Question

15．在探究凸透镜成像规律的实验中，小宇同学将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具上如图所示：
（1）当把蜡烛放在光具座上如图所示位置，点燃蜡烛，移动光屏得到烛焰清晰、倒立、缩小的实像（选填“放大”或“缩小”）．
（2）若遮住凸透镜的上半部分，则烛焰在光屏上的成像情况是完整的像（选填“完整的像”、“一半的像”或“无法成像”）．
（3）小宇在实验过程中发现当凸透镜成实像时，像高与像距、物距之间有一定的关系，为了进一步研究，他将5cm高的发光体作为光源进行实验．下表是小宇同学实验时记录的几组数据：

实验次数	物距u （厘米）	像距v （厘米）	物高l （厘米）	像高h （厘米）	像的性质
					正立、倒立	虚像、实像
1	35	14	5	2	倒立	实像
2	30	15	5	2.5
3	20	20	5	5
4	15	30	5	10
5	12	60	5	25

根据表中数据，完成下列问题：
①该凸透镜的焦距为0.1m．
②分析比较实验序号1与2中的物距与像距的大小关系以及成像情况，可以得出的初步结论是：物体通过同一凸透镜成像，当物距大于像距时，在凸透镜的另一侧成倒立缩小的实像．
③分析比较实验序号1～5中的像距和像高随物距的变化关系，可以得出的初步结论是：物体通过（同一）凸透镜成实像时，当物距减小时，像距增大，像变大．
④进一步分析表中像高与物高以及像距与物距数据的比例关系，可得出结论：像高与物高的比值和像距与物距的比值相等．
⑤若要继续探究凸透镜的所成实像的高度与凸透镜焦距的关系，小宇应该保证物高和物距相同，选择不同焦距的凸透镜来做该实验．

Answer 1

分析 （1）光屏上能承接到的像是实像．凸透镜成实像时，当u＞2f，成倒立缩小的实像．
（2）要解决此题需要掌握凸透镜成像的成因．凸透镜成像属于光的折射现象，物体发出的光线经凸透镜折射后，会聚在凸透镜另一侧的光屏上，形成物体的实像；如果不遮住凸透镜的下半部分，透过的光多，像就亮；遮住凸透镜的下半部分，透过的光少，像就暗．
（3）①根据凸透镜成像规律中的物距等于2倍焦距时，成倒立等大的实像，可求得其焦距．②凸透镜成实像时，物距大于像距，成倒立缩小的实像；物距等于像距时，成倒立等大的实像；物距小于像距时，成倒立放大的实像． ③凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像增大．④根据像距v与物距u的比值和像高与物高的比值分析；⑤焦距不同的凸透镜，物高和物距相同，成像情况不同，像距随着焦距的增大而增大．

解答 解：（1）如图，已知f=10cm，u=30cm，则u＞2f，凸透镜成倒立、缩小的实像．
（2）凸透镜成实像时，所有透过透镜的光会聚到光屏上成像，当将透镜的下半部分挡住后，整个物体发出的光虽有一部分被挡住，但总会有一部分光通过上半部分凸透镜而会聚成像，因此，像与原来相同，还是完整的像；只是由于透镜的一半被遮住，因此折射出的光线与原来相比减少了一半，亮度会减弱．
（3）①由表中第3此实验的数据，物距等于像距，物像等大，可知，此时u=2f=20cm．则f=10cm．即该凸透镜的焦距为10cm=0.1m．
②实验1、2，凸透镜都成倒立、缩小的实像，物距都大于像距，所以，当物距大于像距时．在凸透镜的另一侧成倒立缩小的实像；
③实验1～5中数据说明：物体通过（同一）凸透镜成实像时，当物距减小时，像距增大，像变大．
④表格中第二组数据，像距v与物距u的比值=$\frac{15cm}{30cm}=\frac{1}{2}$，像高与物高的比值=$\frac{2.5cm}{5cm}=\frac{1}{2}$，同理，计算第三、四…组数据可得：凸透镜成实像时，像距v与物距u的比值等于像高与物高的比值．
⑤要继续探究凸透镜的所成实像的高度与凸透镜焦距的关系，他们应该保证物高和物距相同，凸透镜焦距不同来做该实验．
故答案为：（1）缩小；（2）完整的像；（3）①0.1；②物距大于像距；③物体通过（同一）凸透镜成实像时，当物距减小时，像距增大，像变大④像高与物高的比值和像距与物距的比值相等⑤物高和物距．

点评 凸透镜相当于由很多个三棱镜组成的，光经过透镜折射后会聚成像，挡住一部分光不会影响所成的像，只是亮度变暗；此实验现象可以让学生做实验时动手操作一下，观察有什么现象发生，感性认识印象会更深，效果会更好．