Question

7．【探究名稱】探究凸透鏡成像的大小與哪些因素有關(guān)
【提出問題】小明通過前面物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，知道放大鏡就是凸透鏡．在活動(dòng)課中，他用放大鏡觀察自己的手指（圖甲），看到手指放大的像；然后再用它觀察遠(yuǎn)處的房屋（圖乙），看到房屋縮小的像．（選填“放大”、“等大”或“縮小”）

他想：凸透鏡成像的大小可能與哪些因素有關(guān)？
【進(jìn)行猜想】凸透鏡成像的大小可能與蠟燭到透鏡的距離有關(guān)．

	物體到凸透 鏡的距離/cm	光屏上像到凸 透鏡的距離/cm	光屏上像 的大小
1	40	13.5	縮小
2	30	15	縮小
3	20	20	等大
4	15	30	放大
5	10	光屏上沒有像
6	8	光屏上沒有像

【設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（1）小明在圖丙所示的光具座上，不斷改變蠟燭與透鏡間的距離，并移動(dòng)光屏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如上表所示．
（2）實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)小明用白紙遮掉凸透鏡的上半部分時(shí)，光屏上成像的情況是C
A．只出現(xiàn)燭焰的上半部分的像　　　　　　B．只出現(xiàn)燭焰的下半部分的像
C．仍然是完整的像，只是變暗些　　　　　D．成像情況像不受任何影響
（3）若小明改用焦距為12cm的另一凸透鏡重做第4次實(shí)驗(yàn)，保持燭焰和凸透鏡的位置不變，要在光屏上成清晰的像，他應(yīng)將光屏向遠(yuǎn)離（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）透鏡方向移動(dòng)
【結(jié)論與應(yīng)用】分析數(shù)據(jù)可知：
（1）物體到凸透鏡的距離越短，光屏上像的大小就越大．
（2）保持蠟燭與光屏的位置不變，適當(dāng)移動(dòng)凸透鏡，光屏上能成2次像．
（3）光屏上沒有成像的原因是u≤f．

Answer 1

分析 （1）要解決此題，首先要知道凸透鏡成像的規(guī)律．
當(dāng)u＞2f時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像．對(duì)應(yīng)應(yīng)用如照相機(jī)．
當(dāng)u=2f時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像．
當(dāng)f＜u＜2f時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像，對(duì)應(yīng)應(yīng)用如幻燈機(jī)．
當(dāng)u=f時(shí)，無像．經(jīng)凸透鏡折射后的光線是平行的，沒有會(huì)聚點(diǎn)．
當(dāng)u＜f時(shí)，成正立、放大的虛像．如放大鏡．
可見：u=2f位置是放大和縮小的分界點(diǎn)；u=f是虛像和實(shí)像的分界點(diǎn)．
當(dāng)物體成實(shí)像時(shí)，隨著物距u減小，像距增大，同時(shí)像也在增大．
（2）物體有無數(shù)點(diǎn)組成，物體上任一點(diǎn)射向凸透鏡有無數(shù)條光線，經(jīng)凸透鏡折射后，有無數(shù)條折射光線會(huì)聚成該點(diǎn)的像．當(dāng)遮住凸透鏡的一部分，還有另外的部分光線，經(jīng)凸透鏡折射會(huì)聚成像．
（3）不能在光屏上成像的原因：燭焰、光屏、凸透鏡的中心不在同一高度處；物距小于焦距，成虛像；物距等于焦距，不成像．

解答 解：甲圖，看近處的物體時(shí)，做為放大鏡使用，此時(shí)成正立、放大的虛像．
乙圖，當(dāng)看遠(yuǎn)處的物體時(shí)，此時(shí)成物體倒立、縮小的實(shí)像．
甲乙兩圖物體到凸透鏡的距離不同，所以可以看出凸透鏡成像的大小可能與物體到凸透鏡的距離有關(guān)．
遮住凸透鏡的上半部，物體上任一點(diǎn)射向凸透鏡的下半部，經(jīng)凸透鏡折射后，照樣能會(huì)聚成像，像的大小不發(fā)生變化，折射光線減少，會(huì)聚成的像變暗，仍然是完整的像．
根據(jù)第3次實(shí)驗(yàn)，u=20cm，v=20cm，成倒立等大實(shí)像，可知所用透鏡的焦距f=10cm，
若小明改用焦距為12cm的另一凸透鏡重做第4次實(shí)驗(yàn)，透鏡的焦距變大，相當(dāng)于減小物距，當(dāng)物體成實(shí)像時(shí)，隨著物距u減小，像距增大，同時(shí)像也在增大．故要在光屏上成清晰的像，他應(yīng)將光屏向遠(yuǎn)離透鏡方向移動(dòng)；
（1）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可以看出，成實(shí)像時(shí)，物距在逐漸減小，成的像逐漸變大，像距也逐漸變大．
（2）凸透鏡成倒立縮小的實(shí)像，需滿足u＞2f，成倒立、縮小的實(shí)像，2f＞v＞f；
凸透鏡成像的實(shí)質(zhì)是光的折射，在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的，保持凸透鏡的位置不變，將蠟燭和光屏的位置相互交換后2f＞u＞f，成倒立放大的實(shí)像．因此光屏上能成2次像
（3）無論怎樣移動(dòng)光屏，都不能得到清晰的像，可能是因?yàn)槲锞嘈∮诮咕�，成的像是虛像，或物距等于焦距，不成像�?br />故答案為：放大；縮小；蠟燭到透鏡的距離；C；遠(yuǎn)離；（1）大；（2）2；（3）u≤f．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究凸透鏡成像的規(guī)律，主要考查了實(shí)驗(yàn)的探究過程及成像規(guī)律的應(yīng)用．此題看似復(fù)雜，其實(shí)只要用心，仔細(xì)審題，并不難．