分層作業(yè)：5.3 凸透鏡成像的規(guī)律（解析版）

學(xué)而優(yōu)教有方5.3凸透鏡成像的規(guī)律一、探究凸透鏡成像的規(guī)律1．小明在做“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗。

（1）測量凸透鏡焦距時，小明將凸透鏡安裝在光具座上，用平行光作光源，移動光屏，在光屏上得到一個最小最亮的光斑，如圖甲所示，則該凸透鏡的焦距為cm；（2）然后將點燃的蠟燭、凸透鏡、光屏依次安裝在光具座上，并調(diào)整燭焰、凸透鏡及光屏三者的中心，使其大致在；（3）再將點燃的蠟燭移到10cm處，如圖乙所示，移動光屏，直到在光屏上得到一個清晰的像；生活中（選填“照相機”、“投影儀”或“放大鏡”）就是利用這一成像原理來工作的；（4）在圖乙所示的實驗基礎(chǔ)上，保持凸透鏡的位置不變，將蠟燭向右移動到30cm處，適當(dāng)移動光屏直到再次在光屏上呈現(xiàn)清晰的像，所成的像將（選填“變大”、“變小”或“不變”）?！敬鸢浮浚?）10.0；（2）同一高度；（3）照相機；（4）變大?！驹斀狻浚?）由圖甲中，平行光線經(jīng)凸透鏡后會聚到一點，當(dāng)光屏上得到的最小、最亮的光斑便是凸透鏡的焦點，所以，焦距f=60.0cm-50.0cm=10.0cm（2）蠟燭燭焰的中心、凸透鏡的光心、光屏的中心，三者在同一條直線上，三者的中心大致在同一高度，位于凸透鏡的主光軸上，像才能呈在光屏的中心。（3）凸透鏡焦距為10.0cm，將點燃的蠟燭移到標尺10cm處，物距u=50.0cm-10.0cm=40.0cm此時u>2f，成倒立、縮小的實像，生活中照相機就是利用這一成像原理來工作的。（4）若保持凸透鏡位置不變，將蠟燭向右移動到30cm處，物距u=50.0cm-30.0cm=20.0cm此時u=2f，成倒立、等大的實像，所以成的像將變大。2．用F為焦點，探究焦距為f的凸透鏡成像規(guī)律，在實驗中；（1）發(fā)光物體和凸透鏡的位置如圖所示，圖中光屏未畫出，光屏上所成清晰的像在圖中（填數(shù)字序號）區(qū)域，像的箭頭方向是豎直向的，像的大小比發(fā)光物體要；（2）將光屏放在凸透鏡右側(cè)，發(fā)光物體放在A處，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)整光屏的位置，在光屏上都無法得到發(fā)光物體的像。撤去光屏，從凸透鏡右側(cè)向凸透鏡看去，觀察到發(fā)光物體的像，此像到凸透鏡的距離（填“大于”“等于”或“小于”）發(fā)光物體到凸透鏡的距離。

【答案】（1）③，下，小；（2）大于?！驹斀狻浚?）如圖所示，發(fā)光物體到凸透鏡的距離即物距大于二倍焦距，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，像距大于一倍焦距小于二倍焦距，故②④排除；又因為發(fā)光物體在透鏡主光軸上方，根據(jù)過透鏡光心的光線不改變傳播方向可知像的位置在主光軸下方，故光屏上所成清晰的像在圖中③的區(qū)域。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)物距大于二倍焦距，成縮小、倒立的實像，所以像的箭頭方向是豎直向下的；像的大小比發(fā)光物體要小。（2）當(dāng)物距小于一倍焦距時，我們在凸透鏡右邊看到的那個正立、放大的虛像是由光經(jīng)過凸透鏡的折射光線的反向延長線交點形成的，像在物的后方，故像到透鏡的距離大于物體到透鏡的距離。3.一個凸透鏡的焦距為15cm，當(dāng)物體離透鏡的距離為40cm時，在光屏與凸透鏡的距離為_____的范圍內(nèi)，能找到一個______、______的______像（填寫像的性質(zhì)）。當(dāng)物體離透鏡的距離為10cm時，光屏上______（選填“能”或“不能”）得到物體的像，此時眼睛應(yīng)在________（選填“物體”或“光屏”）一側(cè)通過凸透鏡觀察到一個_______、_______的_______像（填寫像的性質(zhì)）?！敬鸢浮?5～30cm，倒立、縮小、實；不能，光屏，正立、放大、虛。【解析】凸透鏡的焦距為15cm，物體離透鏡的距離為u=40cm時，物距大于兩倍焦距u＞2f，通過凸透鏡成一個倒立、縮小的實像，像距在一倍焦距與兩倍焦距之間，即15～30cm之間。當(dāng)物體離透鏡的距離為10cm時，物體在焦點以內(nèi)，u＜f，成的是正立、放大的虛像，光屏上無像，眼睛應(yīng)在光屏一側(cè)觀察。4．某同學(xué)探究凸透鏡成像規(guī)律時，光屏上得到了燭焰清晰的像（像未畫出），如圖所示。下列說法正確的是（）A．光屏上的像是正立的 B．光屏上的像是放大的C．投影儀是利用此成像原理制成的 D．撤去光屏，燭焰的像仍然在原處

