實(shí)驗(yàn)09 探究凸透鏡成像的規(guī)律（解析版）

實(shí)驗(yàn)09探究凸透鏡成像的規(guī)律1．【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹客ㄟ^探究實(shí)驗(yàn)，得出凸透鏡成像的規(guī)律。2．【實(shí)驗(yàn)器材】（1）光具座、蠟燭、透鏡、光屏、火柴等。（2）主要器材作用：A、光具座：上面有刻度尺，可以清楚測量物距、像距等。B、光屏：可以驗(yàn)證像的虛實(shí)。3.【實(shí)驗(yàn)裝置圖】4.【實(shí)驗(yàn)步驟】（1）設(shè)法獲取凸透鏡的焦距。（2）在光具座上依次放置蠟燭、透鏡、光屏。（3）點(diǎn)燃蠟燭，調(diào)整凸透鏡、光屏高度，使它們的中心在同一高度。（4）讓燭焰通過凸透鏡成放大實(shí)像，記下此時(shí)的物距、像距。（5）分別讓燭焰通過凸透鏡成等大實(shí)像、縮小實(shí)像、放大虛像，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作。5.【實(shí)驗(yàn)表格】實(shí)驗(yàn)序號(hào)物距u/cm像距v/cm像的性質(zhì)12346．【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】（1）靜態(tài)規(guī)律：物距u變化像的性質(zhì)像距v變化應(yīng)用倒正大小實(shí)虛u>2f逐漸減小倒立縮小實(shí)像2f>v>f逐漸增大照相機(jī)u=2f倒立等大實(shí)像v=2f測焦距2f>u>f倒立放大實(shí)像v>2f投影儀u=f不成像平行光u<f正立放大虛像放大鏡（2）動(dòng)態(tài)規(guī)律：A.成實(shí)像時(shí)，物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變小。B.成虛像時(shí)，物近像近像變小，物遠(yuǎn)像遠(yuǎn)像變大。1、實(shí)驗(yàn)前調(diào)整燭焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度目的：使像成在光屏的中央。2、實(shí)驗(yàn)在較暗的環(huán)境下進(jìn)行：使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。3、蠟燭燃燒變短，光屏上的像會(huì)向上移動(dòng)，為了使像仍在光屏中央，可采取：（1）向上移動(dòng)蠟燭。（2）向上移動(dòng)光屏。（3）向下移動(dòng)凸透鏡。4、實(shí)驗(yàn)中，如果光屏上找不到像，原因可能是：（1）燭焰、凸透鏡和光屏的中心沒有在同一高度。（2）物距小于或等于一倍焦距，不成實(shí)像。（3）物距太小，像距太大，超過了光具座的范圍。5、成清晰實(shí)像時(shí)，蠟燭與光屏位置互換，仍能成清晰的像：因?yàn)檎凵涔饴房赡妗?、用紙板遮住透鏡部分或凸透鏡部分破損缺失：光屏上仍能成完整的像，不過像變暗。成實(shí)像時(shí)，保持蠟燭、透鏡位置不變，撤去光屏，仍能成像：因?yàn)閷?shí)像是由實(shí)際光線會(huì)聚形成的，與有無光屏沒有關(guān)系。8、實(shí)驗(yàn)中，常用發(fā)光F形光源代替蠟燭：這樣做成像穩(wěn)定，容易對(duì)比像與物的倒正及左右關(guān)系?！镜淅?】小明同學(xué)將點(diǎn)燃的蠟燭、凸透鏡和光屏放在如圖所示的位置時(shí)，在光屏上觀察到了清晰的像。（1）由圖可以判斷出實(shí)驗(yàn)所用透鏡的焦距為______cm；（2）小明把蠟燭移到光具座的10cm刻度線處，需要把光屏向______適當(dāng)移動(dòng)（選填“左”或“右”），才能在光屏上得到一個(gè)清晰的像，此時(shí)的像將______（選填“變大”、“變小”或“不變”）。【答案】（1）15.0（2）左變小【解析】（1）由圖可知，此時(shí)u=v=2f=30.0cm，燭焰成倒立、等大的實(shí)像，所以（2）把蠟燭移到光具座的10cm刻度線處，此時(shí)物距u=40.0cm>2f，根據(jù)凸透鏡成像特點(diǎn)可知，像距f<v<2f，需要把光屏向左移動(dòng)，才能在光屏上得到一個(gè)倒立、縮小的實(shí)像，即像將變小。【典例2】安安和康康在老師的指導(dǎo)下完成了“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所用凸透鏡的焦距.他們把凸透鏡固定在光具座上50cm刻度線處，調(diào)節(jié)蠟燭的燭焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度.