题目内容

8．小明同学利用图示实验装置“探究凸透镜成像规律”．实验室提供了三个相同材质的凸透镜，其规格如下表所示．他先选用甲透镜进行实验．

序号直径/cm焦距/cm
甲510
乙1015
丙1510
（1）实验前应将烛焰的焰心、透镜的光心和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上 （同一高度的直线上）．
（2）将甲透镜固定在图示位置，把蜡烛移至15cm刻度处时，烛焰恰好在光屏上成清晰的像．这个像的成像原理与投影仪（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机”）相同．
①若将蜡烛向右移动少许，则应将光屏向右（选填“左”或“右”）移动才能再次在光屏上成清晰的像，此时像的大小比刚才的像要大些．
②若用乙透镜替换甲透镜进行实验，为了能在原位置处的光屏上依然成清晰的像，那么应将蜡烛向左（选填“左”或“右”）移动．
（3）将甲透镜固定在图示位置，把蜡烛移至5cm刻度处，移动光屏使烛焰在光屏中央成清晰的像，一段时间后，蜡烛变短，烛焰在光屏上的像将向上（选填“上”或“下”）移动，且移动的距离小于（选填“大于”、“小于”或“等于”）蜡烛减少的长度．
（4）分别选用甲和丙透镜进行实验时，选用丙透镜在光屏上成的像较亮．
（5）小明还想知道光屏上所成烛焰的像与烛焰是否左右相反，请你在不增加和更换实验器材的前提下，帮他设计一个简要的实验方案．
简要做法：向左轻吹蜡烛的火焰，观察光屏上像的摆动情况，
判断方法：若像向右摆动，说明左右相反，反之，说明左右相同．

分析 （1）探究凸透镜成像的实验时，在桌面上依次放蜡烛、凸透镜、光屏，三者在同一条直线上，烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度，像才能成在光屏的中心；
（2）凸透镜成实像时，u＞v，成倒立、缩小的实像，应用于照相机和摄像机；u＜v，成倒立、放大的实像，应用于幻灯机和投影仪；
①根据凸透镜成实像时物近像远像变大、物远像近像变小即可判断；
②蜡烛燃烧，烛焰向下移动，根据光线过光心不改变方向，光屏中心在烛焰中心和凸透镜光心连接上，可以判断光屏的移动方向；
（3）蜡烛燃烧，烛焰向下移动，根据光线过光心不改变方向，光屏中心在烛焰中心和凸透镜光心连接上，可以判断像的移动方向；
利用三角形相似知识可比较像移动的距离与蜡烛减少的长度的关系；
（4）在焦距相同的情况下，凸透镜的直径越大，会聚的光越多，所成的像越亮；
（5）两个蜡烛并排放置且烛焰高度不同．然后观察光屏上两个烛焰像的情况（或用嘴轻轻的吹烛焰使其左右摆动．然后观察光屏上烛焰像的变化情况；
或用物体在烛焰前挡住左侧或右侧一部分火焰．然后观察光屏上烛焰像的变化情况或找一个发光的F字母作为物体，观察光屏上的成像情况）合理即可得分．

解答 解：（1）实验前要调整蜡烛、凸透镜、光屏的高度，三者的中心大致在同一高度，即在凸透镜的主光轴上，这样才能使像成在光屏中央；
（2）由图示位置可知，物距u=15cm＞2f，像距v=30cm，即u＜v，成倒立、放大的实像，应用于幻灯机和投影仪．
①凸透镜成实像时，物距越小，像距越大，像越大；因此当凸透镜的位置不变时，只向右移动蜡烛，
要使光屏上再次出现一个明亮清晰的像，可以向右移动光屏，才能再一次成像，并且此时像的大小比刚才的像要大些．
②实验一段时间蜡烛变短，凸透镜位置不变，根据光线过光心不改变方向，烛焰在光屏上的像将向上移动．
将甲透镜固定在图示位置，把蜡烛移至5cm刻度处，此时的物距u=25cm＞2f，成倒立缩小的实像，像距f＜v＜2f，即v＜u，
根据三角形相似知识可知，$\frac{u}{v}$=$\frac{△{h}_{物}}{△{h}_{像}}$，
因为v＜u，所以△h像＜△h物，即像移动的距离小于蜡烛减少的长度．
（4）因为甲和丙透镜的焦距一样，而丙透镜的直径较大，会聚的光线较多，所以选用丙透镜在光屏上成的像较亮．
（5）要知道凸透镜成倒立的实像，像与物不仅左右相反，而且上下相反．在利用烛焰进行验证时，上下相反可以直接看出．
左右相反可以通过使火焰左右不同或发生变化来进行验证，所以我们可以通过改变烛焰的形状，使其左右明显不对称．
所以可以用嘴轻轻地向左侧或右侧吹气，观察像的摆动情况．若像向右摆动，说明左右相反，反之，说明左右相同．
故答案为：（1）凸透镜的主光轴上（同一高度的直线上）；
（2）投影仪； ①右；大； ②左；
（3）上；小于；
（4）丙；
（5）简要做法：向左轻吹蜡烛的火焰，观察光屏上像的摆动情况；
判断方法：若像向右摆动，说明左右相反，反之，说明左右相同．

点评 此题是探究凸透镜成像规律的实验，凸透镜成像的三种情况和应用是凸透镜成像习题中重要依据，涉及到的知识点较多，并且拓展有深度，是一道不可多得的好题．

练习册系列答案
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 方案A 方案B
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②把瓶中的一部分牛奶倒入量筒中，测出量筒中牛奶的体积V；
③称出瓶和瓶中剩下牛奶的总质量m2；
④用ρ=$\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{V}$求出密度		①用天平测出空瓶的质量m1；
②把牛奶倒入量筒中牛奶的体积V；
③将量筒中的牛奶倒入空瓶，称出牛奶与空瓶的总质量m2；
④用p=$\frac{{m}_{2}-{m}_{1}}{V}$求出密度
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实验次数动力F1/N①L1/cm②F2/N阻力臂L2/cm
11.5103.05
21.0202.010
31.0302.015
（2）记录实验数据的表格如上，请将表格空白处补充完整．
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