實驗3探究凸透鏡成像的規律

/"必題]識"麒

、凸透鏡成像的規律

1.凸透鏡成像規律：

如圖是常見凸透鏡成像規律光路圖，詳見下表（1）。

表（1）凸透鏡成像規律表

成像條件物距（U）成像的性質像距（V）應用

u>2f倒立、縮小的實像照相機（圖a）

u=2f倒立、等大的實像v=2f圖d

f<u<2f倒立、放大的實像v>2f投影儀（圖b）

u=f不成像射出的是平行光線

0<u<f正立、放大的虛像放大鏡（圖c）

a.u>2fb.f<u<2f

A

:[____—?21??q

c.O<u<fd.u=2f

凸透鏡成像光路圖

2.凸透鏡成像的規律口訣

規律1:當物距大于2倍焦距時,則像距在1倍焦距和2倍焦距之間，成倒立、縮小的實像。此

時像距小于物距，像比物小，物像異側。應用:照相機、攝像機。

規律2:當物距等于2倍焦距時，則像距也在2倍焦距，成倒立、等大的實像。此時物距等于

像距，像與物大小相等，物像異側。應用:測焦距。

規律3:當物距小于2倍焦距、大于1倍焦距時，則像距大于2倍焦距，成倒立、放大的實

像。此時像距大于物距，像比物大，物像異側。應用:投影儀、幻燈機、電影放映機。

規律4:當物距等于1倍焦距時，則不成像，成平行光射出。

規律5:當物距小于1倍焦距時，則成正立、放大的虛像。此時像距大于物距，像比物大，物像

同側。應用:放大鏡。

二、探究凸透鏡成像的規律

【實驗目的】透鏡凸透鏡成像規律。像與物的大小關系、物距變化成像規律變化、像的虛實。

【實驗器材】凸透鏡、光具座、蠟燭、光屏、火柴等。

【實驗步驟】

1、按圖組裝器材。調整蠟燭、凸透鏡、光屏在同一水平線上。

|IlJiIinrri?iHIiiit|in?iiniiiIHI?iirnii?ri|iiirpi?ir

OcmlO2030405060708090100

2、將蠟燭放在遠處(此時u>2f),移動光屏直至在光屏上成清晰的像；觀察像的大小、正立還

是倒立，并測量物距和像距；數據記錄實驗表格。

3、將蠟燭往凸透鏡方向移動，使2f>u>f,移動光屏直至在光屏上成清晰的像；觀察像的大小、

正立還是倒立，并測量物距和像距；數據記錄實驗表格。

4、將蠟燭繼續往凸透鏡方向移動，使11=6移動光屏，看能否成像。

5、將蠟燭繼續往凸透鏡方向移動，使u<f,移動光屏，看在光屏上能否找到像。

6、實驗表格

像的性質

物距與焦距關系物距(cm)像距(cm)

大小正倒虛實

u>2f

u=2f

2f>u>f

u二f

u<f

7、整理器材。

【實驗結論】等大、等距、對稱、反向、虛像。

像的性質應用

物距像距（cm）

大小正倒虛實

u>2f縮小倒立實像2f<v<f照相機

2f>u>f放大倒立實像v>2f投影儀

u<f放大正立虛像—放大鏡

為"考查明星"探究

[例題1]（2024?日照）小明在光學學習中，對色彩斑斕的光學世界產生了濃厚的興趣，他認識到熟

練掌握物、像聯動，并用其規律解決實際問題的意義，于是他進行了如下的探索:

玨*光源

:.

二

王

尚g投影片

凸透循

甲乙

丙

凸透鏡

蠟燭

|llll|llll|llll|lllipill|llll|llll|llll|llll|llll|llll|llll|llll|llll|llll|lllipiii|illl|illi|iili|

