大小与物距、像距之间的关系、探究物距位置对像的影响、探究物距变化对像的方向（正立、倒立）的影响等。

解答凸透镜探究性实验,只要大家弄清楚凸透镜成像规律,一般情况下不难解答。

一、透镜1.透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件,透镜是根据光的折射现象制成的。

2.透镜与面镜区别：面镜利用光的反射现象成像,透镜利用光的折射现象成像；透镜成像遵循光的折射定律,面镜成像遵循光的反射定律。

3.透镜分类：透镜分为凸透镜和凹透镜。

（1）凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜（远视镜镜片,照相机的镜头、投影仪的镜头、放大镜等）。

（2）凹透镜：中间薄、边缘厚的透镜（近视镜等）。

4.透镜光路基本概念：图（1）是透镜光路示意图。

（1）过透镜两个球面球心的直线叫主光轴（主轴）,用“CC/”表示,透镜的几何中心叫光心,用“O ”表示。

CCOFFCCOFFa.凸透镜光路b.凹透镜光路图(1) 透镜光路示意图（2）平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于主光轴上一点,这点叫凸透镜焦点,用“F ”表示,如图（2）a 所示；平行于凹透镜主光轴的光线经凹透镜折射后发散,其反向延长线会交于一点,这是凹透镜的焦点（虚焦点）,如图（2）b 所示。

a.凸透镜光路概念b.凹透镜光路概念图（2）透镜光路概念（3）焦点到光心的距离焦距,焦距用“f ”表示,图（1）中就是“OF ”之间的距离。

凸透镜和凹透镜都各有两个焦点,凸透镜的焦点是实焦点,凹透镜的焦点是虚焦点。

（4）物体到光心的距离叫物距,用“u ”表示。

（5）像到光心的距离叫像距,用“v ”表示。

二、透镜的三条特殊光线1.过光心的光线,经透镜折射后传播方向不改变,如图（3）所示。

CCOFFCCOFF图（3）过光心的光线2.平行于主光轴的光线,经凸透镜折射后经过另一侧焦点；经凹透镜折射后向外发散,但其反向延长线过同侧焦点,如图（4）所示。

CCOFFCCOFF图（4）平行于主轴的光线3.经过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴,如图（5）所示。

C C OF F C COFF图（5）过焦点的光线4.透镜的作用：凸透镜有会聚光线作用,所以凸透镜也叫会聚透镜；凹透镜有发散光线作用,所以凹透镜也叫发散透镜。

三、凸透镜成像规律如图（6）是常见凸透镜成像规律光路图,见表（1）。

表（1）凸透镜成像规律表成像条件物距（u ）成像的性质 像距（v ） 应用u ﹥2f 倒立、缩小的实像 f ﹤v ﹤2f 照相机（图（6）a ）u=2f 倒立、等大的实像 v=2f 图（6）d f ﹤u ﹤2f 倒立、放大的实像v ﹥2f 投影仪（图（6）b ） u=f 不成像 射出的是平行光线 0﹤u ﹤f正立、放大的虚像v ﹥f放大镜（图（6）c ）a. u ﹥2fb. f ﹤u ﹤2fc.0﹤u﹤fd.u=2f图（6）凸透镜成像光路图凸透镜成像规律需要牢记,同学们可以自己总结其规律。

也可以背下下面口诀：“物大焦,倒立实,物越大,像越小；物小焦,正立虚；物为焦,不成像”。

这里的“物”指物距,“像”指像距,“焦”指焦距。

注意：（1）实像是由实际光线会聚而成,在光屏上可呈现,可用眼睛直接看,所有光线必过像点；（2）虚像不能在光屏上呈现,但能用眼睛看,由光线的反向延长线会聚而成。

四、透镜应用1.照相机：镜头是凸透镜,物距大于二倍焦距,成倒立、缩小的实像。

2.投影仪：镜头是凸透镜,物体在一倍焦距与二倍焦距之间,成倒立、放大的实像；透过平面镜使倒立,放大的像再倒立一次,这样我们在屏幕上看到的就是一个正立的实像了。

注意：照相机、投影仪要使像变大,应该让透镜靠近物体,远离胶卷、屏幕。

3.放大镜：放大镜是凸透镜,放大镜到物体的距离（物距）小于一倍焦距,成的是放大、正立的虚像。

4.眼睛：眼睛的晶状体相当于凸透镜,视网膜相当于光屏（胶卷）。

（1）眼睛的成像原理:从物体发出的光线经过晶状体等一个综合的凸透镜在视网膜上形成倒立,缩小的实像,分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激,把这个信号传输给大脑,人就可以看到这个物体了（眼睛的晶状体相当于凸透镜,视网膜相当于光屏（胶卷））。

