备战2020年中考物理专题05凸透镜成像规律（含解析）.doc

1 专题 05 凸透镜成像规律 凸透镜的成像规律 1.当 u＞2f 时， 成倒立、缩小的实像 f＜v＜2f （照相机）； 2.当 u＝2f 时，　 成倒立、等大的实像 v＝2f　　 （测焦距）； 3.当 f＜u＜2f 时，成倒立、放大的实像 v＞2f （投影仪）； 4.当 u＜f 时，成正立、放大的虚像（放大镜原理）当 u=f 时无法成像。 一倍焦距分虚实，两倍焦距分大小；物近像远像变大，物远像近像变小。 【例题 1】（2019 山东泰安）如图所示，在”探究凸透镜成像的规律”实验中，烛焰在距离凸透镜 8cm 处 时，在距离凸透镜 15cm 处的光屏上成倒立的像。保持蜡烛和光屏不动，现把凸透镜向光屏方向移动 7cm， 下列关于烛焰在光屏上成像的说法正确的是（　　） A．不能成清晰的像 B．成倒立的缩小的像 C．成倒立的放大的像 D．成倒立的等大的像 【答案】B 【解析】如图所示，在”探究凸透镜成像的规律”实验中，烛焰在距离凸透镜 8cm 处时，在距离凸透镜 15cm 处的光屏上成倒立的像。 此时物距小于像距，f＜u＝8cm＜2f，解得，4cm＜f＜8cm， v＝15cm＞2f，解得 f＜7.5cm， 焦距范围：4cm＜f＜7.5cm， 保持蜡烛和光屏不动，现把凸透镜向光屏方向移动 7cm，此时 u′＝8cm+7cm＝15cm＞2f， v′＝15cm﹣7cm＝8cm，f＜v′＜2f，凸透镜成倒立缩小的实像，故 ACD 错误，B 正确。 专题学啥 2 【例题 2】（2019 上海）小明在做“探究凸透镜成像规律”实验中，将蜡烛、凸透镜和光屏的中心调至　 　。 已知凸逶镜焦距为 10 厘米，现蜡烛的位置如图所示，蜡烛到凸透镜的距离为 10 厘米，移动光屏寻找像的 位置，发现光屏上有一个倒立、　 　的像（选填“放大”、“等于”或“缩小”）。 【答案】同一高度；放大。 【解析】（1）实验前，把蜡烛、凸透镜、光屏从左向右依次放在光具座上，点燃蜡烛并调整烛焰、凸透镜、 光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度，为了使得像成在光屏的中央； （2）凸逶镜焦距 f＝10cm，蜡烛到凸透镜的距离为 10cm，由于如图所示的凸透镜的光心在凸透镜中心位置， 故物距略大于 10cm，即 2f＞u＞f，成倒立、放大的实像。 【例题 3】（2019 北京）某同学在做光学实验时，他先将焦距为 10cm 的凸透镜 A 固定在光具座上 50cm 刻 度线处，光屏和点燃的蜡烛分别位于凸透镜 A 两侧，蜡烛放置在 20cm 刻度线处，如图所示。左右移动光屏， 直至光屏上呈现烛焰清晰的像。 （1）上述光屏上所成的像是　　（选填“放大”“等大”或“缩小”）的实像。 （2）将透镜 B 放在凸透镜 A 与光屏之间某处（图中未画出），光屏上原来清晰的像变模糊了，将光屏向远 离凸透镜 A 的方向移动，光屏上又呈现烛焰清晰的像，这说明透镜 B 对光线有　　（选填”会聚”或“发 散”）作用。透镜 B 能用来矫正　　（选填“近视眼”成“远视眼”）。 【答案】（1）缩小；（2）发散；近视眼。 【解析】（1）凸透镜 A 焦距 10cm，固定在光具座上 50cm 刻度线处，蜡烛放置在 20cm 刻度线处，所以物距 u＝30cm＞2f，物距大于二倍焦距成倒立缩小实像； （2）将透镜 B 放在凸透镜 A 与光屏之间某处，光屏上原来清晰的像变模糊了，将光屏向远离凸透镜 A 的方 向移动，光屏上又呈现烛焰清晰的像，这说明凸透镜 B 对光线具有发散作用，是凹透镜，透镜 B 能用来矫 正近视眼。