Question

20．在探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，小冉用9個(gè)紅色的發(fā)光二極管按“F”字樣鑲嵌排列在白色方格板上替代蠟燭作為光源，又用同樣的白色方格板做成光屏，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．

（1）小冉在探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，不小心將透鏡掉在地上碎成三塊．他們不知道碎鏡片的焦距是否與原透鏡相等，于是選取其中一塊鏡片，準(zhǔn)備測(cè)量其焦距．請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，測(cè)量所選鏡片的焦距，所用的主要器材有平行光源、刻度尺； 在圖乙中虛線框內(nèi)畫出你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)示意圖．（圖中鏡片已畫出）
（2）更換完好同樣的凸透鏡，固定在光具座零刻度線上，小然進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入如表中：
（請(qǐng)你將空余部分填寫完整）

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	物距μ/cm	像距v/cm	像的性質(zhì)
1	8.00	15.22	正立放大虛像
2	約為16	21.68	倒立、放大、實(shí)像
3	20.00	20.00	倒立、等大、實(shí)像
4	40.00	12.91	倒立、縮小、實(shí)像

實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先調(diào)節(jié)光源、凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心大致在同一高度上：請(qǐng)你根據(jù)如表倍息，凸透鏡的焦距f=10cm．
小冉發(fā)現(xiàn)兩次測(cè)得的焦距相等，由此她們得出“每塊碎鏡片的焦距都與原透鏡相等”的結(jié)論．他們這種推斷方法存在的主要問題是只測(cè)一塊鏡片焦距具有偶然性．
（3）如果小然將光源移至8cm刻度時(shí)，他必須在凸透鏡右（填“左”或“右”）側(cè)才能看到光源的像．
實(shí)驗(yàn)時(shí)若光源移至40cm時(shí)恰好在光屏上成清晰的像，當(dāng)凸透鏡位置不動(dòng)，光源向遠(yuǎn)離凸透鏡方向移動(dòng)近80cm左右時(shí)，為了在光屏上再成清晰的像，光屏應(yīng)靠近10cm稍大位置處找像才行．
（4）同學(xué)們對(duì)小然使用的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行如下評(píng)價(jià)，其中錯(cuò)誤是D
A．與燭焰相比，實(shí)驗(yàn)使用的光源不會(huì)晃動(dòng)，光屏上所成的像比較穩(wěn)定
B．光源鑲嵌在白色方格板上，用同樣的白色方格板做光屏，便于比較像與物的大小
C．零刻度線刻在光具座標(biāo)尺的中央，可直接測(cè)出物距和像距
D．若凸透鏡的焦距未知，則利用此實(shí)驗(yàn)裝置不能測(cè)量凸透鏡的焦距
（5）光源“F”放在15cm處，其大小如圖丙所示，凸透鏡固定在光具座零刻度線上．如果用已經(jīng)破碎的上半部分凸透鏡外用遮光罩將凸透鏡的上半部分罩住做實(shí)驗(yàn)，則光屏上所成的像是圖丁中的C．
（6）對(duì)于焦距相同的凸透鏡，一個(gè)物距應(yīng)該對(duì)應(yīng)唯一的像距，但是從各組回報(bào)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，物距均為12.00cm時(shí)，有三個(gè)小組所測(cè)的像距分別為23.00cm，24.00cm，26.00cm，若他們的數(shù)據(jù)差別不是因?yàn)殚L(zhǎng)度測(cè)量誤差導(dǎo)致的，你認(rèn)為出現(xiàn)這種情況的操作原因是光屏上沒有成清晰的像就進(jìn)行了測(cè)量．

