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第五章透镜及其应用实验专题
两种透镜对光的作用
在观察“凸透镜对光的作用”实验中，小明做了如图所示的实验。
通过对比这两幅图，能够得出这样的结论，当光从空气射进凸透镜的时候，凸透镜对于光有着会聚方面的作用。
（2）小明借助此凸透镜，还有蜡烛、光屏等这些器材，接续探究凸透镜成像规律，记录了部分数据如下。
实验序号
物距u/cm
像距v/cm
像的性质
60.0
12.0
倒立缩小实像
35.0
14.0
倒立缩小实像
30.0
15.0
倒立缩小实像
20.0
20.0
倒立等大实像
12.5
50.0
小明根据表中数据发现：
①凸透镜成缩小实像时，像距和物距的大小关系是像距小于物距；
②当像距等于物距时，成像的性质是倒立等大实像；
③小明接着进行进一步的猜想，在物距是12.5cm这一情况下，成像展现出的性质为倒立的、放大的实像 。
④小明观察了前三组数据，他发现同一物体全都成的是缩小的像，那么随着像距的增加，像会不会变大呢？为了探究这个问题，原表格当中还需要增加的项目是像的大小变化。
光线是朝着主轴的方向去靠拢的，这样的话就会有会聚的作用，光线是远离主轴向外扩散的，如此便会有发散的作用。
①把实验1里的像距和物距加以比较、把实验2里的像距和物距加以比较、把实验3里的像距和物距加以比较，从而找出凸透镜成缩小实像的条件。
②根据实验4分析解答；
③根据表格数据分析像的大小和物距变化之间的关系；
④根据实验目的增加记录项目。
由右图能够知道，手电筒所发出的光，经过凸透镜之后，朝着主轴的方向靠拢，所以，凸透镜对于光线是有着会聚作用的 。
将实验1中的像距和物距进行比较，将实验2中的像距和物距进行比较，将实验3中的像距和物距进行比较，进而得到，当像距小于物距的时候，凸透镜会成缩小的实像。
②根据实验4可知，当像距等于物距时，成倒立等大的实像；
③从实验1开始，一直到5，物距是逐渐减小的，像距是逐渐增大的，那么像就逐渐变大。而当u等于20cm的时候成等大的实像，那当u等于12.5cm的时候，就应该成倒立放大的实像，。
④观察前三组数据，小明发现同一物体都成缩小的像，那么随着像距的增加，像会变大吗?为了探究这个问题，原表格中还需要增加的项目是像的大小变化。
凸透镜对光有会聚作用
中间厚边缘薄形状特殊的凸透镜，有把通过的光线聚集到一点的特性，也就是说凸透镜对光有会聚作用，这种特性能将光线在透镜的两个曲面上发生折射，致使光线往靠向透镜主轴方向偏折，在光学上起着极为核心的作用，像放大镜、相机、望远镜以及投影仪等设备里都有体现 。
为了深入研究凸透镜的会聚作用，可以执行以下步骤进行探究：
准备一个凸透镜，准备一个光源，光源可以是蜡烛或者灯泡等，准备一个像白纸张那样的屏幕，还要准备一个用于支撑光屏的支架。
取一个光源，把它放置在透镜的其中一侧，对光源与透镜之间的距离予以调整，一直调整到在透镜另一侧的那块屏幕上能够观察到清晰的光斑为止。
进行观察，记录光斑的尺寸，看亮度随着光源与透镜距离，是怎样变化的 。当光源处在透镜焦点以外时；光斑会在透镜另一边焦点之后，形成实像 ；而当光源处在焦点以内时；光斑会在透镜另一边焦点之前，形成虚像 。
4. 光源与透镜的距离被改变，不同尺寸和亮度的光斑能够被观察到，进而对凸透镜的会聚作用可深入去理解。
可以通过进一步实验，研究不同焦距的凸透镜，对光线会聚效果产生怎样的作用，以及透镜材料的折射率，会以何种方式影响会聚作用。
借助这些实验，能够更为全面地把握凸透镜针对光的会聚作用，进而知晓其于光学系统里的应用原理 。
2、凹透镜对光的发散作用
被称作发散透镜的凹透镜，是一种中心比边缘薄的透镜，它有发散光线的特性，当平行光线穿过凹透镜时，光线会朝透镜两侧折射，进而致使光线向外发散，这种发散作用源于凹透镜形状使入射光线在透镜两表面折射时，折射角大于入射角。