3 一、选择题 1.（2019 深圳）下列与照相机成像原理相同的设备是（ ） A. 放 大 镜 B. 近 视 眼 镜 C. 监 控 摄 像 头 D. 投影仪 【答案】 C 【解析】照相机的成像原理：当物体在凸透镜的二倍焦距以外时，成倒立、缩小的实像。 A.放大镜成正立、放大的虚像，故 A 不合题意； B.近视眼镜是凹透镜，成正立、缩小的虚像，故 B 不合题意； C.监控摄像头成倒立、缩小的实像，故 C 符合题意； D.投影仪成倒立、放大的实像，故 D 不合题意。 2.（2019 湖北荆州）用如图的装置做“探究凸透镜成像规律”的实验时，已知凸透镜的焦距为 10cm，下列 说法正确的是（　　） A．烛焰在如图所示的位置时，成像特点与照相机成像特点相同 B．若将蜡烛移到光具座 42cm 刻度处时，烛焰所成的像是倒立、放大的 C．若将蜡烛移到光具座 30cm 刻度处时，烛焰所成的像是等大的 D．若将蜡烛从光具座 30cm 刻度处向远离凸透镜方向移动时，烛焰所成的像将逐渐变大 【答案】C 【解析】A.由图可知，u＝50cm﹣35cm＝15cm，物距处于 f 和 2f 之间，凸透镜成倒立放大的实像，与投影 仪的原理相同，故 A 错误； B.将蜡烛移到光具座 42cm 刻度处时，物距等于 50cm﹣42cm＝8cm，物距小于 f，凸透镜成正立放大的虚像， 故 B 错误； C.将蜡烛移到光具座 30cm 刻度处时，物距等于 50cm﹣30cm＝20cm＝2f，物距等于像距，等于 2 倍焦距，成 专题操练 4 倒立等大的实像，故 C 正确； D.将蜡烛从光具座 30cm 刻度处向远离凸透镜方向移动时，根据物距增大像距减小像减小，烛焰所成的像将 逐渐变小。故 D 错误。 3．（2018 武汉）当蜡烛、凸透镜、光屏在如图所示的位置时，烛焰在光屏上恰好成清晰的像（像未在图中 画出），则下列说法正确的是（　　） A．保持透镜不动，向左移动蜡烛，需要将光屏也向左移动才能得到清晰的像 B．保持蜡烛和光屏不动，只移动透镜，可以在光屏上得到一个清晰、放大的实像 C．保持透镜不动，将蜡烛移到 55cm 处，移动光屏，可以得到一个清晰、缩小的实像 D．只将透镜替换成焦距为 15cm 的凸透镜，光屏要向右移动才能得到清晰、放大的实像 【答案】AB 【解析】（1）凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大；物距增大，像距减小，像变小；（2）光 在折射时光路可逆； （3）物体在焦点以内成正立放大的虚像； （4）凸透镜成像的四种情况及应用： u=2f，成倒立等大的实像。 u＞2f，成倒立、缩小的实像，2f＞v＞f，应用：照相机； 2f＞u＞f，成倒立、放大的实像，v＞2f，应用：投影仪； u＜f，成正立、放大的虚像，应用：放大镜； A．保持透镜不动，向左移动蜡烛，物距增大，像距减小，像变小，需要将光屏也向左移动才能得到清晰的 像，故 A 正确； B．光在折射时光路可逆，图中物距大于像距，成倒立、缩小的实像，保持蜡烛和光屏不动，只移动透镜， 可以在光屏上得到一个清晰、放大的实像，故 B 正确； C．