物理凸透镜成像规律

凸透镜成像是光学中的重要内容,如何理解和运用成像规律是教学中的重点和难点.本文将凸透镜成像规律概括为” 三个成像区\两个特殊点\一个动态特点”,便于理解和记忆;并将常见的几种题型进行小结,以利于快速准确解题.

1\三个成像区

(1)物距 u>2f 时,成倒立缩小的实像，像在1倍焦距和2倍焦距之间.

(2)物距2f>u>f时,成倒立放大的实像，像在2倍焦距以外.

(3)物距 u
2\两个特殊点

像的性质发生突然变化的两个特殊点:一个是焦点F,另一个是凸透镜二倍焦距处.

焦点:(1)焦点是物体成虚像还是实像的分界点,把物体放在焦点上(u=f)时,不能成像;把物体放在焦点以内(uf)时成实像.(2)无论成实像还是虚像,物体靠近焦点时像变大\像距变大,物体远离焦点时像变小\像距也变小.(3)当物距u<2f时,物体靠近焦点处,物\像间的距离变大;物体远离焦点,物\像间的距离变小.

二倍焦距处: (1)二倍焦距处是物体成缩小实像还是放大实像的分界点,把物体放在焦距和二倍焦距之间时成放大的实像;把物体放在二倍焦距处时成等大的实像;把物体放在二倍焦距之外时成缩小的实像.(2)物体成实像时,将物体放在二倍焦距处,物\像间的距离最小.(3)物体成实像时,物体靠近二倍焦距处, 物\像间的距离变小; 物体远离二倍焦距处, 物\像间的距离变大.

3\一个动态特点

物体沿凸透镜主轴移动时,物\像移动的方向一致.当物体成实像时,物体靠近透镜移动,则透镜另一侧的像远离透镜;当物体成虚像时,物体靠近透镜移动,则物体同侧的像也靠近透镜.

4\六种基本题型

(1)确定像的特点

例:凸透镜的焦距是15cm.将物体放在主轴上距透镜焦点5cm处,所成的像一定是( ).

A.正立的

B.倒立的

C.放大的

D.虚像

解析: 将物体放在主轴上距透镜焦点5cm处,物距可能f
(2)确定焦距范围

例:在关于凸透镜的成像实验中,将物体放在距透镜20cm处,这时得到一个倒立放大的实像,则该凸透镜的焦距的大小的范围为 .

解析:物距u=20cm,物体成倒立放大的实像,应满足f
(3)确定物距或像距

例:用照相机给家人照相,人与照相机镜头的距离和底片到照相机镜头的距离分别是( )

A.大于2f,小于f

B. 大于2f,小于2f\大于f

C. 小于2f\大于f,大于2f

D. 大于f, 大于2f

解析:照相机利用物距u>2f时,凸透镜成倒立缩小实像制成的,此时像距f
(4)确定物距或像距变化

例:用一架镜头焦距不变的照相机,给一个人照了一张全身像,再用它给这个人照一张半身像,应该使 ( )

A. 照相机与人的距离增大,暗箱长度缩短

B. 照相机与人的距离增大,暗箱长度伸长

C. 照相机与人的距离减小,暗箱长度缩短

D. 照相机与人的距离减小,暗箱长度伸长

解析:拍半身像与全身像相比像变大了.凸透镜成实像时,物距变小,像距就增大,像也变大.因此应使照相机与人的距离减小,暗箱长度伸长,选D.

(5)确定物像间距离变化

例:一凸透镜的焦距为10cm,当物体从距透镜15cm处沿透镜主轴远离,移动到距透镜40cm处的过程中,物体与它的像之间的距离 ( )

A. 逐渐增大

B. 先减小,后增大

C. 逐渐减小

D. 先增大,后减小

解析:物体从距透镜15cm处(f2f)的过程中,先靠近二倍焦距处,物像间距离减小;在二倍焦距处,物像间离距最小;然后远离二倍焦距处,物像间距离增大.因此在整个移动过程中,物体与它的像之间的距离先减小,后增大;选B.

(6)确定像的移动方向

例:一物体从远处向凸透镜的2倍焦距处匀速运动而来,则物体的像( )

A.与物体的运动方向相同,像距越来越小

B.与物体的运动方向相同,像距越来越大

C.与物体的运动方向相反,像距越来越大

D.与物体的运动方向相反,像距越来越小

解析:根据凸透镜成像的动态特点,像与物体的运动方向相同. 物体从远处向凸透镜的2倍焦距处移动,也就是向靠近焦点方向移动,此时像变大,像距也变大.选B.

