□管余
縱覽成像實驗領悟探究要點
□管余
探究凸透鏡的成像規(guī)律是初中物理中一個很重要的實驗,也是中考??嫉奶骄啃蛯嶒炛?該實驗探究的過程、光路圖以及成像作圖、實際應用等問題,是凸透鏡知識板塊的幾個熱點問題.通過該實驗,我們要掌握的不僅僅是這些光學知識,更重要的是能從中感悟到實驗探究的樂趣與方法,為后續(xù)的探究學習奠定基礎.
例1(2015·福州)小華在探究凸透鏡成像的規(guī)律中:
(1)他將凸透鏡正對著太陽,使之在光屏上形成最小、最亮的光斑,如圖1所示,則該透鏡的焦距為_________cm.
(2)為使像成在光屏中央,應將燭焰、凸透鏡和光屏三者中心調節(jié)到同一________;將蠟燭放在焦點以外時,都可以在光屏上成________像(選填“實”或“虛”).
(3)利用該透鏡可制作_________眼鏡(選填“遠視”或“近視”).
圖1
解析:(1)由圖可知,平行光射到凸透鏡上,會聚到主光軸上的一點即為透鏡的焦點,故該透鏡的焦距為11.5cm.(2)為使像成在光屏中央,應將燭焰、凸透鏡和光屏三者中心調節(jié)到同一高度;“一倍焦距內外分虛實”,將蠟燭放在焦點以外時,都可以在光屏上成實像.(3)利用凸透鏡的會聚作用可制作遠視眼鏡.
答案:(1)11.5(2)高度;實(3)遠視
點撥:測量凸透鏡焦距通常有三種方法:一是讓太陽光正對凸透鏡照射,在凸透鏡另一側移動光屏,直到光屏上出現(xiàn)最亮最小的光斑,測出光斑到凸透鏡的距離就是凸透鏡的焦距;二是讓較遠處的物體通過凸透鏡成像在光屏上,測出像到凸透鏡距離可近似看成凸透鏡焦距;三是讓物體通過凸透鏡成等大的實像,凸透鏡焦距大小等于物體到透鏡距離的一半.
實驗中器材擺放的要求是將蠟燭、凸透鏡和光屏放在光具座上,凸透鏡在蠟燭與光屏之間,并調整燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心,使它們在同一高度上,凸透鏡中截面與光屏所在平面要平行,且與光具座垂直.
例2(2015·德州)在探究“凸透鏡成像規(guī)律“的實驗中:
圖2
(1)實驗裝置正確安裝并調節(jié)后,小芳同學某次實驗情景如圖2所示.此時她在光屏上看到了燭焰清晰的像.生活中的_________就是利用這一原理制成的.
(2)實驗過程中,如果用不透明的硬紙板擋住凸透鏡的上半部分,則光屏上的像().
A.只出現(xiàn)燭焰像的上半部分
B.只出現(xiàn)燭焰像的下半部分
C.出現(xiàn)燭焰完整的像,但像更小了
D.像仍然是完整的,且大小不變,只是變暗了
(3)如果保持蠟燭和凸透鏡的位置不變,把光屏向右移一小段距離后,要想在光屏上再次得到清晰的像,可在蠟燭與凸透鏡之間放一個____________(選填“近視眼鏡”或“遠視眼鏡”).
(4)實驗過程中,燃燒的蠟燭在不斷縮短,導致光屏上的像向上移動,為了使燭焰的像能成在光屏中央,在不更換實驗器材的情況下,請寫出一種可行的方法____________.
解析:(1)由圖可知,像距小于物距,此時成倒立縮小的實像,照相機是根據(jù)這個原理制成的.(2)用不透明的硬紙板擋住透鏡上半部分,透過透鏡的光線減少,透鏡的下半部分仍有折射光線成像,所以光屏上所成的像是完整的,大小不變,但亮度變暗,故D正確.(3)近視眼鏡屬于凹透鏡,遠視眼鏡屬于凸透鏡,把光屏向右移動一小段距離,要想在光屏上再次得到淸晰的像,應使像向右移動,需要在凸透鏡和蠟燭之間放置一個凹透鏡使光線適當?shù)匕l(fā)散,故選用近視眼鏡.(4)蠟燭在燃燒中不斷縮短,燭焰向下移動,在光屏上所成的像向上移動,要使像能夠成在光屏中央,可向上移動光屏,或向上移動蠟燭或向下移動凸透鏡.