蜡烛距离凸透镜 30cm，像距 15cm；此时物体的位置在二倍焦距以外，像在一倍焦距和二倍焦距之间， 即 30cm＞2f；2f＞15cm＞f，所以 7.5cm＜f＜15cm，保持透镜不动，将蜡烛移到 55cm 处时，物距 u=5cm＜ f，成正立放大的虚像，故 C 错误； D．若只将透镜替换成焦距为 15cm 的凸透镜，此时物距 u=30cm=2f，成倒立等大的实像，像变大，像距也变5 大，应将光屏要向右移动才能得到清晰的等大的实像，故 D 错误。 4．（2018 哈尔滨）一凸透镜的焦距为 15cm，将点燃的蜡烛从离凸透镜 20cm 处移到 40cm 处的过程中，像 的大小和像距的变化情况是（　　） A．像变大，像距变大 B．像变小，像距变小 C．像变大，像距变小 D．像变小，像距变大 【答案】B． 【解析】此题考查了学生对凸透镜成像规律的应用，首先要熟练掌握凸透镜成像的规律，搞清物距和像 距．然后才能准确判断像的性质． 掌握凸透镜成像的三种情况： U＞2f，成倒立、缩小的实像． 2f＞U＞f，成倒立、放大的实像． U＜f，成正立、放大的虚像． 凸透镜成实像时，物体离凸透镜越近，像离凸透镜越远，像也越大． 凸透镜的焦距是 15cm，将点燃的蜡烛从离凸透镜 20cm 处移到 40cm 处的过程中，物距始终大于焦距，因此 凸透镜成实像，由于物距增大，则像距减小，像变小． 综上分析可得，选项 B 正确． 5．（2018 齐齐哈尔）在“探究凸透镜成像规律”的实验中，小明将烛焰放在凸透镜前某一位置时，恰好在 凸透镜后 20cm 处的光屏上出现一个与该烛焰等大的像，下列说法正确的是（　　） A．该凸透镜的焦距是 20cm B．此时的物距大于 20cm C．当物距是 30cm 时，光屏上呈现倒立缩小的像 D．当凸透镜的一部分被遮住时，光屏上不能呈现完整的像 【答案】C． 【解析】（1）（2）物距等于二倍焦距成倒立、等大实像，像距等于二倍焦距．可用来粗测焦距．（3）物 距大于二倍焦距，成的是倒立缩小的实像； （4）物体有无数点组成，物体上任一点射向凸透镜有无数条光线，经凸透镜折射后，有无数条折射光线会 聚成该点的像；当遮住凸透镜的一部分，还有另外的部分光线，经凸透镜折射会聚成像． AB.距离凸透镜 20cm 的光屏上得到一个清晰的与物体等大的像，所以 v=20cm=2f，则 f=10cm，故 AB 错误； C.当物距是 30cm 时，物距大于二倍焦距，故光屏上呈现倒立缩小的像，故 C 正确；6 D.遮住凸透镜的上半部，物体上任一点射向凸透镜的下半部，经凸透镜折射后，照 样能会聚成像，像的大 小不发生变化，折射光线减少，会聚成的像变暗，故 D 错误． 6.（2018 江西）当蜡烛、凸透镜、光屏在如图所示的位置时，蜡烛的像在光屏上依稀可见（如图）.则下列 结论正确的是 （ ） A．物距 u=45cm B．像距 v=80cm C．凸透镜焦距 f 一定是 10cm D．凸透镜焦距 f 在 7.5cm——15cm 之间 【答案】D 【解析】本题重在考查物距、像距、焦距概念以及凸透镜成像的基本规律。同时也测试了学生的观察能力、 读取数据的能力。 A.物体与凸透镜光心间的距离为物距，图中情况 u=15cm。选项 A 错误； B.光屏的像到凸透镜间的距离为像距，图中情况 v=30cm。选项 B 错误； C.凸透镜焦点到光心间的距离为焦距。但光光根据图所示情况得不出来焦距的大小。但我们能根据凸透镜 成像的规律判断其焦距的范围。 D.由图中情景知道，蜡烛经过凸透镜作用后，在光屏上得到一个倒立的、放大的、实像。这种情况只有 f＜ u＜2f 时出现。