人為什麼能看清楚遠近不同的景色呢？這因為眼睛裡有一個重要結構--晶狀體，它成透鏡狀，可以有效調節光線的彙聚程度，它又是如何調節光線的呢？今天我們就來學習初中物理實驗第05期《探究凸透鏡成像的規律》，近幾年全國各地的中考試卷中，探究凸透鏡成像的規律一直是考試的熱點，無論是在選擇題、填空題還是在探究題中均占有一定比例。凸透鏡成像規律在生産和生活中具有廣泛的應用，如放大鏡、照相機、投影儀、眼睛的矯正等，在中考中占有一定的地位，考查頻率較高，主要考查透鏡的性質、成像規律及應用、眼睛與眼鏡等。《義務教育物理課程标準2011版》對凸透鏡成像規律的要求如下：

⑴課标内容：2.3.5 認識凸透鏡的會聚作用和凹透鏡的發散作用，探究并知道凸透鏡成像的規律，了解凸透鏡成像規律的應用。

⑵課标示例：了解凸透鏡成像規律在放大鏡、照相機、投影儀中的應用。

學生實驗：探究凸透鏡成像的規律

實驗目的

探究凸透鏡成的像的虛實、大小、正倒跟物距的關系

實驗器材

光具座、已固定刻度尺、凸透鏡、蠟燭、光屏、火柴

實驗步驟

探究凸透鏡成像的規律實驗

⑴觀察凸透鏡的焦距，凸透鏡上已标注，如果未标出可以用平行光法測焦距，這是利用了平行于主光軸的光通過凸透鏡後會彙聚在焦點處的原理；

⑵把蠟燭、凸透鏡、光屏安裝在光具座上；

⑶點燃蠟燭調整燭焰、凸透鏡、光屏高度使三者中心在同一水平線上；

⑷調整物距使u>2f移動光屏直到看到清晰的像為止，觀察物距、像的性質及像距；

⑸調整物距使u=2f移動光屏直到看到清晰的像為止，觀察物距、像的性質及像距；

⑹調整物距使2f>u>f移動光屏直到看到清晰的像為止，觀察物距、像的性質及像距；

⑺調整物距使u=f移動光屏直到看到清晰的像為止，觀察物距、像的性質及像距；

⑻調整物距使u<f調整光屏的位置,看能否在屏上找到像。如果不能,試着從光屏一側透過凸透鏡用眼睛直接觀察燭焰。觀察一下是實像還是虛像并觀察像的大小和正倒；

⑼分析實驗數據得出結論；

⑽将實驗儀器整理成開始做實驗時的樣子。

實驗結論

⑴如果以焦點為參考點，則物體離焦點越近，像距離透鏡越遠，像的大小越大。

⑵當u=2f時，成等大的像；u>2f時，成縮小的像；u<2f時，成放大的像。所以u=2f是成像放大還是縮小的分界點。

⑶當u=f時，既不能成實像也不能成虛像，u>f時成實像，u<f時成虛像，所以u=f是成像虛實的分界點。

⑷成等大的像時，物距等于像距。成放大的像時，像距大于物距。成縮小的像時，像距小于物距。

⑸實像總是倒立的，像和物在透鏡的兩側；虛像總是正立的，像和物在透鏡的同側。

凸透鏡成像的規律實驗總結

注意事項

同一高度

實驗要求将蠟燭、凸透鏡、光屏依次放在光具座上。點燃蠟燭後，調節凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心與燭焰中心大緻在同一高度。其目的是使像能完整的成在光屏的中央。

測量焦距

實驗時不知道凸透鏡的焦距，得到凸透鏡的焦距途徑與方法有哪些？

途徑：①查閱說明書或銘牌；②詢問老師；③通過實驗測量。

測量焦距的方法

① 平行光聚焦法：将凸透鏡正對着太陽，在透鏡的另一側放一張紙，調節透鏡到紙面的距離，直至紙面上出現最小、最亮的光斑，測出光斑到凸透鏡的距離，即為凸透鏡的焦距；或讓光具座支成與太陽平行，将凸透鏡、光屏依次放在光具座上，并且固定光屏，移動凸透鏡，直到光屏上的光斑最小最亮為止，測出光斑到凸透鏡的距離即為焦距。