Dcml。2。3。，Q506070SO90100

光具座

T

（1）如圖甲，在探究平面鏡成像的特點時，用透明玻璃板代替平面鏡的目的是

;如果在圖中玻璃板與蠟燭的像之間平行于玻璃板放一塊不透明的白色光屏，那么在光屏上

（選填“能”或“不能”）看到像。

（2）如圖乙，平行光線經過該透鏡后將會被（選填“發散”或“會聚”），這樣的透鏡

可用于矯正（選填“近視眼”或“遠視眼”）。

（3）生活中經常看到的投影燈，其內部結構如圖丙所示。圖中凸透鏡的焦距為50mm,則投影片

到凸透鏡的距離范圍應為o

（4）在探究照相機原理時，小明將焦距為10.0cm的凸透鏡A放置在如圖丁所示的位置，向左移

動光屏，在光屏上看到了清晰的像。他又將凸透鏡A更換成一個焦距為8.0cm的凸透鏡B,其它

要素不變，發現光屏上的像變模糊了。他認為此現象與（選填“近視眼”或“遠視眼”）

的成因相似，為了使光屏上的像恢復清晰，可將光屏向（選填“靠近”或“遠離”）凸

透鏡的方向移動。

（5）若保持圖丁中凸透鏡B和蠟燭的位置不變，繼續實驗，撤掉光屏，換成凸透鏡A,并移動

到光具座66cm刻度處，從A的右側向左看，在透鏡A中也能看到清晰的像，這個像是

（選填“實”或“虛”）像。

【解答】解：（1）采用平板玻璃，既可以反射光線成像，也可以讓光線透過，便于確定像的位置；

虛像不能成在光屏上，光屏上不能承接到蠟燭的像光屏上看不到像；

（2）此時透鏡是凹透鏡，對光線有發散作用，可以用來矯正近視眼；

（3）投影燈與投影儀的成像原理相同，則投影燈工作時，物距在一倍焦距和二倍焦距之間，所以

廣告片離鏡頭的距離取值范圍為在50mm?100mm之間；

（4）保持蠟燭和透鏡的位置不變，將凸透鏡A更換成一個焦距為8.0cm的凸透鏡B,透鏡會聚

光的能力變強，使像提前會聚，此現象與近視眼成像類似，在光具座上向靠近凸透鏡移動光屏，

光屏上又出現了清晰的像；

111111

（5）保持圖丁中凸透鏡B和蠟燭的位置不變，根據一+-=二可得，——+-=解得

uvf40.0cmv8.0cm

v=10.0cm,所以通過凸透鏡B成像在60.0cm處，繼續實驗，撤掉光屏，換成凸透鏡A,并移動

到光具座66cm刻度處，此時u=66.0cm-60.0cm=6.0cm<f,成正立放大的虛像，從A的右側

向左看，在透鏡A中也能看到清晰的像，這個像是虛像。

故答案為：（1）便于確定像的位置；不能（2）發散；近視眼；（3）50mm-100mm；（4）近視眼；

靠近；（5）虛。

[例題2]（2024?綏寧縣模擬）某學習小組“探究凸透鏡成像的規律”，進行了如下操作:

Kv/cm

010203040506070SO90cm

（1）通過探究，記錄并繪制了物距u與像距v之間的關系圖象，如圖甲所示，則該凸透鏡的焦距

是cm；

（2）當蠟燭放在如圖乙所示位置時，調節光屏，可在光屏上得到一個倒立的實像，生活中的一

（選填“照相機”“投影儀”、“放大鏡”）就是利用這樣的成像原理工作的；

（3）若將透鏡的上半部分用不適明的紙板擋住，則光屏上（選填“能”或“不能”）成完

整的像；

（4））在圖乙中，小明借來物理老師的眼鏡將其放在蠟燭和凸透鏡之間，發現光屏上原本清晰的

像變模糊了，向右移動光屏，光屏上的像又變清晰，說明老師戴的是（選填“近視”或

“遠視”）眼鏡。

【解答】解：（1）由圖像得u=v=10cm=2f,則f=5cm。

（2）由圖乙得，此時物距小于像距，成的像是倒立、放大的實像，投影儀就是利用這樣的成像原

理工作的。

（3）若將透鏡的上半部分用不透明的紙板擋住，光線經過剩下的凸透鏡，仍成完成的像，只是成

像的光線較少，像較暗。

（4）在圖乙中，小明借來物理老師的眼鏡將其放在蠟燭和凸透鏡之間，發現光屏上原本清晰的像

變模糊了，向右移動光屏，光屏上的像又變清晰，說明老師戴的是近視眼鏡即凹透鏡，對光線具

有發散作用，能使像距變遠。

故答案為：（1）5；（2）投影儀；（3）能；（4）近視。

[例題3]（2024?中山區一模）小明發現用凸透鏡看遠處物體時，可以看見倒立、縮小的像；而用該

凸透鏡看自己的指紋時，能看見正立、放大的像。由此猜想：凸透鏡成像的虛實、大小和倒正

可能與物距有關。為了驗證此猜想他找來一些器材：帶刻度尺的光具座、焦距為15cm的凸透

鏡、光屏、蠟燭和火柴等。

（1）實驗前，小明調節、凸透鏡、光屏的中心在同一高度，這樣做的目的是

（2）保持凸透鏡位置不變，將蠟燭從0cm刻度線處逐漸移動至35cm處過程中時，發現在光屏上

成的像由倒立縮小變為倒立放大，則說明凸透鏡成像的與物距有關；

（3）保持凸透鏡位置不變，繼續向右移動蠟燭，發現光屏上出現一個大小變化的圓形光斑，且無

論怎樣移動光屏都在光屏上看不到燭焰的像，如圖所示，則需要進一步在（填"A”或"B”）

處觀察到是否有燭焰的像；接著將光屏放到像的位置，眼睛直視光屏看不到像，則說明此時成的

是像，進一步說明凸透鏡成像的虛實與物距有關；通過上述探究過程，小明終于明白了凸

透鏡成像的虛實、大小和倒正與物距有關。

I|ini|iin|Tiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|illl|llll|llli|iiii|iiii|iiii|iiil|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|I

10cmi02030405060708090100瓜

(4)同組小亮認為：凸透鏡成實像時，不但像與物上下是顛倒的，而且左右也是相反的。請你設

計一種簡單的方法驗證小亮的觀點是否正確_______________________________________________

【解答】解：（1）探究凸透鏡成像的實驗時，在桌面上依次放蠟燭、凸透鏡、光屏，三者在同一

條直線上，使燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心在同一高度，像才能呈在光屏的中央；

（2）將蠟燭從0cm刻度線處逐漸移動至35cm處過程中時，發現在光屏上成的像由倒立縮小變

為倒立放大，根據題意分析可知凸透鏡成像的大小與物距有關；

（3）繼續向右移動蠟燭，發現光屏上出現一個大小變化的圓形光斑，且無論怎樣移動光屏都在光

屏上看不到燭焰的像，此時物距小于焦距，像物同側，應該在B處觀察；成正立、放大的虛像,

光屏上看不到；

（4）沿垂直于光具座方向吹動燭焰，觀察光屏上像的晃動方向是否與燭焰的晃動方向相反。

故答案為：（1）燭焰；使像成在光屏的中央；（2）大小；（3）B；虛；（4）沿垂直于光具座方向吹

動燭焰，觀察光屏上像的晃動方向是否與燭焰的晃動方向相反。

"命題熱點"突破

（2024?南充）如圖所示，某同學用自制的水透鏡來探究凸透鏡成像規律，當向水透鏡里注水時,

水透鏡的焦距將變小；當從水透鏡里抽水時，水透鏡的焦距將變大。

（1）如圖甲所示，一束平行于主光軸的光射向水透鏡，在光屏上得到一個最小光斑，則此時水透

鏡的焦距為cm；

（2）該同學移動蠟燭，水透鏡和光屏至圖乙所示位置時，恰能在光屏上看到清晰（選

填“放大”“等大”“縮小”）的像，若僅將蠟燭與光屏位置對調，則在光屏上（選填“能”

