凸透鏡成像定律是光學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 接下來我們將從探索凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)開始，進(jìn)一步了解凸透鏡成像的規(guī)律。
一、探索凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的問題
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：蠟燭、火柴、凸透鏡（已知焦距）、天平（光學(xué)工作臺(tái)）、光幕。
2、實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)，儀器將蠟燭、凸透鏡、光幕從左到右依次放置在光具座上。 點(diǎn)燃蠟燭，調(diào)整其高度，使凸透鏡的光學(xué)中心、光幕中心和蠟燭火焰中心大致處于同一高度，使蠟燭火焰的圖像在光幕的中心。
實(shí)驗(yàn)過程中，由于蠟燭的燃燒時(shí)間變短，光屏上的圖像向上連接。 要使圖像在光幕中心重新形成，有以下三種調(diào)整方法：
① 如果只調(diào)整蠟燭，則應(yīng)向下調(diào)整蠟燭；
②如果只調(diào)整凸透鏡，則應(yīng)將凸透鏡向上調(diào)整；
③如果只調(diào)節(jié)光幕，則應(yīng)將光幕向下調(diào)節(jié)。
當(dāng)鏡頭的上部蓋上一張紙時(shí)，原本清晰的虛像會(huì)變得更暗，但仍能形成完整的圖像。
3、實(shí)驗(yàn)記錄：
① 需要記錄物距和像距；
②還需要記錄圖像的倒置、放大、縮小、實(shí)像。
4、倒立的理解：
① 相對(duì)于原對(duì)象；
②左右、上下翻轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)180°）。
5、如果在實(shí)驗(yàn)中，無論光幕如何連接凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)總結(jié)，光幕上都無法獲取到圖像，可能的原因有：
① 蠟燭放置在焦點(diǎn)上或焦點(diǎn)內(nèi)；
②蠟燭火焰中心、凸透鏡中心和光幕中心不在同一高度；
③蠟燭和光幕置于凸透鏡的同一左側(cè)； （這是一個(gè)錯(cuò)誤，這取決于問題主干中如何解釋）
④所選凸透鏡焦距過大（或光具座寬度小，大于4倍焦距），光幕接收不到圖像。
2.凸透鏡成像規(guī)律的理解
凸透鏡的成像規(guī)律如下表所示：
物距u與焦距f的關(guān)系
像距v與焦距f（或物距u）的關(guān)系
類似正負(fù)
喜歡大的和小的
想象的和真實(shí)的
實(shí)際應(yīng)用實(shí)例
u>2f
手倒立
縮小
虛像
相機(jī)
u=2f
v=2f
手倒立
ETC。
虛像
找到焦距
v>2f
手倒立
放大
虛像
幻燈機(jī)、投影儀
u=f
無成像
v>你
直立
放大
真實(shí)圖像
放大鏡
凸透鏡成像定律“叮當(dāng)”
1倍焦距分為實(shí)景和虛景，2倍焦距分為大小；
虛像與物體在不同側(cè)面，實(shí)像與物體在同側(cè)；
近處物體的虛像比遠(yuǎn)處物體的虛像大，遠(yuǎn)處物體的近處虛像更小；
近處物體的實(shí)像小，遠(yuǎn)處物體的實(shí)像大。
為了幫助朋友們理解凸透鏡成像規(guī)律，解釋如下：
雙焦距分為虛像和實(shí)像，（當(dāng)物距大于二倍焦距時(shí)，形成實(shí)像；當(dāng)物距小于二倍焦距時(shí)，形成虛像；物體距離等于焦距，不成像。也就是說，焦點(diǎn)是形成實(shí)像或虛像點(diǎn)的凸透鏡之間的邊界）