为了探究凹透镜对光的发散作用，可以进行以下实验：
先准备一个凹透镜，再准备一个光源，像激光笔模样的那种，接着准备一张白屏或者白纸，最后还要准备一个能够固定这些物品的支架。
让光源被固定于支架之上，要务必保证它能够释放出与透镜主轴相平行的光线 。
把白屏或者白纸，安置于透镜的另一侧，对其位置予以调整，一直至在屏幕上，观察到有一个模糊的光斑 。
4. 去观察，然后记录光斑的那种大小，以及清晰度，其是随着白屏跟透镜之间的距离的变化而产生情况的 。
5. 改变光源跟透镜之间的间距，观察光斑的改变情形，懂得凹透镜针对不同入射角光线的发散成效 。
借助实验数据，能够绘制出光线穿过凹透镜之后的发散路径图，进而深入剖析凹透镜的发散特性。
凭借上述所进行的实验，能够清晰明了地看见凹透镜对于光线所起到的发散作用，并且能够领会其背后所蕴含的物理原理。
【练习1】在借助太阳光测量凸透镜焦距之后，小华把凸透镜正对着太阳，发觉把火柴头放置在凸透镜焦点处一段时间以后，火柴会被点燃，他想要进一步探究不一样的透镜对于火柴的点燃效果存在何种不同，与同学们展开讨论之后，他们提出了以下三种猜想：
猜想1：凹透镜也能点燃火柴；
猜想2：点燃火柴的快慢与凸透镜的焦距大小有关；
猜想3：点燃火柴的快慢与凸透镜的直径大小有关．
按照所学知识，他们展开讨论，据此判断猜想1是错误的，你试想一下，他们判断所依据的是什么呢 ？
为了去验证猜想2究竟正不正确，他们挑选了直径相同但焦距不一样的凸透镜，进行屡次实验，结果发现火柴被点燃的时间基本上是相等的，这表明猜想2是那样的 。
（3）请去设计一个简单的实验，以此来验证猜想3是不是正确的，简要叙述一下你的实验方案 。
简要做法：；如何判断：．
在学习了透镜知识之后，小明有了想动手完成测量凸透镜焦距实验的想法，小华同样也有这样的想法 。
（1）小明所设计的乃是借助太阳光进行测焦距的一种方案，就如甲这幅图所显示的那样，在放置凸透镜这个动作实施的时候，他应当要让镜面朝着太阳光，与此同时，在透镜的另一处紧紧靠着透镜的那个位置放置一张白纸，随后再把白纸从透镜所在之处逐渐地往远处挪动，移到了一个恰当合适的位置，一直到白纸上出现了光斑物业经理人，进而测得了该透镜的焦距。
（2）小华采取的是另外一种方案，她把一个可看作点光源的小灯泡放置在凸透镜主光轴上，且紧靠透镜位置。同时，在透镜另一侧，有一张画有与镜面等大圆的白纸，是平行于镜面放置的，如图乙所示。为了准确测量该透镜焦距，白纸上的圆心应处在凸透镜上面。在移动小灯泡过程中，当她看到某现象时便可以指出，此时小灯泡移到了该透镜焦点处，最终就能测出焦距了。
小伟妹妹过生日之际 ，小伟购置了若干大小各异的水晶球，这是要当作礼物送给妹妹的 。之后小伟陪着妹妹在阳光下摆弄水晶球 ，这时发现阳光透过水晶球在地面留存光斑 。于此小伟萌生探究之意 ，想弄明白水晶球的聚光能力与水晶球大小存在何种关系 ，所以借助两个大小不一样的水晶球 、白纸以及刻度尺着手开展实验 。他把其中一个水晶球正对着太阳光摆放 ，并且把白纸放置在水晶球的另一侧 。接下来要进行操作事项 。经由实验数据展开分析从而得出结论 ：要是出现某种情况 ，那就表明水晶球的聚光能力和水晶球大小是有联系的 。
某物理学习小组，挑选了如图所示的四个透镜来开展探究实验，其中A与B、C与D是两组形状一样的凸透镜，它们分别是用玻璃、塑料以及水晶制作而成的，标点句号。
在探究有关“凸透镜的焦距大小是跟透镜球形表面弯曲程度产生何种关系”这个情况的时候，小组里面的各位同学相应地需要去从中选取出图里的哪两个凸透镜来开展实验呢，答案就是需要进行选填字母那个顺序号的内容 。
