4.3凸透镜成像的规律
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．将蜡烛、凸透镜、光屏固定在光具座上如图所示位置，光屏上恰好得到烛焰清晰的像，光屏上所成的像是（ ）
A．正立、放大的虚像 B．倒立、放大的实像
C．倒立、缩小的实像 D．倒立、等大的实像
2．把凸透镜正对太阳光，可在距凸透镜20cm处得到一个最小、最亮的光斑。若用此透镜来观察邮票上较小的图案，则邮票到透镜的距离应（ ）
A．小于20cm B．等于20cm
C．介于20cm和40cm之间 D．大于40cm
3．凸透镜的焦距为10cm，将点燃的蜡烛放在距离凸透镜32cm处，在凸透镜另一侧的光屏上得到蜡烛清晰的像，该像为（ ）
A．正立放大的虚像 B．正立放大的实像
C．倒立缩小的实像 D．倒立放大的实像
4．下列关于实像和虚像的说法中，正确的是（ ）
A．实像能成在光屏上，虚像不能成在光屏上
B．实像有放大的、也有缩小的，虚像一定是放大的
C．虚像是人的幻觉，光线并没有进入人眼，实像则相反
D．实像是由光的折射现象形成的，虚像是由光的反射现象形成的
5．如图所示，关于光现象的说法中，正确的是（ ）
A． 平面镜成正立等大的虚像 B． 山羊在阳光下的影子是由于光的折射形成的
C． 放大镜成倒立放大的实像 D． 看见铅笔在水面处“折断”是光的反射现象
6．如图所示，这个行程码是“通信大数据行程卡”，通过微信或支付宝二维码扫一扫，可以查询本人在疫情期间14天到访地信息。查寻时用手机摄像头扫描这个行程码，当手机描行程码时，下列说法正确的是（ ）
A．我们能看见行程码，说明行程码是光
B．手机摄像头使用的是凹透镜
C．行程码应位于手机摄像头的二倍焦距以外
D．我们能从不同方向看到这个行程码，是由于光在其表面发生了镜面反射
二、填空题
7．清晨，草叶上的露珠是由于水蒸气______形成的（填物态变化名称）；透过露珠看叶子，叶脉看得更清楚，是因为露珠相当于______透镜。
8．小张在“探究凸透镜成像”过程中，实验时，首先调节烛焰、凸透镜和光屏的高度，使它们的中心大致在 _____，其目的是 _____，然后保持凸透镜位置不变，先后把烛焰放在主轴上的A、B、C、D、E、G等各点（如图所示）分别按以下情况调整好光屏的位置。
（1）把烛焰放在 _____点和 _____点，光屏上出现清晰倒立放大的实像，生活中常用的 _____就是利用这个原理制成的；
（2）实验一段时间后，蜡烛变短了，要使烛焰的像仍然成在光屏的中心，可以将光屏向 _____（选填“上”、“下”）移动或将 _____向下移。
三、实验题
9．在做“探究凸透镜成像的规律”的实验中：
（1）将凸透镜正对太阳光，在透镜的另一侧移动光屏，在距透镜10cm处，屏上呈现出最小最亮的光斑，则此凸透镜焦距约是_________cm；
（2）在做实验时，发现烛焰在光屏上的像清晰但不完整（如图所示），若要使烛焰在光屏中心成像，只调节光屏，应将光屏向_________（选填“上”或“下”）调节；
（3）若将烛焰移至距凸透镜15cm处，移动光屏，使烛焰在屏上得到倒立、_________（选填“放大”或“缩小”）清晰的实像，应用这一原理制成了_________（举一例即可）；
（4）当烛焰通过凸透镜在光屏上成一实像时，如果透镜上有一只小虫在爬动，则光屏上的像的大小将_________（选填“变大”、“变小”或“不变”），像的明暗将_________（选填“变亮”、“变暗”或“不变”）。
10．小金在“研究凸透镜成像规律”的实验中：
（1）在桌面上依次将蜡烛、凸透镜、光屏摆放在_____上。为了使烛焰的像能成在光屏的中央，通过调整使它们的中心大致在_____；
（2）为了在光屏上出现清晰的像，小金移动蜡烛使物距不断减小时，他还要移动光屏使像距不断_____（选填“增大”或“减小”）；