在光学中，由实际光线汇聚成的像，称为实像，能用光屏承接；反之，则称为虚像，只能由眼睛感觉。有经验的物理老师，在讲述实像和虚像的区别时，往往会提到这样一种区分方法：“实像都是倒立的，而虚像都是正立的。”　平面镜、凸面镜和凹透镜所成的三种虚像，都是正立的；而凹面镜和凸透镜所成的实像，以及小孔成像中所成的实像，无一例外都是倒立的。当然，凹透镜和凸透镜也可以成实像，而它们所成的两种实像，同样是倒立的状态。 　　那么人类的眼睛所成的像，是实像还是虚像呢？我们知道，人眼的结构相当于一个凸透镜，那么外界物体在视网膜上所成的像，一定是实像。根据上面的经验规律，视网膜上的物像似乎是倒立的。可是我们平常看见的任何物体，明明是正立的啊？这个与经验与规律发生冲突的问题，实际上涉及到大脑皮层的调整作用以及生活经验的影响。
当物体与凸透镜的距离大于透镜的焦距时，物体成倒立的像，当物体从较远处向透镜靠近时，像逐渐变大，像到透镜的距离也逐渐变大；当物体与透镜的距离小于焦距时，物体成放大的像，这个像不是实际折射光线的会聚点，而是它们的反向延长线的交点，用光屏接收不到，是虚像。平面镜所成的虚像对比（不能用光屏接收到，只能用眼睛看到）。 　　当物体与透镜的距离大于焦距时，物体成倒立的像，这个像是蜡烛射向凸透镜的光经过凸透镜会聚而成的，是实际光线的会聚点，能用光屏承接，是实像。当物体与透镜的距离小于焦距时，物体成正立的虚像。
详细内容
　　物距(u) 像距(v) 倒、正 大、小 虚、实 应用 特点
u>2f fu=2f v=2f 倒立 等大 实像 测焦距 大小分界点
f2f 倒立 放大 实像 投影仪
幻灯机 ​
u=f —- - - - 探照灯 获得平行光源虚实分界点
倒正分界点
uu与物同侧 正立 放大 虚像 放大镜 虚像在物体同侧 物像同侧
(1)二倍焦距以外，倒立缩小实像；〈这里所指的一倍焦距是说平行光源通过透镜汇聚到主光轴的那一点到透镜光心的距离,那么两倍焦距就是指2倍远的地方〉 　　二倍焦距，倒立等大实像； 　　一倍焦距到二倍焦距，倒立放大实像； 　　一倍焦距不成像； 　　一倍焦距以内，正立放大虚像； 　　成实像物和像在凸透镜异侧，成虚像在凸透镜同侧。 　　(2) 　　一倍焦距分虚实 　　两倍焦距分大小 　　物近像远像变大 　　物远像近像变小 　　凸透镜成像规律表格 　　物体到透镜中心的距离u 像的正倒像的大小像的虚实 像到透镜中心的距离v 应用实例物距和像距的关系 　　（u是物距 v是像距 f是焦距） 　　u>2f 倒立 缩小的 实像 2f>v>f 照相机 u>v 　　u=2f 倒立 等大的 实像 v=2f可用来测量凸透镜焦距 u=v 　　2f>u>f 倒立 放大的 实像 v>2f 放映机，幻灯机，投影机u2f 倒立缩小 实像异侧 f2f 　　u=f 不成像 v无限大(平行光源，如：探照灯) 　　u　　实像，物近像远像变大 　　虚像，物远像远像变大 　　 　　(4)当成虚像时，物、像的左右一致，上下一致；当成实像时，物、像的左右相反，上下相反.。 　　（5）凸透镜成像的两个分界点：2f点是成效放大缩小实像的分界点；f点是成实像虚像的分界点。