②二倍焦距法（物象等大法）：在光具座上依次放上燃燒的蠟燭、凸透鏡、光屏，保持凸透鏡不動，同時移動點燃的蠟燭和光屏，直到光屏上出現倒立的與燭焰等大小的像為止，則物距或像距的一半即焦距即f=u/2=v/2。

③焦點不成像法（觀察虛象法）：在光具座上依次放上凸透鏡光屏，将一較大的字貼在光屏上，通過凸透鏡看光屏上貼的字，當出現該字正立放大的虛象後，逐漸加大凸透鏡與光屏的距離，直到該字的虛象正好消失為止，測出光屏到凸透鏡之間的距離即為焦距。

成像問題

點燃蠟燭後，無論怎樣移動光屏和蠟燭，光屏上始終沒有出現蠟燭火焰的像，産生這種現象的原因主要有：

①燭焰中心、凸透鏡中心、光屏中心三者不在同一水平高度上；

②蠟燭放在焦點上；

③蠟燭放在了凸透鏡焦點以内；

④光具座的長度小于凸透鏡4倍焦距；

⑤蠟燭到凸透鏡的距離稍大于焦距，成像在很遠的地方，光具座的光屏無法移到該位置；

⑥凸透鏡固定的位置不當。

像的位置問題

①上下偏離：在實驗中發現光屏上得到了一個清晰的像，但像的位置偏高，造成這種現象的原因是：燭焰、凸透鏡、光屏三者中心不在同一水平高度上。

為了使燭焰的像清晰地成在光屏的中央，應把蠟燭向上調，或将凸透鏡向下移動，或将光屏往上調；

②左右偏離：在實驗中發現光屏上所成的像偏左偏上，為了使燭焰的像能成在光屏中央，應向上向左調燭焰的位置。

③蠟燭縮短：實驗過程由于蠟燭的燃燒而不斷縮短，導緻光屏上的像向上方移動。要使像繼續成在光屏中央，可将凸透鏡适當向下調節或将光屏向上移動。

5

像的完整性問題

用不透光的紙闆遮擋住凸透鏡的上半邊，然後前後移動光屏，仍可以在光屏上看到完整的像。若遮住凸透鏡的下半部分，則燭焰在光屏上仍然能成完整的像，但是像将變暗。

6

比較像物的大小

在探究凸透鏡成像規律的實驗中，采用發光二極管的有方格的白紙闆做發光物體，又用同樣大小方格的白紙闆做光屏，這樣做的好處是便于比較像與物的大小。

典型例題： 如圖所示為“探究凸透鏡成像規律”的實驗裝置圖，已知凸透鏡的焦距為10cm。

（1）為了便于觀察實驗現象，實驗環境應該　 　（選填“較亮”或“較暗”）一些。

（2）組裝并調整實驗器材。使燭焰和光屏的中心位于凸透鏡的　 　上。

（3）如圖所示，當蠟燭距離凸透鏡40cm時，移動光屏，可在光屏上找到一個清晰的倒立、　 　（選填“放大”、“等大”或“縮小”）的實像。日常生活中　 　（選填“照相機”、“投影儀”或“放大鏡”）就是利用這一原理工作的。

（4）将圖中的凸透鏡換成焦距為30cm的凸透鏡，保持蠟燭和凸透鏡的位置不變，在光具座上移動光屏，　 　（選填“能”或“不能”）找到某一位置，使像清晰的呈現在光屏上，理由是　 　。

【分析】（1）凸透鏡成像時，前後光線相差越大，實驗效果越明顯，蠟燭的像越明顯；（2）探究凸透鏡成像的實驗時，必須調整燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心在同一高度，且使燭焰和光屏的中心位于凸透鏡的主光軸上，這樣像才能成在光屏的中央。（3）物距大于2f，凸透鏡成倒立縮小的實像，相距處于f和2f之間，照相機根據這個原理制成；物距等于2f，凸透鏡成倒立等大的實像，據此可以确定凸透鏡的焦距；物距處于f和2f之間，凸透鏡成倒立放大的實像，像距大于2f，幻燈機或投影儀根據這個原理制成；物距小于f，凸透鏡成正立放大的虛像，放大鏡根據這個原理制成。

