Question

13．某实验小组用焦距为10cm的凸透镜合作探究“凸透镜成像规律”．

（1）在探究过程中，他们将蜡烛、凸透镜、光屏固定在光具座上，点燃蜡烛后，沿光具座无论怎样移动光屏，在光屏上始终得不到烛焰的像，你认为可能的原因是烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心不在同一高度．（写出一条即可）
（2）上述问题解决后，他们将蜡烛、凸透镜固定在光具座如图位置，移动光屏后得到烛焰清晰、完整的像，该像是倒立、缩小的像．利用此原理工作的光学仪器有照相机．接下来他们保持蜡烛和光屏的位置不动，将凸透镜向蜡烛的方向移动10cm，光屏上再次出现了一个倒立、放大的实像．
（3）实验过程中由于蜡烛燃烧变短，使蜡烛的像成在了光屏中心的上方，要使像成在光屏的中心，只调节凸透镜，应将凸透镜向下调．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）凸透镜成像的四种情况：
①U＞2f时，在凸透镜的另一侧得到倒立、缩小的实像，f＜v＜2f．
②U=2f时，在凸透镜的另一侧得到倒立、等大的实像，v=2f．
③2f＞U＞f时，在凸透镜的另一侧得到倒立、放大的实像，v＞2f．
④U＜f时，蜡烛的同侧得到正立、放大的虚像，v＞u．
（3）蜡烛燃烧，烛焰向下移动，光屏位置不变，要使像成在光屏中央位置，根据光线过光心不改变方向，凸透镜中心在烛焰中心和光屏中心连接上，可以判断凸透镜的移动方向，同时也可以判断烛焰中心在主光轴的方位．

解答 解：（1）在做凸透镜成像规律的实验时，首先要调整三者的中心在同一高度上，这样做的目的就是为了保证使烛焰的像能够成在光屏上，所以当调整光屏的位置始终光屏上没有像时，首先要想到这种可能．其次利用实像与虚像的区别，再考虑成的是虚像这种可能．
（2）此时物距为25cm，而焦距为10cm，物距大于2倍焦距，所以成的像是倒立、缩小的实像，应用这一原理制成的光学仪器有照相机；保持蜡烛和光屏的位置不动，将凸透镜向蜡烛的方向移动10cm，此时物距小于像距，成倒立、放大的实像．
（3）由于蜡烛燃烧变短，根据光线过光心不改变方向，像向光屏的上方移动，要使像成在光屏的中央位置，凸透镜向下移动．由于凸透镜中心在烛焰中心和光屏中心连接上，所以调好后，烛焰中心在凸透镜主光轴的下方．
故答案为：（1）烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心不在同一高度；（2）倒立；缩小；照相机；放大；（3）下．

点评 此题是探究凸透镜成像的实验，考查了学生对实验操作的要求．一定要注意实验前的调整工作．为使像成在光屏的中央，应使凸透镜、烛焰、光屏的中心大致在同一高度处．凸透镜的主光轴永远随着凸透镜的上下移动而移动，对于烛焰在凸透镜主光轴的哪个位置，画图说明很容易理解．