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，進行了如下操作并得到了相關結論．請你將空缺部分補充完整．
（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，調節(jié)透鏡和光屏的高度，并使燭焰、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）按要求進行觀察和測量，并將觀測情況記錄在表中

實驗序號	物距u/cm	像距v/cm	像的性質
1	30	15	倒立、縮小的實像
2	25	16.7
3	20	20	倒立、等大的實像
4	15		倒立、放大的實像
5	5		正立、放大的虛像

①上表中實驗序號2中像的性質倒立、縮小的實像和實驗序號4中的像距為30cm；
②當燭焰從遠處向透鏡靠近時，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏應向遠離（選填“靠近”或“遠離”）透鏡的方向移動．
（4）當在光屏上得到一個清晰、縮小的像時，說明蠟燭距透鏡大于二倍焦距；實驗發(fā)現(xiàn)，成倒立像與正立像的分界點是焦點；成放大像和縮小像的分界二倍焦距．
（5）小明在實驗中發(fā)現(xiàn)，隨著實驗的進行，像成到光屏的上方了，這其中的原因蠟燭越燒越短．
（6）小明仔細觀察光具座，發(fā)現(xiàn)它所標最大刻度是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，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)成了一個清晰的像，有一只小蟲在透鏡上爬行，這時所成的像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)凸透鏡的焦點和焦距定義進行判斷：
探究凸透鏡成像的實驗時，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行判斷：
u＞2f，2f＞v＞f，成倒立、縮小的實像．
u=2f，v=2f，成倒立、等大的實像．
2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的實像．
u＜f，成正立、放大的虛像．
凸透鏡成實像時，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)凸透鏡折射后會聚在主光軸上，這點是凸透鏡的焦點，焦點到光心的距離是凸透鏡的焦距，所以凸透鏡的焦距是10cm．
（2）在實驗中，應使蠟燭、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由實驗序號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、縮小的實像．
根據(jù)光路的可逆性，序號1中物距為30cm時，像距為15cm，則實驗序號4中，物距為15cm時，像距應為30cm．
②當燭焰從遠處向透鏡靠近時，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，光屏應向遠離透鏡的方向移動．
（4）當在光屏上得到一個清晰、縮小的像時，說明蠟燭距透鏡大于二倍焦距；
實驗還發(fā)現(xiàn)，成倒立像與正立像的分界點是焦點；成放大像和縮小像的分界二倍焦距．
（5）實驗中，蠟燭越燒越短，因此其所成的像會越來越高，成在光屏的上端．
（6）在選擇凸透鏡的焦距時，要注意到，當物距為2f時，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）凸透鏡成實像時，所有透過透鏡的光會聚到光屏上成像，小蟲落在透鏡上后，整個物體發(fā)出的光雖有一小部分被擋住，但總會有一部分光通過凸透鏡而會聚成像，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、縮小的實像；30cm；②遠離；
（4）大于二倍焦距；遠離；二倍焦距；
（5）蠟燭越燒越短；
（6）10cm；凸透鏡焦距在大時，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．

點評 此題是探究凸透鏡成像的實驗，考查了學生對實驗操作的要求，一定要注意實驗前的調整工作，為使像成在光屏的中央，應使凸透鏡、燭焰、光屏的中心大致在同一高度處，同時還考查了凸透鏡成像的規(guī)律及應用，要注意理解應用．