探究凸透鏡成像的規(guī)律

袁利英

探究凸透鏡成像的規(guī)律是光學(xué)的必考內(nèi)容，由于本實(shí)驗(yàn)中物體距凸透鏡的距離不同，成像在不斷變化，且儀器種類較多，同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)及解題過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的幾率較大，因此必須多練習(xí)，認(rèn)真思考，注意總結(jié)規(guī)律，才能取得較好的成績(jī)。

例1，根據(jù)照相機(jī)、投影儀、放大鏡所成像的特點(diǎn)，小明和小華利用蠟燭、火柴、凸透鏡、光屏、光具座等實(shí)驗(yàn)器材，做了探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。

1.根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，請(qǐng)你提出一個(gè)適合探究的問(wèn)題：____。

解析：本實(shí)驗(yàn)探究的主題是凸透鏡成像的規(guī)律，所以，可以提出：凸透鏡成像有什么規(guī)律（特點(diǎn)）？主要從照相機(jī)、投影儀、放大鏡所成像的特點(diǎn)論述，如從物距的變化，觀察像的虛實(shí)、大小、正倒變化等。

2.根據(jù)照相機(jī)、投影儀、放大鏡所成像的特點(diǎn)，請(qǐng)你提出幾個(gè)關(guān)于凸透鏡成像的猜想。

解析：通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)，可以提出猜想：照相機(jī)能使物體成縮小的像，照相時(shí)物體離照相機(jī)較遠(yuǎn)，因此，當(dāng)物體離凸透鏡較遠(yuǎn)時(shí)，可能成縮小的像；投影儀能使物體成放大的像，成像時(shí)物體離投影儀較近，因此，當(dāng)物體離凸透鏡較近時(shí)，可能成放大的像；放大鏡成的像也是放大的，跟投影儀成的像卻不同，猜想正確與否，可以通過(guò)后面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3.實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明利用一未知焦距的凸透鏡探究透鏡的成像規(guī)律，進(jìn)行了如下操作，并得到了相關(guān)結(jié)論，請(qǐng)你將探究部分補(bǔ)充完整。

（1）將一束平行光射向凸透鏡，光路圖如圖1，則該透鏡的焦距為_(kāi)___cm。

（2）小明將蠟燭、凸透鏡和光屏放在光具座上，使蠟燭和光屏位于凸透鏡兩側(cè)，如圖2，并使?fàn)T焰、透鏡和光屏的中心大致在____，目的是____。

（3）開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，將蠟燭放在離凸透鏡的距離盡量____（填“遠(yuǎn)”或“近”）的位置，并點(diǎn)燃蠟燭。

解析：實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要考慮儀器和實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)方案要可行，觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要能驗(yàn)證猜想是否正確，（1）進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)前必須要知道測(cè)量凸透鏡焦距的方法，否則實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將無(wú)法總結(jié)出規(guī)律，（2）蠟燭、透鏡和光屏三者的放置是一個(gè)細(xì)節(jié)，如果放置不當(dāng)將影響像的位置，有可能觀察不到像，（3）為使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，可先將蠟燭放在離凸透鏡較遠(yuǎn)的位置，逐漸將蠟燭靠近凸透鏡，觀察光屏上像的變化。

4.小明和小華的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

（1）移動(dòng)蠟燭，然后移動(dòng)光屏得到清晰的像，

在光屏上找到一個(gè)和照相機(jī)成的像相同的像；

在光屏上找到一個(gè)和投影儀成的像相同的像；

移動(dòng)蠟燭觀察凸透鏡作為放大鏡所成的像，

（2）隨著物距的變化，像距也有所變化，成實(shí)像時(shí)，物距減小，像距____，像也____。

解析：實(shí)驗(yàn)步驟合理與否決定實(shí)驗(yàn)的可信度，本實(shí)驗(yàn)要注意透鏡焦距的大小，在實(shí)驗(yàn)中，整體比較物距變化帶來(lái)的像距變化，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在表1中，由表1可知，成實(shí)像時(shí)，隨著物距減小，像距逐漸增大，像也逐漸增大。

5.在實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)下列現(xiàn)象，請(qǐng)你思考分析并解釋原因。

（1）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，小明無(wú)論如何移動(dòng)光屏均找不到像，原因是____。

（2）實(shí)驗(yàn)中，他們和別的組的物距一樣，但像距不一樣，原因是他們找到的像不是____的像。

（3）物距“可時(shí)，光屏上一片光亮，____（填“是”或“不是”）成的像。

解析：（1）本實(shí)驗(yàn)中，如果最初沒(méi)有將燭焰、透鏡、光屏中心調(diào)整在同一高度，則可能找不到像，或看到不完整的像，或看到像偏上、偏下，（2）實(shí)驗(yàn)中，在物距相同的情況下，所得的像距也應(yīng)該是相同的，如果他們和別的組的物距一樣，但所測(cè)像距不同，則他們找到的像一定不是最清晰的像，（3）物距u=f時(shí)，物體放在了凸透鏡的焦點(diǎn)上，此時(shí)光線通過(guò)凸透鏡平行射出，則在光屏上得到的是一個(gè)與凸透鏡大小相同的圓形光斑，不是成像。

6.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，小明和小華總結(jié)出凸透鏡成像的規(guī)律是____。

解析：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求每個(gè)現(xiàn)象至少做兩組數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出必須有數(shù)據(jù)的支撐，當(dāng)u>2f時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像；當(dāng)u=2f時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像：當(dāng)f

7.實(shí)驗(yàn)反思時(shí)，同學(xué)們提出如下問(wèn)題，請(qǐng)你給出

答案：

（1）在做凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)時(shí)，將手指放在凸透鏡上，擋住部分凸透鏡，光屏上會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

（2）用照相機(jī)照相時(shí)，如果有一個(gè)小泥點(diǎn)在鏡頭上，照片上能看到嗎？

解析：（1）用手指擋住部分凸透鏡，蠟燭、凸透鏡和光屏所在的位置均沒(méi)有變化，只是透過(guò)凸透鏡的光減少，不會(huì)影響成像的性質(zhì)，只是所成的像會(huì)暗一些，（2）用照相機(jī)照相時(shí)，如果有一個(gè)小泥點(diǎn)在鏡頭上，小泥點(diǎn)所起的作用只是擋住了一些光線，而小泥點(diǎn)的形狀在照片上是不能看到的。

責(zé)任編輯：程哲