Answer 1

分析 （1）凸透鏡對(duì)平行光有會(huì)聚作用，平行光通過凸透鏡折射后會(huì)聚于凸透鏡的焦點(diǎn)．據(jù)此選擇實(shí)驗(yàn)器材．
（2）物距大于2倍焦距時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像； 物距等于2倍焦距時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像； 物距在1倍到2倍焦距之間時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像； 物距等于1倍焦距時(shí)，不成像； 物距小于1倍焦距時(shí)，成正立、放大的虛像．
根據(jù)像的性質(zhì)和像距的大小可確定物距的數(shù)值；
（3）物距小于1倍焦距時(shí)，成正立、放大的虛像，物像同側(cè)；物距大于二倍焦距成倒立縮小實(shí)像，像距大于一倍焦距小于二倍焦距；物距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2倍焦距時(shí)，像距稍大于焦距．
（4）在凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中，燭焰的形狀會(huì)受風(fēng)的影響，并且燭焰和像的大小關(guān)系不容易確定；
實(shí)驗(yàn)中用發(fā)光二極管做光源，這樣成的像比較穩(wěn)定，并便于比較像與物體的大�。�
像和物到凸透鏡的距離分別為像距和物距，若將凸透鏡放在0刻線處，可以從光具座直接讀出像距和物距的大�。�
測(cè)量焦距的方法：根據(jù)焦距的定義，讓平行光照射凸透鏡，會(huì)聚到焦點(diǎn)，由焦點(diǎn)到凸透鏡的距離就是焦距；
根據(jù)物距等于2f時(shí)成等大的實(shí)像，當(dāng)實(shí)像和物相等時(shí)，此時(shí)像距、物距都等于2倍焦距．
（5）掌握凸透鏡成像的規(guī)律，根據(jù)物距處于f和2f之間時(shí)成倒立放大實(shí)像的特點(diǎn)進(jìn)行分析；
若將凸透鏡的一部分遮住，凸透鏡仍能成完整的像．
（6）要解決此題，需要知道確定像的位置．在實(shí)驗(yàn)中要移動(dòng)光屏，直到光屏上出現(xiàn)清晰的像為止．

解答 解：（1）所用的主要器材有平行光源，光屏，刻度尺，光屏便于找到焦點(diǎn)，刻度尺測(cè)出焦距．如圖所示：

（2）由第3次實(shí)驗(yàn)，u=v=20cm，成倒立、等大、實(shí)像，可知，f=10cm，
第1次實(shí)驗(yàn)中物距小于1倍焦距時(shí)，成正立、放大的虛像．
已知第2次實(shí)驗(yàn)中，已知v=21.68cm，f=10cm，像的性質(zhì)是倒立放大的實(shí)像，
由物距在1倍到2倍焦距之間時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像；可知，物距約為16cm，
第4次實(shí)驗(yàn)中，物距u=40cm，大于2倍焦距，成倒立、縮小的實(shí)像；
這種推斷方法存在的主要問題是只測(cè)一塊鏡片焦距具有偶然性，多做幾次實(shí)驗(yàn)才具代表性．
（3）由于凸透鏡的焦距是10cm，如果小明將光源移至8cm刻度時(shí)，此時(shí)的物距小于1倍焦距，故光屏上不能成像，必須在右側(cè)通過凸透鏡能看到一個(gè)正立、放大的虛像；
若小明將光源移至40cm時(shí)，即物距大于2倍焦距，在光屏的另一側(cè)成一個(gè)倒立縮小的實(shí)像；
當(dāng)凸透鏡位置不動(dòng)，光源向遠(yuǎn)離凸透鏡方向移動(dòng)近80cm左右時(shí)，物距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2倍焦距時(shí)，此時(shí)像距稍大于焦距，則，為了在光屏上再成清晰的像，光屏應(yīng)靠近10cm稍大位置處找像才行．
（4）A、發(fā)光二極管作為光源與燭焰相比，像更穩(wěn)定，故A正確；
B、用同樣的白色方格板做光屏，便于比較像與物的大小，故B正確；
C、零刻度線刻在光具座標(biāo)尺的中央，這樣可以直接從光具座讀出物距和像距，故C正確；
D、若凸透鏡的焦距未知，可調(diào)節(jié)物距及像距，當(dāng)成等大的實(shí)像時(shí)，物距便等于2倍焦距，這樣可以測(cè)出凸透鏡的焦距，故D錯(cuò)誤．
（5）光源“F”放在15cm處，物距處于f和2f之間，此時(shí)成倒立放大的實(shí)像，用凸透鏡的一部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這部分仍能夠會(huì)聚光線到像點(diǎn)處，所以仍能夠成完整的像，C正確．
（6）同一凸透鏡，物距一定，像距一定，小組實(shí)驗(yàn)的像距不同，是因?yàn)楣馄辽线�沒有出現(xiàn)清晰的像就測(cè)像距．
故答案為：（1）平行光源、刻度尺；見上圖；
（2）虛；16；實(shí)；10；只測(cè)一塊鏡片焦距具有偶然性；
（3）右；10；
（4）D；
（5）C；（6）光屏上沒有成清晰的像就進(jìn)行了測(cè)量．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)，考查了凸透鏡焦距的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題、凸透鏡成像的規(guī)律，主要考查了對(duì)實(shí)驗(yàn)中一些細(xì)節(jié)問題的理解．