雙焦距的大小。 （當(dāng)物距小于1倍焦距但大于2倍焦距時(shí)，形成倒立放大的虛像；當(dāng)物距小于2倍焦距時(shí)，形成倒立縮小的虛像形成；當(dāng)物距等于2倍焦距時(shí)，形成一個(gè)倒立的、等大小的像（虛像。即在2倍焦距時(shí)，無論圖像與物體相比是放大還是縮小）
虛像和物體是側(cè)向的，（形成虛像時(shí)，像和物體總是在鏡頭的一側(cè)，像相對(duì)于物體是倒立的）
實(shí)像與物體同側(cè)為正像。 （形成實(shí)像時(shí)，像和物體始終位于鏡頭的同一側(cè)，且像相對(duì)于物體是直立的）
當(dāng)凸透鏡形成虛像時(shí)，物體的近像和遠(yuǎn)像變大； （形成虛像時(shí)，如果物體離鏡頭較近，則圖像離鏡頭較遠(yuǎn)，同時(shí)圖像也會(huì)變大）
當(dāng)凸透鏡形成實(shí)像時(shí)，物體的近像變小。 （形成實(shí)像時(shí)，如果物體離鏡頭較近，則像也應(yīng)離鏡頭較近，同時(shí)像會(huì)變小，但與物體相比，像仍被放大，但放大倍數(shù)變小）
3. 常見命題點(diǎn)舉例
在借助光具座進(jìn)行凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)探索中，小華進(jìn)行了以下操作：
(1)如圖A所示，平行于凸透鏡主光軸的光束經(jīng)過凸透鏡后，在光屏上產(chǎn)生最小且最亮的光斑。 從圖中可以看出，凸透鏡對(duì)光線有作用凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)總結(jié)，凸透鏡的焦距為cm。
(2)將蠟燭、凸透鏡、光幕依次放在燈臺(tái)上。 點(diǎn)燃蠟燭后，無論光幕如何連接，光幕上都無法獲得圖像。 請(qǐng)強(qiáng)調(diào)可能的原因之一： 。
(3)調(diào)整后，當(dāng)蠟燭火焰置于距凸透鏡16cm處時(shí)(如圖B所示)，凸透鏡的另外兩側(cè)分別與光幕的前后相連，將在光屏上獲得倒立的虛像（填充圖像的性質(zhì)）； （填充光學(xué)儀器）借助該成像定律進(jìn)行工作。 如果在圖B的基礎(chǔ)上使蠟燭遠(yuǎn)離鏡頭，光幕上仍能得到清晰的圖像，光幕應(yīng)連接到鏡頭的方向（選擇“近”或“遠(yuǎn)” ”）。
(4)為了使實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)更加通用，小花使用了不同焦距的三個(gè)鏡頭A、B、C進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物距保持在15cm不變時(shí)，蠟燭火焰通過三個(gè)透鏡的圖像如下表所示。 由此可知，三個(gè)凸透鏡A、B、C的焦距fA、fB、fC之間的關(guān)系為： 。
鏡片
成像特性
放大
手倒立
虛像
縮小
手倒立
虛像
放大
直立
真實(shí)圖像
（5）小華同事進(jìn)一步探索了凸透鏡的成像，保持凸透鏡與蠟燭火焰的位置不變，將光幕向右連接2cm，發(fā)現(xiàn)屏幕上蠟燭火焰的圖像變成了模糊了，然后她把一副墨鏡的鏡框放在鏡片和蠟燭火焰之間，左右連接進(jìn)行調(diào)節(jié)。 于是，光幕上的蠟燭火焰圖像再次變得清晰。 這種現(xiàn)象說明這副太陽鏡是遠(yuǎn)視還是近視？
參考答案
(1)收斂11
（2）蠟燭放置在凸透鏡焦點(diǎn)內(nèi)（或蠟燭放置在焦點(diǎn)或蠟燭中心，凸透鏡與光幕不在同一直線上或像距較大）而且光具座太緊）
(3) 將投影儀（或幻燈機(jī)）放大至接近
（4）fB<fA<fC （提示：從成像特性可以推斷：A 鏡頭，fA<15cm<2fA，即：7.5cm<fA<15cm；B 鏡頭，15cm>2fB，即：fB<7.5 cm；C 鏡頭，15cm<fC)
（5）弱視鏡（溫馨提示：光幕向右連2cm，即像距變遠(yuǎn)，所以需要將原來的光線發(fā)散，才能在光幕上形成清晰的圖像，所以這副太陽鏡是凹透鏡，即斜視鏡）