用图像归纳知识巧解透镜成像试题

邵邦武

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）01-0072-03

凸透镜成像规律及其应用是初中物理教学的重点，也是学生学习的难点，更是中考的热点。在历年中考物理试题中考查凸透镜成像的试题形式多样、不断创新，学生只有深入理解并灵活掌握该知识点才能在解题中得心应手，取得高分。然后，对于大多数学生来说，要做到得心应手，相当不易，其中最主要的原因就是容易混淆凸透镜成像的各种特点，以及搞不清楚物距和像距的变化关系。因此，在教学中除了让学生进行实验探究凸透镜成像规律外，还应该在此基础上采用有效的方式将凸透镜成像知识进行归类整合，方便学生理解和记忆，使学生在解题时有章可循，有据可依。

一、采用物像区间图归纳成像规律，解决系列常规试题

凸透镜成像比较复杂，学生即使通过实验探究，正确得出了成像规律后，还是不易掌握，容易混淆。因而采用有效的方式帮助学生梳理、分清凸透镜成像规律就显得尤为重要。以往我们多数采用图表来归纳凸透镜成像规律，图表看起来虽然简洁，但比较抽象不易于学生理解和记忆。采用如图1所示的物像区间图，可以形象生动地将物体在各个区间成像的位置、正倒、虚实、大小等情况直观呈现，一目了然。

该图像呈现的画面与学生进行探究凸透镜成像规律时的实验情景一致，形象、直观，几乎揽括了凸透镜成像的所有性质和规律，具体归纳如下：

（1）各个区间的成像性质及应用直观呈现：

u>2f.倒立、缩小、实像，照相机原理；

u=2f.倒立、等大、实像；

f

u

（2）物像分布区间一一对应（如图1双向箭头所示）：成实像时，物像异侧；成虚像时，物像同侧，且v>u。

（3）两个特殊分界点：

1倍焦距分虚实：u>f，实像；u

2倍焦距分大小：u>2f，缩小；u_2f，等大；u<2f，放大

（4）像距与物距的大小关系决定了成像大小：

v

v—u，成等大的像；

v>u，成放大的像（如图1所示，由于v2>u2，所以成放大的像）。

该图呈现的信息直观形象，学生读懂并理解了这样一副图，能很好地解决一系列凸透镜成像的试题。

例题1.如图2所示，一束平行光经过一凸透镜，调节光屏的位置直到在屏上得到一个最小、最亮的光斑.小明用此凸透镜和蜡烛做“探究凸透镜成像规律”的实验，当烛焰距凸透镜30cm时，重新调节光屏的位置，可以在光屏上得到（

）

A.正立放大的虚像 B.倒立等大的实像

C.倒立放大的实像 D.倒立缩小的实像

解析：首先由图2可知该凸透镜的焦距f=lOcm，2f=20cm，由于30cm>2f，根据成像区间图很容易知道光屏上呈现的是倒立、缩小的实像，所以正确选项为D。

例题2.在“探究凸透镜成像规律的实验”中，将蜡烛置于透镜前某处时，在另一侧的光屏上得到了一个倒立、放大清晰的像，现保持透镜位置不动，将蜡烛和光屏的位置对调，则光屏上（ ）

A.无法成像

B.呈现正立、放大的像

C.呈现倒立、放大的像

D.呈现倒立、缩小的像

解析：该题有一定难度，因为大多数学生在探究凸透镜成像规律时一般更关注蜡烛所处的区间位置，而较少关注成像所处的区间，所以当把蜡烛和光屏对调后，就不清楚蜡烛所处的区间，也就无法作出正确选择。相反，如果学生头脑中有了物像区间图，根据物像区间的一一对应关系，就很容易知道此时倒立、放大实像是在大于2倍焦距的区间，当把蜡烛放在该处，物距就变成了大于2倍距焦，所呈现的将是倒立、缩小的实像，所以正确应选项是D。

例题3.在“探究凸透镜成像规律”的实验中，蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图3所示。其中明显还需要调整的是

。调整后恰好能从光屏上观察到倒立、

（选填“缩小”或“放大”）的实像，该成像特点可作为

的原理（选填“照相机”或“电影放映机”）。

解析：该试题没有给出焦距的大小，也没有说明蜡烛在几倍焦距的位置，不能用物体所处的区间来直接判断成像情况，而应该采用比较像距与物距的大小关系来判断。由图3可以看出v