【解答】解：（1）為使實驗現象更加明顯，實驗環境應該比較暗，這樣成的蠟燭的像更加清晰；（2）探究凸透鏡成像的實驗時，必須調整燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心在同一高度，且使燭焰和光屏的中心位于凸透鏡的主光軸上，這樣像才能成在光屏的中央。（3）如圖所示，當蠟燭距離凸透鏡40cm時，物距大于2f，凸透鏡成倒立縮小的實像，移動光屏，可在光屏上找到一個清晰的倒立縮小的實像；照相機就是利用這一原理工作的。（4）将圖中的凸透鏡換成焦距為30cm的凸透鏡，保持蠟燭和凸透鏡的位置不變，物距處于f和2f之間，凸透鏡成倒立放大的實像，像距大于2f，在光具座上移動光屏，不能找到某一位置，使像清晰的呈現在光屏上，理由是像距過大，超出了光具座給提供的長度。故答案為：（1）較暗；（2）主光軸；（3）縮小；照相機；（4）不能；像距過大，超出了光具座給提供的長度。

考題再現

習題1： 将一凸透鏡正對太陽，可在距凸透鏡15cm處得到一個最小、最亮的光斑。現将該凸透鏡和蠟燭、光屏安裝到光具座上，位置如圖所示。下列說法正确的是（　 　）

A．此時可以在光屏上觀察到清晰縮小的像

B．僅在凸透鏡左側附近放一合适的凹透鏡，可模拟近視眼的矯正

C．将蠟燭移到30cm刻度處，移動光屏可在屏上得到清晰等大的像

D．将蠟燭移到40cm刻度處，移動光屏可在屏上得到清晰放大的像

習題2： 在探究凸透鏡成像規律的實驗中，應使燭焰和光屏的中心在凸透鏡的　 　上；圖中光屏上可成清晰的像，它應是倒立、　 　的實像，此成像特點與　 　（選填“投影儀”或“照相機”）的相同；為模拟近視眼，可将凸透鏡向　 　移動少許。

習題3： 在探究凸透鏡成像規律時，實驗進行一段時間後，蠟燭變短，像會出現在光屏的　 方，為使像回到光屏中央，合理的操作是　 　或　 　。

習題4： 小華用同一個凸透鏡進行如下探究。

（1）将凸透鏡正對太陽，調節凸透鏡下方白紙的位置，直至白紙上出現一最小最亮的光斑，實驗示意圖如圖甲所示，則該透鏡的焦距為　 　cm．将發光小燈泡、凸透鏡和光屏如圖乙放置，光屏上呈現一個圓形光斑，若将光屏向右移動，光斑大小将　 　。

（2）凸透鏡和光屏的位置如圖乙所示，移去小燈泡，将點燃的蠟燭放置于光具座的15cm刻度處，将光屏向　 　移動一段合适的距離，能在光屏上得到燭焰清晰倒立、　 　的實像；小華發現屏上的像時而清晰時而模糊，請分析造成這一現象的可能原因：　 　。

習題5： 在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中。

（1）使發光體F和光屏的中心位于凸透鏡的主光軸上，最簡便的操作是：　 　。

（2）如圖所示，發光體F在光屏上成倒立、　 　的清晰實像，　 　就是這一原理的應用。

（3）接着給凸透鏡戴上近視眼鏡，發現光屏上的像變模糊了，在不移動發光體F和凸透鏡位置的情況下，為使光屏上再次呈清晰的像，應将光屏向　 　（靠近/遠離）凸透鏡方向移動。

習題6： 用如圖所示的裝置做“探究凸透鏡成像規律”實驗。圖甲中一束平行光射向凸透鏡，光屏上得到一個最小、最亮的光斑（未畫出）。

（1）圖乙中燭焰在光屏上恰好成一清晰的像（未畫出），則該像是倒立、　 　的實像。

（2）若在圖乙中将凸透鏡移到55cm刻度線處，則将光屏移動到　 　cm刻度線處，可以再次看到清晰的像。

（3）若在圖乙中燭焰和凸透鏡之間放一近視眼鏡的鏡片，則将光屏向　 　（選填“左”或“右”，下同）移動才能再次看到清晰的像。

（4）若在圖乙中用塑料吸管對準A點沿垂直于紙面方向持續用力吹氣，發現光屏上“燭焰尖部”變模糊，則将光屏向　 　移動，“燭焰尖部”又會變清晰。