凸透镜成像原理是什么（凸透镜成像原理重难点）

我们在日常生活中观察发现，照相机、投影仪、放大镜等似乎他们的工作原理都是一样的，都拥有一个相当于凸透镜的镜头，但是为什么他们的成像效果会有那么大的差距呢？

照相机成倒立、缩小的实像；

投影仪成倒立、放大的实像；

放大镜成正立、方法的虚像；

其实稍微细心的同学会发现，我们在使用这些仪器的时候，我们能观察到的最大不同之处就是距离了。

照相时我们会使相机和被照物体离得远一点，离太近了像会变得和模糊；

投影仪却是把投影片和镜头放得够近，然后在远处成一个放大的像；

放大镜就得在物体附近移动才有放大效果，稍微远一点，像将变得模糊不清。

在物理学上，我们物体到凸透镜光心的距离称为物距，通常用u表示；把像到凸透镜光心的距离称为像距，通常用v表示。

从前面这些例子来看，物距和像距应该是存在某种联系的。当然具体是怎样的，我们得用实验来找出他们之间的规律。

02实验

第一步、实验准备

准备好光具座、点燃的蜡烛、凸透镜、光屏。

制作好表格分别记录焦距f、物距u、像的正倒、大小、虚实、像距v数据。表格如下：

第二步、测放大镜焦距

将实验用的放大镜正对着太阳光，改变凸透镜与地面的距离，直到地面上出现最亮的光点。

我们知道平行于主光轴的光线，经过凸透镜后会会聚于焦点。太阳光可以看成平行光，地面上最亮的这个光点就是凸透镜的焦点，测得它与凸透镜中心的距离为10cm，这个10cm就是凸透镜的焦距。

第三步、正式实验

1、将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，调节烛焰、凸透镜和光屏的中心大致在同一高度，这样可以使烛焰的像成在光屏的中央。

2、当蜡烛距离透镜30cm时，移动光屏，最终在光屏上得到一个明亮、清晰的像，观察发现这是一个倒立、缩小的实像，记录下此时的物距为30cm，像距为15cm。

3、当我们向右移动蜡烛直到蜡烛距离凸透镜距离20cm，然后向右移动光屏，在距离透镜20cm的地方接收到一个清晰的像。观察发现这是一个倒立、等大的实像。记录下此时的物距为20cm、像距为20cm。

4、接着向右移动蜡烛直到蜡烛距离凸透镜距离15cm，然后向右移动光屏，在距离透镜30cm的地方接收到一个清晰的像。观察发现这是一个倒立、放大的实像。记录下此时的物距为15cm、像距为30cm。

由此可见，在往右移动蜡烛的过程中，像一直在变远变大，这就是所谓的物近像远像变大。

5、我们向右继续移动蜡烛，发现当蜡烛距离透镜10cm时，无论怎么移动光屏都接收不到烛焰的像。当我们从右侧透过透镜看过去也看不到像，只能看到一个模糊的光斑。

6、接着继续向右移动蜡烛，发现蜡烛距离透镜5cm时，无论怎样移动光屏都接收不到烛焰的像。但是，我们从右侧透过透镜能够看到一个烛焰的像，这是一个正立、放大的虚像。记录下此时的物距为5cm。

7、最后统计的数据如下，看看你是否能找到其中的一些规律呢？

03数据分析总结

1、当物距大于2倍焦距时，像的性质为倒、小、实，像与物体异侧，像距位于1倍焦距到2倍焦距之间，来自远处的物体的光经过照相机镜头会聚在感光元件上，形成缩小的像，利用的就是这个原理。

2、当物距等于2倍焦距时，像的性质为倒、等、实，像与物体异侧，像距刚好也为2倍焦距。

3、当物距大于1倍焦距小于2倍焦距时，像的性质为倒、大、实，像与物体异侧，像距大于2倍焦距。 教室里的投影仪工作时，物体离投影仪镜头比较近，像是放大的。原理就是如此。

4、当物距等于1倍焦距时，不成像，而当物距小于1倍焦距时，像的性质为正、大、虚，像与物体同侧。把放大镜放在物体跟眼睛之间，适当调整距离，就能看清楚物体的细微之处。其利用的就是这个原理。

其实这些原理我们可以总结为一个口诀来进行记忆：

这个规律一定要记牢哦~~

当然这是我们从实验中得出的结论，其实我们也可以利用光路图来理解凸透镜成像的规律。

04利用光路图理解凸透镜成像规律

我们用凸透镜的三条特殊光线作图来确定像的大小和位置。应该都还记得凸透镜的这三条特殊光线吧？

1号线过光心不改变方向；

2号线平行于主光轴入射，出射光线过焦点；

3号线从焦点射入的光线，出射光线平行于主光轴；

因为两条直线就可以确定一个定点了，所以我们选择1、2号线就可以了。

有的孩子可能会选择1、3号线，或者2、3号线。这样当然也可以，但是欠妥，为什么呢？

这是因为当物距在1倍焦距之内时，3号线就不通过凸透镜，所以这时3号线起不到任何作用。

因此，只要根据1、2号线一次去分析不同物距之间的成像规律即可。

2号线的出射光线始终是过焦点的，不会随着物距的变化而发生变化。

但是1号线则不同，它会随着物距减小变得更倾斜。当物距在1倍焦距之外时，2号线和1号线出射光线的交点，随着物距的减小而越来越往下和靠右，即我们前面所讲的“成实像，物近像远像变大。”

当物距在1倍焦距之内时，2号线和1号线反向延长线的交点，随着物距的减小而越来越往下和靠右，即前面所讲的“成虚像，物近像近像变小。”

至于“1倍焦距分虚实，2倍焦距分大小”这个规律怎么理解呢？

当物距等于1倍焦距时，1、2号线的出射光线平行，自然无法成像。当物距再大点就会成实像，物距再小点就会成虚像。

所以，物距等于1倍焦距是虚实像的分界线。

当物距等于2倍焦距时，由数学几何关系三角形全等可知，像跟物体是等大的。当物距再大点像就会缩小，物距再小点像就会放大。所以，物距等于2倍焦距是像放大和缩小的分界线。

最后，从下面的图中我们也能清楚的看出“虚像正立实像倒。”