有器材被确定之后，紧接着小组当中的同学，让一束跟主光轴保持平行的光，分别经由两凸透镜之后，会聚焦于焦点的所在处，就如同图甲、乙所展示的那样。对两次实验的现象予以比较，能够得到的结论是：凸透镜的表面越是凸，凸透镜的焦距就越怎样呢 ！
一种情况是，要是选择A、B这两个透镜，那么他们能够去探究，关于另一种情况的 “凸透镜的焦距大小与的关系” 。 。
【练习5】物理跟生活紧密相连，在学了光学知识之后，宏星同学展开了下面的观察，然后进行了思考。
宏星于湖边瞧见水中存在一条鱼，那属于光的现象，他所看到供桥一的“鱼”是虚像 。
湖中有一把水位标尺，他看到鱼恰好在标尺的45厘米处，水面在标尺的75厘米处，鱼到水面的实际深度应大于30厘米，这里面选填“小于”或“等于”或“大于” ；如果想叉鱼，他应瞄准所看到的鱼的下方，这里面选填“上方”或“下方” 。
（3）类比属于一种解决问题的办法，图甲借助S点发出的二条特殊光线理性探寻凸透镜成像特征的光路图，要参照图甲的方式，在图乙上经由画图理性探寻凹透镜成像特征（仅需找出像点（Q））。
二、探究凸透镜成像的规律
实验小组在探究凸透镜成像的规律”的实验中：
（1）如图甲所示，有一束平行光，小明把它正对着凸透镜，之后移动光屏，一直移动到光屏上最终形成一个最小且最亮的光斑，而这个凸透镜的焦距是10.0cm 。
（2）进行实验之际，将凸透镜稳稳地固定于光具座50cm刻度线的那个位置，把蜡烛点燃，并且去调整烛焰的高度，再去调整凸透镜的高度，接着调整光屏的高度，使得烛焰以及凸透镜和光屏这三者各自的中心处于同一高度，其这样做的目的是要让所成的像能够呈现在光屏的中央之处。
第（3）种情况，让凸透镜在光具座上的位置维持不变，把蜡烛挪动到光具座20cm刻度线那里，如同题17图乙所呈现的那样，移动光屏，一直到烛焰在光屏上形成清晰的像，那么这个像是倒立的、缩小的实像，生活里的照相机（从“放大镜”“投影仪”或“照相机”中选择填写）就是依据这种成像规律来工作的。
若保持凸透镜处于光具座上的位置不发生变动，仅仅将图乙当中蜡烛跟光屏的位置进行互换，会发现光屏之上仍然能够观察到烛焰清晰的像，此时所观察到的像相较于位置互换之前的像更大，选填“大”或者“小”。
（1）依据平行于主光轴的光会聚焦于主光轴上的某一点，此点被称作焦点，焦点到光心的距离被叫做焦距，读数的时候需要估读到分度值的下一位，。
（2）目的是要让像能够呈现在光屏的中央位置，所以应当把烛焰、凸透镜以及光屏这三者的中心，调整到同一个高度上，。
(3)根据u2f，成倒立、缩小的实像；
先保持凸透镜在光具座上的位置不变，接着仅仅把图乙当中蜡烛以及光屏的位置进行交换，之后发现光屏上面依旧能够观察到烛焰十分清晰的像，而且这个时候所观察到的像要比之前位置互换之前的像更大 。
在对相关光学现象进行解析的过程中，当平行光穿过凸透镜时，光线会出现方向上的改变，发生偏折现象，之后光线交汇团聚于凸透镜的焦点之处，而从焦点这一位置到凸透镜光心那段距离，被称作焦距，通过观察图示能够知晓，此凸透镜的焦距数值为10.0cm。
实验的时候，需要把烛焰、凸透镜以及光屏这三者的中心，调节到同一高度，如此一来初中物理透镜专题，能够让烛焰的像，成在光屏的中央位置，从而方便进行观察。
首先，把蜡烛挪动到光具座上的20cm刻度线那里，这时，物距比二倍焦距要大，鉴于凸透镜成像的规律，接着移动光屏，一直到烛焰在光屏上形成清晰度高的影像，那么，这个像是倒立的、缩小的实像，在生活里，照相机就是依据这种成像规律来开展工作的。
仅保持凸透镜在光具座上位置不动，若只是将图乙里蜡烛与光屏的位置进行互换，会发现光屏上能够依旧观察到烛焰清晰的像，这是由于在光的折射现象当中，光路是会可逆的，此时所形成的像是呈现倒立状态、放大的实像，并且像相较于之前是更大的 。
