Question

【題目】學(xué)習(xí)小組用圖甲所示的圓柱形紙質(zhì)套筒做“探究小孔成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)像的大小不同，亮度也不一樣．

（1）關(guān)于像的亮度與哪些因素有關(guān)，他們提出以下猜想：

猜想1：與小孔到光屏的距離有關(guān)；

猜想2：與小孔的形狀有關(guān)；

猜想3：與小孔的大小有關(guān)．

①類比利用太陽光測凸透鏡焦距時(shí)，光屏從焦點(diǎn)處遠(yuǎn)離透鏡過程中，光斑越大越暗的現(xiàn)象，可判斷猜想1是_________的．

②驗(yàn)證猜想2時(shí)，固定燭焰、紙筒和光屏的位置，更換使用如圖乙所示的三個(gè)小孔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別觀察比較所成像的亮度．他們實(shí)驗(yàn)中存在的問題是______________________．

③為驗(yàn)證猜想3，固定燭焰、小孔和光屏位置，只改變圓孔直徑，觀察到的現(xiàn)象如下表．

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明：在小孔成像清晰時(shí)，_____________________．

（2）學(xué)習(xí)小組對像的清晰度與亮度問題作進(jìn)一步探究．

①在紙筒底部中心開一小孔a，又在a上下等距的位置再開兩個(gè)小孔b、c，光屏上觀察到三個(gè)像．在b、c兩孔處放置兩相同的三棱鏡，移動(dòng)光屏到圖丙位置時(shí)，光屏上只出現(xiàn)一個(gè)清晰的更亮的像．則b、c兩小孔處三菱鏡放置的方式可能是________．

②他們設(shè)想在b、c兩孔之間再開若干個(gè)小孔，并在小孔處放置棱鏡，所成的像都與b、c兩孔處三棱鏡所成的像重合，則光線通過這些棱鏡的偏折程度比通過b、c兩孔處三棱鏡的要________（選填“大”或“小”）．

③若開一個(gè)大孔，并在大孔處放一合適的凸透鏡替代上述所有棱鏡后，恰能在圖丙位置光屏上呈現(xiàn)清晰的像，則此像是_______的倒立實(shí)像；若只用a孔替代凸透鏡，在圖丙位置光屏上所成的像與該透鏡所成的像相比，像的亮度________，像的大小_________．

Answer 1

【答案】 正確 沒有控制小孔的大小相等 小孔越大亮度越亮 C 小 縮小 更亮 相等

【解析】

（1）①根據(jù)題意知道，當(dāng)光屏從焦點(diǎn)處遠(yuǎn)離透鏡過程中，出現(xiàn)光斑越大越暗的現(xiàn)象，則說明像的亮度與小孔到光屏的距離有關(guān)，故可判斷猜想1是正確的；

②要探究像的亮度與小孔的形狀的關(guān)系，則需要控制孔的大小不變，只改變形狀，而圖乙中即改變了孔的形狀，沒有改變孔的大小，所以，此過程中存在的問題是：沒有控制小孔的大小相等；

③分析表格的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知道：在小孔成像清晰時(shí)，小孔越大，像的明亮程度越亮；

（2）①三棱鏡具有偏折光的能力，要想使光都會(huì)聚在光屏中心的位置，則在bc兩處放置的三棱鏡的方式可能是凸透鏡的形狀，即圖C的形狀；

②在b、c兩孔之間再開若干個(gè)小孔，并在小孔處放置棱鏡，此裝置類似凸透鏡，過光心時(shí)傳播方向不變，越靠近光心的光線偏折程度的越小，故則光線通過這些棱鏡的偏折程度比通過b、c兩孔處三棱鏡的要小；

③根據(jù)圖知，物距大于像距，可以判斷出此時(shí)凸透鏡成的是一個(gè)倒立縮小的實(shí)像，因?yàn)橥雇哥R和小孔都成倒立縮小的實(shí)像，像距和物距相等，所以像的大小是相等的，因?yàn)槿肷涞酵雇哥R上的光數(shù)量較多，經(jīng)凸透鏡折射后，經(jīng)過的像點(diǎn)的光線多，所以看起來亮一些

（2）①因?yàn)橥雇哥R對光線有會(huì)聚作用，三棱鏡具有偏折光的能力，所以，要想使光都會(huì)聚在光屏中心的位置，則在bc兩處放置的三棱鏡的方式應(yīng)是凸透鏡的形狀，即圖C所示的形狀。

②根據(jù)題意知道，在b、c兩孔之間再開若干個(gè)小孔，并在小孔處放置棱鏡，此裝置類似凸透鏡，由于過光心時(shí)傳播方向不變，越靠近光心的光線偏折程度的越小，所以光線通過這些棱鏡的偏折程度比通過b、c兩孔處三棱鏡的要小些。

③由圖知道，此時(shí)物距大于像距，所以此時(shí)凸透鏡成的是一個(gè)倒立縮小的實(shí)像，由于像的大小由物距和像距共同決定，物距和像距都不變，像的大小不變，但凸透鏡越大，像越亮，因?yàn)槿肷涞酵雇哥R上的光數(shù)量較多，經(jīng)凸透鏡折射后，經(jīng)過的像點(diǎn)的光線多，所以看起來亮一些。