“不能”）看到清晰的像；

（3）在（2）中將蠟燭與光屏位置對調后的場景下，該同學取了一幅眼鏡給水透鏡“戴上”，如圖

丙所示，發現光屏上的像變模糊，當往水透鏡中加入適量的水后，發現燭焰的像再次變得清晰,

由此判斷該眼鏡是眼鏡（選填“近視”“遠視”）。

【解答】解：（1）平行于主光軸的光線經凸透鏡后會聚在主光軸上一點，這點是凸透鏡的焦點。

焦點到光心的距離是凸透鏡的焦距，所以凸透鏡的焦距是19.0cm-10.0cm=9.0cm。

（2）如圖乙，此時物距小于像距，由凸透鏡成像規律可知此時成倒立、放大的實像，因為光的折

射中光路是可逆的，保持凸透鏡的位置不變，將光屏與蠟燭的位置對調，則物距等于原來的像距，

成倒立、縮小的實像，所以光屏上能看到清晰的像；

（3）當向水透鏡里注入適量的水后，對光線的會聚能力增強，發現燭焰的像再次變得清晰，說明

水透鏡原來“戴上”的是具有發散作用的凹透鏡，由于凹透鏡可用來糾正近視眼，所以眼鏡是近

視眼鏡。

故答案為：（1）9.0；（2）放大；能；（3）近視。

（2024?武漢）實驗小組在探究凸透鏡成像規律的實驗中:

（1）圖甲中，點燃蠟燭后，光屏上恰能成清晰的像，（填“照相機”“投影儀”或“放

大鏡”）就是根據該成像特點制成的。將蠟燭向左移動一段距離，光屏上的像變模糊了，為了使光

屏上再次成清晰的像，同學們提出了兩種不同的解決方案。

方案一：僅將光屏向移動一段距離。

方案二：僅換用焦距較的凸透鏡。

（2）某同學利用焦距為20cm的凸透鏡觀察指紋，保持指紋到眼睛的距離為40cm不變，將凸透

鏡調整到如圖乙所示的位置，看到了指紋正立放大的像，此時該同學的眼睛通過凸透鏡在另一側

能成（填“倒立縮小”“倒立放大”或“正立放大”）的像。

【解答】解：（1）由圖甲可知，此時物距大于像距，根據凸透鏡成實像時，物距大于像距，成倒

立、縮小的實像，應用于照相機；

將蠟燭向左移動一段距離，光屏上的像變模糊了，為了使光屏上再次成清晰的像，根據凸透鏡成

實像時，物遠像近像變小可知，僅將光屏向左移動一段距離；若不移動光屏，僅換用焦距較大的

凸透鏡，凸透鏡焦距變大，對光的會聚能力變弱，會將光線推遲會聚成像；

（2）某同學利用焦距為20cm的凸透鏡觀察指紋，保持指紋到眼睛的距離為40cm不變，將凸透

鏡調整到如圖乙所示的位置，看到了指紋正立放大的像，說明u<f,即指紋到凸透鏡的距離小于

20cm,此時眼睛到凸透鏡的距離大于20cm，小于40cm,即2f>u>f,因此該同學的眼睛通過凸

透鏡在另一側能成倒立放大的像。

故答案為：（1）照相機；左；大；（2）倒立放大。

（2024?陜西）如圖-1,是小明做“探究凸透鏡成像的規律”的實驗裝置。

（1）實驗時，調節燭焰中心、凸透鏡光心和光屏中心在同一高度，其目的是

（2）固定凸透鏡的位置，將蠟燭放在距離凸透鏡較遠處，此時應移動_______直至出現最清晰

的像，記錄物距、像距、像的性質。

（3）改變物距，重復上述操作，多次實驗，將實驗數據記錄在表中。

凸透鏡的焦距：f=5.0cm

實驗次數物距/cm像距/cm像的性質

正立或倒立放大或縮小虛像或實像

118.06.9倒立縮小實像

210.010.0倒立等大實像

37.017.7倒立放大實像

44.0/正立放大虛像

分析數據可知：當物距大于凸透鏡焦距時，物距減小，像距。

（4）當光屏上出現清晰的像時，小明不小心用手指尖遮擋住了凸透鏡的一部分，這時光屏上一

（選填“仍能”或“不能”）成燭焰完整的像。

（5）實驗中，小明將自己的眼鏡放在蠟燭和凸透鏡之間，發現光屏上原來清晰的像變模糊。將光

屏適當靠近凸透鏡后，光屏上再次出現清晰的像，由此可判斷小明佩戴的是（選填”近

視”或“遠視”）眼鏡。

（6）如圖-2,當無人機在高空拍攝地面場景時，所成的像最靠近圖-3中凸透鏡主光軸上的—

（選填“a”“b”“c”或“d”）點。

（7）生活中常用的放大鏡應用了表中第次實驗的成像規律。

【解答】解：（1）調整凸透鏡、光屏、燭焰的中心大致在同一高度上，這樣做的目的是使物體的

像能夠成在光屏的中心；

（2）固定好凸透鏡和蠟燭的位置，然后移動光屏找像；

（3）當物距大于凸透鏡焦距時，成實像，此時物距減小，像距增大；

（4）光屏上得到發光體清晰的像時，小明不小心用手指尖遮擋住了凸透鏡的一部分，仍有光線透

過，不會影響透鏡成像，光屏上仍能成清晰完整的像；

（5）只將光屏向靠近凸透鏡的方向移動適當距離時，又在光屏上觀察到蠟燭清晰的像，說明物距

不變，像距變小了，也就是眼鏡對光線有會聚作用，因此這只眼鏡是凸透鏡，也叫遠視眼鏡；

（6）照相機的成像原理是物距大于二倍焦距，像距大于一倍焦距小于二倍焦距，物距越大，像距

就越小，所以應該成像在b點；

（7）放大鏡利用當物距小于一倍焦距，成正立放大的虛像，所以應用了表中第4次實驗的規律。

故答案為：（1）使像成在光屏中央；（2）光屏；（3）增大；（4）仍能；（5）遠視；（6）b；（7）4o

4.（2024?南安市校級模擬）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。生活

中的（選填“照相機”、“投影儀”或“放大鏡”）就是利用這一成像原理制成的。

（2）若在圖乙中將凸透鏡移到55cm刻度線處，則將光屏移動到cm刻度線處，可以再

次看到清晰的像。如果用遮光罩將凸透鏡的上半部分罩住，則光屏上所成的像是

—=（選填"不完整的像”、“完整的像”、“完整的像但較暗”）

（3）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，則將光屏向（選填“左”或“右”）移動“燭焰尖部”又會變清晰。

【解答】解：（1）當蠟燭、凸透鏡位于圖乙中刻度對應的位置時，物距為50.0cm-35.0cm=15.0

cm,物距大于1倍焦距而小于2倍焦距，所以此時凸透鏡能成倒立、放大的實像；

生活中的投影儀就是利用這一成像原理制成的。

（2）在圖乙中將凸透鏡移到55cm刻度線處，物距為u=55cm-35cm=20cm,u=2f,成倒立、

等大的實像。像成在二倍焦距的位置，v=75cm-55cm=20cm,光屏在75cm的位置，所以光屏

向左移動。

擋住透鏡，上半部分，下半部分仍能折射光線成像，所以光屏上所成的像是完整的，由于折射光

線變少，所以亮度變暗；

（3）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，A點氣體流速變大，則A

點處氣體壓強變小，燭焰將向左移動，物距增大，像距應減小，所以應將光屏向左移動，“燭焰尖

部”又會變清晰。

故答案為：（1）放大；投影儀；（2）75；完整的像但較暗；（3）左。

（2024?佛岡縣校級二模）同學們利用自制的水透鏡來探究凸透鏡成像規律。

V/////7///////////////////////////////////////////////////////////////////////////.

甲

乙

丙

（1）組裝器材時要求燭焰、透鏡和光屏的中心在同一高度，目的是;

