Question

20．探究“凸透镜成像规律”实验中：

（1）由于凸透镜焦距未知，他让一束平行光正对射向该透镜，调节光屏位置直到在屏上得一个最小最亮的光斑．图1是调节完成的状态，由光具座上的刻度尺可以读出该透镜焦距f=10.0cm；
（2）如图2所示小明将蜡烛和光屏固定好后．在只移动透镜的情况下，他发现都不能在光屏上成清晰的像．由此，他猜想造成上述现象的原因是蜡烛和光屏之间的距离太小；
（3）通过实验，小明总结的三个实验结论如下表，其中正确的实验序号有1、2．

实验	物距（u）	像的性质			像距（v）
序号		实虚	大小	正倒
l	u＞2f	实像	缩小	倒立	f＜v＜2f
2	f＜u＜2f	实像	放大	倒立	v＞2f
3	u＜f	虚像	放大	倒立

（4）如图3，蜡烛在光具座上A处向左移动距离s到C，为在光屏上再次成清晰的像，则他应将光屏向左（选填“左”或“右”）移动，光屏移动距离s′＞s．（选填“＞”“=”或“＜”）
（5）（2分）小明又想知道所成的像左右是否相反，只利用题中器材帮他想一个办法：对着烛焰轻吹一口气，观察像飘动方向和烛焰飘动方向是否一致（是否相反）
（6）小明又做了一次实验，首先在光屏上恰好得到一个清晰的像，然后，小明把自己的近视眼镜放在蜡烛和凸透镜之间且靠近凸透镜的位置，结果光屏上原来清晰的像变模糊了，若还想在光屏上得到一个清晰的像，应将光屏向远离凸透镜的方向移动或将蜡烛向远离凸透镜的方向移动（均选填“远离”或“靠近”）．
（7）若将烛焰放在距离凸透镜一倍焦距处，此时不能成像，左右移动光屏，可观察到的现象是：光屏上出现一个大小不变的圆形光斑．

Answer 1

分析 （1）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．焦点到光心的距离是凸透镜的焦距．
（2）根据凸透镜成像规律中像距和物距的关系，当u=2f，成倒立、等大的实像，此时v=2f，此时物体和像之间的距离最小，为4f；
（3）根据凸透镜成像规律进行分析；
（4）判断出物像之距的变化，得出结论；
（5）通过改变烛焰的方向，观察像的变化得出结论；
（6）近视镜是凹透镜，且凹透镜对光线有发散作用，若将凹透镜放在光屏和蜡烛之间，光线经凹透镜发散后，成的像会远离凸透镜；
（7）由焦点发出的光将平行主光轴射出．

解答 解：（1）让一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后，在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑，这点是凸透镜的焦点，由图1可知：焦点到光心的距离是25cm-15cm=10cm，所以凸透镜的焦距是10cm．
（2）由图2可知，蜡烛和光屏之间的距离为35cm，小于4f，由于蜡烛和光屏之间的距离太小，不能在光屏上成像；
（3）当u＞2f时，凸透镜成倒立缩小的实像，像距处于f和2f之间；
当物距处于f和2f之间时，凸透镜成倒立放大的实像，像距大于2f；
当物距小于f时，凸透镜成正立放大的虚像，故第3组数据错误；
（4）蜡烛在光具座上A处向左移动距离s到C，物距变大，像距变小，但物体在靠近2f处，所以物像之距变小，因此他应将光屏向左移动，光屏移动距离s′＞s；
（5）想知道所成的像左右是否相反，可轻轻向烛焰吹气，使烛焰向一侧晃动，观察像的晃动方向；
（6）近视镜是凹透镜，且凹透镜对光线有发散作用，若将凹透镜放在光屏和蜡烛之间，像会远离凸透镜，所以将光屏向远离凸透镜的方向移动，才能使蜡烛的像变清晰．
（7）若将蜡烛置于焦点处，此时光将平行射出，所以将得到一个与凸透镜等大的圆形光斑．
故答案为：（1）最小最亮；10.0；（2）蜡烛和光屏之间的距离太小；（3）1、2；（4）左；＞；（5）对着烛焰轻吹一口气，观察像飘动方向和烛焰飘动方向是否一致（是否相反）；（6）远离；远离；（7）光屏上出现一个大小不变的圆形光斑．

点评 探究“凸透镜成像规律”实验中，应注意光学元件的放置和调整，同时要熟练掌握凸透镜成像的规律，并能够对数据进行规律性的总结，会给问题的解决带来方便．