（3）当蜡烛移到凸透镜的_____位置时，光屏上不能得到烛焰的像，但能从这光屏一侧透过透镜看到一个_____像（选填“倒立”或“正立”、“放大”或“缩小”、“实”或“虚”）。
11．在“探究凸透镜成像规律”的实验时：
（1）如图甲所示，平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则该凸透镜的焦距为f=_____cm；
（2）由于实验时间较长，蜡烛变短，烛焰的像位于光屏中心的 _____（“上方”或者“下方”）；
（3）如图乙，保持蜡烛位置不变，移动透镜至36cm刻度线处，则人眼在 _____（选填“1”、“2”或“3”）处能观察到蜡烛的像；
（4）实验得到了凸透镜成像的规律，发现在图丙中蜡烛A通过凸透镜不可能形成的像是 _____（选填“B”、“C”、“D”或“E”）。
四、计算题
12．小荣同学进行了系列光学实验：
（1）她将一只透镜正对着太阳光，再把一张白纸放在它的另一侧，发现在白纸的中部出现了一个光斑（如图甲），则该透镜为_______透镜。她上下移动透镜，直到白纸上的光斑最小、最亮，此时，透镜到白纸的距离可粗略记为该透镜的________；
（2）图乙为小荣同学组装的凸透镜成像实验装置。点燃蜡烛后，光屏上刚好呈现了烛焰清晰的像，但像并不完整，造成这种现象的原因可能是_______。正确调整器材后，若不改变蜡烛和光屏的位置，将透镜适当向_______（选填“左”或“右”）移动，即可再次在光屏上看到烛焰清晰的像。
13．在“探究凸透镜成像规律”的实验中，凸透镜的焦距为10厘米。蜡烛和凸透镜位置如图所示，此时应在______（选填“50～60”、“60～65”、“65～70”或“＞70”）厘米刻度处移动光屏找像，可找到一个清晰的______（选填“放大”或“缩小”）像。找到像后，若仅将蜡烛与光屏的位置互换，______（选填“能”或“不能”）在光屏上观察到像。若将蜡烛放在45厘米刻度处，______（选填“能”或“不能”）通过移动光屏找到像。
14．凸透镜成像时的物距u、像距v和焦距f之间的关系是。
(1)当一个物体距离凸透镜u＝20cm时，另一侧光屏上正好得到等大倒立的实像，此凸透镜的焦距是多少？
(2)如图所示是根据每次成实像时的物距u，物像向距L（n+v）画出的图像（以f为长度单位），在物理学中，用像距v和物距u的比值来表示凸透镜的放大率m，即m＝ ，且m＞1时成放大的像，m＜1时成缩小的像，请你通过计算当u＝3f时，能成放大或缩小的像？
五、作图题
15．如图所示，COC'为凸透镜的主光轴，F和F'为凸透镜的焦点，AB表示一个物体，位于凸透镜的2倍焦距处。
（1）画出来自A点的三条特殊光线经凸透镜折射后像点A'的位置，并作出AB的像；
（2）证明AB的像与物大小相等。
16．如图所示，O为凸透镜的光心，F为凸透镜的两个焦点，请在图中画出光S经凸透镜所成的像S'。
六、简答题
17．在透明玻璃杯的杯底放一枚硬币，再放一些水。把杯子端到眼睛的高度，再慢慢下移。当杯子下移到某一个位置时，可以看到两枚硬币。做这个实验，并解释这种现象。
18．用水彩笔在磨砂灯泡的侧面画一个你所喜欢的图案（这时不要接通电），然后接通电，拿一个凸透镜在灯泡和白墙之间移动，能不能在墙上得到所画图案的像？有几个位置可以使凸透镜在墙上成像？是实像还是虚像？像是放大的还是缩小的？是正立的还是倒立的？
七、综合题
19．如图所示，光屏上看到蜡烛清晰的像。
（1）在图中画出折射光线a对应的入射光线_______。
（2）用不透光纸片遮挡凸透镜的下半部分，以下正确的判断有哪些_______。
A．光屏上只有蜡烛上半部分的像
B．光屏上只有蜡烛下半部分的像
C．光屏上有蜡烛全部的像
