题目

进行实验】-|||-例1题图-|||-例2 在做"探究凸透镜成像规律"的实验中:-|||-30 40cm 10 20 30 40 50 60 70 短 90 100-|||-甲-|||-乙-|||-2题图-|||-(1)焦距判断-|||-①实验前,测量凸透镜的焦距,如图甲所示,让一束平行于主光轴的光线经凸透镜后,在光屏上形成一个最小、最-|||-亮的光斑,说明凸透镜对光有 __ 作用,该透镜的焦距为 __ cm;-|||-②如图乙所示,当蜡烛移动到30cm刻度线处时,移动光屏到70cm刻度线处时,在光屏上成一个等大、清晰的-|||-作用,该透镜的焦距为-|||-像,则凸透镜的焦距是 __ cm;-|||-③实验中光具座的量程为100cm,现有焦距为10cm、25cm的两块凸透镜,应该选择焦距为 __ cm的凸透-|||-镜进行实验。-|||-(2)成像规律-|||-①如图乙所示,光屏上成清晰的像(未画出),此时物距是 __ cm,像距是 __ cm,可在光屏上得到一个-|||-倒立、 __ 选填"放大"或"缩小")的实像,生活中 __ 选填"照相机""投影仪"或"放大镜")就是利-|||-用这一成像原理制成的;-|||-②实验中,由于实验时间较长,蜡烛变短,烛焰的像在光屏上的位置会向 __ 选填"上"或"下")方移动,为-|||-了能让所成清晰的像回到光屏中央,可将凸透镜向 __ 选填"上"或"下")调节;-|||-③保持透镜位置不变,将点燃的蜡烛移至光具座15cm刻度线处,为了能使光屏上成清晰的像,需要向 __-|||-选填"左"或"右")移动光屏,此时的像比刚才的 __ 选填"大"或"小");-|||-④保持透镜位置不变,将点燃的蜡烛移至光具座45cm刻度线处,移动光屏。光屏上始终未能出现清晰的像,但-|||-在光屏一侧通过透镜看到了一个清晰的像,则该像是 __ 选填"放大"、"等大"或"缩小")的 __ 选-|||-填"实"或"虚")像,这一实验现象可以说明 __ 选填"照相机""幻灯机"或"放大镜")的成像特点;-|||-⑤若将图乙中蜡烛与光屏的位置互换,光屏上 __ 选填"能"或"不能")看到清晰的像,原因是 __-|||-__ 此时成像情况符合 __ 选填"照相机""投影仪"或"放大镜")的原理。-|||-(3)成像规律总结-|||-按要求进行观察和测量,并将观测情况记录在下表中:

题目解答

答案

解析

本题主要考查凸透镜成像规律的相关知识，解题关键在于理解凸透镜对光的作用、焦距的测量方法以及不同物距下成像的特点和规律，并能结合光具座的量程等条件进行分析。

  1. 焦距判断
    • ①：当一束平行于主光轴的光线经凸透镜后，在光屏上形成一个最小、最亮的光斑，这是因为凸透镜对光有会聚作用，使光线聚焦在一点，该点到凸透镜光心的距离就是焦距。从图甲可知，光斑到凸透镜的距离为$10cm$，所以该透镜的焦距为$10cm$。
    • ②：当蜡烛移动到$30cm$刻度线处，光屏到$70cm$刻度线处时，在光屏上成一个等大清晰的像。根据凸透镜成像规律，当物距$u = 2f$，像距$v = 2f$时，成等大、倒立的实像。此时物距$u=70cm - 30cm = 40cm$，即$2f = 40cm$，那么$f = 20cm$。
    • ③：实验中光具座的量程为$100cm$，为了能完成实验，需要保证在光具座上能找到合适的物距和像距。当选择焦距为$f$的凸透镜时，要满足$4f\lt100cm$（因为成等大像时物距和像距都为$2f$，总共需要$4f$的长度），解得$f\lt25cm$。现有焦距为$10cm$和$25cm$的两块凸透镜，所以应该选择焦距为$10cm$的凸透镜进行实验。
  2. 成像规律
    • ①：由图乙可知，蜡烛在$20cm$刻度线处，光屏在$65cm$刻度线处，凸透镜在$50cm$刻度线处。则物距$u = 50cm - 20cm = 30cm$，像距$v = 65cm - 50cm = 15cm$。因为$u\gt2f$（$f = 10cm$，$2f = 20cm$），$f\lt v\lt2f$，根据凸透镜成像规律，此时可在光屏上得到一个倒立、缩小的实像，生活中照相机就是利用这一成像原理制成的。
    • ②：实验中，由于实验时间较长，蜡烛变短，烛焰的位置向下移动。根据光的直线传播原理，像会向上方移动。为了能让所成清晰的像回到光屏中央，可将凸透镜向下调节，使光线向下偏移，从而使像回到光屏中央。
    • ③：保持透镜位置不变，将点燃的蜡烛移至光具座$15cm$刻度线处，此时物距$u = 50cm - 15cm = 35cm$，物距变小。根据凸透镜成像规律“物近像远像变大”，为了能使光屏上成清晰的像，需要向左移动光屏，此时的像比刚才的大。
    • ④：保持透镜位置不变，将点燃的蜡烛移至光具座$45cm$刻度线处，此时物距$u = 50cm - 45cm = 5cm$，$u\lt f$。根据凸透镜成像规律，当物距小于焦距时，成正立、放大的虚像，虚像不能呈现在光屏上，但可以在光屏一侧通过透镜看到。这一实验现象可以说明放大镜的成像特点。
    • ⑤：若将图乙中蜡烛与光屏的位置互换，此时物距$u = 65cm - 50cm = 15cm$，像距$v = 50cm - 20cm = 30cm$，$f\lt u\lt2f$，$v\gt2f$，根据凸透镜成像规律，此时能在光屏上成倒立、放大的实像，成像情况符合投影仪的原理。