凸透镜成像是光学中的重要内容,如何理解和运用成像规律是教学中的重点和难点.本文将凸透镜成像规律概括为”
三个成像区\两个特殊点\一个动态特点”,便于理解和记忆;并将常见的几种题型进行小结,以利于快速准确解题.
1\三个成像区
(1)物距
u>2f
时,成倒立缩小的实像，像在1倍焦距和2倍焦距之间.
(2)物距2f>u>f时,成倒立放大的实像，像在2倍焦距以外.
(3)物距
u时,成放大正立虚像，像与物在透镜同侧.
2\两个特殊点
像的性质发生突然变化的两个特殊点:一个是焦点F,另一个是凸透镜二倍焦距处.
焦点:(1)焦点是物体成虚像还是实像的分界点,把物体放在焦点上(u=f)时,不能成像;把物体放在焦点以内(uf)时成实像.(2)无论成实像还是虚像,物体靠近焦点时像变大\像距变大,物体远离焦点时像变小\像距也变小.(3)当物距u<2f时,物体靠近焦点处,物\像间的距离变大;物体远离焦点,物\像间的距离变小.
二倍焦距处:
(1)二倍焦距处是物体成缩小实像还是放大实像的分界点,把物体放在焦距和二倍焦距之间时成放大的实像;把物体放在二倍焦距处时成等大的实像;把物体放在二倍焦距之外时成缩小的实像.(2)物体成实像时,将物体放在二倍焦距处,物\像间的距离最小.(3)物体成实像时,物体靠近二倍焦距处,
物\像间的距离变小;
物体远离二倍焦距处,
物\像间的距离变大.
3\一个动态特点
物体沿凸透镜主轴移动时,物\像移动的方向一致.当物体成实像时,物体靠近透镜移动,则透镜另一侧的像远离透镜;当物体成虚像时,物体靠近透镜移动,则物体同侧的像也靠近透镜.
4\六种基本题型
(1)确定像的特点
例:凸透镜的焦距是15cm.将物体放在主轴上距透镜焦点5cm处,所成的像一定是(
).
A.正立的
B.倒立的
C.放大的
D.虚像
解析:
将物体放在主轴上距透镜焦点5cm处,物距可能f(2)确定焦距范围
例:在关于凸透镜的成像实验中,将物体放在距透镜20cm处,这时得到一个倒立放大的实像,则该凸透镜的焦距的大小的范围为
.
解析:物距u=20cm,物体成倒立放大的实像,应满足f(3)确定物距或像距
例:用照相机给家人照相,人与照相机镜头的距离和底片到照相机镜头的距离分别是(
)
A.大于2f,小于f
B.
大于2f,小于2f\大于f
C.
小于2f\大于f,大于2f
D.
大于f,
大于2f
解析:照相机利用物距u>2f时,凸透镜成倒立缩小实像制成的,此时像距f(4)确定物距或像距变化
例:用一架镜头焦距不变的照相机,给一个人照了一张全身像,再用它给这个人照一张半身像,应该使
(
)
A.
照相机与人的距离增大,暗箱长度缩短
B.
照相机与人的距离增大,暗箱长度伸长
C.
照相机与人的距离减小,暗箱长度缩短
D.
照相机与人的距离减小,暗箱长度伸长
解析:拍半身像与全身像相比像变大了.凸透镜成实像时,物距变小,像距就增大,像也变大.因此应使照相机与人的距离减小,暗箱长度伸长,选D.
(5)确定物像间距离变化
例:一凸透镜的焦距为10cm,当物体从距透镜15cm处沿透镜主轴远离,移动到距透镜40cm处的过程中,物体与它的像之间的距离
(
)
A.
逐渐增大
B.
先减小,后增大
C.
逐渐减小
D.
先增大,后减小
解析:物体从距透镜15cm处(f2f)的过程中,先靠近二倍焦距处,物像间距离减小;在二倍焦距处,物像间离距最小;然后远离二倍焦距处,物像间距离增大.因此在整个移动过程中,物体与它的像之间的距离先减小,后增大;选B.
(6)确定像的移动方向
例:一物体从远处向凸透镜的2倍焦距处匀速运动而来,则物体的像(
)
A.与物体的运动方向相同,像距越来越小
B.与物体的运动方向相同,像距越来越大
C.与物体的运动方向相反,像距越来越大
D.与物体的运动方向相反,像距越来越小
解析:根据凸透镜成像的动态特点,像与物体的运动方向相同.
物体从远处向凸透镜的2倍焦距处移动,也就是向靠近焦点方向移动,此时像变大,像距也变大.选B.

凸透镜

凸透镜成像规律是中考必考考点之一