答案:(1)照相機(攝像機等合理即可)(2)D(3)近視眼鏡(4)將蠟燭向上調節(jié)(將凸透鏡向下調節(jié)或將光屏向上調節(jié),答出一種即可)
點撥:該實驗中常見的故障原因及處理辦法包括:
(1)在探究凸透鏡成像實驗過程中,隨著蠟燭的不斷燃燒,燭焰向下移.因此將光屏向上移或將凸透鏡向下移,像方能成在光屏中央.
(2)用遮光紙擋住凸透鏡的一部分,在光屏上仍然能出現(xiàn)完整的像,只不過像變暗了些.
(3)在實驗中,無論怎樣移動光屏,光屏上總出現(xiàn)不了燭焰的像,造成該現(xiàn)象的原因可能是物距小于或等于凸透鏡焦距,也可能是燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心不在同一高度的直線上.
(4)實驗中無論怎樣移動光屏,光屏上總出現(xiàn)一個與凸透鏡直徑大小相等的光斑.造成這現(xiàn)象的原因是燭焰位于凸透鏡的焦點上造成的.
(5)實驗中蠟燭可以用發(fā)光二極管代替,其目的是讓所成的像穩(wěn)定并容易對比大小.
(6)凸透鏡成實像時,若物距變大,則像距變小且像變小,因此為了在光屏上再次呈現(xiàn)清晰的像,當物距增大時光屏應向靠近凸透鏡方向移動適當?shù)木嚯x.
例3(2015·廣東)用焦距為10cm的凸透鏡做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗,如圖3所示(凸透鏡的位置固定不動):
(1)為了便于觀察實驗現(xiàn)象,實驗環(huán)境應該____________(選填“較亮”或“較暗”)一些,此實驗過程中蠟燭燃燒后逐漸變短,則光屏上燭焰的像將逐漸向____________移動.
(2)記錄實驗數(shù)據(jù)如下表,請將所缺的實驗數(shù)據(jù)和像的性質補充完整.
實序1234驗號物u321 / 6 c距005 m②像v/ 12無c距50 m①倒倒正立立立像、、、等放放的大大大性的的的質實實虛像像像
請根據(jù)實驗序號4的成像規(guī)律,寫出在生活中的一個應用:③____________.
(3)若已在光屏上成清晰的像,此時用遮光布遮住凸透鏡的下半部分,則所成的燭焰的像為______(選填“不完整的像”“亮度相同的完整像”或“亮度稍暗的完整像”).
(4)曉紅在早上9∶00利用太陽光進行觀察凸透鏡焦點的活動,她將凸透鏡與水平地面平行放置,調節(jié)凸透鏡到地面的距離,直至地面上出現(xiàn)一個最小的亮點,她認為此點就是凸透鏡的焦點.你認為該活動過程存在的問題是:____________.
解析:(1)為使實驗現(xiàn)象更加明顯,實驗環(huán)境應相對較暗,這樣成的蠟燭的像更加清晰.由于成的實像是倒立的,隨著蠟燭越燒越短,光屏上燭焰的像就應該向上移動.
(2)實驗序號1中,物距大于2倍焦距,凸透鏡成倒立、縮小的實像;由實驗序號1可知,當物距等于30cm時,像距等于15cm,由于光在折射時光路是可逆的,所以當物距等于15cm時,像距等于30cm;實驗序號4中,物距小于焦距時,凸透鏡成正立的放大的虛像,這是放大鏡應用的原理.
(3)同前面例2(2).
(4)只有平行于凸透鏡主光軸的光才會會聚于焦點,所以要利用太陽光測量凸透鏡的焦距,應該讓凸透鏡正對太陽光.而在早上9∶00太陽光是不會垂直于水平面的,所以曉紅測量過程中存在的問題是:凸透鏡沒有正對著太陽光.
答案:(1)較暗;上(2)①倒立、縮小的實像;②30;③放大鏡(3)亮度稍暗的完整像(4)凸透鏡沒有正對著太陽光
點撥:探究凸透鏡的成像規(guī)律除了找到不同性質的像的成像條件外,還要能縱觀整個成像過程發(fā)現(xiàn)某些動態(tài)的規(guī)律.比如:成實像時,物距增大,像距減小,像變小.
“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,同學們對于探究實驗必須“親力親為”.解答探究性實驗題的關鍵是:緊扣實驗方案、實驗步驟,結合實踐經驗和親身體驗,利用比較、分類、歸納、概括等方法對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行加工與整理,再通過分析、判斷、推理得出結論.