D．光屏上蜡烛的像变暗
E.光屏上蜡烛的像变亮
20．电脑中常用光电鼠标，其原理就是利用发光二极管照射移动表面（如图），反射光通过成像透镜成像于光学传感器上。鼠标移动时，传感器会连续拍摄鼠标垫表面所成的像，并利用芯片处理比较各个影像的数字信号，反馈到计算机，决定屏幕上的光标移动距离和方向。图中光学传感器、透镜、发光二极管等元件固定在鼠标内。
（1）当发光二极管的光照射在粗糙的鼠标垫上时会发生 ______（选填“镜面反射”或“漫反射”）；
（2）当鼠标平放在鼠标垫上，成像透镜距鼠标垫7mm，光学传感器距成像透镜3mm，则在光学传感器上成 ______（选填“倒立”或“正立”）、______（选填“放大”或“缩小”）的 ______（选填“实”或“虚”）像；
（3）将鼠标离开鼠标垫一定高度后悬空向前移动时，电脑显示器上的光标并不移动，是因为像成在光学传感器的______（选填“上”或“下”）方，而且所成的像 ______（选填“变大”“不变”或“变小”）。
参考答案：
1．C【详解】由图可知，此时物距大于像距，说明光屏上成倒立、缩小的实像，故C符合题意；ABD不符合题意。
故选C。
2．A【详解】凸透镜正对太阳光，太阳光经凸透镜，在凸透镜另一侧得到一个最小最亮的光斑，这个光斑是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离是20cm，所以凸透镜焦距是20cm。用凸透镜观察邮票，要用凸透镜得到正立、放大的虚像，所以邮票到凸透镜的距离要小于凸透镜的焦距，即小于20cm，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
3．C【详解】凸透镜的焦距为10cm，将点燃的蜡烛放在距离凸透镜32cm处，此时u＞2f，凸透镜成倒立、缩小的实像，故C正确。
故选C。
4．A【详解】A．实像和虚像的区别是实像能用光屏呈接，而虚像不能，故A正确；
B．实像有放大、等大、缩小，虚像也有等大、缩小、放大的，故B错误；
C．人看到物体的条件是物体发光或反射光线进入眼睛，我们能看到虚像和实像，一定有光线进入人的眼睛，虚像不是幻觉，故C错误；
D．实像是实际光线会聚而成的，光的折射现象也可以形成的虚像，虚像是实际光线的反向延长线会聚形成的，故D错误。
故选A。
5．A【详解】A．平面镜成像是由于光的反射现象形成的，所成的像为正立、等大的虚像，故A正确；
B．阳光照射下，影子的形成是由光的直线传播形成的，故B错误；
C．放大镜是利用物体位于凸透镜的一倍焦距以内的成像规律工作的，放大镜成正立、放大的虚像，故C错误；
D．铅笔在水面处“折断”是由于水面下的铅笔反射的光进入空气时反生折射，折射角大于入射角而造成的，属于光的折射现象，故D错误。
故选A。
6．C【详解】A．行程码本身不发光，靠反射太阳光，不是光，故A错误；
BC．手机摄像头相当于凸透镜，手机摄像头与照相机原理相同，是利用物距大于二倍焦距时，成倒立、缩小实像的规律制成的，因此，扫描行程码时镜头和行程码之间的距离大于二倍焦距，故B错误，C正确；
D．我们能从不同方向看到这个行程码，是由于光在其表面发生了漫反射，故D错误。
故选C。
7． 液化 凸【详解】[1][2]露珠是空气中的水蒸气遇冷液化形成的；透过露珠，看到露珠下的叶脉放大了，看得更清楚，这是由于露珠相当于凸透镜，当叶脉在凸透镜的焦点以内形成物体正立放大的虚像，是光的折射现象，露珠相当于放大镜。
8． 同一高度 为了使蜡烛的像能成在光屏的中央 D E 投影仪##幻灯机 上 凸透镜【详解】[1][2]实验过程中为了使像能够完整的呈现在光屏的中心，应在光具座上调节蜡烛、凸透镜和光屏，使它们的中心大致在同一高度上。
（1）[3][4][5]先后把烛焰放在主轴上的A、B、C、D、E、G六点（如上图示）：
