Question

15．在利用光具座進行凸透鏡成像的實驗探究中：

（1）小明同學(xué)為了測出凸透鏡的焦距，讓一束平行光正對凸透鏡照射，直到光屏上出現(xiàn)一個最小、最亮的光斑．由圖可知，凸透鏡對光具有會聚作用，該凸透鏡的焦距是10.0cm．
（2）點燃蠟燭后，小明發(fā)現(xiàn)燭焰的像成在光屏的下方（如圖2所示），他通過調(diào)整凸透鏡和光屏的位置，使它們的中心和燭焰的中心在同一高度，使燭焰的像成在光屏的中央．
（3）小明固定凸透鏡在光具座50cm刻線處，將蠟燭移到35cm刻線處，同時移動光屏，直到在光屏上再次看到像后，正確測出了像距；鄰座的小紅和小蘭用同樣的實驗器材分別重復(fù)了該實驗步驟，也先后測出了像距，這三位同學(xué)所測數(shù)據(jù)記錄于下表：

學(xué)生	小明	小紅	小蘭
像距v/cm	29.8	30.9	32.0

觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在物距相同時，他們所測的像距卻各不相同，你認為原因是找最清晰的像的位置有偏差．
（4）小強用9個紅色的發(fā)光二極管按“F”字樣鑲嵌排列在白色方格板上替代蠟燭作為光源，又用同樣的白色方格板做成光屏，實驗使用的凸透鏡焦距為10cm，實驗裝置如圖3所示．
同學(xué)們對小明使用的實驗裝置進行如下評價，其中錯誤的是D．
A．與燭焰相比，實驗使用的光源不會晃動，光屏上所成的像比較穩(wěn)定
B．光源鑲嵌在白色方格板上，用同樣的白色方格板做光屏，便于比較像與物的大小
C．零刻度線刻在光具座標尺的中央，可直接測出物距和像距
D．若凸透鏡的焦距未知，利用此實驗裝置不能測量凸透鏡的焦距．

Answer 1

分析 （1）焦距是指從焦點到凸透鏡的距離，根據(jù)圖讀出便可，凸透鏡對光線起會聚作用，可把平行于主光軸的光線會聚到焦點上；
（2）在做凸透鏡成像的實驗中，為了保證所成的像呈現(xiàn)在光屏的中央，必須保證蠟燭、凸透鏡、光屏在同一高度、同一直線上；
（3）在實驗中要移動光屏，直到光屏上出現(xiàn)清晰的像為止，然后再測量像距和物距；
（4）對本實驗的評價，要從小強的實驗操作：用9個紅色的發(fā)光二極管按“F”字樣鑲嵌排列在白色方格板上替代蠟燭作為光源，用同樣的白色方格板做成光屏分析；還要從光具座上的刻度尺來分析．

解答 解：
（1）平行光線經(jīng)凸透鏡折射后變成會聚光線，說明凸透鏡對光線有會聚作用；
凸透鏡能把由圖知，光屏上出現(xiàn)一個最小最亮的光斑即為凸透鏡的焦點處，焦點到凸透鏡的距離為40.0cm-30.0cm=10.0cm，則凸透鏡的焦距是10.0cm；
（2）把蠟燭、凸透鏡、光屏依次放在桌面上，點燃蠟燭，使燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度上，這樣做的目的是使像能成在光屏的中央；
（3）當“將蠟燭移至35cm刻度線處時”此時u=50cm-35cm=15cm，2f＞u＞f，成倒立、放大的實像．凸透鏡成像時，物近像遠像變大，可知同時將光屏向右移動，觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在物距相同時，他們所測的像距卻各不相同，原因可能是有的同學(xué)沒等到光屏上出現(xiàn)清晰的像就測量了像距，即找最清晰的像的位置有偏差．
（4）小強在實驗中：用9個紅色的發(fā)光二極管按“F”字樣鑲嵌排列在白色方格板上替代蠟燭作為光源，光源比較穩(wěn)定；用同樣的白色方格板做成光屏便于比較像與物的大��；零刻度線刻在光具座標尺的中央，可直接測出物距和像距；可以根據(jù)像與物大小相等時測出像距和物距，此時u=v=2f算出焦距；故D是錯誤的．
故答案為：（1）會聚；10.0；（2）燭焰；同一高度；（3）找最清晰的像的位置有偏差；（4）D．

點評 此題是探究凸透鏡成像規(guī)律實驗，通過實驗數(shù)據(jù)的分析，考查了對凸透鏡成像規(guī)律的掌握及應(yīng)用，能夠根據(jù)表格中數(shù)據(jù)確定凸透鏡的焦距是解決問題的關(guān)鍵．