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        突破凸透鏡成像規(guī)律實驗

        2023-12-18 10:44:53季小亭顧全李愛華
        關(guān)鍵詞:燭焰物距光屏

        季小亭 顧全 李愛華

        [實驗要點]

        1.實驗過程中要注意:

        (1)點燃蠟燭后,將燭焰焰心、光屏中心調(diào)至凸透鏡的主光軸上。為方便操作,我們常將蠟燭、透鏡、光屏靠攏在一起調(diào)節(jié)。

        (2)所成的像是實像還是虛像取決于物距,為了方便操作通常固定凸透鏡,通過移動蠟燭和光屏找像。

        (3)前后移動光屏,當(dāng)光屏上出現(xiàn)清晰的像時,光屏的位置就是像的位置。

        2.? 凸透鏡成像規(guī)律及應(yīng)用要牢記:

        3. 實驗中的問題要反思:

        (1)實驗過程中,蠟燭會越燒越短,像便會逐漸上移,不便觀察。為了使像回到光屏中央,我們可以將蠟燭上移,或者將透鏡下移,或者將光屏上移。

        (2)辨別燭焰的像的左右:輕輕地向左或向右吹動燭焰,看像偏移的情況。

        (3)為了解決以上兩個蠟燭的短板問題,我們可用F光源代替蠟燭,其優(yōu)點是:光源穩(wěn)定、便于辨別左右、比使用蠟燭更環(huán)保。

        (4)像的亮暗取決于光照強度。當(dāng)光源、透鏡直徑一定時,透過的光也是一定的,像越小,則像越亮;像越大,則像越暗。同理,當(dāng)透鏡被遮住一部分,或者透鏡面積變小時,透過的光變少,會導(dǎo)致像變暗。

        (5)在實驗過程中,在蠟燭這一側(cè)觀察時,會看到正立或倒立的像。這是部分光反射回來成的像。正立的像是凸透鏡前表面(凸面)成的像,而倒立的像是凸透鏡后表面(凹面)成的像。

        [實驗拓展]

        變焦問題:變焦即透鏡的焦距變化,眼睛能看清不同距離的物體的實質(zhì),以及生活中使用調(diào)焦相機,都是凸透鏡的焦距發(fā)生改變。

        (1)當(dāng)物距一定時,凸透鏡的焦距越大,像距越大,像越大;凸透鏡的焦距越小,像距越小,像越小。調(diào)焦相機便應(yīng)用這一原理調(diào)焦,拍出大小不同的照片。

        (2)當(dāng)像距一定時,物距越大,凸透鏡的焦距越大;物距越小,凸透鏡的焦距越小。人眼能看清遠(yuǎn)近不同的物體,便應(yīng)用這一原理。眼睛的結(jié)構(gòu)決定了視網(wǎng)膜到晶狀體的距離不變,即像距不變。所以當(dāng)我們看近處物體時,晶狀體焦距變??;看遠(yuǎn)處物體時,晶狀體焦距變大,使物體射來的光會聚在視網(wǎng)膜上,眼睛就能看清物體。

        (3)當(dāng)人眼出現(xiàn)視力缺陷時,便是晶狀體的調(diào)焦能力出現(xiàn)了問題。看遠(yuǎn)處物體時,近視眼的晶狀體焦距不能變得足夠大,所以像距變小,像變小,物體射來的光會聚在視網(wǎng)膜前方。要想使來自物體的光恰好會聚在視網(wǎng)膜上,可以利用凹透鏡能使光發(fā)散的特點,在眼睛前放一個合適的凹透鏡,這便是近視眼的視力矯正。反之,則是遠(yuǎn)視眼的原理與矯正。

        [能力提升]

        例1 (2023·黑龍江·大慶)某實驗小組進(jìn)行探究凸透鏡成像的實驗,操作如下。

        (1)實驗前,調(diào)整燭焰和光屏的中心與凸透鏡的光心在同一高度。正確測出凸透鏡的焦距f,當(dāng)物距 u < f 時,燭焰成正立、放大的虛像;當(dāng) u = f 時, ____________(填“能”或“不能”)觀察到燭焰的像;當(dāng) u > f 時,燭焰成 ____________(填“正立的實像”“正立的虛像”“倒立的實像”或“倒立的虛像”)。同學(xué)們分析得出:像的虛實是由____________大小關(guān)系決定。

