探究凸透鏡成像規(guī)律

張金榮

實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)

[實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]

1.基本要求

探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)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(diǎn)燃蠟燭，調(diào)節(jié)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(shí)驗(yàn)方法要求：使?fàn)T焰從距離較遠(yuǎn)處逐漸靠近透鏡，每次都調(diào)節(jié)光屏到凸透鏡的距離，使?fàn)T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(diǎn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得出以下基本要點(diǎn)。（1）凸透鏡成實(shí)像時(shí)，物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變小;凸透鏡成虛像時(shí)，物近像近像變小，物遠(yuǎn)像遠(yuǎn)像變大;（2）由于光路具有可逆性，將原本成實(shí)像的蠟燭與光屏位置互換，還能呈現(xiàn)清晰的實(shí)像;（3）把一只點(diǎn)燃的蠟燭立于凸透鏡的一側(cè)，在另一側(cè)屏上可以得到燭焰的像，如果凸透鏡的下半部損壞（或被紙板遮住），或凸透鏡上有污點(diǎn)，此時(shí)光屏上依然能夠呈現(xiàn)清晰的像，只是像稍微暗一點(diǎn)。

3.凸透鏡成像規(guī)律（表1）

[實(shí)驗(yàn)拓展]

（1）在探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，這里的“倒立”是指像相對(duì)于物上下左右均顛倒。因此，當(dāng)燭焰被風(fēng)吹動(dòng)，燭焰向左歪時(shí)，像會(huì)向右歪;蠟燭燃燒變短，像會(huì)向上移動(dòng)。為此，可以選用發(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，并用同樣的白色方格板做成光屏。（2）實(shí)驗(yàn)中有時(shí)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(diǎn)上或焦點(diǎn)以?xún)?nèi);蠟燭放在焦點(diǎn)外離焦點(diǎn)很近的地方;成的像太大，超過(guò)光屏大小。（3）凸透鏡成像時(shí)物距u、像距v與焦距f之間符合[1u+1v=1f]規(guī)律，利用這個(gè)規(guī)律可以解釋凸透鏡成像時(shí)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律、生活中的實(shí)際應(yīng)用等。（4）凸透鏡成像動(dòng)態(tài)規(guī)律簡(jiǎn)記為：一焦分虛實(shí)、二焦分大小;實(shí)像異側(cè)倒、物遠(yuǎn)像變小;虛像同側(cè)立、物遠(yuǎn)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(guī)律”的實(shí)驗(yàn)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(jī)”、“投影儀”或“放大鏡”）是利用這一原理制成的。

（2）如圖乙，線(xiàn)段AB為凸透鏡成像的物距倒數(shù)和像距倒數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則凸透鏡焦距為 cm。

（3）當(dāng)光屏上成清晰的像時(shí)，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(shí)驗(yàn)，光屏上所成的像與原來(lái)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(shí)驗(yàn)，則須將光屏 （選填“向左”或“向右”）移動(dòng)才能成清晰的像，光屏上所成的像與原來(lái)的像相比 （選填“變大”、“不變”或“變小”）。

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

（2）如圖乙，線(xiàn)段AB為凸透鏡成像的物距倒數(shù)和像距倒數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)u = 2f、v = 2f時(shí)，即[1u=1v]，凸透鏡成倒立、等大的實(shí)像，此時(shí)[1u=1v=5 m-1]，所以f = 0.1 m = 10 cm。

（3）當(dāng)光屏上成清晰的像時(shí)，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(shí)驗(yàn)，這時(shí)的凸透鏡類(lèi)似于下半部損壞（或被紙板遮住），因此，光屏上所成的像與原來(lái)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(shí)驗(yàn)，這時(shí)類(lèi)似于將蠟燭遠(yuǎn)離凸透鏡（或利用[1u+1v=1f]分析），則須將光屏向左移動(dòng)才能成清晰的像，根據(jù)像距小則像小的規(guī)律，光屏上所成的像與原來(lái)的像相比會(huì)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(jí)中學(xué)）