Question

小明利用一未知焦距的凸透镜探究成像规律，进行了如下操作并得到了相关结论．请你将空缺部分补充完整．
（1）将一束平行光射向凸透镜，得到如图所示的光路图，则该透镜的焦距为

 

cm．

（2）将蜡烛、透镜和光屏放在光具座上，并使烛焰、透镜和光屏三者的中心在

 

．
（3）按要求进行观察和测量，并将观察情况记录在下表中．

实验序号	物距u/cm	像距v/cm	像的性质
1	30	15	倒立、缩小的实像
2	25	16.7
3	20	20	倒立、等大的实像
4	15		倒立、放大的实像
5	5	7	正立、放大的虚像

上表中实验序号2中像的性质为

 

，实验序号4中像距为

 

cm．
（3）当烛焰从远处向透镜靠近时，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏应向

 

．（选填“靠近”或“远离”）透镜的方向移动．
（4）当物距在

 

 时，像都能在光屏上承接．
（5）如果在实验中将蜡烛和透镜的位置固定后，无论怎样移动光屏都得不到像，其原因可能有哪些？写其中两点：

 

，

 

．
（6）如果实验中发现蜡烛的像成在光屏的左边，在不移动光屏和透镜的情况下，应将蜡烛向

 

方向（填“左”或“右”）移动可使像成在光屏的中央．
（7）实验中你可以归纳出哪些结论或规律？（请写出其中三条）
①

 

．
②

 

．
③

 

．

Answer 1

分析：（1）根据凸透镜焦点和焦距的定义进行判断．
（2）探究凸透镜成像的实验时，在桌面上依次放蜡烛、凸透镜、光屏，三者在同一条直线上，三者的中心大致在同一高度，像才能呈在光屏的中心．（3）①根据凸透镜成像的四种情况进行判断：
u＞2f，2f＞v＞f，成倒立、缩小的实像．
u=2f，v=2f，成倒立、等大的实像．
2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的实像．
u＜f，成正立、放大的虚像．
②根据光路是可逆的，判断像距大小．
（4）凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大．
（5）据凸透镜 成像规律可知，当物距大于1倍焦距时，光屏上成实像；
（6）光屏上得不到烛焰像的情况有三种：①成的像是虚像，虚像是不会成在光屏上的；②成实像，但由于烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度上，虽然成的是实像，但光屏上显示不出来；③不成像，当物体位于焦点上，即u=f时，此时不成像，所以光屏上也得不到烛焰的像．
（7）据凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大的规律分析即可判断；
（8）据试验数据分析即可得出结论．

解答：解：（1）如图所示，平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚在主光轴上一点，这点是凸透镜的焦点，焦点和光心之间的距离是凸透镜的焦距，所以凸透镜的焦距是10cm；
（2）蜡烛、凸透镜、光屏，三者在同一条直线上，三者的中心大致在同一高度，像才能呈在光屏的中心．
（3）①已知凸透镜的焦距是10cm；根据表中序号为2的数据可知，25cm＞2f，2f＞16.7cm＞f，所以成倒立、缩小的实像．
②根据表中序号为1的实验数据可知，当物距为30cm时，像距为15cm，成倒立、缩小的实像，根据光路是可逆的，所以当物距为15cm时，像距为30cm，成倒立、放大的实像．
（4）光屏上仍然得到清晰的像说明凸透镜成实像，凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，所以当烛焰从远处向透镜靠近时，光屏应向远离凸透镜的位置移动；
（5）当物距在大于10cm 时，像都能在光屏上承接；
（6）在实验中将蜡烛和透镜的位置固定后，无论怎样移动光屏都得不到像，蜡烛处于凸透镜的1倍焦距以内，也可能是由于蜡烛恰好在1倍焦距上造成的；
（7）实验中发现蜡烛的像成在光屏的左边，在不移动光屏和透镜的情况下，使得像像右移，即像距变大，所以此时的物距应该变小，故应将蜡烛向右移动；
（8）比较1、2两次试验可得：u＞2f，2f＞v＞f，成倒立、缩小的实像．
由3试验可得：u=2f，v=2f，成倒立、等大的实像．
比较4、5试验可得：2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的实像
故答案为：（1）10；（2）同一高度；（3）倒立、缩小的实像；30；（4）远离；（5）大于10cm；（6）蜡烛处于凸透镜的1倍焦距以内；蜡烛恰好在1倍焦距上；（7）右；（8）u＞2f，2f＞v＞f，成倒立、缩小的实像．u=2f，v=2f，成倒立、等大的实像．2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的实像．

点评：（1）掌握凸透镜成像的三种成像的物距、像距和像的性质．
（2）正确区分实像和虚像．
（3）实验过程中，光屏上不能正常成像，或成像不清晰，或成像不在光屏中央，能分析原因，并能解决．