①把烛焰放在D、E两点时，光屏上都会形成倒立、放大的实像，应用于幻灯机和投影仪；
②把烛焰放在A、B两点时，光屏上都会形成倒立、缩小的实像，应用于照相机和摄像机；
③把烛焰放在C点时，光屏上会形成倒立、等大的实像；
④把烛焰放在G点，光屏上没有像，但通过凸透镜看物体，能够看到一个正立、放大的虚像，应用于放大镜。
（2）[6][7]蜡烛不断燃烧，蜡烛逐渐变短，过光心的光线不改变方向，像逐渐向上移动。要使烛焰的像呈现在光屏的中央位置，应该将光屏向上移动或将凸透镜向下移动。
9． 10 上 放大 幻灯机 不变 变暗【详解】（1）[1]太阳光线可以看做是平行光线，在做探究凸透镜成像的实验中，测凸透镜焦距时要将凸透镜正对太阳光，在透镜的另一侧移动光屏，如在距透镜10cm处屏上呈现出最小最亮的光斑，则焦点到透镜中心的距离为10cm，即此凸透镜的焦距约是10cm。
（2）[2]烛焰成的像在光屏的上方，此时应将光屏向上移动，才能使烛焰的像成在光屏的中心。
（3）[3][4]烛焰移至距凸透镜15cm处，烛焰正好位于一倍焦距和二倍焦距之间，因此成倒立、放大的实像，投影仪和幻灯机成的是倒立、放大的实像，就是利用这个特点工作的。
（4）[5][6]凸透镜成实像时，所有透过透镜的光会聚到光屏上成像，小虫落在透镜上后，整个物体发出的光虽有一小部分被挡住，但总会有一部分光通过凸透镜而会聚成像，因此，像与原来相同，大小不变；由于透镜的一小部分被遮住，因此折射出的光线与原来相比减少了，故亮度会变暗。
10． 光具座 同一高度 增大 焦点以内 正立、放大的虚【详解】（1）[1][2]在“研究凸透镜成像规律”的实验时，在光具座上依次摆放蜡烛、凸透镜、光屏。为使烛焰的像成在光屏的中央，需要使烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度。
（2）[3]根据成实像规律可以看出，物距越小，像距越大，成的像也越大。当小金移动蜡烛使物距不断减小时，他还要移动光屏使像距不断增大。
（3）[4][5]当物体在焦点之内时，成正立、放大的虚像，此时像与物在凸透镜的同一侧，从这光屏一侧透过透镜看到一个正立、放大的虚像。
11． 10.0 上方 2 C【详解】（1）[1]凸透镜的焦距是凸透镜中心到焦点的距离，由图可知，刻度尺的分度值为1cm，该凸透镜的焦距为
f=20.0cm-10.0cm=10.0cm
（2）[2]蜡烛燃烧一段时间后，烛焰会向下移动，由于经过光心的光线的传播方向不变，则烛焰的像将位于光屏中心的上方。
（3）[3]蜡烛位置不变，移动透镜至36cm刻度线处时，物距
u=36.0cm-30.0cm=6cm
（4）[4]当凸透镜成实像时，像都是倒立的，而像的大小可以是缩小、放大或等大；当凸透镜成虚像时，像都是正立的，且像的大小是放大的，因此由丙图可知，C是实像，不可能是正立的，故蜡烛A通过凸透镜不可能形成的像是C。
12． 凸 焦距 烛焰、透镜、光屏的中心不在同一直线上 右【详解】（1）[1][2]她将一只透镜正对着太阳光，再把一张白纸放在它的另一侧，发现在白纸的中部出现了一个光斑，说明该透镜对光线有会聚作用，因此是凸透镜。最小、最亮的光斑即是光线会聚点，就是焦点，焦点到光心的距离称为焦距。
（2）[3]点燃蜡烛后，光屏上刚好呈现了烛焰清晰的像，但像并不完整，造成这种现象的原因可能是烛焰、透镜、光屏的中心不在同一直线上或实验前未将烛焰、透镜、光屏三者中心调整到同一高度或蜡烛太高等。
[4]由图乙可知，此时物距是10cm，像距为15cm，根据凸透镜成像规律，正确调整器材后，相当于像变大。因此，若不改变蜡烛和光屏的位置，将透镜适当向右移动，增加像距，可在光屏上看到清晰的像。