关乎光学领域的、极为重要的一项内容是凸透镜成像规律，其针对不同物距状况下，凸透镜所形成的像的性质予以了描述，下述为凸透镜成像规律的几个关键点：
1. 当物体处于凸透镜焦点以外的时候，透镜就在物体同一侧形成一个倒立的，缩小的实像。
当物件正好处于凸透镜的将那聚焦点之上的时候，该透镜不会生成实际的影像，而是会射出平行的光线。
当物体置于焦点与凸透镜间时日，透镜于物体的另一侧生成一个放大的、正立的虚像，。
4.当物体处在凸透镜的焦点范围内向内时，透镜会于物体的相同一侧形成一个将其放大的、呈现正立状态的实像。
在所有情形之下，成像所处的位置，成像具备的大小，成像呈现的性质，均和透镜所拥有的焦距，以及物体所处的位置存在关联。
6. 改变物体跟透镜之间的距离，能够观察到像的大小以及位置的变化，借此验证上述规律。
为了探究凸透镜成像规律，可以进行以下实验步骤：
先行实验准备，需备好一个凸透镜，还要准备光源，亦要准备光屏，同样需准备刻度尺，另外得准备光源支架，同时要准备光屏支架。
首先进行实验装置的搭建，要把光源固定在其对应的支架上，接着把凸透镜固定在相应的支架上，然后把光屏固定在合适的支架上面，务必要保证它们能够沿着同一条直线进行移动。
移动光源以及光屏，把它们放置在透镜的两侧，一直到光屏上出现一个十分清晰的像，进行记录，记录的内容是光源到透镜的距离以及光屏到透镜的距离，这两个之间的距离平均值就是透镜的焦距，此为测量焦距的行为 。
查看成像规律时，要把物体 在透镜前面不同的位置上瞧瞧，观察并记录成像的位置，以及成像的大小，还有成像的正倒情况。物体所处的位置涵盖了在焦点以内，在焦点之上，在焦点以外，还有处于无穷远处 。
5. 数据进行记录，记录的是每次实验之时物体所处的位置，以及像所在的位置，还有像的大小维度，以及像所具备的性质，此性质涵盖实像或者虚像，以及正立或者倒立这些方面 。
6.剖析规律：依据所记录的数据初中物理透镜专题，对物体位置以及像的性质、位置还有大小之间的关系予以分析，进而归纳出凸透镜成像的规律。
7. 实验得出的结论是，依据分析之后所得到的结果，推论出关于凸透镜成像规律的结论，并且将其与理论方面的知识开展对比以便进行验证 。
【典例】【探究名称】探究“凸透镜成像的规律”
老师在上课时手持一个水晶球，让同学们借助它去看远处呈现倒立状态的建筑物的像，以此引发同学对于凸透镜成像的兴趣。基于此，老师安排大家一同去探究“凸透镜成像的规律”，为同学们准备了一个凸透镜，一个凹透镜，一个光具座，一根蜡烛，一个光屏，还有一个火柴盒。
【证据】
小明去挑选透镜的时候，将两个透镜也就是甲和乙，分别正对着太阳光摆放，于光屏上面出现了像图中那样的光斑，要问你觉得他应当挑选哪一个透镜也就是选填“甲”或者“乙”来着手进行实验 。
（2）为了能够让烛焰所成的像呈现在光屏的正中央位置，应当对烛焰、凸透镜以及光屏加以调整，务必使得烛焰的中心、凸透镜的中心、光屏的中心一起处于。
（3）在实验里，把凸透镜固定于光具座上面，通过改变蜡烛所处位置实现物距的改变，接着移动光屏去寻找像，记录成像的性质以及像距。小明这位向学之人，借助对比像的高度同烛焰高度把像的性质进行了总结，实验表格如下 。
序号
物距/cm
像距/cm
像的性质（正倒、大小、虚实）
像的大小
42
13
倒立、缩小、实像
逐渐变大
32
14.5
22
18.5
20
20
倒立，等大、实像
19
21
倒立、放大、实像
17
24.5
15
30
（4）【解释】由上表数据可知凸透镜的焦距是cm。
当烛焰距离凸透镜35厘米的时候，移动光屏是能够的，能够在光屏上寻得一个清晰的实像，生活之中依靠这个原理制作而成的光学仪器是要从中选择的，选择范围是“照相机”、“投影仪”或者“放大镜”。
（6）【交流】在完成以上7组数据之后，阿喜同学打算去整理器材从而结束实验。你觉得实验数据有没有收集齐全呢?（选择填写“是”或者“否”）。你给出理由是 。
