測凸透鏡焦距的幾種方法

1、測凸透鏡焦距的幾種方法南師附中樹人學(xué)校 湯金波凸透鏡的成像性質(zhì)較為豐富，在生活中相當(dāng)常見。課標對凸透鏡的要求是：認識凸透鏡的會聚作用。探究并知道凸透鏡成像的規(guī)律。了解凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用，要求較高。無論是會聚作用，還是成像規(guī)律，都跟凸透鏡的焦距有關(guān)。并且不同的凸透鏡焦距一般不同，同一個凸透鏡，焦距一般不變，焦距是凸透鏡本身的性質(zhì)。所以，測量凸透鏡的焦距就是一個學(xué)習(xí)重點?；局R：凸透鏡的幾個術(shù)語：（1）光心（O）：凸透鏡的中心（2）主光軸：通過廣心且垂直于透鏡表面的直線稱為主光軸（3）焦點（F）：凸透鏡能使平行于主光軸的光會聚于一點，這個點叫作焦點（4）焦距（f）：焦點到光心的距離叫作焦距基本

2、技能：1.根據(jù)焦點、焦距定義，利用太陽光測焦距例1如圖所示是探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實驗裝置：讓凸透鏡正對著太陽，得到圖甲所示的光路圖，可知凸透鏡對光線有 作用，其焦距為 cm。解析 因為凸透鏡對光線有會聚作用，所以，將凸透鏡正對著太陽光，在背后放一張白紙（光屏），調(diào)整光屏的位置，直到白紙上會出現(xiàn)一個最亮、最小的光斑，測出凸透鏡到白紙上光斑的距離，即為焦距。利用刻度尺測量長度時，為了讓結(jié)果更精確，需要估讀。答案 會聚 11.00cm2.根據(jù)成像特點，利用較遠處物體成像，粗略得出焦距例2如果不利用太陽，利用遠處的物體成像，也可以粗略得出焦距。當(dāng)u»10f時，物體所成像的位置近似在焦點處

3、，像距近似等于焦距3.根據(jù)成像規(guī)律u=2f時成倒立等大實像，利用光具座測量例3某同學(xué)用蠟燭、凸透鏡和光屏做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗，裝置如圖所示0102030405060708090100cm實驗過程中，當(dāng)燭焰距凸透鏡20cm時，移動光屏至某一位置，能在光屏上得到一個等大清晰的像，則該凸透鏡的焦距是 cm解析 根據(jù)成像規(guī)律，實驗中既然觀察到光屏上出現(xiàn)等大清晰的像，可以得出u=2f，由題可知u=20cm，所以f=10cm.提示：為了更準確地判斷出等大清晰的像，實驗中光源應(yīng)用規(guī)則排列的發(fā)光二極管，光屏用同樣的規(guī)則排列的方格。答案 10cm4.根據(jù)光路可逆，利用光具座測量焦距例4如圖實驗中，如果

4、左右移動光屏，發(fā)現(xiàn)光屏上總是有一個圓形光斑，并且光斑的大小不變，則可以得出結(jié)論 。解析 左右移動光屏?xí)r，光屏上只有一個圓形光斑，并且光斑的大小不變，說明經(jīng)過凸透鏡傳播到光屏上的光是平行光，只有光源在焦點處時，光源發(fā)出的光經(jīng)過凸透鏡，才能形成平行光，原理是光路可逆。所以，此時，光源到凸透鏡的距離就是焦距。答案 凸透鏡的焦距為15cm基本方法：圖像法在探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中，需要收集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)或由數(shù)據(jù)繪制成的圖像，可以收集信息，得到凸透鏡焦距的大小。例5某班同學(xué)在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，記錄并繪制了像到凸透鏡的距離v跟物體到凸透鏡的距離u之間關(guān)系的圖像，如圖所示，下列判斷正確的是A

5、該凸透鏡的焦距是16cmB當(dāng)u=12cm時，在光屏上能得到一個縮小的像C當(dāng)u=20cm時成放大的像投影儀就是根據(jù)這一原理制成的D把物體從距凸透鏡12cm處移動到24cm處的過程中，像逐漸變小解析 圖像題的關(guān)鍵是從圖像中收集有效信息解決問題。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)物距u= v時，凸透鏡成倒立等大實像，此時u=2f，由圖像可知：當(dāng)u=16 cm時，存在u= v，則此時u=2f，即f=8cm。答案 D例6小明有光具座上探究凸透鏡成像的規(guī)律。他將點燃的蠟燭、凸透鏡、分別固定在光具座上，再移動光屏，可在光屏上得到一個清晰的蠟燭的像，各元件位置如圖所示。則所用凸透鏡的焦距可能為0c m5010090807

6、06040302010A9cm B12cm C15cm D18cm解析 光屏上出現(xiàn)像時，可以根據(jù)物距和像距的大小關(guān)系判斷像是放大還是縮小，因為物距大于像距，所以，成縮小的像，可以得出結(jié)論：u2f，根據(jù)圖像可以讀出物距是30 cm，所以f15 cm，同時，像距fv2f，根據(jù)圖像可讀出像距是20 cm，得到,10 cmf15 cm。答案 B學(xué)即用，練一練：（2015宜賓）小雷對凸透鏡焦距與制成凸透鏡的材料種類、凸透鏡凸起程度的關(guān)系進行了探究實驗：（1）他第一次測量焦距的實驗如圖甲所示，則測得的焦距為cm。（2）由1、2次的實驗可得出的結(jié)論是：（3）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、

