Question

15．物理興趣小組想知道某只透鏡的焦距f為多少，做實驗甲，鏡面垂直于陽光，在透鏡下面放上白紙（紙、鏡平行），測出透鏡與白紙間距s/cm與對應(yīng)的白紙被烤焦的時間t/min，繪出圖線乙．
（1）可判斷該透鏡的焦距f為12cm；
（2）將透鏡及蠟燭、光屏置于光具座上（如圖丙），器材正確放置后，還應(yīng)對其進行調(diào)整，使?fàn)T焰和光屏的中心位于凸透鏡的主光軸上．做成像實驗，記錄每次成實像的物距u，像距v．物像間距L（u+v），繪出圖線�。ㄒ詅為長度單位），由圖可知，要想成實像，蠟燭與光屏的間距應(yīng)滿足L≥4f（用f表示）．
（3）在物理學(xué)中，有一個凸透鏡成像的“新概念”：放大率n=$\frac{A′B′}{AB}$=$\frac{v}{u}$，結(jié)合丙、丁兩圖，可知當(dāng)物距u=1.5f時，n=2．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖乙找出白紙被烤焦的最短時間，所對應(yīng)的透鏡與白紙間距即為焦距；
（2）根據(jù)圖丁物象間距L與物距u的關(guān)系，找出物像間距L的最小值即可；
（3）根據(jù)圖丁，當(dāng)物距u=1.5f時找出對應(yīng)的物像間距L，由L=u+v算出v，再利用n=$\frac{A′B′}{AB}$=$\frac{v}{u}$即可求出．

解答 解：（1）由圖乙可知，當(dāng)透鏡與白紙間距S=12cm時，白紙被烤焦的時間t=4min，所用的時間最短，
說明太陽光經(jīng)過凸透鏡會聚后該點的溫度最高，這個點就是凸透鏡的焦點，則測出透鏡與白紙間距即為焦距f=12cm．
（2）將透鏡及蠟燭、光屏置于光具座上，且燭焰、光屏中心和透鏡中心在同一高度，即位于凸透鏡的主光軸上；
根據(jù)凸透鏡的成實像時滿足u＞f，由圖丁可知，隨著物距u的增大，物像間距L先減小后增大，當(dāng)物距u=2f時，物像間距L最小為4f，
因此，要想成實像，蠟燭與光屏的間距應(yīng)滿足L≥4f．
（3）由圖丁可知，當(dāng)物距u=1.5f時，物像間距L=4.5f，
根據(jù)L=u+v可得，v=L-u=4.5f-1.5f=3f，
則放大率n=$\frac{A′B′}{AB}$=$\frac{v}{u}$=$\frac{3f}{1.5f}$=2．
故答案為：（1）12cm；（2）主光軸；4f；（3）2．

點評 本題主要考查凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用、焦距的測量和圖象的分析能力，解決此題的關(guān)鍵是通過圖象確定凸透鏡的焦距，涉及到了放大率，有一定的難度．