用圖像歸納知識巧解透鏡成像試題

邵邦武

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）01-0072-03

凸透鏡成像規律及其應用是初中物理教學的重點，也是學生學習的難點，更是中考的熱點。在歷年中考物理試題中考查凸透鏡成像的試題形式多樣、不斷創新，學生只有深入理解并靈活掌握該知識點才能在解題中得心應手，取得高分。然后，對于大多數學生來說，要做到得心應手，相當不易，其中最主要的原因就是容易混淆凸透鏡成像的各種特點，以及搞不清楚物距和像距的變化關系。因此，在教學中除了讓學生進行實驗探究凸透鏡成像規律外，還應該在此基礎上采用有效的方式將凸透鏡成像知識進行歸類整合，方便學生理解和記憶，使學生在解題時有章可循，有據可依。

一、采用物像區間圖歸納成像規律，解決系列常規試題

凸透鏡成像比較復雜，學生即使通過實驗探究，正確得出了成像規律后，還是不易掌握，容易混淆。因而采用有效的方式幫助學生梳理、分清凸透鏡成像規律就顯得尤為重要。以往我們多數采用圖表來歸納凸透鏡成像規律，圖表看起來雖然簡潔，但比較抽象不易于學生理解和記憶。采用如圖1所示的物像區間圖，可以形象生動地將物體在各個區間成像的位置、正倒、虛實、大小等情況直觀呈現，一目了然。

該圖像呈現的畫面與學生進行探究凸透鏡成像規律時的實驗情景一致，形象、直觀，幾乎攬括了凸透鏡成像的所有性質和規律，具體歸納如下：

（1）各個區間的成像性質及應用直觀呈現：

u>2f.倒立、縮小、實像，照相機原理；

u=2f.倒立、等大、實像；

f

u

（2）物像分布區間一一對應（如圖1雙向箭頭所示）：成實像時，物像異側；成虛像時，物像同側，且v>u。

（3）兩個特殊分界點：

1倍焦距分虛實：u>f，實像；u

2倍焦距分大小：u>2f，縮小；u_2f，等大；u<2f，放大

（4）像距與物距的大小關系決定了成像大小：

v

v—u，成等大的像；

v>u，成放大的像（如圖1所示，由于v2>u2，所以成放大的像）。

該圖呈現的信息直觀形象，學生讀懂并理解了這樣一副圖，能很好地解決一系列凸透鏡成像的試題。

例題1.如圖2所示，一束平行光經過一凸透鏡，調節光屏的位置直到在屏上得到一個最小、最亮的光斑.小明用此凸透鏡和蠟燭做“探究凸透鏡成像規律”的實驗，當燭焰距凸透鏡30cm時，重新調節光屏的位置，可以在光屏上得到（

）

A.正立放大的虛像 B.倒立等大的實像

C.倒立放大的實像 D.倒立縮小的實像

解析：首先由圖2可知該凸透鏡的焦距f=lOcm，2f=20cm，由于30cm>2f，根據成像區間圖很容易知道光屏上呈現的是倒立、縮小的實像，所以正確選項為D。

例題2.在“探究凸透鏡成像規律的實驗”中，將蠟燭置于透鏡前某處時，在另一側的光屏上得到了一個倒立、放大清晰的像，現保持透鏡位置不動，將蠟燭和光屏的位置對調，則光屏上（ ）

A.無法成像

B.呈現正立、放大的像

C.呈現倒立、放大的像

D.呈現倒立、縮小的像

解析：該題有一定難度，因為大多數學生在探究凸透鏡成像規律時一般更關注蠟燭所處的區間位置，而較少關注成像所處的區間，所以當把蠟燭和光屏對調后，就不清楚蠟燭所處的區間，也就無法作出正確選擇。相反，如果學生頭腦中有了物像區間圖，根據物像區間的一一對應關系，就很容易知道此時倒立、放大實像是在大于2倍焦距的區間，當把蠟燭放在該處，物距就變成了大于2倍距焦，所呈現的將是倒立、縮小的實像，所以正確應選項是D。

例題3.在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，蠟燭、凸透鏡、光屏在光具座上的位置如圖3所示。其中明顯還需要調整的是

。調整后恰好能從光屏上觀察到倒立、

（選填“縮小”或“放大”）的實像，該成像特點可作為

的原理（選填“照相機”或“電影放映機”）。

解析：該試題沒有給出焦距的大小，也沒有說明蠟燭在幾倍焦距的位置，不能用物體所處的區間來直接判斷成像情況，而應該采用比較像距與物距的大小關系來判斷。由圖3可以看出v

