Question

把一个凸透镜固定于薄壁玻璃筒中间，在凸透镜的焦点F处放一个点光源S，然后注入水，使水面处于光源S和凸透镜之间，如图所示，为使凸透镜折射后的光线是一束平行光，则光源的位置（ ）

A．应适当升高
B．应适当降低
C．应不动
D．无论怎样变动，均无法实现

Answer 1

【答案】分析：过凸透镜焦点的光线经凸透镜折射后与主光轴平行，所以放在焦点上的点光源S发出的光经凸透镜折射后是平行光线．但光线从空气斜射入水时会发生折射，由于折射光线偏离了原来的传播方向，再经凸透镜折射后就不再是平行光．所以，这道题需要注意以上两点．
解答：解：根据光路的可逆性，我们假设是从水底有一束平行光线向上射出，经过凸透镜和水面的两次折射后到达光源．如图，通过透镜边缘的红线经过透镜折射后，在水面以下的部分的延长线通过透镜的焦点F（无论中间是否有水），但是经过水面时，根据折射角大于入射角（因为光线是由水射向空气），这时光线应该远离法线向下偏折一些，即图中折射后的蓝色光线；通过透镜中心的平行光线，在经过透镜和水面时方向不变，竖直向上，即图中绿线．那么，蓝线与绿线的交点就是光源S的位置．
故选B．
点评：该题考查了光的折射、凸透镜对光线的会聚作用以及光路的可逆性，几个知识点综合起来之后，难度增加，如果不加考虑、细心分析，极易做错．