像和物体的赛跑
----凸透镜成像规律考点剖析
湖南省衡阳市伍小明
透镜及其应用是光学中比较难的一部份，凸透镜成像的规律又是这儿面最重要的一个环节。
通过实验，我们晓得像随着物体在主光轴联通。物体从远处紧靠凸透镜时，像朝那个方向联通？谁跑得快呢？像的大小又怎样变化？假如上述问题我们都能轻松应对，这么对凸透镜的考查就难不倒朋友们了。
对凸透镜的考查主要有这样几点：认识凸透镜对光的会聚作用；会探究并晓得凸透镜成像的规律；了解凸透镜三种成像情况在生活中的应用。
朋友们在学习凸透镜成像的规律时认为头绪多，应用规律解题时倍感无从下手。我们把它和上面光的折射结合上去，将探究凸透镜成像实验，按几个关键点，把整个过程梳理成规律，再用来应用，会容易得多。另一方面，我们在做练习过程中，将题目中设定的各类情境，转换成相应的数学量，对照凸透镜成像规律，就可以轻松解决问题了。
接出来，让我们试一试吧！
考点一：凸透镜对光的会聚作用。
要透彻理解这一点，先得确切把握两个概念：焦距（焦点）、会聚。
焦距是每位凸透镜最重要的参数，它反映凸透镜的折光能力。焦距越小，它的折光能力越强，它对光的会聚作用越大。焦距越大，折光能力越弱（如图1）；假如焦距无穷大，就是我们在光的折射现象学校过的（两面平行的）玻璃板，光线穿过它后，方向是不变的，如图2，只是发生了一点点偏斜。
凸透镜对光的会聚作用，并不是一束光经过凸透镜后一定要相交。会聚是一个程度，光线经过凸透镜后，它比之前会聚程度降低了，如图3。从某一点发出的多条光线，原本就是发散的，经过凸透镜后还是发散，光线并不会相交，只是发散程度降低了。同样的，如图4，原本就是会聚的光线，经过凸透镜后，交点更紧靠凸透镜了。
例1、晴朗的冬日上午，往树或花的叶子上施肥，常会把叶子烤焦，其缘由是()。
A．水滴蒸发，带走叶子的热量
B．水滴在阳光下气温下降，把叶烫焦
C．水滴容易透过阳光，把叶子焦黑
D．水滴会使阳光会聚，把叶子焦黑
解析：挂在叶子上的小水滴，相当于凸透镜，对光有会聚作用。太阳光透过时，会聚到焦点，倘若这一点正好落到附近的叶子上，都会把叶子焦黑。可不是把挂着小水滴的这片叶子焦黑啊。
生活中有好多类似凸透镜，如装水的透明杯子，滴在玻璃板上的小水滴，这种我们都当凸透镜来剖析。
正确答案：D
例2、如图所示，四幅图均表示光线通过凸透镜前后的传播方向，其中正确的是（）
解析：由于凸透镜对光线具有会聚作用，会聚要彰显在程度变化上。所以我们只要观察，折射光线是否比原先未透过透镜传播时的光线更紧靠主光轴。凹透镜对光的发散作用也是观察发散程度。
正确答案：C
考点二、凸透镜成像实验。
我们把它分为实验前、实验中、实验后块来分别弄清楚，就容易多了。
实验前，对器材的摆放，蜡烛、凸透镜、光屏，是两个方面的要求：（1）三个器材的摆放顺序：凸透镜在蜡烛和光屏三者之间，或则说蜡烛和光屏分布在凸透镜的右侧。
（2）三个器材的中心位置要求：在同一条直线上，并在同一高度。为何这样子呢？如图5，它们两者中心是在一条线上，并且，是一条斜线，这就不行。为何不行呢？由于在蜡烛、光屏水平联通过程中，蜡烛火焰的像不能总呈现在光屏的中心部位。这两点要求也可以用六个字概括：同一水平直线。
实验过程中，谁动谁不动？先调节谁凸透镜成像的规律图蜡烛，再调节谁？哪里才是真实像的位置？
要弄清楚这种问题，先要明白，凸透镜成像时，是物体决定像，还是像决定物体？在平面镜成像时，我们就晓得像是由物体决定的，不管是像的大小还是像距大小。同样，在凸透镜成像时，像的大小、倒正、像距，也都是由物体、物距决定（其实我们在讨论这种时，都是基于用同一个凸透镜）。
物距的改变，影响成像情况。蜡烛火焰、凸透镜、像，这三个对像中，像是由前三者决定的。将凸透镜固定，物体从尽可能远的地方紧靠凸透镜，这个过程中，联通光屏找到像，并不断检测，并记录物距、像距、像的性质。
我们在记录像距时，就要明白到底光屏在哪些地方时，才算真正找到了像的位置？每位物距，只对应惟一一个像，光屏上最最清晰的像，才是像的位置，其它模糊的像，并不是真正的像（实像不能在光屏上呈现，实验中自然也测不了像距）。没有光屏，像还在吗？还在！光屏只是拿来呈现像的，有没有光屏，像都在那里，假如没有光屏，也可以用耳朵直接观察。
例3、某同事在做凸透镜成像实验时，先将凸透镜正对太阳光，在透镜的另左侧联通光屏，在距透镜10分米的光屏上出现最小极亮的点。之后开始在光具座上做实验：
①本实验用的凸透镜焦距约是分米。
②为了研究凸透镜的成像规律，先将蜡烛、和依次放在光具座上，之后调节它们的高度，使它们的中心与烛焰的中心大致在，这是为了。
③在实验中,固定的是的位置,再调好的位置，最后联通来找像。
④当成虚像时，蜡烛紧靠凸透镜，像凸透镜，且像变_____；观察实像时，蜡烛紧靠凸透镜，像凸透镜，且像变_____。
⑤当成虚像时，用右手堵住凸透镜的中心部份(没有完全堵住)，光屏上（选填“能”或“不能”）成完整的像。
