劉長(zhǎng)欣

凸透鏡的成像性質(zhì)會(huì)因物距的不同而多變，當(dāng)物距不同時(shí)，對(duì)應(yīng)的成像性質(zhì)、像距、成像大小及成像規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用等均不相同，因此要掌握“像”的善變，必須理解成“像”的規(guī)律。

在探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)中，可以得到的成像規(guī)律如表1。

表1中設(shè)置了u>2f、f

物體在三個(gè)“區(qū)間”的成像情況及應(yīng)用

表1顯示，物體分別在三個(gè)區(qū)間時(shí)的成像規(guī)律是：（1）u>2f或（u>v）時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像，像距在一倍焦距和二倍焦距之間，應(yīng)用是照相機(jī)，（2）f

例1，讓一個(gè)凸透鏡正對(duì)太陽(yáng)光，在距透鏡5cm處得到一個(gè)最小最亮的光斑，若將一個(gè)物體放在此透鏡前7cm處，經(jīng)這個(gè)凸透鏡所成的像是（ ）。

A.縮小的實(shí)像

B.放大的實(shí)像

C.縮小的虛像

D.放大的虛像

解析：這是一道凸透鏡成像規(guī)律應(yīng)用的基礎(chǔ)題，太陽(yáng)光是平行光，“正對(duì)”的意思是讓太陽(yáng)光平行于凸透鏡的主光軸入射，經(jīng)凸透鏡折射后，會(huì)聚于主光軸上一點(diǎn)，該點(diǎn)即為凸透鏡的焦點(diǎn)，它到透鏡光心的距離就是焦距，由此可知，該凸透鏡的焦距是5cm，物體放在此透鏡前7cm處，說(shuō)明物距在f和2f之間，那么應(yīng)成倒立、放大的實(shí)像，它的應(yīng)用是投影儀。

答案：B

例2，如圖1所示，燭焰在光屏上成清晰的像，下列光學(xué)器材中成像原理與此相同的是（ ）。

A.投影儀

B.照相機(jī)

C.放大鏡

D.近視眼鏡

解析：從圖上明顯看出，物距大于像距，即物體在2f之外，成像在f和2f之間，符合照相機(jī)的工作原理。

答案：B

小結(jié)：凸透鏡成像的三個(gè)區(qū)間考查較多，做這類題目時(shí)應(yīng)跟生活中常見(jiàn)的照相機(jī)（物距大像距小且為實(shí)像）、投影儀（物距小像距大且為實(shí)像）、放大鏡（物距小于焦距且成虛像）三個(gè)光學(xué)元件類比考慮，這樣不僅記得牢固且不容易混淆。

物體在兩個(gè)特殊點(diǎn)的成像情況及應(yīng)用

從探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，我們不難發(fā)現(xiàn)：（1）焦點(diǎn)F實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)，焦點(diǎn)之內(nèi)成虛像，焦點(diǎn)之外成實(shí)像；而2f點(diǎn)是成像大小的分界點(diǎn)，2f之外成縮小的實(shí)像，2f之內(nèi)成放大的實(shí)像，（2）當(dāng)u=2f時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像，像距也為2f，這個(gè)特殊點(diǎn)的應(yīng)用是求透鏡的焦距f，且焦距f=1/2u=1/2v。

例3，某班同學(xué)在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，記錄并繪制了物體到凸透鏡的距離u跟像到凸透鏡的距離v之間關(guān)系的圖象，如圖2所示，下列判斷正確的是（ ）。

