探究凸透鏡成像規律

[實驗要點]

1. 1倍焦距分虛實：1倍焦距以外成實像，1倍焦距以內成虛像。

2. 2倍焦距分大?。?倍焦距以外成縮小像，2倍焦距以內成放大像。

3. 成實像時，像與物的上下、左右都顛倒。向左吹燭焰，燭焰在光屏上的像向右偏。辨別燭焰的像的左右：輕輕地向左或向右吹動燭焰，看像偏移的情況。

4. 成虛像時，像與物的上下、左右都一致。向左吹燭焰，透過透鏡向蠟燭一側看，能看到燭焰的像向左偏。

5. 成實像時，物近像遠像變大，物遠像近像變小。物體靠近凸透鏡，光屏遠離凸透鏡，物距變小，像距變大，像變大；物體遠離凸透鏡，光屏靠近凸透鏡，物距變大，像距變小，像變小。

6.成虛像時，物近像近像變小，物遠像遠像變大。物體遠離凸透鏡，像遠離凸透鏡，物距變大，像距變大，像變大；物體靠近凸透鏡，像靠近凸透鏡，物距變小，像距變小，像變小。

7. 物距和像距，誰大誰就大。物距大，物就大于像；像距大，像就大于物。

8.將透鏡擋上一半，仍然成完整的像，但像變暗了。像的亮暗取決于光照強度。當光源、透鏡直徑一定時，透過的光也是一定的，像越小，則像越亮；像越大，則像越暗。同理，當透鏡被遮住一部分，或者透鏡面積變小時，透過的光變少，會導致像變暗。

[實驗拓展]

1. 凸透鏡成像規律及其應用要牢記：

2. 規律拓展：

（1）選擇光具座長度的依據：u + v ≥ 4f，即物距和像距的和大于等于4倍焦距。

（2）實驗過程中，蠟燭會越燒越短，像便會逐漸上移，不便觀察。為了使像回到光屏中央，我們可以將蠟燭上移，或者將透鏡下移，或者將光屏上移。

（3）無論怎樣移動光屏都無法在光屏上看到燭焰清晰的像的原因：

①蠟燭在凸透鏡的1倍焦距以內，成虛像；②蠟燭在1倍焦距和2倍焦距之間，但非?？拷裹c（1倍焦距），所以像距很大（大于光具座的長度）；③蠟燭在1倍焦距上（焦點處）不成像；④像成在了光屏的上方或下方。

（4）u gt; 2f、f lt; v lt; 2f時，物體的移動速度大于像的移動速度。因為物體在2倍焦距以外移動，而像在1倍焦距和2倍焦距之間移動，物體的移動范圍比像的移動范圍大，也就是物體的移動路程比像的移動路程大。而物體的移動時間等于像的移動時間，所以物體的移動速度大于像的移動速度。同理，f lt; u lt; 2f、v gt; 2f時，物體的移動速度小于像的移動速度。

（5）成像大小與焦距的關系：當物距一定時，凸透鏡的焦距越大，像距越大，像越大；凸透鏡的焦距越小，像距越小，像越小。調焦相機便應用這一原理調焦，拍出大小不同的照片。

[能力提升]

例1 如圖1所示，用焦距為10 cm的凸透鏡、高度為6 cm的F形光源、光屏和光具座等器材探究凸透鏡成像大小的變化規律，通過測量像的高度反映像的大小。

（1）若要測量光源在光屏上所成像的高度，還需要的測量工具是_________。

（2）將光源逐漸靠近凸透鏡，移動光屏，把三次成倒立實像的相關數據記錄如下表。分析表中數據，可得出結論：凸透鏡成實像時，物距變小，像距變_________，像變_________。

（3）繼續移動光源至物距為6 cm時，發現無論如何移動光屏，均不能在光屏上成像，人眼應從_________（選填“光源”或“光屏”）一側透過凸透鏡觀察光源的像，此時能否用（1）問中的測量工具直接測出觀察到的像高？_________（選填“能”或“不能”）。

（4）若保持光源到光屏的距離為45 cm不變，僅移動凸透鏡改變物距，則表中第_________次實驗的成像情況不能探究，理由是：__________________。

答案：（1）刻度尺 （2）大 大 （3）光屏 不能 （4）2 u + v lt; 45 cm

[綜合實踐]

例2 請閱讀下文，并回答問題。

菲涅爾透鏡

圖2甲所示為一平凸透鏡，平行光由平凸透鏡平面一側垂直入射，在透鏡中傳播方向不變，只有經透鏡另一側曲面時才會發生偏折，并會聚于焦點。若將平凸透鏡深色部分（如圖2乙所示）去掉，只保留曲面的白色部分（如圖2丙所示），并將其向左平移到透鏡平面處（如圖2丁所示），這樣得到的透鏡叫作菲涅爾透鏡，又稱螺紋透鏡。與平凸透鏡相比，光在菲涅爾透鏡中傳播時減少了在透鏡中直線傳播的部分，只保留透鏡發生折射的曲面，既節省透鏡材料又減少了光在透鏡中傳播的光能損失。

菲涅爾透鏡有著廣泛的應用，大型菲涅爾透鏡是聚光太陽能系統中重要的光學部件之一，當透鏡非螺紋面垂直面向太陽光時，太陽光垂直照射到菲涅爾透鏡上，光通過菲涅爾透鏡會聚到焦點上，如圖3甲所示。若將太陽能電池板放置在一半焦距處，光線會聚后照射面積僅為原來的四分之一，如圖3乙所示，因而所需太陽能電池板面積也就減小為原來的四分之一，大大節約成本的同時，也提高了單位面積上接收到的光照強度。

根據上述材料，回答下列問題。

（1）當平行光由平凸透鏡平面一側垂直入射時，在___________（選填“透鏡平面一側”或“透鏡曲面一側”）會發生偏折。

（2）菲涅爾透鏡對光有___________（選填“會聚”或“發散”）作用。

（3）圖3乙中，將一太陽能電池板放置于菲涅爾透鏡下方的一半焦距處，與不放置菲涅爾透鏡相比，太陽能電池板上受光照部分在單位時間接收到的光能提高為原來的___________倍。（不考慮光傳播過程中的能量損失）

答案：（1）透鏡曲面一側 （2）會聚 （3）4

（作者單位：凌海市育才學校）