2023年初中物理：凸透鏡實像成像規(guī)律追根究底

導語：凸透鏡成像是初二物理中的一個相對稍難的點，很多同學掌握不是很好。但是，網(wǎng)上關于這個知識點的解析一抓一大把，所以秒答君本沒打算再對這個進行講解。BUT，聽說有些同學學習這里的時候，不是根據(jù)光路圖來理解成像規(guī)律，而是拿著表格、口訣死記硬背，秒答君覺得有必要說幾句了。物理物理，萬事萬物之根本原理，必有其規(guī)律可循，有其道理可講，不循其規(guī)律，不講其道理，死記硬背口訣表格，這不是把物理當成xxx(此處省略若干字)來學了嗎?違背物理學的規(guī)律學物理，勢必事倍功半，對絕大多數(shù)同學來說是不可取的。本文通過光路圖講解凸透鏡成實像的幾種情形，使同學們理解凸透鏡成像的根本原理，不需要記憶便可應對相關考試題目，而且不易出錯。

準備知識：

初中物理研究的透鏡屬于薄透鏡，有一個主光軸，主光軸上有一個光心。通過光心的光傳播方向不變;平行于主光軸的光經(jīng)過凸透鏡后會偏折通過焦點。

以上是課本中的內容，另外我們還知道，光線經(jīng)過透鏡后方向改變的原因是光發(fā)生了折射，據(jù)此可以推論出：在凸透鏡成像的現(xiàn)象中，光路也是可逆的。故而，通過焦點的光經(jīng)過凸透鏡后平行于主光軸。

如果這些內容你都知道了，就可以開始今天關于凸透鏡成像的學習了。

第一步，我們先看一張凸透鏡成像的光路圖：

如圖，O為透鏡光心，F(xiàn)為其一焦點，A點發(fā)出的光線AC過焦點F，經(jīng)過凸透鏡后平行于主光軸，AO經(jīng)過透鏡后方向不變，交射線AO于A'。則A的像在A'處，進而，AB的像就在A'B'處。我們要討論的是物距OB、像距OB'、物的大小AB和像的大小A'B'的關系。

第二步：

我們先看一個特殊位置，當OF=FB，即OB=2OF時，

觀察ΔCOF與ΔABF，

∵∠CFO=∠AFB(對頂角相等)

∠COF=∠ABF=Rt∠

OF=BF

∴RtΔCOF≌RtΔABF

∴AB=OC

∵A'C∥B'O

∴A'B'=CO

∴AB=AB'

即，此時像的大小等于物的大小。

類似地，觀察ΔABO與ΔA'B'O，

易證：OB=OB'

即，此時像距等于物距。

至此，我們得到了一個結論：

當物距等于2倍焦距時，物距等于像距，物像同大小。

第三步：

在前面的圖中，若AB遠離透鏡，如圖：

此時，OF

OC

故：

A'B'

即當物距大于2倍焦距時，物距大于像距，物大于像。

同時，我們還可以看出，OB'

即

物大物距大，像小像距小。也就是：誰遠誰大。

第四步：

同樣的方法，也可以證明當AB靠近透鏡時，A'B'遠離透鏡，像變大。其實跟據(jù)光路可逆遠離，也可以得到：若物體在A'B'處，其像必在AB處。

由圖還可以推出，當B點與F點重合時，AF將于透鏡平行，此時將無法成像。(這個點也是凸透鏡成實像與成虛像的臨界點。)

綜上，我們可以得到凸透鏡焦距、物距、像距、以及它們的大小關系如下：

當物距等于像距等于2倍焦距時，物像同大。當其中一個大于2倍焦距時，另一個在一倍焦距和2倍焦距之間。誰遠誰大。

注1：從以上結論可以看出，凸透鏡成實像時，物、像均在在透鏡的焦點之外。

注2：以上證明過程使用了過光心光線和過焦點光線，其實用平行光線和過光心的光線同樣可以得到以上結論。當物距小于透鏡焦距時，利用平行光線和過光心的光線可以畫出虛像的位置和大小，有興趣可自行完成。

好了，有了以上結論，我們來做幾道練習題，牛刀小試一把。

練習1. 將蠟燭放在離凸透鏡36cm的地方，在離凸透鏡12cm的光屏上可以得到燭焰的清晰的像，則凸透鏡的焦距可能是( )。

A. 3cm B. 6cm C. 9cm D. 20cm

練習2. 將蠟燭放在離凸透鏡30cm的地方，在離凸透鏡45cm的光屏上可以得到燭焰的清晰的像，則

A.凸透鏡的焦距是90cm，像是放大的。 B.凸透鏡的焦距是18cm，像是放大的。

C.凸透鏡的焦距是10cm，像是放大的。 D.凸透鏡的焦距是10cm，像是縮小的。

練習3. 一物體放在凸透鏡前20cm主光軸上，在光屏上能得到放大的像，據(jù)此可判斷( )

A. 物體放在凸透鏡前主光軸上21cm處，一定能得到放大的實像

B. 物體放在凸透鏡前主光軸上21cm處，一定能得到縮小的實像

C. 物體放在凸透鏡前主光軸上10cm處，一定能得到放大的虛像

D. 物體放在凸透鏡前主光軸上19cm處，一定能得到縮小的實像

練習4. 一物體放在凸透鏡前主光軸上，在光屏上能得到縮小的像，若要使像變大，物體位置不變，則應( )

A. 凸透鏡靠近物體，同時增加光屏與透鏡的距離

B. 凸透鏡靠近物體，同時縮短光屏與透鏡的距離

C. 凸透鏡遠離物體，同時增加光屏與透鏡的距離

D. 凸透鏡遠離物體，同時縮短光屏與透鏡的距離

練習5. 給凸透鏡“戴”上近視眼鏡，此時光屏上能成一清晰的像。若“取”下近視眼鏡，為使光屏上的像清晰，在保持燭焰和透鏡位置不變的條件下，應該將光屏 (　 )

A.靠近透鏡 B.遠離透鏡

C.靠近透鏡和遠離透鏡都可以 D.保持在原來的位置

通過兩對三角形，理解一張光路圖，吃透凸透鏡成像原理，就能輕松解決相關問題。關注公眾號“秒答攻略”，發(fā)送“WL1218”獲取以上練習題參考答案，看看是不是全做對了。

說實話這個知識點還真不是三言兩語就能講透徹，就算講透了，同學們吃透也沒那么容易，所以這是個吃力不討好的活，同學們看了以后如果有哪里不理解，一定留言反饋，我再繼續(xù)修改，力爭講清楚。

據(jù)說有很多同學被物理嚇到，首先上學期這個凸透鏡成像就不太好對付，據(jù)說后面的力學部分更難。其實不然，您看，這根據(jù)基本原理，就用簡單的幾何知識這么一畫，成像規(guī)律不就解決了嗎?所以物理，特別是初中物理，一點都不難，只要掌握好方法，比數(shù)學要簡單。當然如果數(shù)學差太多了也不行，上次講的溫度計問題，用到的是一次函數(shù)的知識，今天的凸透鏡成像，用到的是幾何里面的三角形全等知識，所以要想學好物理，數(shù)學還是要基本過關。反過來說，只要你數(shù)學基本能過關，物理就有可能學得很優(yōu)秀呢!

等后面學了相似三角形的知識，還是通過上面這個圖，我們可以得到物距、像距和焦距的量化關系。

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