Question

19．实验桌上有焦距分别为15cm、10cm的两个凸透镜A、B，还有光屏、F形LED灯（作为物体，如图甲所示）、光具座和刻度尺．某个同学设计实验证明“在物距相同时，凸透镜所成实像的高度h与凸透镜的焦距f是否有关”．请你帮他补充完整下面的实验设计．
（1）实验步骤：
①按图乙所示组装器材，将焦距为15cm的凸透镜固定在50cm刻线处，并进行共轴调节．
②将F形LED灯移至20cm刻线处，打开LED灯，移动光屏并在光屏上观察到LED灯清晰的像，如图丙所示，用刻度尺测量像高h，并记录．
③保持透镜和LED灯的位置不变，更换焦距为10cm的凸透镜，移动光屏并在光屏上观察到LED灯清晰的像，用刻度尺测量像高h，并记录．

（2）请画出实验数据记录表格．
（3）请说明如何根据数据判断凸透镜所成实像的高度h与凸透镜的焦距f是否有关．

Answer 1

分析 （1）本题目的是设计实验证明“在物距相同时，凸透镜所成实像的高度h与凸透镜的焦距f是否有关“，由于所成实像的高度（大小）与物体本身、物距大小均有关系，所以须采用控制变量的方法，实验中要采用两种不同焦距的凸透镜，同时控制发光体、物距要相同；
（2）实验表格的设计要求简洁明朗，对比性强；
（3）根据控制变量法的要求，在物体本身及物距大小相同时，通过比较它们在不同焦距的凸透镜中所成的像的高度，来寻找规律．

解答 解：（1）依据控制变量法，本题采用在物体本身及物距大小相同时，使用不同焦距的凸透镜来进行对比实验；所以应换用焦距为10cm的凸透镜，重复②的步骤；
（2）由题可知，本题采用两种凸透镜，分两次进行，故设计表格如下；
（3）本题中的物距都采用30cm，且发光体均为F形LED灯，因而如果像的高度的大小不同，则是由凸透镜的焦距不同造成的．
故答案为：（1）③保持透镜和LED灯的位置不变，更换焦距为10cm的凸透镜，移动光屏并在光屏上观察到LED灯清晰的像，用刻度尺测量像高h，并记录；（2）见下表

次数	1	2
透镜焦距f/cm	15	10
实像高度h/cm

（3）比较两次像高，如果像高相等，说明凸透镜所成实像的高度与凸透镜的焦距无关；如果像高不等，说明凸透镜所成实像的高度与凸透镜的焦距有关．

点评 本题运用控制变量的方法，比较凸透镜所成实像的高度h与凸透镜的焦距f是否有关这一可控究的科学问题，要求学生熟练操作凸透镜成像实验，并且对数据的分析归纳有很高的要求．