我们知道 u=15cm，所以 f＜15cm＜2f。 解得：7.5cm＜f＜15cm。所以选项 D 正确。 7.（2018 湖北黄石）如图是某凸透镜成实像时，像距 v 和物距 u 的关系图像。分析图像中有关数据可知（ ） A．该凸透镜的焦距为 10cm B．当物距 u=30cm 时，像距 v=15cm C．物距增大时，像距也增大 D．当物距 u=15cm 时，成的是缩小的像 【答案】A7 【解析】本题考查凸透镜成像的规律以及运用图像给出的信息解决问题的能力。 A．由图象可知，u=v=2f=20cm，所以凸透镜的焦距是 10cm，故 A 正确； B．当物距 u=30cm＞2f=20cm 时，2f＞v＞f，即 20cm＞v＞10cm，故 B 错误； C．凸透镜成实像时，物距增大时像距减小，故 C 错误； D．当物距 u=15cm，此时 2f＞u＞f，成倒立放大的实像，故 D 错误． 8.（2018 河北）下列关于对显微镜和望远镜的说法中，不正确的是 （ ） A.显微镜由两个凸透镜组成，目镜成倒立放大的实像，物镜成正立放大的虚像 B.望远镜的物镜成倒立缩小的实像，目镜成正立放大的虚像 C.显微镜和各种形式的望远镜，目镜都成虚像 D.无论什么形式的望远镜，其物镜直径越大越好 【答案】A . 【解析】显微镜的物镜成倒立放大的实像，目镜成正立放大的虚像，A 错；望远镜的物镜成倒立缩小的实像， 目镜成正立放大的虚像，B 正确；显微镜和望远镜的目镜都相当于放大镜，成的都是虚像，C 正确；望远镜 的物镜直径越大，可以会聚更多的光，使得成的像更加明亮，D 正确。这道题根据显微镜和望远镜的目镜和 物镜个工作原理：显微镜（物镜能成倒立放大的实像，目镜把这个倒立放大的实像再次放大，成一个正立 放大的虚像，经过两次放大，因此我们看到的是一个倒立放大的虚像）望远镜（物镜成一个倒立缩小的实 像，目镜把这个倒立缩小的实像再次放大，成正立放大的虚像．经过一次缩小，一次放大，我们看到的是 一个倒立缩小的虚像）便能判断出 A 错误，BC 正确。D 选项结合望远镜物镜的特点，物镜直径越大，可以 会聚更多的光，使得成的像更加明亮，所以 D 正确。 二、填空题 9.（2018海南）取两个焦距分别为5㎝ 和20㎝的放大镜，一只手握住一个，并且将焦距为20㎝的放大镜放在 前面，通过两个透镜看前面的物体，调整两个放大镜之间的距离，直到看清楚为止，物体是变________了， 把两个放大镜的位置对调，你的发现是________，用两个焦距不同的放大镜是因为________。8 【答案】大，成了一个缩小的像。望远镜，必须物镜的焦距大于目镜的焦距，才能放大物体． 【解析】调整两个放大镜之间的距离，当前面焦距为 20㎝的放大镜（物镜）的后焦点与焦距为 5㎝的放大镜 （目镜）的前焦点重合时，就组成一个简易望远镜，这样能将远处的物体放大，反之，则缩小．用两个放 大镜组成简易的望远镜，必须是物镜的焦距大于目镜的焦距，才能放大物体．只要同学们动手操作，亲自 实验，便能得出上述结论 三、作图题 10．（2019 广州）如图为某望远镜内部部分光路图，物镜是凸透镜，O 为光心，F 为物镜焦点，焦距为 500mm。 （1）在图中画出光线 a、b 经物镜折射前的入射光线。 （2）目镜是______透镜（选填“凹”或“凸”） （3）用此望远镜观测月球时，月球经物镜成一个_______（选填“倒立”或“正立”）、_______（选填“放 大”、“等大”或“缩小”）的像。 