（1）如圖甲所示，若此時(shí)他們想在實(shí)驗(yàn)中能用光屏承接到燭焰的實(shí)像，光屏應(yīng)在________（選填“50~60cm”“60~70cm”或“70~100cm”）范圍內(nèi)移動(dòng).（2）他們保持凸透鏡的位置不變，把蠟燭放在30cm刻度線處，調(diào)整光屏到透鏡的距離，則在光屏上看到了燭焰________（選填“放大”“縮小”或“等大”）、倒立的像.（3）他們想模擬投影儀的成像原理，康康應(yīng)在步驟（2）的基礎(chǔ)上將蠟燭向________（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）凸透鏡的方向移動(dòng)，然后調(diào)節(jié)光屏的位置，使?fàn)T焰在光屏上成清晰的像.（4）他們保持凸透鏡的位置不變，同時(shí)取下光屏，直接用眼睛觀察凸透鏡成像的各種情況.康康移動(dòng)蠟燭使它從零刻度線處逐漸靠近凸透鏡，同時(shí)安安從透鏡的右側(cè)透過透鏡觀察燭焰的像，如圖乙是安安整理并記錄的看到的像的情況，根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)，判斷最先看到的像的編號(hào)是________（選填代表像編號(hào)的數(shù)字）.（5）請(qǐng)?jiān)趫D丙中完成從燭焰發(fā)出的一束光通過透鏡的光路.【答案】：（1）60~70cm等大靠近（4）1（5）如圖所示.【解析】：（1）凸透鏡的焦距：，如題圖，物距：，所以光屏在60~70cm，光屏上出現(xiàn)清晰的像；（2）保持凸透鏡位置不變，把蠟燭放在30cm刻度線處，物距時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像；（3）凸透鏡成像時(shí)，時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像，應(yīng)用于投影儀，所以蠟燭要從30cm刻度線處靠近凸透鏡，使蠟燭在30~40cm刻度線之間移動(dòng)，所以蠟燭靠近凸透鏡；（4）康康移動(dòng)蠟燭使它從零刻度線處逐漸靠近凸透鏡，會(huì)依次經(jīng)過成倒立、縮小的實(shí)像，成倒立、等大的實(shí)像，成倒立、放大的實(shí)像，成正立、放大的虛像，又因?yàn)樘骄客雇哥R成像時(shí)，撤去光屏，眼睛在光屏一側(cè)透過凸透鏡觀察蠟燭，可以看到實(shí)像，也可以看到虛像，所以眼睛依次看到倒立縮小的實(shí)像、倒立等大的實(shí)像、倒立放大的實(shí)像、正立放大的虛像，故選1；（5）光線過焦點(diǎn)，經(jīng)凸透鏡折射后跟主光軸平行?！緦?duì)點(diǎn)1】在“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中：（1）小宇先將蠟燭、光屏安裝在凸透鏡兩側(cè)，然后點(diǎn)燃蠟燭，并調(diào)節(jié)燭焰、凸透鏡、光屏的中心在______；（2）實(shí)驗(yàn)所用凸透鏡焦距，移動(dòng)蠟燭、凸透鏡及光屏位置到如圖所示時(shí)，恰能在光屏上得到一個(gè)清晰、倒立、______的實(shí)像，生活中的______是利用該成像規(guī)律制成的?！敬鸢浮浚?）同一高度（2）縮小照相機(jī)【解析】（1）探究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要調(diào)節(jié)燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度，像才能呈在光屏的中央位置。（2）凸透鏡的焦距是10cm，由圖可知物距為50.0cm-20.0cm=30.0cm，此時(shí)物距大于2倍焦距，成倒立縮小的實(shí)像，照相機(jī)應(yīng)用此原理制成的。【對(duì)點(diǎn)2】小李準(zhǔn)備做“探究凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)”，他發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有P、Q兩塊凸透鏡，已知凸透鏡P的焦距為30cm，小李用如圖甲所示的裝置測出凸透鏡Q的焦距；圖乙是小李組裝好的實(shí)驗(yàn)裝置圖，其中凸透鏡的位置固定不動(dòng)，蠟燭和凸透鏡可以在光具座上左右滑動(dòng)，完成以下問題：(1)為了探究出凸透鏡成實(shí)像時(shí)的完整規(guī)律，小李應(yīng)該選擇凸透鏡________(填字母)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．