解析：对实验的考查，通常还会以填空的方式出现。其实不会有我们如此多空要填。里面5小题，是很典型的内容。
第①小题，是考查凸透镜焦距，为10分米。
第②、③题，考查器材的摆放及实验中固定谁，谁联通，怎么找像。
第④题，是描述的成像过程中的动态变化，这是比较难的部份。我们仍然要记住，像和物体在主光轴上联通的方向是一致的，都向一个方向联通；并且像距变大，像也变大。（参考前面考点三）
第⑤题，我们只须要了解就行。凸透镜倘若不完整（被物体遮一部份、镜片上有小昆虫、破损），都可以跟原先的凸透镜一样成像，只是通过的光线降低了，造成像的色温增加。而且镜框上的小昆虫不会出现在像中。
参考答案：①10分米。
②凸透镜、光屏（不能填反）；同一水平直线，使像成在光屏中心部位。
③凸透镜、蜡烛，光屏。
④远离，像变大；观察实像时，远离，大。
⑤能。
考点三：凸透镜成像的规律
题目中不会直接考查规律本身，都是考查借助凸透镜成像的规律解决实际问题。好多朋友就是感觉这类问题最麻烦。
不要紧，我们一上去理清它的规律。我们把凸透镜成像的规律分成两个层次：静态和动态。（参考图6，图中1和对应的1ˊ分别表示物体和像，1—7分别是物体所在位置）
1、凸透镜成像的静态规律：
就是我们平常所说的三条，物体分别坐落：（1）小于2倍焦距，成倒立缩小虚像，像在1到2倍焦距之间；（2）1到2倍焦距之间，成倒立放大虚像；（3）焦距以内，成正立放大实像。
2、凸透镜成像的动态规律：
物体从离凸透镜很远的地方，紧靠焦点过程中，物距降低，像距减小，像也不断变大，它们俩（在主光轴上）联通的方向一致。抵达焦点，像就无限远，无限大，我们课本上说，物体在焦点不能成像。
物体和像谁跑得快呢？（参考图6）我们可以这样剖析：物体从距凸透镜很远的地方，匀速联通到2倍焦距这个过程中，像又联通了多远呢？像从焦点附近移到了2倍焦距附近。整个联通过程中，时间是相同的，谁跑得快？很其实，是物体跑得快！物体从2倍焦距挪到1倍焦距，像从2倍焦距挪到无限远地方了。在这段范围内，像跑得快多了。（对于这个问题，主要是帮助我们理解和记忆，极少有这方面题目出现）
对于实像，实验中我们只是涉及了实像的观察：用嘴巴在光屏左侧透过凸透镜观察（这句话上面有几个要素？）。
生活中成实像的应用就是放大镜，物体贴近凸透镜时（物距很小），物体放大疗效很不显著，要想放大疗效显著（像显得更大），我们就要把物体适当远离凸透镜（紧靠焦点），但不能超过焦距。归纳上去，物体成实像时（物体在1倍焦距以内），物体越紧靠焦点时，像越大；抵达焦点，像就无限远，无限大。
把里面的虚像和实像动态变化情况结合上去，是不是可以这样抒发：物体在主光轴上联通，我们以焦点为参考点，不管物体在焦距以外或焦距以内，只要是紧靠焦点联通，像都是变大，像距都是变大。物体抵达焦点，像显得无限大，无限远，也可以说不能成像。
例4、有一焦距为10cm的凸透镜，将物体从离凸透镜50cm处沿主光轴移到距透镜20cm处，这个过程中光屏上所成的像（）
A.仍然是正立、放大的虚像B.仍然是倒立、放大的虚像
C.离透镜越来越远，像变大D.离透镜越来越近，像变小
解析：将题目中的信息转换成化学量：物体从2f以外紧靠2f时；再应用规律：物体紧靠凸透镜，像远离凸透镜，且像是倒立缩小的，正好抵达2f时成等大的像。所以选C。
例5、用镜头焦距不变的照像机，先给一名朋友照2寸的半身像，再用该单反给他照一张2寸的四肢像，应()
A．使照像机与人的距离减小，适当减短黑箱宽度
B．使照像机与人的距离减小，适当降低黑箱宽度
C．使照像机与人的距离增大，适当减短黑箱宽度
D．使照像机与人的距离增大，适当降低黑箱宽度
解析：先弄清楚题目中数学量的变化：半身像到四肢像—像要变大！此时要把我们上面的动态规律倒过来应用：像变大时，有什么是要变化的？像距要变大！----像要远离凸透镜；像和物体在主光轴上联通方向是一致的凸透镜成像的规律图蜡烛，所以物体要紧靠凸透镜。再把我们这种剖析对应成照像机的实际操作：像距变大----降低黑箱宽度（底片远离镜头）；单反与人的距离增大。
正确答案：C
考点四、凸透镜三种成像情况在生活中的应用
我们把凸透镜成像规律理解清楚了，它在生活应用就十分简单了，对应于上面三条静态规律，分别是照像机、投影机、放大镜。
例6、在探究凸透镜成像规律的实验中，当蜡烛、凸透镜、光屏处于如图7所示的位置时，恰能在光屏上得到一个清晰的像。借助这一成像原理的光学仪器是()
A.投影仪B.照像机
C.放大镜D.显微镜
解析：图中包含了好多信息：物体在2f以外；像在f到2f之间；还有像距大于物距。按照这三条信息都可以判别出此时成倒立、缩小虚像，所以它的应用是照像机。
正确答案：B
附练习见QQ群
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