【答案】（1）见解析 （2）凹 （3）倒立 缩小 【解析】（1）由凸透镜的三条特殊光线得，过光心的光线传播方向不改变，经过焦点的光线经凸透镜折射 后平行主光轴射出，据此即可作出光线 a、b 经物镜折射前的入射光线，如图所示。（2）由图知，目镜对 光线 a、b 有发散作用，说明目镜是凹透镜。（3）用此望远镜观测月球时，由于物距 u>2f，所以月球经物 镜成一个倒立、缩小的实像。 四、实验探究题 11．（2019 福建）在“探究凸透镜成像规律”的实验中： （1）需要将凸透镜、蜡烛和光屏安装在光具座上，置于中间位置的应是　 　o9 （2）调节好装置，将蜡烛放在 2 倍焦距之外时，光屏上能成　 　（选填“放大”或“缩小”）、倒立 的　 　像（选填“实”或“虚”）。生活中常用的　 　是利用这一成像规律制作的。 （3）将蜡烛移至 1 倍焦距与 2 倍焦距之间某处，光屏上成清晰的像。若烛焰中心下降 lcm，光屏上的像会　 　 移动（选填“向上”或“向下“），移动的距离　 　1cm（选填“大于”“小于“或“等于”）。 【答案】（1）凸透镜；（2）缩小；实；照相机；（3）向上； 大于。 【解析】（1）探究凸透镜成像特点时，在光具座上从左到右或从右到左依次放置蜡烛、凸透镜、光屏。 （2）调节好装置，将蜡烛放在 2 倍焦距之外时，u＞2f，成倒立、缩小的实像，2f＞v＞f，生活中常用的 照相机是利用这一成像规律制作的。。 （3）将蜡烛移至 1 倍焦距与 2 倍焦距之间某处，光屏上成清晰的像，f＜u＜2f，成倒立、放大的实像；若 烛焰中心下降 lcm，光屏上的像会向上移动，移动的距离大于 1cm。 12．（2019 内蒙古巴彦淖尔）在研究”凸透镜成像规律”的实验中： （1）蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示，恰能在光凭上得到一个清晰的倒立，等大的实像， 则凸透镜的焦距为　 　cm。 （2）保持蜡烛与凸透镜位置不变，换用一个不同焦距的凸透镜，将光凭向右移动才能重新得到清晰的像， 此时像　 　（选填“变大”“变小”或“不变”），换用的凸透镜焦距可能为　 　。 A.10.0cm B.20.0cm C.30.0cm D.35.0cm （3）将图中的凸透镜换成玻璃板后光屏上的像消失了，原因是　 　。 【答案】（1）15.0；（2）变大；B；（3）平面镜成虚像，无法呈在光屏上。 【解析】（1）当 u＝50.0cm﹣20.0cm＝30cm 时，在另一侧距凸透镜 30cm 处的光屏上可以得到一个与蜡烛 等大的像，所以 2f＝30.0cm，即 f＝15.0cm。 （2）保持蜡烛与凸透镜位置不变，换用不同焦距的凸透镜，将光屏向右移动重新得到清晰的像，根据凸透 镜成实像时，物近像远像变大的特点可知，物距减小了，换用焦距大的凸透镜，相当于减小了物距，故换 用的凸透镜焦距是 BCD，不是 A；若用的是 C，焦距是 30cm，则蜡烛正好在焦点上，不成像，若用的是 Dcm， 则蜡烛正好在 1 倍焦距内，成倒正立放大的虚像，故 B 符合题意； （3）将图中的凸透镜换成玻璃板后光屏上的像消失了，原因是平面镜成虚像，所以在光屏上不能得到蜡烛10 的像。 13.（2018 福建）在探究“凸透镜成像规律”的实验中： （1）晓红在早上 9：00 利用太阳光进行观察某凸透镜焦点的活动．她将这个凸透镜与水平地面平行放置， 调节凸透镜到地面的距离，直至地面上出现一个最小的亮点，她认为此点就是凸透镜的焦点．