Question

1．如圖1所示，小明用光具座（0-100cm）、蠟燭、三個(gè)不同焦距的凸透鏡和光屏做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)：

①我們需要讓燭焰、凸透鏡甲、光屏的中心在同一高度，這樣做的目的是使所成的像完整的呈現(xiàn)在光屏中心；
②此凸透鏡甲的焦距是15cm，當(dāng)燭焰在圖一所示位置時(shí)，移動(dòng)光屏可以在光屏上得到一個(gè)倒立、放大的實(shí)像．在照相機(jī)和投影儀中，成像情況與此類(lèi)似的是投影儀；要使光屏上所成的像變小時(shí)，在不改變透鏡位置的情況下，可將燭焰向遠(yuǎn)離凸透鏡方向移動(dòng)，同時(shí)將光屏向靠近（填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）透鏡的方向移動(dòng)．
③小明查資料發(fā)現(xiàn)物體距離凸透鏡足夠遠(yuǎn)時(shí)（大于10倍焦距），所成的像與透鏡間的距離就近似等于凸透鏡的焦距．他想用這種方法利用圖1中的蠟燭和光具座來(lái)測(cè)量凸透鏡乙的焦距（焦距大約為5cm左右）．他應(yīng)該把蠟燭放在0cm處，光屏放在100cm處，然后調(diào)節(jié)凸透鏡，使光屏上的像最小最清晰．此時(shí)凸透鏡和光屏的距離就是凸透鏡乙的焦距．
④小明用凸透鏡丙結(jié)合上述器材又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)．記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表．

物距u/cm	14	16	18	20	22	24	26	30
像距v/cm	35	26	22	20	18	17	16	15

小明把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡丙放在15cm刻線上，如圖2所示．移動(dòng)光屏在a位置找到像；蠟燭和光屏不動(dòng)，只移動(dòng)凸透鏡，當(dāng)凸透鏡向某一方向移動(dòng)到b位置時(shí)，在光屏上又看到像．請(qǐng)你對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象做出合理的判斷．以下情況不可能的是D
A．光屏上第一次的像是倒立、放大的      B．a(chǎn)位置在44～46cm刻線之間
C．光屏上第二次的像是倒立、縮小的      D．b位置在19～21cm刻線之間．

Answer 1

分析 （1）在探究凸透鏡成像的規(guī)律中，為了使像能夠成在光屏上，就要調(diào)整蠟燭、凸透鏡、光屏的中心在同一高度上．
（2）根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律，當(dāng)物距介于二倍焦距與一倍焦距之間時(shí)，可成倒立、放大的實(shí)像．物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變小；
（3）在光具座上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使蠟燭在光具座的左端，光屏處于右端，凸透鏡在光屏的左側(cè)，光屏和凸透鏡的距離略大于焦距，接近一倍焦距的位置，如果光屏上能接到清晰的像，由于物距大于凸透鏡的10倍焦距，此時(shí)物距最大，像更接近焦點(diǎn)，能估測(cè)凸透鏡的焦距．
（4）根據(jù)表格中的物距為20cm和像距為20cm，可得出此透鏡的焦距f=10cm，再結(jié)合所畫(huà)圖象即可做出選擇．

解答 解：（1）調(diào)整蠟燭、凸透鏡、光屏三者的中心在同一高度的目的是為了使物體通過(guò)凸透鏡成的像能夠成在光屏的中心，便于觀察．
（2）當(dāng)燭焰距凸透鏡20cm時(shí)，物距介于二倍焦距與一倍焦距之間，所呈像為放大、倒立的實(shí)像．幻燈機(jī)這一光學(xué)器件正是利用了這一原理；要使光屏上所成的像變小，則像距變小，物距變大，在不改變透鏡位置的情況下，可將燭焰向遠(yuǎn)離凸透鏡方向移動(dòng)，同時(shí)將光屏向靠近透鏡的方向移動(dòng)．
（3）要使像更接近凸透鏡的焦點(diǎn)，物距大于凸透鏡的10倍焦距，物距越大，像越接近凸透鏡的焦點(diǎn)．所以把蠟燭放在光具座的左端0cm，光屏放在光具座右端100cm處，將圖中的凸透鏡移至光具座上85cm刻線位置附近，然后調(diào)節(jié)凸透鏡，使光屏上的像最小最清晰．此時(shí)凸透鏡和光屏的距離就是凸透鏡乙的焦距．
（4）A、由表格可知，當(dāng)物距等于像距時(shí)，u=2f，此透鏡的焦距f=10cm，當(dāng)把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡放在15cm刻線上，即2f＞u＞f，成倒立放大的實(shí)像；故A正確；
B、此時(shí)v＞2f，即a的位置v＞20cm，結(jié)合圖象可知v在29～31cm之間，所以a位置在（29+15）～（31+15）cm即44～46刻線之間，故B正確；
C、當(dāng)蠟燭和光屏不動(dòng)，只移動(dòng)凸透鏡，當(dāng)凸透鏡向某一方向移動(dòng)到b位置時(shí)，在光屏上又看到像，說(shuō)明此時(shí)物距和像距之和不變，以設(shè)想將蠟燭和光屏互換位置，則物距處于u＞2f，凸透鏡成倒立、縮小的實(shí)像，此時(shí)2f＞v＞f，像的位置在10cm～20cm之間，故C正確；
D、由圖象可知，當(dāng)凸透鏡向某一方向移動(dòng)到b位置時(shí)，在光屏上又看到像．此時(shí)像的位置在16cm～35cm之間，而題目中指出光屏的位置不變，所以b位置在19～21cm刻線之間時(shí)，光屏上是看不到像的．故D錯(cuò)誤．
故選：D．
故答案為：①使所成的像完整的呈現(xiàn)在光屏中心；②放大、投影儀、靠近；③0、100；凸透鏡；光屏；④D．

點(diǎn)評(píng) 此題主要考查凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)，此題的難點(diǎn)在（4）根據(jù)圖象對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象作出合理的判斷，要對(duì)凸透鏡成像規(guī)律中的物距和像距熟練掌握才行．