7、橙、黃、綠、藍、靛、紫的色帶（如圖乙），受此啟發(fā)，于是他分別用紅光和藍光來進行圖甲的實驗，結(jié)論是：對同一凸透鏡，光入射時焦距小些。（4）探究完成后，小雷和其他同學(xué)用焦距為8.0cm的凸透鏡和蠟燭進行成像實驗從各組匯報數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物距均為16.0cm時，有兩個小組所測像距分別為19.0cm、13.0cm，與理論像距16.0cm相比偏差較大。若不是因為長度測量方法錯誤和測量誤差導(dǎo)致的，請分析出現(xiàn)這種情況的原因：次數(shù)123材料玻璃玻璃水晶凸起程度較小較大較大焦距/cm8.04.0（2015大連）根據(jù)人眼視物的原理，某同學(xué)想探究“凸透鏡的焦距與厚度的關(guān)系”，他猜想凸透鏡的焦距還與凸透鏡的材料和口徑有

8、關(guān)。他自制了一個口徑不變的“水凸透鏡”，通過注射器向“水凸透鏡”中注水或向外抽水，改變“水凸透鏡”的厚度。實驗裝置如圖所示。平行光源（1）將平行光源、“水凸透鏡”和光屏放在光具座上，調(diào)整平行光源、“水凸透鏡”、光屏的中心大致在同一上。（2）實驗中，“水凸透鏡”的厚度變化不宜過大，且厚度無法測量，可以通過注射器內(nèi)水的體積間接反映“水凸透鏡”的厚度。畫出記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，表格中要有必要的信息。（3）實驗中，調(diào)整好“水凸透鏡”的厚度，使平行光源發(fā)出平行光，移動光屏找到焦點，測量出“水凸透鏡”的焦距。請具體說明移動光屏找到焦點的實驗操作：。（2015隨州）物理興趣小組想知道某只透鏡的焦距f為多少，做

9、實驗甲，鏡面垂直于陽光，在透鏡下面放上白紙（紙、鏡平行），測出透鏡與白紙間距s/cm與對應(yīng)的白紙被烤焦的時間t/min，繪出圖線乙，可判斷該透鏡的焦距f為；將透鏡及蠟燭、光屏置于光具座上（如圖丙），做成像實驗，記錄每次成實像的物距u，像距v物像間距L（u+v），繪出圖線丁（以f為長度單位），由圖可知，要想成實像，蠟燭與光屏的間距應(yīng)滿足L（用f表示）經(jīng)“百度”發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)中，有一個凸透鏡成像的“新概念”：放大率n=AB/AB=v/u，結(jié)合丙、丁兩圖，可知當(dāng)物距u=1.5f時，n=uc mvLBA BA2f1.5f4f4.5fL（u+v）u（1.5f，4.5f）08461218t/mins/cm甲

10、乙丙丁參考答案：1. 解：（1）焦點到透鏡中心的距離為焦距，刻度尺的分度值為1mm，此時讀數(shù)為10.0cm，即透鏡焦距為f=10.0cm；（2）由圖甲可知，第一次測得凸透鏡的焦距為10cm；根據(jù)表中1、2次的實驗屬于可知，材料和橫截面積相同的凸透鏡，凸面程度越大其焦距越??；（3）用紅光和紫光平行于同一個凸透鏡的主光軸射入，紅光、紫光對凸透鏡的焦距不相同紅色光較紫色光偏折能力弱，所以紅色光對凸透鏡的焦距大；紫光入射時焦距小些（4）同一凸透鏡，物距一定，像距一定，小組實驗的像距不同，是因為光屏上還沒有出現(xiàn)清晰的像就測像距故答案為：（1）10；（2）材料和橫截面積相同的凸透鏡，凸面程度越大

11、其焦距越??；（3）紫；（4）光屏上還沒有出現(xiàn)清晰的像時就測出了像距2.（1）高度，（2）如下表次數(shù)凸透鏡口徑凸透鏡材料注射器內(nèi)水的體積/ml凸透鏡厚度凸透鏡焦距/cm1相同水23（3）將光屏從離凸透鏡較近的地方，沿著光具座，向遠離凸透鏡的方向移動，觀察光屏上光斑，直到這個光斑最小最亮，然后停止移動。3.解：（1）由圖乙可知，當(dāng)透鏡與白紙間距S=12cm時，白紙被烤焦的時間t=4min，所用的時間最短，說明太陽光經(jīng)過凸透鏡會聚后該點的溫度最高，這個點就是凸透鏡的焦點，則測出透鏡與白紙間距即為焦距f=12cm（2）根據(jù)凸透鏡的成實像時滿足uf，由圖丁可知，隨著物距u的增大，物像間距L先減小后增大，當(dāng)物距u=2f時，物像間距L最小為4f，因此，要想成實像，蠟燭與光屏的間距應(yīng)滿足L4f（3）由圖丁可知