探究凸透鏡成像規律

朱延穎 李愛華

要點提煉

1.確定所選凸透鏡的焦距：根據已學知識，將凸透鏡正對太陽光，測出最小、最亮的光斑與透鏡的距離，即為焦距。學完凸透鏡成像規律的內容后，我們也可以用以下幾種方法確定焦距：（1）找到一個倒立、等大的實像，此時的物距等于兩倍焦距，將此時的物距除以2即可得焦距；（2）不成像時，物距恰好等于焦距；（3）當物距遠大于十倍焦距時，像距約等于焦距。

2.實驗目的：使像成在光屏的中央。如圖1，將蠟燭、凸透鏡和光屏依次放在光具座上，調節高度，使燭焰和光屏的中心位于凸透鏡的主光軸上。

3.實驗操作：實驗時，可以先調整物距，觀察像的大小、正倒情況，多次實驗，獲得普遍規律。也可以結合凸透鏡的三條特殊光線，作出像的位置。

4.注意事項：

（1）一段時間后，所成像在光屏的上方，是因為蠟燭燃燒變短，燭焰的中心不在凸透鏡的主光軸上，可以向上移動蠟燭或光屏，向下移動凸透鏡。

（2）在光屏上無法找到像的原因：①可能是燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心不在同一水平高度；②蠟燭放在了焦點上；③蠟燭放在了凸透鏡焦距以內；④光具座的長度小于凸透鏡的四倍焦距；⑤蠟燭到凸透鏡的距離稍大于焦距，成像在很遠的地方，光具座的光屏無法移動到該位置。

（3）用不透明板遮住凸透鏡的一半，在光屏上所成的像依然是完整的，但由于穿透的光線變少，像會變暗。

5. 拓展延伸：探究凸透鏡成像規律時，改變蠟燭的位置，像的位置隨之改變。此時在光屏上得到清晰的像的方法如下。

（1）將蠟燭遠離凸透鏡，利用“物遠像近像變小”規律，將光屏靠近凸透鏡，或者可以在蠟燭與凸透鏡之間再放一個凸透鏡，使像往前移；將蠟燭靠近凸透鏡，利用“物近像遠像變大”規律，將光屏遠離凸透鏡，也可以在蠟燭與凸透鏡之間放一個凹透鏡，使像往后移。

（2）將蠟燭和光屏交換位置，依然可以得到清晰的像，但像的大小發生改變，利用的是光路可逆。

探究應用

例 （2022·江西） 物理創新實驗小組的同學探究凸透鏡成像的規律。

【實驗器材】蠟燭、凸透鏡、光屏、光具座等。

【進行實驗與收集證據】（1）測焦距：如圖2所示，讓凸透鏡正對著太陽光，在它的另一側找到最小、最亮的光斑，說明凸透鏡對光具有_________作用，該凸透鏡的焦距為_________cm。

（2）組裝實驗裝置：將蠟燭、凸透鏡和光屏放在光具座上，并對三者進行調節。如下圖所示是他們分別調節完的實驗裝置，其中調節正確的是_________（填寫字母序號）裝置，理由是____________________________________，使像清晰地呈現在光屏的中央。

（3）設計實驗表格：請將表格中①和②的內容補充到橫線上：①_________； ②_________。

【拓展】（4）在實驗過程中，光屏上呈現了一個清晰的像，此時，某同學將焦距相同、直徑更大的凸透鏡替換原凸透鏡，則光屏上呈現的像比原來的像_________（選填“更大”“更小”或“更亮”）。

答案：（1）會聚5（2） D燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心大致在同一高度（3）①虛或實②倒立或正立更亮