二、參照物像移動方向圖，巧解成像變化試題

在凸透鏡成像的試題中常有考查物像移動的關系，以及成像大小的變化。物像移動可以分為豎直方向和水平方向兩種，具體的移關系如圖4和圖5所示。

（1）豎直方向物像移動方向相反（如圖4實箭頭所示）：物下移，像上移；物上移，像下移。

（2）豎直方向鏡像移動方向相同（如圖4虛箭頭所示）：凸透鏡上移，像也上移；凸透鏡下移，像也下移。

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

物像同向移動產生的像距隨物距的變化關系表現為：物距變大，像距變小；物距變小，像距變大。

（4）像距變化決定成像大小的變化：像隨像距的增大而變大，隨像距減小而變小。（即像距大，像也大；像距小，像也小。）

例題4.如圖6所示在利用光具座進行凸透鏡成像的實驗探究中：

（1）為了使像能成在光屏的中央，她應把蠟燭向 調（填“上”、“下”）；

（2）調整后，把燭焰放在距凸透鏡26cm處時，在凸透鏡另一側前后移動光屏，會在光屏上得到一個倒立、的實像（填寫像的性質）；

（填光學儀器）就是利用這一成像規律工作的。如果將蠟燭在此基礎上遠離透鏡，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏應向

（選填“靠近”或“遠離”）透鏡的方向移動，所得到的像

（填“變大”或“變小”）。

解析：第（1）題運用豎直方向物像移動相反的關系很容易判斷蠟燭要向“上”調；第（2）小題前兩個空格由物像區間圖可知成“縮小”實像，“照相機”利用這一原理工作。根據水平方向物像移動是同向的規律，很容易得出光屏要向“靠近”透鏡方向移動。再根據光屏靠近時像距變小，像也變小的特點，可知所得到的像“變小”。

例題5.在給班級照集體像時，攝影師發現兩旁還有同學沒有進入取景框內，要想取景框內得到全班學生清晰滿意的畫面，攝影師應（

）

A.使照相機離人近些，同時增大暗箱長度

B.使照相機離人遠些，同時縮短暗箱長度

C.使照相機離人遠些，同時增大暗箱長度

D.使照相機離人近些，同時縮短暗箱長度

解析：攝影師發現有同學沒有進入取景框內，說明所照的像大了，應該讓像變小一些，根據像距小，像也小的關系，可知像距要減小，即要縮短暗箱長度；而像距變小時，物距要增大，即照相機離人要遠些，所以正確選項是B。

三、類比視力矯正原理圖，攻克雙透鏡成像試題

在探究凸透鏡成像的實驗題中，常有一類是在蠟燭與凸透鏡中放上一副眼鏡形成雙透鏡成像的試題。要解決這類試題首先要理解視力矯正的原理，并把該知識遷移到雙透鏡成像試題中就可以迎刃而解。

如圖7所示，近視眼成像在視網膜前方，矯正時配戴凹透鏡，由于凹透鏡對光有發散作用，當入射光經過凹透鏡發散一些以后，再經過晶狀體（相當于凸透鏡）折射，光線的匯聚點（即像點）會遠離一些，正好就在視網膜上。

如圖8所示，遠視眼成像在視網膜后方，矯正時配戴凸透鏡，由于凸透鏡對光有會聚作用，當入射光經過凸透鏡會聚一些以后，再經過晶狀體（相當于凸透鏡）折射，光線的匯聚點（即像點）會靠近了一些，正好在視網膜上。

從視力矯正原理圖我們可以歸納出兩點：

①凹透鏡把光發散后，使成像點后移（遠離凸透鏡）；

②凸透鏡把光會聚后，使成像點前移（靠近凸透鏡）。

該視力矯正原理圖，不僅方便學生理解視力矯正的原理，而且遷移到試題中進行類比，還可以輕松解釋雙透鏡成像難題。

例題6.在探究凸透鏡成像實驗中小明在光屏上獲得清晰的像后，取了一副近視眼鏡放在凸透鏡前（如圖9），要使光屏上還能成清晰的像，可將光屏向

移，或者將蠟燭向

（選填“左”或“右”）移。解析：近視眼鏡是凹透鏡，根據近視眼視力矯正原理圖不難發現，加入凹透鏡后成像點向“后”移（即遠離透鏡），在該題中表現為向右移，所以光屏要向右移才能得到清晰的像。

如果光屏不動而要移動蠟燭得到清晰的像，還要運用物像同向移動知識進行分析：加入凹透鏡后，成像點右移了，而光屏不動，就需要將像向左移一些才能回到光屏上，依據物像同向移動的特點可知，像要向左移，則蠟燭也要向左移。

例7.在探究凸透鏡成像實驗時，小紅拿來一只眼鏡放在蠟燭和凸透鏡之間，且較靠近凸透鏡。結果，光屏上原來清晰的像變模糊了，她只將光屏向遠離凸透鏡的方向移動適當距離時，又在光屏上觀察到蠟燭清晰的像。由此可見，這只眼鏡是

（填“凸”或“凹”）透鏡，戴這種眼鏡人的眼睛的缺陷是

（選填“近視”或“遠視”）。

解析：根據視力矯正原理圖進行遷移類比，不難知道，能使成像遠離的是凹透鏡，所以這只眼鏡是凹透鏡，戴這種眼鏡人的眼睛的缺陷是近視。

總之，用圖像歸納凸透鏡成像的性質和規律，不僅可以使抽象內容形象化，有助于學生對知識的理解和記憶，而且能夠巧妙地幫助學生解決一系列凸透鏡成像試題，輕松攻克難點。