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01透過現象看本質

我們在日常生活中觀察發現，照相機、投影儀、放大鏡等似乎他們的工作原理都是一樣的，都擁有一個相當于凸透鏡的鏡頭，但是為什麼他們的成像效果會有那麼大的差距呢？

照相機成倒立、縮小的實像；

投影儀成倒立、放大的實像；

放大鏡成正立、方法的虛像；

其實稍微細心的同學會發現，我們在使用這些儀器的時候，我們能觀察到的最大不同之處就是距離了。

照相時我們會使相機和被照物體離得遠一點，離太近了像會變得和模糊；

投影儀卻是把投影片和鏡頭放得夠近，然後在遠處成一個放大的像；

放大鏡就得在物體附近移動才有放大效果，稍微遠一點，像将變得模糊不清。

在物理學上，我們物體到凸透鏡光心的距離稱為物距，通常用u表示；把像到凸透鏡光心的距離稱為像距，通常用v表示。

從前面這些例子來看，物距和像距應該是存在某種聯系的。當然具體是怎樣的，我們得用實驗來找出他們之間的規律。

02實驗

第一步、實驗準備

準備好光具座、點燃的蠟燭、凸透鏡、光屏。

制作好表格分别記錄焦距f、物距u、像的正倒、大小、虛實、像距v數據。表格如下：

第二步、測放大鏡焦距

将實驗用的放大鏡正對着太陽光，改變凸透鏡與地面的距離，直到地面上出現最亮的光點。

我們知道平行于主光軸的光線，經過凸透鏡後會會聚于焦點。太陽光可以看成平行光，地面上最亮的這個光點就是凸透鏡的焦點，測得它與凸透鏡中心的距離為10cm，這個10cm就是凸透鏡的焦距。

第三步、正式實驗

1、将蠟燭、凸透鏡、光屏依次放在光具座上，調節燭焰、凸透鏡和光屏的中心大緻在同一高度，這樣可以使燭焰的像成在光屏的中央。

2、當蠟燭距離透鏡30cm時，移動光屏，最終在光屏上得到一個明亮、清晰的像，觀察發現這是一個倒立、縮小的實像，記錄下此時的物距為30cm，像距為15cm。

3、當我們向右移動蠟燭直到蠟燭距離凸透鏡距離20cm，然後向右移動光屏，在距離透鏡20cm的地方接收到一個清晰的像。觀察發現這是一個倒立、等大的實像。記錄下此時的物距為20cm、像距為20cm。

4、接着向右移動蠟燭直到蠟燭距離凸透鏡距離15cm，然後向右移動光屏，在距離透鏡30cm的地方接收到一個清晰的像。觀察發現這是一個倒立、放大的實像。記錄下此時的物距為15cm、像距為30cm。

由此可見，在往右移動蠟燭的過程中，像一直在變遠變大，這就是所謂的物近像遠像變大。

5、我們向右繼續移動蠟燭，發現當蠟燭距離透鏡10cm時，無論怎麼移動光屏都接收不到燭焰的像。當我們從右側透過透鏡看過去也看不到像，隻能看到一個模糊的光斑。

6、接着繼續向右移動蠟燭，發現蠟燭距離透鏡5cm時，無論怎樣移動光屏都接收不到燭焰的像。但是，我們從右側透過透鏡能夠看到一個燭焰的像，這是一個正立、放大的虛像。記錄下此時的物距為5cm。

7、最後統計的數據如下，看看你是否能找到其中的一些規律呢？

03數據分析總結

1、當物距大于2倍焦距時，像的性質為倒、小、實，像與物體異側，像距位于1倍焦距到2倍焦距之間，來自遠處的物體的光經過照相機鏡頭會聚在感光元件上，形成縮小的像，利用的就是這個原理。

2、當物距等于2倍焦距時，像的性質為倒、等、實，像與物體異側，像距剛好也為2倍焦距。

3、當物距大于1倍焦距小于2倍焦距時，像的性質為倒、大、實，像與物體異側，像距大于2倍焦距。 教室裡的投影儀工作時，物體離投影儀鏡頭比較近，像是放大的。原理就是如此。

4、當物距等于1倍焦距時，不成像，而當物距小于1倍焦距時，像的性質為正、大、虛，像與物體同側。把放大鏡放在物體跟眼睛之間，适當調整距離，就能看清楚物體的細微之處。其利用的就是這個原理。

其實這些原理我們可以總結為一個口訣來進行記憶：

這個規律一定要記牢哦~~

當然這是我們從實驗中得出的結論，其實我們也可以利用光路圖來理解凸透鏡成像的規律。

04利用光路圖理解凸透鏡成像規律

我們用凸透鏡的三條特殊光線作圖來确定像的大小和位置。應該都還記得凸透鏡的這三條特殊光線吧？

1号線過光心不改變方向；

2号線平行于主光軸入射，出射光線過焦點；

3号線從焦點射入的光線，出射光線平行于主光軸；

因為兩條直線就可以确定一個定點了，所以我們選擇1、2号線就可以了。

有的孩子可能會選擇1、3号線，或者2、3号線。這樣當然也可以，但是欠妥，為什麼呢？

這是因為當物距在1倍焦距之内時，3号線就不通過凸透鏡，所以這時3号線起不到任何作用。

因此，隻要根據1、2号線一次去分析不同物距之間的成像規律即可。

2号線的出射光線始終是過焦點的，不會随着物距的變化而發生變化。

但是1号線則不同，它會随着物距減小變得更傾斜。當物距在1倍焦距之外時，2号線和1号線出射光線的交點，随着物距的減小而越來越往下和靠右，即我們前面所講的“成實像，物近像遠像變大。”

當物距在1倍焦距之内時，2号線和1号線反向延長線的交點，随着物距的減小而越來越往下和靠右，即前面所講的“成虛像，物近像近像變小。”

至于“1倍焦距分虛實，2倍焦距分大小”這個規律怎麼理解呢？

當物距等于1倍焦距時，1、2号線的出射光線平行，自然無法成像。當物距再大點就會成實像，物距再小點就會成虛像。

所以，物距等于1倍焦距是虛實像的分界線。

當物距等于2倍焦距時，由數學幾何關系三角形全等可知，像跟物體是等大的。當物距再大點像就會縮小，物距再小點像就會放大。所以，物距等于2倍焦距是像放大和縮小的分界線。

最後，從下面的圖中我們也能清楚的看出“虛像正立實像倒。”

是否非常清楚了凸透鏡的成像規律了？再次提醒，下面這張圖一定要記牢哦~

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