以固定焦距的凸透镜为研究对象，通过改变物距和移动光屏，建立像距、放大率与物距的关系。
学习目标
- 比较不同物距下像的正倒、大小和虚实
- 用标尺测量物距与像距
- 把实验现象与透镜公式联系起来
实验器材
- 焦距 10 cm 的凸透镜
- 高度 4 cm 的箭头物体
- 光屏
- 厘米标尺
实验准备
- 在设置中使用坐标背景；本课坐标原点设在透镜光心。确认物体底端、光心和光屏中心均位于 y = 0 的主光轴上。
- 透镜保持在原点；所有距离均从透镜光心量起，物体在左侧时其横坐标为负。
操作步骤
测量缩小实像
初始物体 x = −0.30 m，即 u = 30 cm。移动光屏使光线交于屏上，读取屏的位置、像距和像高。
测量等大与放大实像
将物体 x 依次设为 −0.20 m、−0.15 m，分别对应 u = 20 cm、15 cm；每次重新调整光屏，不改变透镜与物体高度。
观察虚像
将物体 x 设为 −0.08 m，即 u = 8 cm。把光屏移离主要光路；比较光线反向延长线的交点与物体的位置、大小。
核对关系
计算每组 1/u + 1/v 与 1/f。虚像的像距取负值；比较像高与物高之比和 |v/u|。
观察与记录
- 记录 u、v、像高、正倒与虚实五项。
- 不能接到屏上时，应记录为无可接收实像，不能任意选取光屏位置作为像距。
预期结果
- u = 30、20、15 cm 时，v 分别为 15、20、30 cm；放大率依次为 −0.5、−1、−2。
- u = 8 cm 时，v = −40 cm，得到正立、放大 5 倍的虚像。
课堂讨论
- 物体从 2f 外移到 f 与 2f 之间，光屏应向哪个方向移动？
- 物体恰在焦点时能否在有限距离光屏上成清晰像？
- u<f 时为什么光屏接收不到像？
模型与适用范围
- 采用理想薄透镜近轴成像，忽略透镜厚度、像差及物体表面漫反射。
- 箭头与成像信息用于几何测量，不能代表真实光屏的亮度或清晰度分布。