13． >70 放大 能 不能【详解】[1][2]由题意和题中图可知，凸透镜的焦距为10cm，此时蜡烛在35cm处，物距，在一倍焦距和二倍焦距之间， 根据凸透镜的成像规律可知，此时成倒立、放大的实像，并且像距，凸透镜的位置在50cm处，故应该在光具座大于70cm的刻度范围内移动光屏，并使像达到最清晰的程度。
[3]找到像后，若仅将蜡烛与光屏的位置互换，根据光路的可逆性，能在光屏上观察到像。
[4]若将蜡烛放在45厘米刻度处，此时物距小于焦距，成正立、放大的虚像，虚像不能在光屏上呈现。
14．(1)10cm；(2)成缩小的像【详解】解：
(1)当u＝20cm时，物体成等大的像，所以2f＝20cm，即
f＝10cm
(2)由图可知，当u＝3f时，像距与物距的和为4.5f，则像距为
v＝4.5f﹣3f＝1.5f
则
m＝＝＝0.5＜1
所以成的是缩小的像。
答：(1)凸透镜的焦距是10cm；
(2)当u＝3f时，能成缩小的像。
15．（1）；
（2）见详解【详解】（1）过A点分别作平行于主光轴、过光心、过焦点的入射光线和折射光线，交于点A'，即为A点经凸透镜折射后像点A'的位置，过A'作垂直于主光轴的线段，交主光轴于点B'，A'B'即为物体经凸透镜折射后的像，如图所示：
（2）证明：
因为AB垂直于主光轴，DO也垂直主光轴，根据几何知识（同旁内角互补，两直线平行）可得
AB∥DO
因为AD平行于主光轴，即AD∥BO，所以四边形ABOD为平行四边形，所以
AB=DO（平行四边形对边相等）
因为∠ABF=∠DOF′，BF=OF′=f，所以
△ABF≌△DOF'（边角边）
所以
∠AFB=∠DF'O
所以
AF∥DF'（同位角相等，两直线平行）
又因为AD∥EA'，所以四边形ADA'E为平行四边形（两组对边分别平行的四边形是平行四边形），平行四边形的两条对角线互相平分，所以
AO=A'O
又
∠ABO=∠A'B'O
∠AOB=∠A'OB'（对顶角相等）
所以
△ABO≌△A'B'O（角角边）
所以
A'B'=AB
16．【详解】画出由光S发出的两条光线的折射光线：平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点，过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变。然后反向延长两条折射光线，其交点即为光S经凸透镜所成的像S'，如下图所示
17．见解析【详解】看到的两枚硬币中有一个是硬币通过水面折射而成的像，像在硬币的上面，这是因为由于折射，水中物体看起来比实际的高一些；另一个是通过杯子侧面水的折射而成的像，此时杯中的水相当于一个凸透镜，使硬币成一个放大的虚像，成在折射所成像的下面。
18．见解析【详解】物距大于凸透镜2倍焦距时，物体在墙上可以成倒立缩小的实像；物距大于凸透镜1倍焦距小于2倍焦距时，物体在墙上可以成倒立放大的实像。所以题中灯泡上的图案可以在2个位置时，都能在墙上看到图案。
19． 答案见解析如图 CD【详解】（1）[1]根据凸透镜成像，入射光线从烛焰发出，折射光线过线像点，作图如下：
（2）[2]如果用不透光的纸遮住凸透镜的下半部分，光仍然可以透过凸透镜的上半部分成完整的像，只是透过的光变少，使像变暗，故ABE错误，CD正确。
故选CD。
20． 漫反射 倒立 缩小 实 下 变小【详解】（1）[1]当发光二极管的光照射在粗糙的鼠标垫上时，反射光线会射向各个方向，因此会发生漫反射。
（2）[2][3][4]由题意可知，当鼠标平放在鼠标垫上，成像透镜距鼠标垫7mm，光学感应器距成像透镜3mm，即物距大于像距，根据凸透镜成像规律可知，成倒立、缩小的实像。
（3）[5][6]将鼠标离开鼠标垫一定高度后悬空向前移动时，相当于增大了物距，此时像距减小，像成在光学感应器的下方，而且所成的像变小，因此电脑显示器上的光标并不移动。