A.該凸透鏡的焦距是20cm

B.當(dāng)u=20cm時(shí)，在光屏上能得到一個(gè)縮小的像

C.當(dāng)把光源放在u=10cm處時(shí)，通過(guò)凸透鏡可以得到平行光

D.把物體從距凸透鏡15cm處移動(dòng)到30cm處的過(guò)程中，像逐漸變大

解析：圖中給出了不同物距對(duì)應(yīng)的不同像距，但只有一個(gè)“特殊點(diǎn)”可以給我們有用的信息，即物距u=20cm、像距v=20cm對(duì)應(yīng)的那一點(diǎn)，這時(shí)u=v，成倒立、等大的像，可找到該凸透鏡的焦距f=1/2u=1/2v=10cm，由此突破本題的難點(diǎn)，當(dāng)u=20cm時(shí)，說(shuō)明物體在2f點(diǎn)處，應(yīng)成倒立、等大的實(shí)像，當(dāng)把光源放在u=10cm處時(shí)，光源正好在焦點(diǎn)上。來(lái)自于焦點(diǎn)的光線經(jīng)過(guò)凸透鏡折射后，成平行光射出，所以利用這個(gè)特點(diǎn)可以得到平行光，把物體從距凸透鏡15cm處移動(dòng)到30cm處的過(guò)程中，物體經(jīng)過(guò)了2f點(diǎn)，而此點(diǎn)是成像大小的分界點(diǎn)，由于物距在逐漸變大，所以像應(yīng)逐漸變小。

答案：C

物體位置變化時(shí)的成像情況及應(yīng)用

從凸透鏡成像情況還可以看出：（1）成實(shí)像時(shí)，物距越小，像距越大，像越大；成虛像時(shí)，物距越大，像距越大，像越大，即物體越靠近焦點(diǎn)，像越大（或物像均沿光具座向同一方向移動(dòng)），（2）凸透鏡成實(shí)像時(shí)上下左右都顛倒，在上下方向（垂直于光具座方向），它們的移動(dòng)規(guī)律是：當(dāng)凸透鏡不動(dòng)時(shí)，像的移動(dòng)方向和物體的移動(dòng)方向相反，當(dāng)物體不動(dòng)時(shí)，像的移動(dòng)方向和凸透鏡的移動(dòng)方向相同，（3）如果將凸透鏡遮住一部分，由于折射光線減少。所成像雖然完整，但像的亮度減弱，（4）成實(shí)像時(shí)像、物之間的最小距離是4f。

例4，小王同學(xué)用光具座做凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)時(shí)，蠟燭的像成在了光屏上側(cè)，為了使蠟燭的像能成在光屏中央，以下操作可達(dá)到目的的是（ ）。

A.將凸透鏡往上移

B.將光屏往下移

C.將蠟燭往上移

D.將蠟燭往下移

解析：我們把握一個(gè)原則：過(guò)光心的光線傳播方向不變，根據(jù)這條特殊的光線，我們不難分析出。當(dāng)凸透鏡固定不動(dòng)時(shí)，像的上下移動(dòng)方向和物體的上下移動(dòng)方向相反：當(dāng)物體固定不動(dòng)時(shí)，像的上下移動(dòng)方向和凸透鏡的上下移動(dòng)方向相同，同學(xué)們也可以自己畫(huà)光路圖來(lái)加深理解和記憶，題目中“像成在了光屏上側(cè)”，為使像成在光屏的中央，像需要向下移動(dòng)，根據(jù)“在上下方向，像的移動(dòng)方向和透鏡的移動(dòng)方向相同，和物體的移動(dòng)方向相反”這一規(guī)律，此時(shí)將凸透鏡向下移動(dòng)或者燭焰向上移動(dòng)即可。

答案：C

小結(jié)：解決這類問(wèn)題時(shí)。一定要先判斷像需要向哪個(gè)方向移動(dòng)，然后再根據(jù)題意確定物體或透鏡的移動(dòng)方向，另外，從本題也可以發(fā)現(xiàn)：讓像成在光屏中央，有三種調(diào)節(jié)方法：（1）調(diào)節(jié)光屏；（2）調(diào)節(jié)物體；（3）調(diào)節(jié)凸透鏡，若某一狀態(tài)，光屏上的像偏上，想使像成在光屏中央?？梢宰尮馄料蛏?、物體向上或凸透鏡向下移動(dòng)，畫(huà)圖掌握這樣調(diào)節(jié)的原因，就很容易牢記結(jié)果。

綜合以上的例題我們可以看出，對(duì)凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的考查。只要掌握了它的成像規(guī)律，是完全能夠順利完成題目要求的。

責(zé)任編輯：程哲