题目内容

20．在探究凸透镜成像规律时，小冉用9个红色的发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色方格板上替代蜡烛作为光源，又用同样的白色方格板做成光屏，实验装置如图甲所示．

（1）小冉在探究实验时，不小心将透镜掉在地上碎成三块．他们不知道碎镜片的焦距是否与原透镜相等，于是选取其中一块镜片，准备测量其焦距．请你设计一个简单实验，测量所选镜片的焦距，所用的主要器材有平行光源、刻度尺； 在图乙中虚线框内画出你所设计的实验示意图．（图中镜片已画出）
（2）更换完好同样的凸透镜，固定在光具座零刻度线上，小然进行了实验，并将实验数据填入如表中：
（请你将空余部分填写完整）
实验序号物距μ/cm像距v/cm像的性质
18.0015.22正立放大虚像
2约为1621.68倒立、放大、实像
320.0020.00倒立、等大、实像
440.0012.91倒立、缩小、实像
实验时，首先调节光源、凸透镜和光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度上：请你根据如表倍息，凸透镜的焦距f=10cm．
小冉发现两次测得的焦距相等，由此她们得出“每块碎镜片的焦距都与原透镜相等”的结论．他们这种推断方法存在的主要问题是只测一块镜片焦距具有偶然性．
（3）如果小然将光源移至8cm刻度时，他必须在凸透镜右（填“左”或“右”）侧才能看到光源的像．
实验时若光源移至40cm时恰好在光屏上成清晰的像，当凸透镜位置不动，光源向远离凸透镜方向移动近80cm左右时，为了在光屏上再成清晰的像，光屏应靠近10cm稍大位置处找像才行．
（4）同学们对小然使用的实验装置进行如下评价，其中错误是D
A．与烛焰相比，实验使用的光源不会晃动，光屏上所成的像比较稳定
B．光源镶嵌在白色方格板上，用同样的白色方格板做光屏，便于比较像与物的大小
C．零刻度线刻在光具座标尺的中央，可直接测出物距和像距
D．若凸透镜的焦距未知，则利用此实验装置不能测量凸透镜的焦距
（5）光源“F”放在15cm处，其大小如图丙所示，凸透镜固定在光具座零刻度线上．如果用已经破碎的上半部分凸透镜外用遮光罩将凸透镜的上半部分罩住做实验，则光屏上所成的像是图丁中的C．
（6）对于焦距相同的凸透镜，一个物距应该对应唯一的像距，但是从各组回报数据中发现，物距均为12.00cm时，有三个小组所测的像距分别为23.00cm，24.00cm，26.00cm，若他们的数据差别不是因为长度测量误差导致的，你认为出现这种情况的操作原因是光屏上没有成清晰的像就进行了测量．

分析 （1）凸透镜对平行光有会聚作用，平行光通过凸透镜折射后会聚于凸透镜的焦点．据此选择实验器材．
（2）物距大于2倍焦距时，成倒立、缩小的实像； 物距等于2倍焦距时，成倒立、等大的实像； 物距在1倍到2倍焦距之间时，成倒立、放大的实像； 物距等于1倍焦距时，不成像； 物距小于1倍焦距时，成正立、放大的虚像．
根据像的性质和像距的大小可确定物距的数值；
（3）物距小于1倍焦距时，成正立、放大的虚像，物像同侧；物距大于二倍焦距成倒立缩小实像，像距大于一倍焦距小于二倍焦距；物距远远大于2倍焦距时，像距稍大于焦距．
（4）在凸透镜成像实验中，烛焰的形状会受风的影响，并且烛焰和像的大小关系不容易确定；
实验中用发光二极管做光源，这样成的像比较稳定，并便于比较像与物体的大小；
像和物到凸透镜的距离分别为像距和物距，若将凸透镜放在0刻线处，可以从光具座直接读出像距和物距的大小；
测量焦距的方法：根据焦距的定义，让平行光照射凸透镜，会聚到焦点，由焦点到凸透镜的距离就是焦距；
根据物距等于2f时成等大的实像，当实像和物相等时，此时像距、物距都等于2倍焦距．
（5）掌握凸透镜成像的规律，根据物距处于f和2f之间时成倒立放大实像的特点进行分析；
若将凸透镜的一部分遮住，凸透镜仍能成完整的像．
（6）要解决此题，需要知道确定像的位置．在实验中要移动光屏，直到光屏上出现清晰的像为止．

解答 解：（1）所用的主要器材有平行光源，光屏，刻度尺，光屏便于找到焦点，刻度尺测出焦距．如图所示：

（2）由第3次实验，u=v=20cm，成倒立、等大、实像，可知，f=10cm，
第1次实验中物距小于1倍焦距时，成正立、放大的虚像．
已知第2次实验中，已知v=21.68cm，f=10cm，像的性质是倒立放大的实像，
由物距在1倍到2倍焦距之间时，成倒立、放大的实像；可知，物距约为16cm，
第4次实验中，物距u=40cm，大于2倍焦距，成倒立、缩小的实像；
这种推断方法存在的主要问题是只测一块镜片焦距具有偶然性，多做几次实验才具代表性．
（3）由于凸透镜的焦距是10cm，如果小明将光源移至8cm刻度时，此时的物距小于1倍焦距，故光屏上不能成像，必须在右侧通过凸透镜能看到一个正立、放大的虚像；
若小明将光源移至40cm时，即物距大于2倍焦距，在光屏的另一侧成一个倒立缩小的实像；
当凸透镜位置不动，光源向远离凸透镜方向移动近80cm左右时，物距远远大于2倍焦距时，此时像距稍大于焦距，则，为了在光屏上再成清晰的像，光屏应靠近10cm稍大位置处找像才行．
（4）A、发光二极管作为光源与烛焰相比，像更稳定，故A正确；
B、用同样的白色方格板做光屏，便于比较像与物的大小，故B正确；
C、零刻度线刻在光具座标尺的中央，这样可以直接从光具座读出物距和像距，故C正确；
D、若凸透镜的焦距未知，可调节物距及像距，当成等大的实像时，物距便等于2倍焦距，这样可以测出凸透镜的焦距，故D错误．
（5）光源“F”放在15cm处，物距处于f和2f之间，此时成倒立放大的实像，用凸透镜的一部分进行实验，这部分仍能够会聚光线到像点处，所以仍能够成完整的像，C正确．
（6）同一凸透镜，物距一定，像距一定，小组实验的像距不同，是因为光屏上还没有出现清晰的像就测像距．
故答案为：（1）平行光源、刻度尺；见上图；
（2）虚；16；实；10；只测一块镜片焦距具有偶然性；
（3）右；10；
（4）D；
（5）C；（6）光屏上没有成清晰的像就进行了测量．

点评 此题是探究凸透镜成像的实验，考查了凸透镜焦距的测量、实验中应注意的问题、凸透镜成像的规律，主要考查了对实验中一些细节问题的理解．

练习册系列答案
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