Question

15．小明同學(xué)用一個(gè)焦距未知的凸透鏡、蠟燭、光屏探究凸透鏡成像規(guī)律：
（一）實(shí)驗(yàn)所需要的器材除了點(diǎn)燃的蠟燭、凸透鏡、光屏以外，還必需的器材是刻度尺；
（二）實(shí)驗(yàn)前先要測(cè)量凸透鏡的焦距．

（1）小雷回想起白光經(jīng)三棱鏡后，光屏上自上而下出現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的色帶（如圖），受此啟發(fā)，于是他分別用紅光和藍(lán)光來進(jìn)行圖甲的實(shí)驗(yàn)，結(jié)論是：對(duì)同一凸透鏡，紫（紅/紫）光入射時(shí)的焦距小些．
（2）物理興趣小組想知道某只透鏡的焦距f為多少，做實(shí)驗(yàn)甲，鏡面垂直于陽光，在透鏡下面放上白紙（紙、鏡平行），測(cè)出透鏡與白紙間距s/cm與對(duì)應(yīng)的白紙被烤焦的時(shí)間t/min，繪出圖線乙，可判斷該透鏡的焦距f為12cm；
（3）小華測(cè)焦距f時(shí)，將凸透鏡正對(duì)太陽，在透鏡下方的白紙上呈現(xiàn)一光斑時(shí)，測(cè)得光斑到透鏡的距離為l，將白紙?jiān)龠h(yuǎn)離透鏡一段距離，發(fā)現(xiàn)白紙上又出現(xiàn)了相同大小的光斑，
則l小于f（選填“大于”、“等于”或“小于”）．
（三）（1）實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)整燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心在同一高度；

（2）如圖1所示，當(dāng)凸透鏡位于光具座上A處時(shí)，恰好在光屏上成清晰的像，成的是倒立（選填“正立”或“倒立”）的像．蠟燭燃燒一段時(shí)間后，燭焰的像將位于光屏中心的上方；
（3）在保持（2）中蠟燭和光屏位置不變的情況下，將凸透鏡向右移到B處（圖中未標(biāo)出），光屏上再次成清晰的像，成的是縮�。ㄟx填“放大”、“縮小”或“等大”）的像；
（4）在上述探究活動(dòng)中，若已知蠟燭與光屏間的距離為L(zhǎng)₀，與凸透鏡第一次所在位置A間的距離為L(zhǎng)，如圖2所示．則該透鏡焦距f＜L（選填“＞”、“＜”或“=”），透鏡先后兩次所在位置A、B之間的距離S=L₀-2L（用L₀、L表示）．
（四）小莉同學(xué)將自己的近視眼鏡鏡片放在了蠟燭與凸透鏡（靠近凸透鏡）之間，移動(dòng)透鏡和光屏，直到在光屏上得到了一個(gè)倒立縮小的清晰的像．將近視眼鏡鏡片取下，發(fā)現(xiàn)光屏上的像變模糊了．

（1）為了使屏上的像重新變得清晰，在不移動(dòng)蠟燭和凸透鏡位置的前提下，應(yīng)將光屏向靠近（遠(yuǎn)離/靠近） 透鏡方向移動(dòng)．
（2）下列四個(gè)選項(xiàng)中，能正確表示小莉同學(xué)近視眼成像和矯正情況的是：B
A．乙、甲           B．丙、甲          C．乙、丁         D．丙、丁
（五）曉華為研究物體通過凸透鏡成倒立、等大實(shí)像的規(guī)律，要多測(cè)量幾次成倒立、等大實(shí)像時(shí)的物距與像距；而她固定好透鏡，改變燭焰和光屏位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)成這樣像的物體和光屏位置是唯一的，為能多次測(cè)量，她應(yīng)該改用焦距不同的凸透鏡，再做幾組實(shí)驗(yàn)．

Answer 1

分析 （一）本題實(shí)驗(yàn)還要測(cè)量物距和像距，需要刻度尺．
（二）（1）由圖可以看出：紅光的偏折程度小，紫光的偏折程度大，即紅光折射能力弱紫光折射能力強(qiáng)．
（2）根據(jù)圖乙找出白紙被烤焦的最短時(shí)間，所對(duì)應(yīng)的透鏡與白紙間距即為焦距；
（3）平行光線經(jīng)過凸透鏡折射后可會(huì)聚在焦點(diǎn)，此時(shí)成一個(gè)最小最亮的光斑，成等大的光斑，光屏可能在焦點(diǎn)前后位置．
（三）（1）要使像成在光屏中央，應(yīng)該調(diào)節(jié)三者中心在同一高度；
（2）當(dāng)物距小于像距成實(shí)像時(shí)，應(yīng)成倒立放大的實(shí)像；根據(jù)通過光心的光線方向不改變，確定光屏的移動(dòng)方向；
（3）當(dāng)物距大于像距成實(shí)像時(shí)，應(yīng)該成倒立縮小實(shí)像；
（4）對(duì)比（2）（3）成像條件，結(jié)合燭焰和光屏之間距離不變，分析解答．
（四）（1）凹透鏡對(duì)光線有發(fā)散作用，能使光線的會(huì)聚點(diǎn)推遲延后；
（2）近視眼是遠(yuǎn)處物體的像成在視網(wǎng)膜的前方，需佩戴凹透鏡．
（五）一次實(shí)驗(yàn)不具備代表性，應(yīng)采取同樣的實(shí)驗(yàn)方案多做幾次，才能保證結(jié)論的正確．