你认为该活 动过程存在的问题是：　　； （2）实验前，必须将烛焰、光屏的中心和凸透镜的光心调整到　　上； （3）如图所示，烛焰能在光屏上形成清晰的像，此像是倒立、　　的实像．如果此时撤去光屏，人眼在图 示位置能直接看到烛焰的像； （4）在图中，保持凸透镜的位置不变，如果蜡烛向左移动，为了在光屏上得到一个清晰的像，光屏应该向　　 （填“左”或“右”）移动； （5）依次改变蜡烛的位置，移动光屏，直到找到清晰的像．记录的数据如表所示： 通过观察数据，可知第　　次数据是编造的； （6）晓红同学在实验过程中，中指的指尖触摸到凸透镜的一小部分．在光屏 上　　（填“有”或“没有”） 晓红同学指尖清晰的像． 【答案】（1）凸透镜没有正对太阳光放置；（2）同一高度；（3）放大；（4）左；（5）6； （6）没 有． 【解析】（1）平行于主光轴的光线会聚于一点，此点为凸透镜的焦点．由焦点到凸透镜光心的距离叫做焦 距，粗略测量薄透镜的焦距时，可以测出从焦点到凸透镜的距离即可． （2）做凸透镜成像实验应在光具座上依次放置蜡烛，凸透镜，光屏，凸透镜必须位于蜡烛和光屏之间．使 它们的中心大致在同一高度上，目的是成像在光屏的中心． （3）当物距小于像距时，成倒立、放大的实像； （4）凸透镜成实像时，物距变大像距变小，像变小； （5）据图可知物距是 20cm，即处于 1 倍焦距和 2 倍焦距之间，所以可得焦距的范围，进而分析即可判断； （6）凸透镜成像是由于光的折射现象，物体发出的光线经凸透镜折射后，会聚在凸透镜另一侧的光屏上，11 形成物体的实像；凸透镜透过的光多，像就亮，反之就暗；指尖触摸到了凸透镜，会影响到凸透镜会聚的 光线数量，同时指尖已经触摸到了凸透镜，物距接近于零，所成的肯定是虚像，所以不会在光屏上呈现， 而影子则是光的直线传播形成的． 14.（2018 云南）实验桌上有焦距分别为 15cm、10cm 的两个凸透镜 A、B，还有光屏、F 形 LED 灯（作为物 体，如图甲所示）、光具座和刻度尺．某个同学设计实验证明“在物距相同时，凸透镜所成实像的高度 h 与凸透镜的焦距 f 是否有关”．请你帮他补充完整下面的实验设计． （1）实验步骤： ①按图乙所示组装器材，将焦距为 15cm 的凸透镜固定在 50cm 刻线处，并进行共轴调节． ②将 F 形 LED 灯移至 20cm 刻线处，打开 LED 灯，移动光屏并在光屏上观察到 LED 灯清晰的像，如图丙所示， 用刻度尺测量像高 h，并记录． ③　 　． （2）请画出实验数据记录表格． （3）请说明如何根据数据判断凸透镜所成实像的高度 h 与凸透镜的焦距 f 是否有关． 【答案】（1）③保持透镜和 LED 灯的位置不变，更换焦距为 10cm 的凸透镜，移动光屏并在光屏上观察到 LED 灯清晰的像，用刻度尺测量像高 h，并记录；（2）见下表 （3）比较两次像高，如果像高相等，说明凸透镜所成实像的高度与凸透镜的焦距无关；如果像高不等，说 明凸透镜所成实像的高度与凸透镜的焦距有关． 【解析】（1）本题目的是设计实验证明“在物距相同时，凸透镜所成实像的高度 h 与凸透镜的焦距 f 是否 有关“，由于所成实像的高度（大小）与物体本身、物距大小均有关系，所以须采用控制变量的方法，实 验中要采用两种不同焦距的凸透镜，同时控制发光体、物距要相同；（2）实验表格的设计要求简洁明朗， 对比性强；12 （3）根据控制变量法的要求，在物体本身及物距大小相同时，通过比较它们在不同焦距的凸透镜中所成的 像的高度，来寻找规律．