烛焰经凸透镜成像时，如图示丙，能明显看出像上下呈颠倒状，欲验证“倒立的像”左右情况也颠倒，你能想出的办法是 。
【练习 1】，其情景是：如可见到展现于眼前的图甲，此图所呈现的乃是进行拍摄荷之叶上的蛙时的状况。于拍摄之际，人是需要做到恒常保持静止而不存在任何移动的，借助“变焦镜头”经由特定操作致使蛙呈现出来的像能够产生变大或者变小的变化体现。于学习了凸透镜成像的相关规律之后，小明心中萌生出探究这一情景里“像的大小与焦距二者之间的关系”的想法，为此所运用的器材包含有焦距彼此不同的凸透镜，还有光具座、呈现为“F”形状的光源、用于承接像的光屏以及用于测量长度的刻度尺等等。
如乙图中所示这样的情形，在做实验之时，应当要让那个呈现“F”形状的光源以及透镜还有光屏这三者各自的中心处于同一个高度之上，而这么做的目的在于 。
将焦距不为4cm的其他透镜，固定在光具座50cm刻度处，把“F”形光源固定在光具座20cm刻度处，移动光屏到合适位置，看到倒立的像之时，立刻用刻度尺测量像的高度并记录数据，更换不同焦距的透镜再如此这般操作，直到光屏上呈现清晰的像且测高度 ，然后选择合适序号填写 。
①保持光源和透镜位置不动，只移动光屏
②保持透镜和光屏位置不动，适当改变光源位置
③只保持透镜位置不动，适当移动光源和光屏
多次实验后，他记录的实验数据如下表所示。
实验次数
焦距/cm
10
12
14
像高/cm
1.5
2.5
3.6
4.8
6.3
8.0
根据数据能够推断出结论，在那样的情景里，当使用相机进行拍照时，必然，照相机镜头所能达到的焦距越大，那么，所成的像也就越怎么样呢，句号。
（4）在实验结束之后，小明回到了家里，而后小明察觉到桌面上存在一幅像图丙那样的漫画，于是小明拿了一根透明的、其横切面中间厚且边缘薄的圆柱形玻璃棒，将这根玻璃棒放置在漫画之上，接着水平朝着右边滚过该漫画，此时很有可能会看到图丁中的（填序号）情景。
【练习2】在探究“凸透镜成像规律”的实验中。
为了粗略测量凸透镜的焦距，上午上课之前，小红把凸透镜与水平地面进行平行放置，让太阳光照射到凸透镜之上，调整凸透镜到地面的距离，一直到地面上出现一个最小的亮点，小红觉得此点到光心的距离就是凸透镜的焦距，然而小强讲这个距离并非是凸透镜的焦距，其理由是 。
（2）小红把方案得以调整，将凸透镜安放在光具座之上，把平行光当作光源，让光屏进行移动，于光屏上面获取到一个最小且最亮的光斑，就如同图甲显示的那样，那么该凸透镜的焦距是有多少厘米呢 。
(3) 如图乙所示，光屏之上呈现出清晰的像，此像所具有的性质乃是倒立、是的实像。要是把蜡烛以及光屏的位置进行对调，光屏之上（有/没有）烛焰清晰的像，其原因在于。
（4）小明在做实验之际，把自己的远视眼镜放置于凸透镜之前以此模拟远视眼的矫正情况，光屏经过移动之后，直到光屏上面呈现出蜡烛清晰的像，这个时侯将眼镜取下。小明应当把蜡烛朝着远离凸透镜的方向进行移动，才能够再次于光屏之上寻找到蜡烛清晰的像，所形成的像会变小。
小光把点燃的蜡烛放置在某一处，发觉不管怎样去移动光屏，在光屏的中心仅仅能够看到一个大小不会改变的圆形光斑，你觉得有可能出现的原因应当是 。
如图丙所示，蜡烛位置保持不变，把透镜移动到图丙所示刻度线处，那么人眼应当在图中的（A/B/C）处，并且朝着相应方向，这样才能够观察到烛焰的像。
（7）小华将相关器材予以更换后，顺利地把实验完成了，依据记录下来的实验数据，得到了如同图示的图像，线段MN是凸透镜成像的像距倒数也就是（1/v）和物距倒数也就是（1/u）的对应关系，按照图像所呈现的信息能够得出该小组所使用的凸透镜的焦距为cm，在进行实验时，鉴于实验所持续的时间比较长，蜡烛出现了变短的情况，烛焰的像在光屏之上的位置会朝着（上/下）方进行移动。