Question

20．在探究凸透镜成像实验中：
（1）如图，要使像能够成在光屏的中央，应将透镜向下（上/下）调整．
（2）若凸透镜的焦距是10cm，当烛焰距凸透镜15cm时，能成倒立、放大的实像；当烛焰向左（远离透镜）移动后，要在光屏上成清晰的像，需将光屏向左（左/右）移．
（3）在上一步实验获得清晰的像后，小明取了一副近视眼镜放在凸透镜前，要使光屏上还能成清晰的像，可将蜡烛向左 （左/右）移．
（4）在利用阳光测量凸透镜的焦距后，小华将凸透镜正对着太阳，发现把火柴头放在凸透镜焦点处一段时间后，火柴会被点燃．他想进一步探究不同的透镜对火柴的点燃效果有什么不同，和同学们讨论后，他们提出了以下三种猜想：
猜想1：凹凸镜也能点燃火柴；
猜想2：点燃火柴的快慢与凸透镜的焦距大小有关；
猜想3：点燃火柴的快慢与凸透镜的直径大小有关．
①根据所学知识，他们经过讨论，判断猜想1是错误的．你认为他们判断的依据是凹透镜对光线有发散作用．
②为了验证猜想2是否正确，他们选用直径相同而焦距不等的凸透镜进行多次实验，发现火柴被点燃的时间基本相等．这说明猜想2是错误的．
③请设计一个简单实验，验证猜想3是否正确，简述你的实验方案．
简要做法：用焦距相同而直径不同的凸透镜，点燃火柴，测出点燃火柴所需要的时间；
如何判断：如果点燃火柴所需要的时间相等，则猜想3错误；如果点燃火柴的时间不相等，则猜想3是正确的．

Answer 1

分析 （1）如图，像在光屏的上方，说明像比较靠上，根据光线过光心不改变方向，透镜要向下移动，或光屏向上移动，或烛焰向上移动．
（2）①根据凸透镜成像的三种情况进行判断：
u＞2f，成倒立、缩小的实像．
2f＞u＞f，成倒立、放大的实像．
u＜f，成正立、放大的虚像．
②光屏上能接到的像是实像，光屏上不能接到的像是虚像．
凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小．
（3）近视眼佩戴凹透镜进行矫正，凹透镜对光线有发散作用，此时在凸透镜的前面放一个凹透镜，要使光屏上清晰的像，光屏远离凸透镜，或烛焰远离凸透镜；
（4）①凹透镜对光线有发散作用．
②根据控制的变量与实验现象得出实验结论．
③可以控制凸透镜的焦距相同而直径不同，测出点燃火柴所需时间，然后得出结论．

解答 解：（1）如图甲，要使像能够成在光屏的中央，根据光线过光心不改变方向，透明向下移动，才能使像成在光屏的中央位置．
（2）①凸透镜的焦距是10cm，当烛焰距凸透镜15cm时，2f＞u＞f，成倒立、放大的实像．
②要在光屏上成清晰的像，说明凸透镜成实像，当烛焰向左（远离透镜）移动后，需将光屏向左靠近凸透镜．
（3）在上一步实验获得清晰的像后，小明取了一副近视眼镜放在凸透镜前（如图乙），因近视镜为凹透镜，会使光延迟会聚，故像距会变大，这时要使光屏上还能成清晰的像，可增大物距，即将蜡烛向左远离凸透镜．
（4）①凹透镜对光线具有发散作用，不能把太阳光聚集在一起而点燃火柴．
②用直径相同而焦距不等的凸透镜进行多次实验，发现火柴被点燃的时间基本相等，这说明点燃火柴的快慢与凸透镜的焦距大小无关，则猜想2是错误的．
③选用焦距相同而直径不同的凸透镜，分别用它们点燃火柴，测出火柴被点燃所需要的时间，多次重复实验；
如果点燃火柴所需要的时间相等，说明点燃火柴的快慢与凸透镜的直径大小无关，则猜想3错误；如果点燃火柴的时间不相等，点燃火柴的快慢与凸透镜的直径大小有关，则猜想3是正确的．
故答案为：（1）下；（2）放大；左；（3）左；（4）①凹透镜对光线有发散作用；②错误；③用焦距相同而直径不同的凸透镜，点燃火柴，测出点燃火柴所需要的时间；如果点燃火柴所需要的时间相等，则猜想3错误；如果点燃火柴的时间不相等，则猜想3是正确的．

点评 （1）凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小，以及凸透镜成像的三种情况是凸透镜成像习题的重要依据，一定要熟练掌握．
（2）正确理解凸透镜对光线的会聚作用和凹透镜对光线的发散作用：凸透镜的会聚作用是使原来的光路变窄，会聚的光线提前会聚，平行光会聚成点，发散的光线变为平行光或发散小一些的光线；凹透镜的发散作用是使原来的光路变宽，会聚的光线错后会聚，平行光线变得发散，发散的光线变得更散．