Question

19．小明利用一未知焦距的凸透镜探究透镜的成像规律，进行了如下操作并得到了相关结论．请你将空缺部分补充完整．
（1）将一束平行光射向凸透镜，得到如图所示的光路图，则该透镜的焦距为10cm．
（2）将蜡烛、透镜和光屏放在光具座上，调节透镜和光屏的高度，并使烛焰、透镜和光屏三者的中心大致在同一高度；其目的是使像成在光屏的中央．
（3）按要求进行观察和测量，并将观测情况记录在表中

实验序号	物距u/cm	像距v/cm	像的性质
1	30	15	倒立、缩小的实像
2	25	16.7
3	20	20	倒立、等大的实像
4	15		倒立、放大的实像
5	5		正立、放大的虚像

①上表中实验序号2中像的性质倒立、缩小的实像和实验序号4中的像距为30cm；
②当烛焰从远处向透镜靠近时，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏应向远离（选填“靠近”或“远离”）透镜的方向移动．
（4）当在光屏上得到一个清晰、缩小的像时，说明蜡烛距透镜大于二倍焦距；实验发现，成倒立像与正立像的分界点是焦点；成放大像和缩小像的分界二倍焦距．
（5）小明在实验中发现，随着实验的进行，像成到光屏的上方了，这其中的原因蜡烛越烧越短．
（6）小明仔细观察光具座，发现它所标最大刻度是90cm，他手边现有焦距分别为10cm，30cm，40cm的凸透镜，你认为选择焦距为10cm的凸透镜比较合适，原因是凸透镜焦距在大时，其要求光具座的总长度太长，90cm的光具座不能满足要求．
（7）利用凸透镜在光屏上已经成了一个清晰的像，有一只小虫在透镜上爬行，这时所成的像C
A、有一只倒立的小虫   B、有一只正立的小虫  C、几乎没有变化      D、像上有一光斑．

Answer 1

分析 根据凸透镜的焦点和焦距定义进行判断：
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，三者的中心大致在同一高度，像才能呈在光屏的中心．
根据凸透镜成像的四种情况进行判断：
u＞2f，2f＞v＞f，成倒立、缩小的实像．
u=2f，v=2f，成倒立、等大的实像．
2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的实像．
u＜f，成正立、放大的虚像．
凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大．

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，这点是凸透镜的焦点，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）在实验中，应使蜡烛、凸透镜、光屏，三者在同一条直线上，三者的中心大致在同一高度，像才能成在光屏的中央．
（3）①由实验序号2的数据可知，凸透镜的焦距是10cm，物距为25cm，u＞2f，成倒立、缩小的实像．
根据光路的可逆性，序号1中物距为30cm时，像距为15cm，则实验序号4中，物距为15cm时，像距应为30cm．
②当烛焰从远处向透镜靠近时，仍要在光屏上得到清晰的像，根据物距变小，像距变大的规律可知，光屏应向远离透镜的方向移动．
（4）当在光屏上得到一个清晰、缩小的像时，说明蜡烛距透镜大于二倍焦距；
实验还发现，成倒立像与正立像的分界点是焦点；成放大像和缩小像的分界二倍焦距．
（5）实验中，蜡烛越烧越短，因此其所成的像会越来越高，成在光屏的上端．
（6）在选择凸透镜的焦距时，要注意到，当物距为2f时，像距也为2f，即光具座最短也要大于4f，否则将无法在光具座的范围内找到不同情况下的清晰的像．因此，30cm和40cm焦距的凸透镜都不适用．
（7）凸透镜成实像时，所有透过透镜的光会聚到光屏上成像，小虫落在透镜上后，整个物体发出的光虽有一小部分被挡住，但总会有一部分光通过凸透镜而会聚成像，因此，像与原来相同，大小不变；由于透镜的一小部分被遮住，因此折射出的光线与原来相比减少了，像将完好，但亮度会稍有变暗，但总体变化可以忽略．
故答案为：（1）10；
（2）同一高度；光屏的中央；
（3）①倒立、缩小的实像；30cm；②远离；
（4）大于二倍焦距；远离；二倍焦距；
（5）蜡烛越烧越短；
（6）10cm；凸透镜焦距在大时，其要求光具座的总长度太长，90cm的光具座不能满足要求；
（7）C．

点评 此题是探究凸透镜成像的实验，考查了学生对实验操作的要求，一定要注意实验前的调整工作，为使像成在光屏的中央，应使凸透镜、烛焰、光屏的中心大致在同一高度处，同时还考查了凸透镜成像的规律及应用，要注意理解应用．