解答 解：（一）探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量物距和像距，還要用到刻度尺．
（二）（1）三棱鏡相當(dāng)于一部分凸透鏡，不同顏色的光的折射本領(lǐng)不同，所以經(jīng)三棱鏡后的偏折程度不同．故用紅光和紫光平行于同一個(gè)凸透鏡的主光軸射入，紅光、紫光對(duì)凸透鏡的焦距不相同．紅色光對(duì)凸透鏡的焦距大，紫光偏折程度大，其焦距較短．
（2）由圖乙可知，當(dāng)透鏡與白紙間距S=12cm時(shí)，白紙被烤焦的時(shí)間t=4min，所用的時(shí)間最短，
說明太陽光經(jīng)過凸透鏡會(huì)聚后該點(diǎn)的溫度最高，這個(gè)點(diǎn)就是凸透鏡的焦點(diǎn)，則測(cè)出透鏡與白紙間距即為焦距f=12cm．
（3）將白紙?jiān)龠h(yuǎn)離透鏡一段距離，發(fā)現(xiàn)白紙上又出現(xiàn)了相同大小的光斑，說明開始光屏在焦點(diǎn)前，后一次在焦點(diǎn)后，即l小于f，將發(fā)光的小電燈放在凸透鏡主光軸上離光心距離為l處時(shí)，光線通過凸透鏡后是發(fā)散的，所以將白紙沿主光軸遠(yuǎn)離透鏡過程中，紙上的光斑大小將逐漸變大．
（三）（1）實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)整燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心在同一高度，目的是將像呈現(xiàn)在光屏中央；
（2）如圖1所示，當(dāng)凸透鏡位于光具座上A處時(shí)，恰好在光屏上成清晰的像，由圖可知此時(shí)物距小于像距，即物距在一倍焦距和二倍焦距之間，成倒立放大實(shí)像；由于通過光心的光線方向不改變，則燭焰的像將向上移動(dòng)；
（3）在保持（2）中蠟燭和光屏位置不變的情況下，將凸透鏡向右移到B處（圖中未標(biāo)出），相當(dāng)于增大物距，減小像距，當(dāng)光屏上再次成清晰的像時(shí)，此時(shí)應(yīng)該物距大于二倍焦距，則所成像應(yīng)該為倒立縮小的實(shí)像；
（4）在上述探究活動(dòng)中，若已知蠟燭與光屏間的距離為L(zhǎng)₀，與凸透鏡第一次所在位置A間的距離為L(zhǎng)，成倒立放大實(shí)像條件是f＜U＜2f，如圖2所示，則該透鏡焦距f＜L；當(dāng)凸透鏡移至B位置時(shí)，因?yàn)樵诠鈱紊铣霈F(xiàn)清晰的像，根據(jù)光的可逆性原理，可以假設(shè)蠟燭在光屛位置時(shí)，像應(yīng)成在原蠟燭位置，因此，光屏到透鏡位置B的距離應(yīng)為L(zhǎng)，故透鏡先后兩次所在位置A、B之間的距離s=L₀-2L；
（四）（1）近視鏡是凹透鏡，對(duì)光線起了發(fā)散作用，因此去掉近視鏡后，光屏應(yīng)向靠近透鏡的方向移動(dòng)，或?qū)⑾灎T靠近凸透鏡方向移動(dòng)，才能成清晰的像；
（2）近視眼是遠(yuǎn)處物體的像不能呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜上，而是呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜的前方，如圖丙，因此需佩戴凹透鏡才能看清遠(yuǎn)處的物體，如圖甲，故選B．
（五）一次實(shí)驗(yàn)不具備代表性，應(yīng)采取同樣的實(shí)驗(yàn)方案多做幾次，避免實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的偶然性，才能保證結(jié)論的正確．所以應(yīng)改用焦距不同的凸透鏡，再做幾組實(shí)驗(yàn)．
故答案為：（一） 刻度尺；
（二） （1）紫；（2）12cm；（3）小于；
（三） （1）同一高度；（2）倒立；上；（3）縮小；（4）＜；L₀-2L．
（四）（1）遠(yuǎn)離；（2）B；    
（五）改用焦距不同的凸透鏡，再做幾組實(shí)驗(yàn)．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用、焦距的測(cè)量和圖象的分析能力，解決此題的關(guān)鍵是通過圖象確定凸透鏡的焦距，有一定的難度．