Question

13．初二（7）班的学生在做探究凸透镜成像规律的实验，各小组采用不同的透镜和器材进行实验，展开了竞赛．
（1）如图1所示，为了测出凸透镜的焦距，小明所在组的同学让一束平行光正对凸透镜照射，再把光屏放在它的另一侧，改变凸透镜与光屏的距离，直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑，由此测出了凸透镜的焦距．
（2）在实验时，小明用该凸透镜观察小红的眼睛，看到小红的眼睛如图1所示，要看到如图A的情形，物距应该满足的条件是B，要看到如图B的情形，物距应该满足的条件是A．
A．小于10cm     B．大于10cm且小于20cm      C．等于20cm     D．大于20cm
（3）小明将蜡烛、凸透镜和光屏安装在光具座上如图2所示，要使烛焰的像能成在光屏的中央，应将蜡烛向下（填“上”或“下”）调整．
（4）小华用11个红色的发光二极管按“E”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3所示．同学们对小华使用的实验装置进行如下评价，优点是可以比较物与像的大小和左右关系，但也存在一定的缺陷，你认为选择下列哪个字母更好D．
A．A              B．B              C．H              D．P
（5）小丽组的同学在实验时通过分析实验数据又得出了像高与物高的比值和像距与物距之间的具体关系如表所示，他们的结论是像高与物高的比值等于像距与物距的比值，他们还发现像高与焦距有关，他们的结论是物距相同时，焦距越大，像越高．表格中的f₁是10、①是30、②是10．

序号	焦距f/cm	物距 u/cm	像距v/cm	物高l/cm	像高h/cm
1	f1	30	15	5	2.5
2		20	20	5	5
3		15	①	5	②
4	15	30	30	5	5
5		20	60	5	15
6		18	90	5	25

Answer 1

分析 （1）根据凸透镜焦点和焦距的定义，判断凸透镜的焦距．
（2）根据凸透镜成像的三种情况进行判断：
u＞2f，成倒立、缩小的实像，2f＞v＞f．
2f＞u＞f，成倒立、放大的实像，v＞2f．
u＜f，成正立、放大的虚像．
（3）根据过光心不改变方向，判断蜡烛的移动方向．
（4）凸透镜成实像时，像和物在凸透镜的两侧，像和物上下颠倒，左右相反；成虚像时，像和物在同侧，则像向上移动．
（5）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；比较2、4次实验数据可知表格中①处数据．
②根据表格中的数据可知，像高与物高的比值和像距与物距之间的具体关系，可得出结论．
③根据表中像高、物距与焦距的关系得出结论．

解答 解：（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，这个最小最亮的点是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离是凸透镜的焦距．所以凸透镜的焦距是10cm．
（2）如图A，看到倒立、放大的实像，所以眼睛和凸透镜之间的距离在一倍焦距和二倍焦距之间，所以物距大于10cm小于20cm．
如图B，看到正立、放大的虚像，所以眼睛和凸透镜之间的距离在一倍焦距以内，所以物距小于10cm．
（3）根据过光心不改变方向，图中蜡烛的像成在光屏的下方，要使像成在光屏的中央位置，蜡烛向下移动．
（4）用11个红色的发光二极管按“E”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，该装置的优点是可以比较物与像的大小和左右关系；但也存在一定的缺陷，选择字母是最好选择上下关系的更明显，故选D．
（5）①根据表中的数据可知，像高与物高的比值等于像距与物距的比值，则由此可得出结论：像高与物高的比值和像距与物距的比值相等；即$\frac{h}{l}$=$\frac{v}{u}$，
因此可得$\frac{30}{15}$=$\frac{②}{5}$，故表格中②处数据为10．
②根据表中数据可知，物距一定，焦距越大，像高越高．
③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．
比较2、4实验数据可知，第2次实验的相距等于第4次实验的物距，因此第4次实验的相距等于第2次实验的物距，即表格中①处数据为30．
故答案为：（2）B；A；（3）下；（4）左右；D；（5）像高与物高的比值等于像距与物距的比值；物距相同时，焦距越大，像越高；10；①30；
②10．

点评 此题是探究凸透镜成像规律的实验，考查了对实验器材的调整、凸透镜成像的规律及对倒立实像的理解，应注意掌握基础知识，做到灵活应用．
（1）过光心不改变方向是判断蜡烛、凸透镜、光屏高度的最佳方法．
（2）凸透镜成像的三种情况是凸透镜成像习题的重要依据，一定要熟练掌握．
（3）凸透镜成实像时，无论遮住凸透镜的上部、下部、中间，都不能改变像的大小，但是像变暗，凸透镜遮住的越多，像越暗．此题是探究凸透镜成像规律，其中首先根据表中信息找出该透镜的焦距，其次是根据实验数据分析像高与物高的比值和像距与物距之间的具体关系，同时锻炼学生处理信息的能力．