【答案】D【詳解】ABC．如圖所示，物距大于像距，光屏上能夠得到了燭焰清晰的像，所成的是倒立縮小的實像，照相機是利用此成像原理制成的，故ABC錯誤。D．光屏是呈現(xiàn)蠟燭所成的像，不會影響成像的特點，撤去光屏，燭焰的像仍然在原處，故D正確。故選D。二、凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用5．如今，很多人喜歡用手機拍照，手機的鏡頭相當(dāng)于一個。若小歡手機攝像頭的焦距是0.03m，小歡用手機拍攝距離鏡頭1m的花朵，則花朵會在感光元件上形成一個、的實像?！敬鸢浮客雇哥R倒立縮小【詳解】手機的鏡頭相當(dāng)于一個凸透鏡。凸透鏡是一種中央比邊緣厚的透鏡，它對光線有會聚作用，是制作照相機、投影儀等光學(xué)儀器的重要元件。

當(dāng)物體到凸透鏡的距離大于二倍焦距時，成倒立、縮小的實像，像距在一倍焦距和二倍焦距之間；

手機攝像頭的焦距是0.03m，小歡用手機拍攝距離鏡頭1m的花朵。由于1m遠大于0.03m的二倍（即0.06m），所以此時花朵會在感光元件上形成一個倒立、縮小的實像。6.小明將凸透鏡正對太陽光，在距離凸透鏡10cm的白紙上呈現(xiàn)一個最小、最亮的光斑，此凸透鏡的焦距為cm。如圖是他用該凸透鏡觀看書本上“中國夢”三個字時的情況，如果他想看到更大的正立的“國”字，小明需要將凸透鏡書本（選填“遠離”或“靠近”），凸透鏡和書本的距離應(yīng)滿足的條件是。【答案】10遠離小于10cm【詳解】平行光經(jīng)過凸透鏡折射后會聚于一點，這一點就是凸透鏡的焦點，焦點到光心的距離為焦距，所以根據(jù)題意可知此凸透鏡的焦距為10cm。因為想要看到正立的像，所以可知此時凸透鏡相當(dāng)于一個放大鏡，放大鏡利用的是當(dāng)物距小于一倍焦距時，成正立、放大的虛像的原理，所以想看到正立的“國”字，凸透鏡和書本的距離應(yīng)小于10cm，而當(dāng)凸透鏡成正立、放大的虛像時，物距越大，像距越大，成的虛像越大，所以可知想要看到更大的正立的“國”字，小明需要將凸透鏡遠離書本，但是距離不能大于10cm。7．物理實驗課上，如圖所示為小海做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗裝置圖，當(dāng)點燃的蠟燭、透鏡、光屏位于如圖所示的位置時，光屏上得到燭焰清晰的像。則（）A．物距為40cm，像距為50.0cmB．光屏上成倒立、縮小的實像C．照相機應(yīng)用了該次實驗的成像規(guī)律D．投影儀應(yīng)用了該次實驗的成像規(guī)律

