Question

3．小明在“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗中，用裝有6個發(fā)光二極管的有方格的白紙板做發(fā)光物體，如圖甲所示．又用這種同樣大小方格的白紙板做光屏．將發(fā)光物體、凸透鏡和光屏組裝到光具座上并調(diào)整好．

（1）當(dāng)發(fā)光物體在a點時，如圖乙所示，在光屏上成的像如圖丙所示．生活中應(yīng)用這一原理制成的光學(xué)儀器有照相機．
（2）用這種發(fā)光物體和光屏做實驗，最主要的一條優(yōu)點是：便于比較像與物的大小
（3）如圖乙所示，當(dāng)發(fā)光物體在a點時，物與像之間的距離為S₁，當(dāng)發(fā)光物體在b點時，物與像之間的距離為S₂，則S₁＜S₂．（選填“＞”、“=”或“＜”）
（4）小明在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)發(fā)光物體與光屏之間的距離L確定時，將凸透鏡從發(fā)光物體處緩慢向光屏移動的過程中，有時能在光屏上成兩次清晰的像，有時只能成一次清晰的像，有時不能在光屏上成像．為了研究生這些現(xiàn)象的條件，小明又進(jìn)行了實驗，并將每次實驗中的相關(guān)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象記錄在下表中．
①分析比較實驗序號1、2、3（或5、6、7）的第一次成像數(shù)據(jù)中像距v物距u的變化關(guān)系及相關(guān)條件，可得出的結(jié)論：同一凸透鏡，成實像時，像距v隨物距u的增大而減��；
②分析比較實驗序號1（或2、或5、或6）的第一和第二次成像數(shù)據(jù)中物距與像距的關(guān)系及相關(guān)條件，可得出的結(jié)論，同一凸透鏡，當(dāng)物屏距離L一定，移動凸透鏡能在光屏上成兩次像時；
③繼續(xù)分析比較表格是物屏距離L與凸透鏡焦距f的數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象，可得出的結(jié)論：在物屏距離L大于凸透鏡的4倍焦距條件下，移動凸透鏡，可以在光屏上得到一次放大的像和一次縮小的像．

凸透鏡 焦距f	實驗 序號	物屏 距離L （厘米）	第一次成像			第二次成像
			物距u （厘米）	像距v （厘米）	像的 大小	物距v'（厘米）	像距v' （厘米）	像的 大小
10厘米	1	49	14	33	放大	35	14	縮小
	2	49	15	30	放大	30	15	縮小
	3	40	20	20	等大	30	15	縮小
	4	35	不能在光屏上成像
15厘米	5	80	20	60	放大	60	20	縮小
	6	64	24	40	放大	40	24	縮小
	7	60	20	30	等大	不能在光屏上第二次成像
	8	55	不能在光屏上成像

Answer 1

分析 （1）根據(jù)甲和丙圖進(jìn)行比較，判斷凸透鏡成像的情況；
（2）發(fā)光二極管與燭焰比亮度更大，更容易觀察其像；同時其形狀規(guī)則，利用方格紙，更容易比較像與物的大小關(guān)系；
（3）要解決此題，需要掌握凸透鏡成像的規(guī)律．知道物體成倒立縮小的實像時，物距大于二倍焦距，而像距在一倍焦距和二倍焦距之間；且物距增大時，像距無限靠近一倍焦距．
（4）①凸透鏡成實像時，物距增大，像距減小．
②從表格中找相同的物距，焦距增大時，像距增大的幾組數(shù)據(jù)．
③凸透鏡成實像時，物距大于像距，成倒立縮小的實像；物距等于像距時，成倒立等大的實像；物距小于像距時，成倒立放大的實像．

解答 解：（1）甲圖“T”比較大，丙圖“T”比較小，所以光屏上成倒立、縮小的實像；照相機是利用這一規(guī)律制成的；
（2）這種發(fā)光體的亮度大，成的像更清晰，同時其形狀規(guī)則，利用方格紙更容易比較像與物的大小．
（3）由圖知：物體成的是倒立縮小的實像，那么物距大于二倍焦距，而像距在一倍焦距和二倍焦距之間．
此時，當(dāng)物距不斷增大時，像距會無限的靠近一倍焦距，但永遠(yuǎn)達(dá)不到一倍焦距處，因此物體向左移動的幅度要大于像向左移動的幅度；所以，當(dāng)發(fā)光物體放置在b點時，物像之間的距離會相應(yīng)的增大；
（4）①分析比較實驗序號1、2、3（或5、6、7）的第一次成像數(shù)據(jù)中像距v物距u可知，物距越小，像距越大；因此可得出的結(jié)論：同一凸透鏡，成實像時，像距v隨物距u的增大而減小；
②分析比較實驗序號1（或2、或5、或6）的第一和第二次成像數(shù)據(jù)中物距與像距可知，物屏距離不變，物距與像距交換，此時都能在光屏上成像，并且第一次成像的物距是第二次成像的像距．
③由圖表中可推算出只有序號1、2、5、6實驗中，才可在屏上成兩次像，可得出的結(jié)論：在物屏距離L大于凸透鏡的4倍焦距條件下，移動凸透鏡，可以在光屏上得到一次放大的像和一次縮小的像；因此結(jié)論錯誤是沒有說明應(yīng)在“物屏距離L大于凸透鏡的4倍焦距”的條件．
故答案為：（1）照相機；（2）便于比較像與物的大��；（3）＜；（4）①同一凸透鏡，成實像時，像距v隨物距u的增大而減��；②物屏距離L；第一次成像的物距是第二次成像的像距；③物屏距離L大于凸透鏡的4倍焦距．

點評 本題中所提供的實驗裝置較為新穎，很值得推廣和借鑒．這是一個有一定創(chuàng)新性的裝置，利用這一裝置更容易比較像與物體的大小、倒正的關(guān)系．本題考查的知識都非常簡單，是有關(guān)凸透鏡成像的基本原理，是我們應(yīng)該重點掌握的．