二、参照物像移动方向图，巧解成像变化试题

在凸透镜成像的试题中常有考查物像移动的关系，以及成像大小的变化。物像移动可以分为竖直方向和水平方向两种，具体的移关系如图4和图5所示。

（1）竖直方向物像移动方向相反（如图4实箭头所示）：物下移，像上移；物上移，像下移。

（2）竖直方向镜像移动方向相同（如图4虚箭头所示）：凸透镜上移，像也上移；凸透镜下移，像也下移。

（3）水平方向物像移动方向相同：物向左移，像也向左移；物向右移，像也向右移。

物像同向移动产生的像距随物距的变化关系表现为：物距变大，像距变小；物距变小，像距变大。

（4）像距变化决定成像大小的变化：像随像距的增大而变大，随像距减小而变小。（即像距大，像也大；像距小，像也小。）

例题4.如图6所示在利用光具座进行凸透镜成像的实验探究中：

（1）为了使像能成在光屏的中央，她应把蜡烛向 调（填“上”、“下”）；

（2）调整后，把烛焰放在距凸透镜26cm处时，在凸透镜另一侧前后移动光屏，会在光屏上得到一个倒立、的实像（填写像的性质）；

（填光学仪器）就是利用这一成像规律工作的。如果将蜡烛在此基础上远离透镜，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏应向

（选填“靠近”或“远离”）透镜的方向移动，所得到的像

（填“变大”或“变小”）。

解析：第（1）题运用竖直方向物像移动相反的关系很容易判断蜡烛要向“上”调；第（2）小题前两个空格由物像区间图可知成“缩小”实像，“照相机”利用这一原理工作。根据水平方向物像移动是同向的规律，很容易得出光屏要向“靠近”透镜方向移动。再根据光屏靠近时像距变小，像也变小的特点，可知所得到的像“变小”。

例题5.在给班级照集体像时，摄影师发现两旁还有同学没有进入取景框内，要想取景框内得到全班学生清晰满意的画面，摄影师应（

）

A.使照相机离人近些，同时增大暗箱长度

B.使照相机离人远些，同时缩短暗箱长度

C.使照相机离人远些，同时增大暗箱长度

D.使照相机离人近些，同时缩短暗箱长度

解析：摄影师发现有同学没有进入取景框内，说明所照的像大了，应该让像变小一些，根据像距小，像也小的关系，可知像距要减小，即要缩短暗箱长度；而像距变小时，物距要增大，即照相机离人要远些，所以正确选项是B。

三、类比视力矫正原理图，攻克双透镜成像试题

在探究凸透镜成像的实验题中，常有一类是在蜡烛与凸透镜中放上一副眼镜形成双透镜成像的试题。要解决这类试题首先要理解视力矫正的原理，并把该知识迁移到双透镜成像试题中就可以迎刃而解。

如图7所示，近视眼成像在视网膜前方，矫正时配戴凹透镜，由于凹透镜对光有发散作用，当入射光经过凹透镜发散一些以后，再经过晶状体（相当于凸透镜）折射，光线的汇聚点（即像点）会远离一些，正好就在视网膜上。

如图8所示，远视眼成像在视网膜后方，矫正时配戴凸透镜，由于凸透镜对光有会聚作用，当入射光经过凸透镜会聚一些以后，再经过晶状体（相当于凸透镜）折射，光线的汇聚点（即像点）会靠近了一些，正好在视网膜上。

从视力矫正原理图我们可以归纳出两点：

①凹透镜把光发散后，使成像点后移（远离凸透镜）；

②凸透镜把光会聚后，使成像点前移（靠近凸透镜）。

该视力矫正原理图，不仅方便学生理解视力矫正的原理，而且迁移到试题中进行类比，还可以轻松解释双透镜成像难题。

例题6.在探究凸透镜成像实验中小明在光屏上获得清晰的像后，取了一副近视眼镜放在凸透镜前（如图9），要使光屏上还能成清晰的像，可将光屏向

移，或者将蜡烛向

（选填“左”或“右”）移。解析：近视眼镜是凹透镜，根据近视眼视力矫正原理图不难发现，加入凹透镜后成像点向“后”移（即远离透镜），在该题中表现为向右移，所以光屏要向右移才能得到清晰的像。

如果光屏不动而要移动蜡烛得到清晰的像，还要运用物像同向移动知识进行分析：加入凹透镜后，成像点右移了，而光屏不动，就需要将像向左移一些才能回到光屏上，依据物像同向移动的特点可知，像要向左移，则蜡烛也要向左移。

例7.在探究凸透镜成像实验时，小红拿来一只眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，且较靠近凸透镜。结果，光屏上原来清晰的像变模糊了，她只将光屏向远离凸透镜的方向移动适当距离时，又在光屏上观察到蜡烛清晰的像。由此可见，这只眼镜是

（填“凸”或“凹”）透镜，戴这种眼镜人的眼睛的缺陷是

（选填“近视”或“远视”）。

解析：根据视力矫正原理图进行迁移类比，不难知道，能使成像远离的是凹透镜，所以这只眼镜是凹透镜，戴这种眼镜人的眼睛的缺陷是近视。

总之，用图像归纳凸透镜成像的性质和规律，不仅可以使抽象内容形象化，有助于学生对知识的理解和记忆，而且能够巧妙地帮助学生解决一系列凸透镜成像试题，轻松攻克难点。