【答案】D【詳解】AB．由圖示知，刻度尺的分度值為1cm，蠟燭到凸透鏡的距離，即物距為u=40.0cm-30.0cm=10.0cm光屏到凸透鏡的距離，即像距v=90.0cm-40.0cm=50.0cm則物距小于像距，成倒立、放大的實像，故AB不符合題意；C．照相機所成的像是倒立、縮小的實像，故照相機不是應(yīng)用該次實驗的成像規(guī)律，C不符題意；D．投影儀成倒立、放大的實像，故投影儀應(yīng)用了該次實驗的成像規(guī)律，故D符合題意。故選D。8.在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，蠟燭、凸透鏡、光屏位置如圖所示，此時光屏上恰好呈現(xiàn)燭焰清晰的像（圖中未畫出）。下列說法正確的是（）A．該透鏡焦距可能為10cmB．圖中成像特點與投影儀成像特點相同C．蠟燭燃燒變短，光屏上的像也會向下移動D．透鏡位置不動，蠟燭向左移動并調(diào)整光屏的位置，光屏上清晰的像將變大

【答案】B【詳解】A．根據(jù)圖示可知，物距小于像距，成倒立、放大的實像，則f<u=50.0cm-30.0cm=20.0cm<2f??①v=80.0cm-50.0cm=30.0cm>2f??②解①②得10cm<f<15cm故A錯誤；B．根據(jù)圖示可知，物距小于像距，成倒立、放大的實像，其應(yīng)用是投影儀，故B正確；C．蠟燭燃燒變短，燭焰相對于凸透鏡向下移動，光屏上的像向上移動，故C錯誤；D．透鏡位置不動，蠟燭向左移動，物距變大，像距變小，像變小，所以調(diào)整光屏的位置，光屏上清晰的像將變小，故D錯誤。故選B。三、用作圖法研究凸透鏡成像規(guī)律9．圖中L為凸透鏡，MN為其主光軸，D為光心，若物體AB經(jīng)凸透鏡成的實像為A'B’，試用作圖的方法確定凸透鏡的一個焦點F，并在圖中標出F的位置．【答案】見解析?！驹斀狻吭囶}分析：根據(jù)凸透鏡成像原理，過光心的光傳播方向不變，因此A和像點的連線過光心，過A點的與主光軸的平行光線過凸透鏡后會聚與焦點，與過光心的光線交點即A的像點．如圖所示：10．如圖所示，請畫出發(fā)光點S經(jīng)凸透鏡后的出射光線，并確定發(fā)光點S的像點S′．【答案】見右圖?！驹斀狻坑蓤D可知，一條入射光線過焦點，則過焦點的光線經(jīng)凸透鏡折射后折射光線平行于主光軸；另一條入射光線過光心，則過光心的光線經(jīng)凸透鏡折射后傳播方向不變；兩條折射光線的交點即像點S′。如圖所示。11．如圖所示蠟燭通過凸透鏡在光屏上成清晰像，請在大致位置畫出凸透鏡后，作出光線AB經(jīng)凸透鏡折射后射向光屏的光路圖．【答案】見右圖?！驹斀狻坑蓤D可以看出，蠟燭經(jīng)凸透鏡成清晰的像在光屏上是倒立放大的。由凸透鏡成像規(guī)律可知，此時2f>u>f，連接AA′，與主光軸的焦點即為凸透鏡的中心，然后即可確定凸透鏡的位置；光屏上蠟燭的像是實像，是由實際光線會聚而成的。來自燭焰尖部的光經(jīng)透鏡折射后會聚在光屏上組成燭焰尖部的像，所以，將入射光線與像中的燭焰尖部連接起來即可得到折射光線，如圖所示。12.某興趣小組開展“創(chuàng)新服務(wù)生活，科技改變未來”的科技創(chuàng)新活動，模擬制作一款“智能”行駛玩具車。該玩具車利用車載傳感器（攝像頭、雷達）采集生成道路特征數(shù)據(jù)，完成“自動”駕駛。作為傳感器之一的攝像頭，下列說法正確的是（）A．?dāng)z像頭的鏡頭是凹透鏡B．遇障礙物時，要想生成更大的像，鏡頭應(yīng)該向前伸C．?dāng)z像頭成的像是正立的虛像D．成像時障礙物位于鏡頭的兩倍焦距以內(nèi)【答案】B【詳解】AC．物距大于2倍焦距時，凸透鏡成倒立、縮小的實像，應(yīng)用是照相機，攝像頭成像的原理與照相機原理相同，攝像頭的鏡頭相當(dāng)于凸透鏡，故AC錯誤；B．凸透鏡成實像時，物距變小，像距變大，像變大，故遇障礙物時，要想成更大的像，鏡頭應(yīng)該向前伸，故B正確；D．在物距大于2倍焦距時，凸透鏡成倒立、縮小的實像，故攝像頭成像時障礙物位于鏡頭的兩倍焦距以外，故D錯誤。故選B。13．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．圖中膠片到凸透鏡的距離u＞2f（f為焦距）B．圖中凸透鏡成像規(guī)律與攝像機的成像原理相同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．從不同方向能看清銀幕上的像，是因為光在銀幕上發(fā)生了漫反射【答案】D【詳解】AB．圖中物距小于像距，物的大小小于像的大小，此時物距為2f>u>f成倒立放大的實像，是投影儀原理，故AB錯誤；C．經(jīng)過凸透鏡光心的光線，傳播方向不變，故C錯誤；D．反射面粗糙的表面，反射光線射向四面八方，進入不同方向的人的眼睛，使各個方向的人都能看到物體。因此從不同方向觀察光屏上的像，是因為光在光屏發(fā)生了漫反射，故D正確。故選D。14．光具座上有凸透鏡、光屏及發(fā)光源各一個。當(dāng)光屏和凸透鏡的距離為10cm時，此時在光屏上成縮小的像。物理王把光屏沿著光具座移動5cm后，再次移動光源的位置使成清晰的像。對于該像的情況，下列選項正確的是（