        (2)當(dāng)蠟燭、凸透鏡和光屏處于圖1所示位置時,恰好在光屏上成清晰的像,此時光屏上所成像的特點與____________(填“照相機”“放大鏡”或“投影儀”)原理相同。

        (3)若僅將圖1中凸透鏡換成焦距相同、直徑較小的凸透鏡,光屏上所成的像與原來相比____________(填“變小”“變暗”或“變不完整”)了。

        (4)若僅將圖1中凸透鏡換成直徑大小相同、焦距稍小的凸透鏡,則需將光屏? ? ?____________(填“向左”或“向右”)移動才能成清晰的像。

        (5)如圖2所示,凸透鏡的焦距為10 cm,保持光屏位置不變,讓蠟燭和凸透鏡分別以4 cm/s 和2 cm/s 的速度同時沿光具座勻速向左運動,經(jīng)過2.5 s,光屏上成清晰? ? ____________(填“放大”“等大”或“縮小”)的像。

        答案:(1)不能? ?倒立的實像? ?物距和焦距? ?(2)投影儀? ?(3)變暗? ?(4)向左? ?(5)等大

        [綜合實踐]

        例2 小宋進(jìn)入實驗室準(zhǔn)備探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗時,恰好看到窗戶通過凸透鏡在光屏上所成的清晰的像,如圖3所示,此時凸透鏡和光屏分別在光具座的50 cm、61 cm刻度線處,如圖4所示。

        (1)圖3光屏上窗戶的像是倒立、 ____________的實像,生活中____________ 就是應(yīng)用這一成像原理工作的。如果實驗室只有焦距為“10 cm”和“20 cm”兩種規(guī)格的凸透鏡,根據(jù)他觀察到的現(xiàn)象,可知光具座上凸透鏡的焦距為____________ cm。

        (2)把點燃的蠟燭放在光具座的20 cm刻度線處,凸透鏡、光屏保持如圖4所示的位置不變,調(diào)整燭焰焰心和光屏中心至凸透鏡的____________??梢赃m當(dāng)?shù)叵?/p>

        (填“左”或“右”)移動光屏,使光屏上得到燭焰清晰的像。

        (3)如圖5所示,當(dāng)凸透鏡位于光具座上A處時,恰好在光屏上成____________(填“正立”或“倒立”)清晰的像。在保持圖5中蠟燭和光屏位置不變的情況下,將凸透鏡向右移動到B處(圖中未標(biāo)出),光屏上再次成清晰的像。若已知蠟燭與光屏間的距離為L0,蠟燭與凸透鏡第一次所在位置A間的距離為L,如圖5。則該透鏡焦距f ____________L(填“>”“<”或“=”),透鏡先后兩次所在位置A、B之間的距離s = ____________(用L0、L表示)。

        (4)圖6是小明用透明橡皮膜制作的一個水透鏡,利用注射器向水透鏡內(nèi)注水或往外抽水來改變水透鏡的焦距模擬人眼的晶狀體,進(jìn)行眼睛視物原理的探究。

        ①要想模擬正常人眼睛的成像情況,需要把圖中的蠟燭向____________(填“左”或“右”,下同)移動,再向____________ 移動光屏得到清晰的像。

        ②保持水透鏡、燭焰和光屏位置不變的情況下,向水透鏡內(nèi)注水,發(fā)現(xiàn)光屏上的像變模糊。向____________移動光屏,再次出現(xiàn)清晰的像,這是在探究____________眼的成因。若不移動光屏,要在光屏上得到清晰的像,也可以在蠟燭和水透鏡之間加一個焦距合適的____________透鏡。

        答案:(1) 縮小 照相機 10 (2)主光軸上 右 (3)倒立 < L0 - 2L ? ? ?(4) ①左 左 ②左 近視 凹

        (作者單位:江蘇省阜寧縣明達(dá)初級中學(xué))

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