（2）近视眼看不清远处的物体,远处的物体所成像在视网膜前,晶状体曲度过大,需戴凹透镜调节,所以近视镜是凹透镜。

（3）远视眼看不清近处的物体,近处的物体所成像在视网膜后面,晶状体曲度过小,需戴凸透镜调节,所以远视镜（花镜）是凸透镜。

5.显微镜：显微镜由目镜和物镜组成,物镜、目镜都是凸透镜,它们对物体进行两次放大。

普通光学显微镜是根据凸透镜成像原理,经过凸透镜的两次成像。

第一次先经过物镜（凸透镜1）成像,这时候的物体应该在物镜(凸透镜1）的一倍焦距和两倍焦距之间,成的像应该是放大倒立的实像。

而后以第一次成的物像作为“物体”,经过目镜的第二次成像。

由于我们观察的时候是在目镜的另外一侧,第二次成的像应该是一个虚像,这样像和物才在同一侧,因此第一次成的像应该在目镜（凸透镜2）的一倍焦距以内,这样经过第二次成像,第二次成的像是一个放大的正立的虚像。

6.望远镜：望远镜也是由两组凸透镜（目镜和物镜）组成,它的结构特点是物镜的焦距长而目镜的焦距短。

望远镜的成像原理是：物镜的作用是得到远处物体的实像,由于物体离物镜非常远,所以物体上各点发射到物镜上的光线几乎是平行光束,这样的光线经过物镜汇聚后,就在物镜焦点以外,在离焦点很近的地方,形成了一个倒立的、缩小的实像。

这个倒立的、缩小的实像又位于目镜的焦点以内,所以目镜起了放大镜的作用,目镜把经过物镜的倒立、缩小的实像放大成了一个正立的、放大的虚像。

这就是远处物体通过望远镜所成的虚像。

一、凸透镜成像作图【典例1】（泰安）如图所示,入射光线平行于凸透镜的主光轴,在答题卡上画出通过透镜后的折射光线。

【解析】关于凸透镜,有三条特殊的入射光线：①平行于主光轴；②过焦点；③过光心的。

每条特殊的入射光线对应的折射光线都有自己的特点。

根据两者的对应关系可以告诉入射光线做出折射光线；也可以利用折射光线做出对应的入射光线。

由图示可知,入射光线平行于主光轴,根据入射光线的特点,可以画出对应的折射光线。

【解答】平行于主光轴的入射光线经过凸透镜折射后,折射光线过焦点,由此可以确定该条入射光线对应的折射光线。

故画图如下。

二、凸透镜成像规律【典例2】(福建A)在探究凸透镜成像特点实验中,蜡烛、凸透镜和光屏在光具座上的位置如图所示,此时能在光屏上看到烛焰清晰的像,若保持透镜位置不变,将蜡烛沿光具座向原离透镜的方向移动10cm,调节光屏位置,可在光屏上看到（）。

A．缩小的实像 B．放大的实像 C．缩小的虚像 D．放大的虚像【解析】此题考查了有关凸透镜成像的规律,掌握凸透镜成像的特点与物距、像距之间的关系,根据物距与像距的大小关系得出成像的特点。

由题图可知,此时物距为20cm,像距为20cm,能在光屏上看到烛焰清晰的像,物距等于像距,物体在二倍焦距处,成倒立、等大的实像。

则u=v=2f,由此可得,凸透镜的焦距f=10cm。

若保持透镜位置不变,将蜡烛沿光具座向远离透镜的方向移动10cm,物距变大,像距变小,像变小,故成缩小的实像,故A正确。

【答案】A。

三、凸透镜应用【典例3】(荆门)关于生活中的光现象,下列说法正确的是（）。

A．凸透镜成实像时对光线有会聚作用,成虚像时对光线有发散作用；B．平面镜成像时,物体与平面镜距离越远,所成的虚像越小；C．眼睛近视了看不清书本上的字,应该配戴用凸透镜做成的眼镜,可以起到放大作用；D．因为光的折射,我们观察到日出的时刻会比实际日出时间早【解析】A、不管凸透镜成实像还是成虚像,凸透镜对光线都有会聚作用,故A错误；B、由平面镜成像的特点可知,物像等大,像的大小与物体到平面镜的远近无关；因此,平面镜成像时,物体与平面镜距离越远,所成的虚像也不会变小,故B错误；C、近视眼是由于晶状体的凸度增大,或眼球前后径过长,形成的像就会落在视网膜的前方；近视眼应该佩戴具有发散作用的凹透镜加以矫正（使光线延迟会聚,像成在视网膜上）,而不是配戴用凸透镜做成的眼镜,故C错误；D、地球表面上有大气层,且大气层并不是均匀的,阳光射入大气层时会发生折射现象；当太阳还在地平线以下时,由于光的折射,人们能够提前观察到日出,即观察到日出的时刻会比实际日出时间早；故D正确。

故选D。

一、凸透镜成像作图1.（青岛）如图,F1、F2分别为凹透镜和凸透镜的焦点,且两透镜的左焦点重合,请画出图中光线经透镜折射后的完整光路。

【解析】（1）凸透镜有三条特殊光线：过光心的光线其传播方向不变；过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点；凹透镜有三条特殊光线：过光心的光线其传播方向不变；指向另一侧焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴；平行于主光轴的光线经凹透镜折射后折射光线反向延长通过焦点。