）A．一定成放大的像 B．可能成縮小的像C．成像可能比原來小 D．成像一定比原來小【答案】B【詳解】CD．當(dāng)光屏成倒立、縮小的實像，則f<v=10cm<2f此時解得5cm<f<10cm把光屏沿著光具座靠近凸透鏡5cm時v=10cm-5cm=5cm<f，光屏不成像；把光屏沿著光具座遠離凸透鏡5cm后，再次移動光源的位置使成清晰的像，則f<v=10cm+5cm=15cm<2f像距變大，物距變小仍為u>2f，根據(jù)“物近像遠像大”的成實像規(guī)律，成像大小變大，但只是比原來變大了，故CD錯誤；AB．當(dāng)u>2f時，光屏上成倒立、縮小的實像，故A錯誤，B正確。故選B。15．如圖所示，用焦距為10cm的凸透鏡、高度為6cm的F形光源、光屏和光具座等器材探究凸透鏡成像大小的變化規(guī)律，通過測量像的高度反映像的大小。（1）若要測量光源在光屏上所成像的高度，還需要的測量工具是。（2）將光源逐漸靠近凸透鏡，移動光屏，三次成倒立實像的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄如表。分析表中數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論：凸透鏡成實像時，物距變小，像距變，像變。物高6cm實驗次數(shù)123物距/cm302015像距/cm152030像高/cm3612（3）繼續(xù)移動光源至物距為6cm時，發(fā)現(xiàn)無論如何移動光屏，均不能在光屏上成像，人眼應(yīng)從（選填“光源”或“光屏”）一側(cè)透過凸透鏡觀察光源的像，此時能否用（1）問中的測量工具直接測出觀察到的像高？（選填“能”或“不能”）。（4）若保持光源到光屏的距離為45cm不變，僅移動凸透鏡改變物距，則上表中第次實驗的成像情況不能探究，理由是：?！敬鸢浮靠潭瘸叽蟠蠊馄敛荒?第2次實驗時，物距和像距之和為40cm，小于45cm【詳解】（1）要測量光源在光屏上所成像的高度，需要長度的測量工具刻度尺。（2）由表中數(shù)據(jù)可知，隨著物距變小，像距逐漸變大，像的高度變大，則像變大。（3）移動光源至物距為6cm時，此時物距小于焦距，成虛像，要觀察到虛像，人眼應(yīng)從光屏一側(cè)透過凸透鏡觀察。因為虛像不是實際光線會聚得到的，不能呈現(xiàn)在光屏上，則不能用刻度尺測量像的大小。（4）若保持光源到光屏的距離為45cm不變，若能成清晰的像，物距像距之和應(yīng)為45cm，而第2次實驗時，物距和像距之和為40cm，小于45cm，則第2次實驗的成像情況不能探究。16．（2024·福建·中考真題）我國某新型戰(zhàn)斗機配有光電搜索跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)中的光學(xué)元件相當(dāng)于晶狀體，內(nèi)置光電傳感器相當(dāng)于視網(wǎng)膜，成像原理與人眼相似。從空中拍攝地面物體時，物體在光電傳感器上形成的像是（）A．倒立、縮小的實像 B．倒立、等大的實像C．倒立、放大的實像 D．正立、放大的虛像【答案】A【詳解】A．