（2）向水透鏡中注入水，如圖甲所示，在光屏上能看到清晰的像，此像是（選填“放

大”“縮小”或“等大”）、倒立的；此時若僅將蠟燭與光屏的位置對調，則在光屏上（選

填“能”或“不能”）看到清晰的像；

（3）繼續注水，要使像清晰，可將光屏靠近透鏡，由此說明注水越多，水透鏡的焦距越；

（4）在圖甲所示的實驗場景下，同學們把眼鏡放在蠟燭和水透鏡之間，如圖乙所示，光屏上的像

變模糊了；當從水透鏡中抽出適量的水后，發現像再次變得清晰，由此判斷該眼鏡是

（選填“近視鏡”或“遠視鏡”），如果不抽水，將光屏向（選填“左”或“右”）移動，

也能在光屏上看到清晰的像；

（5）如圖丙是航天員王亞平在太空授課時做水球實驗的情形，此時的水球相當于一個凸透鏡，此

時的成像原理與（選填“照相機”“投影儀”或“放大鏡”）相同。

【解答】解：（1）實驗前為了使像成在光屏中央，將燭焰、凸透鏡和光屏的中心調至同一高度。

（2）如圖，物距大于像距，成倒立、縮小的實像；

將蠟燭與光屏位置對調，根據光的可逆性，則在光屏上能看到清晰的倒立、放大的像。

（3）繼續注水，要使像清晰，可將光屏靠近透鏡，凸透鏡成實像，物遠像近像變小，此時物距變

大，焦距變小。

（4）當從水凸透鏡內抽出一部分水后。使透鏡凸起程度變小，會聚能力較弱，將像成在光屏的后

面，為了使像正好呈在光屏上，可以在水凸透鏡前放置一塊凸透鏡，使光線提前會聚，由此判斷

該同學戴的是遠視眼鏡；如果不抽水，將光屏左移動，也能在光屏上看到清晰的像。

（5）圖中所成的像為倒立、縮小的實像，水球具有中間厚，邊緣薄的特點，因此水球相當于一個

凸透鏡，此時王亞平到水球的距離與水球焦距的關系是大于2倍焦距，當u>2f時，成倒立、縮

小的實像。照相機利用了此原理。

故答案為：（1）使像成在光屏中央；（2）縮小；能；（3）小；（4）遠視鏡；左；（6）照相機。

（2024?南山區校級三模）創新活動中，小明自制了一臺簡易照相機模型，如圖甲所示。模型由

兩個紙筒M、N組成，M正好套在N的外面，并能進行抽拉。在紙筒M的一端貼上膠片，凸

透鏡（焦距為10cm）固定在紙筒N的一端。然后小明與同學們一起利用自制照相機模型研究

照相機的成像原理，如圖乙所示，將此模型和LED燈制成的發光體（物高H=4cm）固定在光

具座上進行實驗，并將每次實驗測得的物距u、像距V、成像情況等分別記錄在表格中。

半透明紙紙筒M紙筒N凸透演

|iiii|iiii|iiii|iiii|ini|iiiipilijniiiiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii|iiii呵1川|

(>cm1()203()405()6()7()8()9)1(M)

甲乙

實驗序號物距u/cm像距v/cm像高h/cm

130.015.02.0

235.014.01.6

350.012.51.0

（1）制作LED燈的主要材料是（選填“導體”“半導體”或“超導體”）；

（2）由實驗數據可知，當被拍攝的物體靠近照相機鏡頭時，成的像將（選填“靠近”

或“遠離”）鏡頭，成的像的高度將（選填“變大”“變小”或“不變”）；

（3）小明將一副眼鏡的鏡片放在靠近簡易照相機模型的鏡頭的前方，發現在保持鏡頭與物體間的

距離不變時，要將MN兩個紙筒之間的距離調大，才能在膠片上重新觀察到清晰的像，則這個像

與之前所成的像相比會（選填“變大”“變小”或“不變”），該眼鏡是用于矯正

（選填“近”或“遠”）視眼的；

（4）小明用簡易照相機模型在距發光體5cm處的位置觀察，發現無論怎么移動紙筒，膠片上都

無法成像。你認為存在的原因是（寫出一條即可）。

【解答】解：

（1）LED燈的主要材料是半導體；

（2）由實驗數據可知，當被拍攝的物體靠近照相機鏡頭時，物距變小，像距變大，成的像將遠離

鏡頭，成的像的高度將變大。

（3）小明將一副眼鏡的鏡片放在靠近簡易照相機模型的鏡頭的前方，發現在保持鏡頭與物體間的

距離不變時，要將MN兩個紙筒之間的距離調大，才能在膠片上重新觀察到清晰的像，說明像距

變大，則這個像與之前所成的像相比會變大；說明該眼鏡對光線具有發散作用，是凹透鏡，是用

于矯正近視眼。

（4）小明用簡易照相機模型在距發光體5cm處的位置觀察，物距小于f,成的像是虛像，無法在

光屏上呈現。

故答案為：（1）