探究凸透鏡成像規律

張金榮

實驗要點

[實驗要點]

1.基本要求

探究凸透鏡成像規律實驗涉及以下基本要求。（1）器材擺放要求：將蠟燭、凸透鏡和光屏從左至右依次放于光具座上，點燃蠟燭，調節凸透鏡和光屏的高度，使凸透鏡的光心、光屏的中心和燭焰的中心大致在同一高度，這樣做的目的是使像成在光屏中央;（2）實驗方法要求：使燭焰從距離較遠處逐漸靠近透鏡，每次都調節光屏到凸透鏡的距離，使燭焰在光屏上成清晰的像，注意觀察像的大小、正立、倒立情況是如何隨物距的減小而變化的。

2.基本要點

實驗過程中得出以下基本要點。（1）凸透鏡成實像時，物近像遠像變大，物遠像近像變小;凸透鏡成虛像時，物近像近像變小，物遠像遠像變大;（2）由于光路具有可逆性，將原本成實像的蠟燭與光屏位置互換，還能呈現清晰的實像;（3）把一只點燃的蠟燭立于凸透鏡的一側，在另一側屏上可以得到燭焰的像，如果凸透鏡的下半部損壞（或被紙板遮?。蛲雇哥R上有污點，此時光屏上依然能夠呈現清晰的像，只是像稍微暗一點。

3.凸透鏡成像規律（表1）

[實驗拓展]

（1）在探究凸透鏡成像規律時，這里的“倒立”是指像相對于物上下左右均顛倒。因此，當燭焰被風吹動，燭焰向左歪時，像會向右歪;蠟燭燃燒變短，像會向上移動。為此，可以選用發光二極管按“F”字樣鑲嵌排列在白色方格板上替代蠟燭作為光源，并用同樣的白色方格板做成光屏。（2）實驗中有時光屏上找不到像的原因可能是：蠟燭的燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心不在同一高度上;蠟燭放在了焦點上或焦點以內;蠟燭放在焦點外離焦點很近的地方;成的像太大，超過光屏大小。（3）凸透鏡成像時物距u、像距v與焦距f之間符合[1u+1v=1f]規律，利用這個規律可以解釋凸透鏡成像時的動態變化規律、生活中的實際應用等。（4）凸透鏡成像動態規律簡記為：一焦分虛實、二焦分大小;實像異側倒、物遠像變小;虛像同側立、物遠像變大;像大像距大、像小像距小。

[能力提升]

例（2021·四川·自貢）在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中：

（1）圖甲中光屏上所成的像是倒立 （選填“放大”、“等大”或“縮小”），生活中的 （選填“照相機”、“投影儀”或“放大鏡”）是利用這一原理制成的。

（2）如圖乙，線段AB為凸透鏡成像的物距倒數和像距倒數的對應關系，則凸透鏡焦距為 cm。

（3）當光屏上成清晰的像時，不改變圖甲中蠟燭和透鏡位置：

①若將凸透鏡換成焦距相同鏡面較小的凸透鏡，再次做實驗，光屏上所成的像與原來相比 （選填“變小”、“變暗”或“變不完整”）了。

②若將凸透鏡換成鏡面大小相同、焦距稍小的凸透鏡，再次實驗，則須將光屏 （選填“向左”或“向右”）移動才能成清晰的像，光屏上所成的像與原來的像相比 （選填“變大”、“不變”或“變小”）。

解析：（1）據圖甲可得u < v，在光屏上成倒立放大的實像，生活中的投影儀是利用這一原理制成的。

（2）如圖乙，線段AB為凸透鏡成像的物距倒數和像距倒數的對應關系，當u = 2f、v = 2f時，即[1u=1v]，凸透鏡成倒立、等大的實像，此時[1u=1v=5 m-1]，所以f = 0.1 m = 10 cm。

（3）當光屏上成清晰的像時，不改變圖甲中蠟燭和透鏡的位置，即物距u保持不變：①若將凸透鏡換成焦距相同鏡面較小的凸透鏡，再次做實驗，這時的凸透鏡類似于下半部損壞（或被紙板遮?。?，因此，光屏上所成的像與原來相比變暗;②若將凸透鏡換成鏡面大小相同焦距較小的凸透鏡，再次實驗，這時類似于將蠟燭遠離凸透鏡（或利用[1u+1v=1f]分析），則須將光屏向左移動才能成清晰的像，根據像距小則像小的規律，光屏上所成的像與原來的像相比會變小。

答案：（1）放大 投影儀 （2）10 （3）①變暗 ②向左 變小

（作者單位：江蘇省鹽城市文峰初級中學）