由題意知，系統(tǒng)中的光學(xué)元件相當(dāng)于晶狀體，內(nèi)置光電傳感器相當(dāng)于視網(wǎng)膜，成像原理與人眼相似，人眼成像原理與照相機相似，這說明光電搜索跟蹤系統(tǒng)和照相機的原理相似，從空中拍攝地面物體時，物體位于二倍焦距以外，物體在光電傳感器上形成的像是倒立、縮小的實像，故A符合題意；B．倒立、等大的實像，可以用來測焦距，故B不符合題意；C．倒立、放大的實像，是投影儀的原理，故C不符合題意；D．正立、放大的虛像，是放大鏡的原理，故D不符合題意。故選A。17．（2024·山東臨沂·中考真題）在“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗中，當(dāng)蠟燭、凸透鏡和光屏的位置如圖所示時，光屏上承接到燭焰清晰的像。保持凸透鏡的位置不變，則（）A．實驗所用凸透鏡的焦距可能為10.0cmB．光屏上承接到的像是燭焰倒立、放大的實像C．將蠟燭和光屏的位置互換，光屏上仍能承接到像D．將蠟燭移至45.0cm刻度線上，光屏上仍能承接到像【答案】C【詳解】AB．如圖，物距和像距分別為u=30cm>2ff<v=10cm<2f聯(lián)立以上兩式解得5cm<f<10cm凸透鏡的焦距不可能為10cm，此時物距大于像距，光屏上成倒立、縮小到實像，故AB不符合題意；C．將蠟燭和光屏的位置互換，物距和像距互換，根據(jù)光路可逆可知，光屏上仍能承接到倒立放大的實像，故C正確；D．將蠟燭移至45.0cm刻度線上，物距為5cm，小于焦距，此時燭焰成虛像，光屏上不能承接到像，故D不符合題意。故選C。18．（2023·四川資陽·中考真題）小明同學(xué)找來一個薄壁圓柱形玻璃杯，并將畫有箭頭的白紙靠在玻璃杯后，觀察結(jié)果如圖甲所示。向杯中加水，使得水面高過箭頭位置，透過玻璃杯觀察紙上的“箭頭”；將白紙逐漸遠離杯子的過程中，依次觀察到情景可（）A．丁、乙、丙 B．乙、丙、丁 C．丙、丁、乙 D．丁、丙、乙【答案】D【詳解】圓柱形玻璃杯中注入水相當(dāng)于凸透鏡，玻璃杯后白紙上的水平箭頭為物體。開始白紙在焦距之內(nèi)，成正立、放大的虛像，成的像如圖丁，將白紙逐漸遠離杯子的過程中，當(dāng)白紙在一倍焦距和二倍焦距之間時可以成倒立、放大的實像，成的像如圖丙，當(dāng)白紙在凸透鏡的二倍焦距以外時可以成倒立、縮小的實像，成的像如圖乙，所以依次觀察到情景是丁丙乙，故D符合題意，ABC不符合題意。故選D。19．（2024·四川廣元·中考真題）“問天”學(xué)習(xí)小組在實驗室研究投影儀的成像特點。（1）他們將投影片放在載物臺上，調(diào)節(jié)鏡頭的位置，屏幕上出現(xiàn)清晰、倒立、放大的實像，是因為投影片放在了距離鏡頭的位置；（只填下列正確選項前的序號）A．二倍焦距以外B．一倍焦距到二倍焦距之間C．一倍焦距以內(nèi)（2）他們將投影片到鏡頭的距離調(diào)大，同時將鏡頭到屏幕的距離調(diào)小，當(dāng)屏幕上再次出現(xiàn)清晰的像時，與（1）中的像相比，像。（選填“變大”“不變”或“變小”）【答案】B變小【詳解】（1）根據(jù)題意知道，屏幕上出現(xiàn)清晰、倒立、放大的實像，所以，投影片放在了距離鏡頭一倍焦距和二倍焦距之間的位置，故B符合題意，AC不符合題意。故選B。（2）根據(jù)凸透鏡成像的規(guī)律知道，成實像時，物像異側(cè)，物距變大，像距變小，像變小；物距變小，像距變大，像變大，簡記為“物遠像近像變小，物近像遠像變大”?！巴队捌界R