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   实验   ：探究凸透镜成像的规律

实验器材：

光具座或光学实验套装

提出问题：

凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟什么因素有关系？

猜想假设：

1.可能与物体到透镜的距离有关。

从照相机、投影仪和放大镜的成像特点看，凸透镜的成像可能与物体到透镜的距离有关。

2.可能与焦距有关。

由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距 f 有关系，所以研究物距u的变化时，焦距可能是个应该注意的参照距离。

实验方案：

我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况．观察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……时物体成像的情况。

测量的量：

（1）物距：物体到透镜的距离简称为物距，用符号u表示。(如上图所示)

（2）像距：指像到透镜的距离，用符号v表示。

实验步骤：

（1）调整凸透镜、蜡烛（烛焰的中心）、光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度。（目的是为了使烛焰的像成在光屏的中央）。

（凸透镜的焦距：f=10cm）

（2）将凸透镜固定在光具座中间某刻度处，把蜡烛放在较远处，使物距u＞2f，移动光屏，直到光屏上出现清晰的烛焰的像，观察并记录像的大小和正倒。同时测出此时的物距u和像距v。

（3）把蜡烛向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离等于二倍焦距，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小测出物距u和像距v，并将数据记录在表格中；

（4）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间，移动光屏，直到光屏上出现明亮、清晰的烛焰的像，观察像的正倒和大小，测出物距u和像距v ,并将数据记录在表格中；

（5）用不透明的纸板将凸透镜的上半部分遮住，观察光屏上所成的像是否 “完整” ，像的亮度有什么变化？

（6）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离为一倍焦距(在焦点处) ,移动光屏，光屏上不成像;眼睛过透镜看不到虚像；

（7）把蜡烛继续向透镜移近，使蜡烛到凸透镜的距离在一倍焦距以内，移动光屏，光屏上不成像，眼睛过透镜，能看到虚像，记录像的正倒和大小.测出物距u，并将数据记录在表格中。

数据记录：

像与物距的关系

凸透镜的焦距： f=10 cm

实验次数物距u/cm物距与焦距的关系像的性质像距v/cm

虚实大小正倒

130u > 2f实像缩小倒立15

220u = 2f实像等大倒立20

3182f >u >f实像放大倒立23

410u =f不成像

57u <f正立放大虚像

分析与论证

分析上表的记录，找出凸透镜成像的规律

1．像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像？在什么条件下成虚像？

当物体放在一倍焦距外时，凸透镜成实像，当物体放在一倍焦距内时，凸透镜成虚像；即一倍焦距分虚实。

2．像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的实像？在什么条件下成放大的实像？有没有缩小的虚像？

当物体在二倍焦距外时，凸透镜成的像是缩小的实像。当物体在二倍焦距内一倍焦距外体时，凸透镜成的像是放大的实像。凸透镜没有缩小的虚像。二倍焦距分大小。

3．像的正倒：凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？

凸透镜所成的实像必异侧倒立，虚像必同侧正立。

4．像的放大与缩小的条件：凸透镜成放大实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小实像时，物距跟像距相比，哪个比较大？凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？

凸透镜成放大实像时，物距小于像距；成缩小实像时，物距大于像距。凸透镜所成的像没有正立的实像，没有倒立的虚像。

口诀记忆

一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，二倍焦距物像等。

实像总是异侧倒。物近像远像变大，物远像近像变小。

虚像总是同侧正。物远像远像变大，物近像近像变小。

像的大小像距定，像儿跟着物体跑，物距像距和在变。

实验拓展

1.在做实验时, 某同学无论怎样移动光屏, 都无法在光屏上观察到烛焰的像。发生这一现象可能原因有哪些？

可能原因有：

①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度上。

②蜡烛的位置在透镜的一倍焦距以内；

③蜡烛的位置在透镜的焦点上；

2.用卡片把透镜遮住一部分，光屏上得到烛焰的像性质不变，像是 否完整？但像的亮度有什么变化？

光屏上的像还是完整的。但亮度会变暗些。

3.用卡片把烛焰遮住一部分，光屏上还能得到完整像吗？

烛焰的像是不再是完整的。

4.蜡烛长度变短，像在光屏上的位置的变化及调节的方法？

像将会向上移动。

调节方法：①将光屏向上移动；②将蜡烛向上移动；③将透镜和光屏向下调节。