Question

7．沈認(rèn)真同學(xué)利用如圖所示的裝置做探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你幫他完成下列內(nèi)容．
表1：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	物距u/cm	像距v/cm
1	30	15
2	20	20
3	15	30
4	5	/

（1）圖表1是他實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄的幾組數(shù)據(jù)：
①由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知該凸透鏡的焦距為10cm；
②第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)所成像的特點(diǎn)可應(yīng)用在投影儀上（選填“投影儀”、“照相機(jī)”或“放大鏡”）；
③第4次試驗(yàn)時(shí)移動(dòng)光屏，發(fā)現(xiàn)光屏上只有光斑（圖中未畫(huà)出）．下列關(guān)于光斑的說(shuō)法正確的是C：（填寫選項(xiàng)字母）．
A．光斑是燭焰所成的實(shí)像
B．光斑是燭焰所成的虛像
C．光斑是燭焰發(fā)出的光折射到光屏上形成的
（2）實(shí)驗(yàn)中，他猜想像距的大小可能與物距有關(guān)，也可能與透鏡的焦距有關(guān)．于是他為了研究像距與焦距的關(guān)系，選用了三個(gè)焦距不同的凸透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表2所示．
表2：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	物距u/cm	焦距f/cm	像距v/cm
1	15	8	17
2	15	10	30
3	15	12	60

①分析表2中的數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是：當(dāng)物距一定時(shí)，透鏡焦距越大，像距越大．（選填“越大”“不變”或“變小”）
②根據(jù)你所學(xué)的凸透鏡成像規(guī)律的知識(shí)分析，第三次實(shí)驗(yàn)所成的像比第一次實(shí)驗(yàn)所成的像更大（選填“大”或“小”）．
③若他將物距調(diào)整為20cm，并想在光屏上得到一個(gè)縮小的像，他應(yīng)在表2給出的三個(gè)透鏡中選用焦距為8cm的凸透鏡．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，u=2f，成倒立等大的實(shí)像，v=2f=u；
②凸透鏡成實(shí)像時(shí)，u＞2f，成倒立縮小的實(shí)像；f＜v＜2f；f＜u＜2f，成倒立放大的實(shí)像，v＞2f；可知u＞v，成倒立縮小實(shí)像，u＜v時(shí)成倒立放大實(shí)像；生活中的投影儀便是利用凸透鏡能成倒立放大的實(shí)像的原理制成的；
③物體在凸透鏡的一倍焦距以內(nèi)時(shí)，成的是正立放大的虛像，光屏上不能承接，光屏上的光斑是燭焰發(fā)出的光折射到光屏上形成的；
（2）①實(shí)驗(yàn)探究的是像距的大小與物距及透鏡的焦距是否有關(guān)，運(yùn)用控制變量的方法，對(duì)比表中2中的三次數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納；
②發(fā)光體發(fā)出的無(wú)數(shù)條光線經(jīng)凸透鏡折射后會(huì)聚，從而在光屏上形成實(shí)像，其中經(jīng)過(guò)光心的光線不改變傳播方向，而平行于主光軸的光線經(jīng)透鏡折射后均經(jīng)過(guò)焦點(diǎn)射出，焦點(diǎn)離透鏡越遠(yuǎn)（即焦距越大），會(huì)聚就越延遲，像距越遠(yuǎn)，像也越大；
③凸透鏡成實(shí)像時(shí)，u＞2f，成倒立縮小的實(shí)像．

解答 解：（1）①當(dāng)u=2f，凸透鏡成倒立等大的實(shí)像，v=2f=u，由表1中第2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：u=v=2f=20cm，得f=10cm；
②表1中第3次數(shù)據(jù)可知u=15cm，而f=10cm，滿足f＜u＜2f，凸透鏡成倒立放大的實(shí)像，這原理應(yīng)用生活中的投影儀中；
③表1中第4次試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知u=5cm＜f，凸透鏡成正立放大的虛像，虛像不會(huì)在光屏上呈現(xiàn)，所以光屏上的光斑是燭焰發(fā)出的光折射到光屏上形成的；
（2）①表2中三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，物距均相同（15cm），焦距不同，導(dǎo)致像距不同，從而歸納出在物距相同時(shí)，像距與焦距有關(guān)系；
②根據(jù)凸透鏡成像原理和凸透鏡對(duì)光的折射作用，經(jīng)過(guò)光心的光線不改變傳播方向，而平行于主光軸的光線經(jīng)透鏡折射后要焦點(diǎn)射出，即焦距越大，會(huì)聚點(diǎn)離透鏡越遠(yuǎn)，即像距越遠(yuǎn)，像也越大；
③根據(jù)凸透鏡成像原理，當(dāng)u＞2f時(shí)，成倒立縮小的實(shí)像，由表中數(shù)據(jù)可知，三個(gè)透鏡的焦距分別為8cm、10cm、12cm，對(duì)應(yīng)的二倍焦距為16cm、20cm、24cm，只有第一次20cm＞16cm，滿足u＞2f，所以只能選擇第一次實(shí)驗(yàn)所用的凸透鏡．
故答案為：（1）①10；②投影儀；③C；（2）①越大；②大；③8．

點(diǎn)評(píng) 本題是凸透鏡成像規(guī)律的綜合運(yùn)用，要求我們既要掌握從實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)中歸納出一般性的規(guī)律，又要能把這些規(guī)律與日常生活中應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會(huì)；是一道不錯(cuò)的有關(guān)凸透鏡成像的綜合性試題．