Question

19．小明利用一未知焦距的凸透鏡探究透鏡的成像規(guī)律，進(jìn)行了如下操作并得到了相關(guān)結(jié)論．請(qǐng)你將空缺部分補(bǔ)充完整．
（1）將一束平行光射向凸透鏡，得到如圖所示的光路圖，則該透鏡的焦距為10cm．
（2）將蠟燭、透鏡和光屏放在光具座上，調(diào)節(jié)透鏡和光屏的高度，并使?fàn)T焰、透鏡和光屏三者的中心大致在同一高度；其目的是使像成在光屏的中央．
（3）按要求進(jìn)行觀察和測(cè)量，并將觀測(cè)情況記錄在表中

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	物距u/cm	像距v/cm	像的性質(zhì)
1	30	15	倒立、縮小的實(shí)像
2	25	16.7
3	20	20	倒立、等大的實(shí)像
4	15		倒立、放大的實(shí)像
5	5		正立、放大的虛像

①上表中實(shí)驗(yàn)序號(hào)2中像的性質(zhì)倒立、縮小的實(shí)像和實(shí)驗(yàn)序號(hào)4中的像距為30cm；
②當(dāng)燭焰從遠(yuǎn)處向透鏡靠近時(shí)，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏應(yīng)向遠(yuǎn)離（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）透鏡的方向移動(dòng)．
（4）當(dāng)在光屏上得到一個(gè)清晰、縮小的像時(shí)，說明蠟燭距透鏡大于二倍焦距；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，成倒立像與正立像的分界點(diǎn)是焦點(diǎn)；成放大像和縮小像的分界二倍焦距．
（5）小明在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，像成到光屏的上方了，這其中的原因蠟燭越燒越短．
（6）小明仔細(xì)觀察光具座，發(fā)現(xiàn)它所標(biāo)最大刻度是90cm，他手邊現(xiàn)有焦距分別為10cm，30cm，40cm的凸透鏡，你認(rèn)為選擇焦距為10cm的凸透鏡比較合適，原因是凸透鏡焦距在大時(shí)，其要求光具座的總長度太長，90cm的光具座不能滿足要求．
（7）利用凸透鏡在光屏上已經(jīng)成了一個(gè)清晰的像，有一只小蟲在透鏡上爬行，這時(shí)所成的像C
A、有一只倒立的小蟲   B、有一只正立的小蟲  C、幾乎沒有變化      D、像上有一光斑．

Answer 1

分析 根據(jù)凸透鏡的焦點(diǎn)和焦距定義進(jìn)行判斷：
探究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在桌面上依次放蠟燭、凸透鏡、光屏，三者在同一條直線上，三者的中心大致在同一高度，像才能呈在光屏的中心．
根據(jù)凸透鏡成像的四種情況進(jìn)行判斷：
u＞2f，2f＞v＞f，成倒立、縮小的實(shí)像．
u=2f，v=2f，成倒立、等大的實(shí)像．
2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的實(shí)像．
u＜f，成正立、放大的虛像．
凸透鏡成實(shí)像時(shí)，物距減小，像距增大，像變大．

解答 解：（1）平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后會(huì)聚在主光軸上，這點(diǎn)是凸透鏡的焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到光心的距離是凸透鏡的焦距，所以凸透鏡的焦距是10cm．
（2）在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使蠟燭、凸透鏡、光屏，三者在同一條直線上，三者的中心大致在同一高度，像才能成在光屏的中央．
（3）①由實(shí)驗(yàn)序號(hào)2的數(shù)據(jù)可知，凸透鏡的焦距是10cm，物距為25cm，u＞2f，成倒立、縮小的實(shí)像．
根據(jù)光路的可逆性，序號(hào)1中物距為30cm時(shí)，像距為15cm，則實(shí)驗(yàn)序號(hào)4中，物距為15cm時(shí)，像距應(yīng)為30cm．
②當(dāng)燭焰從遠(yuǎn)處向透鏡靠近時(shí)，仍要在光屏上得到清晰的像，根據(jù)物距變小，像距變大的規(guī)律可知，光屏應(yīng)向遠(yuǎn)離透鏡的方向移動(dòng)．
（4）當(dāng)在光屏上得到一個(gè)清晰、縮小的像時(shí)，說明蠟燭距透鏡大于二倍焦距；
實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，成倒立像與正立像的分界點(diǎn)是焦點(diǎn)；成放大像和縮小像的分界二倍焦距．
（5）實(shí)驗(yàn)中，蠟燭越燒越短，因此其所成的像會(huì)越來越高，成在光屏的上端．
（6）在選擇凸透鏡的焦距時(shí)，要注意到，當(dāng)物距為2f時(shí)，像距也為2f，即光具座最短也要大于4f，否則將無法在光具座的范圍內(nèi)找到不同情況下的清晰的像．因此，30cm和40cm焦距的凸透鏡都不適用．
（7）凸透鏡成實(shí)像時(shí)，所有透過透鏡的光會(huì)聚到光屏上成像，小蟲落在透鏡上后，整個(gè)物體發(fā)出的光雖有一小部分被擋住，但總會(huì)有一部分光通過凸透鏡而會(huì)聚成像，因此，像與原來相同，大小不變；由于透鏡的一小部分被遮住，因此折射出的光線與原來相比減少了，像將完好，但亮度會(huì)稍有變暗，但總體變化可以忽略．
故答案為：（1）10；
（2）同一高度；光屏的中央；
（3）①倒立、縮小的實(shí)像；30cm；②遠(yuǎn)離；
（4）大于二倍焦距；遠(yuǎn)離；二倍焦距；
（5）蠟燭越燒越短；
（6）10cm；凸透鏡焦距在大時(shí)，其要求光具座的總長度太長，90cm的光具座不能滿足要求；
（7）C．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)，考查了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的要求，一定要注意實(shí)驗(yàn)前的調(diào)整工作，為使像成在光屏的中央，應(yīng)使凸透鏡、燭焰、光屏的中心大致在同一高度處，同時(shí)還考查了凸透鏡成像的規(guī)律及應(yīng)用，要注意理解應(yīng)用．