(2)選擇正確的透鏡之后，小李將蠟燭移動(dòng)至光具座上30cm刻度處，此時(shí)為了得到蠟燭清晰的像，小李需要將光屏移動(dòng)至光具座上________cm刻度處，此時(shí)光屏上呈現(xiàn)的是倒立、________(選填“放大”“縮小”或“等大”)的像．(3)實(shí)驗(yàn)過程中隨著蠟燭不斷燃燒，光具座上像也會(huì)發(fā)生移動(dòng)而偏離中心位置，此時(shí)為了使像重新成到光屏中央，可以將凸透鏡適當(dāng)向________(選填“上”或“下”)移動(dòng)．【答案】：(1)Q(2)70等大(3)下【解析】：(1)由圖甲可知凸透鏡Q的焦距為10.0cm；要完成實(shí)驗(yàn)需保證物距大于2倍焦距、等于2倍焦距和大于一倍焦距小于二倍焦距，若選擇凸透鏡P，則不能完成實(shí)驗(yàn)，所以選擇凸透鏡Q；由圖乙可知此時(shí)物距為20cm，恰好為二倍焦距，所以像距也是20cm，應(yīng)該將光屏放在70cm刻度處，此時(shí)光屏上成的是倒立、等大的實(shí)像；(3)蠟燭燃燒燭焰越來越低，燭焰往下移，所以燭焰的像向上移，要使像回到光屏中央，應(yīng)該把凸透鏡向下調(diào)整．1.（2023江蘇蘇州）在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中。（1）如圖甲，把蠟燭、凸透鏡、光屏依次擺放在光具座上，并將蠟燭燭焰和光屏的中心調(diào)到凸透鏡的主光軸上，目的是使像成在_________；（2）按要求進(jìn)行觀察和測量，并將部分觀測情況記錄在下列表中：實(shí)驗(yàn)序號(hào)物距u/cm像距v/cm像的性質(zhì)16020倒立、縮小、實(shí)像23030倒立、等大、實(shí)像320410①凸透鏡焦距f＝_________cm；②當(dāng)物距u=20cm時(shí)，像距v＝_________cm；③當(dāng)物距u=10cm時(shí)，像的性質(zhì)是_________；（3）如圖乙是航天員王亞平太空授課制作水球時(shí)呈現(xiàn)的情景，假設(shè)她稍向后遠(yuǎn)離水球，則她在球中所成的像將_________（“變大”、“變小”或“不變”）?！敬鸢浮浚?）光屏中央（2）1560正立、放大、虛像（3）變小【解析】（1）將蠟燭燭焰、凸透鏡中心和光屏中央調(diào)到同一高度，目的是使像成在光屏中央。（2）①觀察表格中數(shù)據(jù)，當(dāng)物距為30cm時(shí)，像距也為30cm，可知，此時(shí)蠟燭在2倍焦距處，因此該凸透鏡額焦距f=15cm②觀察表格數(shù)據(jù)，當(dāng)物距為60cm時(shí)，像距為20cm，根據(jù)光的折射中光路可逆可知，當(dāng)物距為20cm時(shí)，像距為60cm。③當(dāng)物距為10cm，物距小于一倍焦距，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知，此時(shí)成正立、放大的虛像。（3）圖中成倒立的像，說明此時(shí)成實(shí)像。當(dāng)王亞平稍向后遠(yuǎn)離水球，則物距變大，根據(jù)凸透鏡成實(shí)像時(shí)的規(guī)律（物遠(yuǎn)像近像變?。┛芍?，她在球中所成的像變小。2．（2023湖南衡陽）小明同學(xué)利用光具座、凸透鏡、蠟燭、光屏等實(shí)驗(yàn)器材探究凸透鏡成像的規(guī)律：（1）如圖甲所示，小明將一束平行光正對(duì)凸透鏡，移動(dòng)光屏，直到光屏上形成一個(gè)最小最亮的光斑，該凸透鏡的焦距為___________cm；（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，把凸透鏡固定在光具座50cm刻度線處，為使像成在光屏中央，應(yīng)將燭焰、凸透鏡和光屏三者中心調(diào)到___________；（3）小明將蠟燭移至光具座20cm刻度線處，如圖乙所示，移動(dòng)光屏，直到燭焰在光屏上成清晰的像，則該像是倒立、___________的實(shí)像。生活中的___________（選填“放大鏡”、“投影儀”或“照相機(jī)”）就是利用這種成像規(guī)律工作的；（4）接著，小明保持凸透鏡在光具座上的位置不動(dòng)，如果僅將圖乙中蠟燭和光屏的位置互換，發(fā)現(xiàn)光屏上仍能觀察到燭焰清晰的像。這是因?yàn)樵诠獾恼凵洮F(xiàn)象中，光路是___________的；（5）在如圖乙所示實(shí)驗(yàn)情形下，如果保持凸透鏡和光屏的位置不變，將蠟燭適當(dāng)遠(yuǎn)離凸透鏡，發(fā)現(xiàn)光屏上燭焰的像變得模糊不清，此現(xiàn)象可以體現(xiàn)___________（選填“近視眼”或“遠(yuǎn)視眼”）的成像情況。【答案】（1）10.0（2）同一水平高度上（3）縮小照相機(jī)（4）可逆（5）近視眼【解析】（1）根據(jù)凸透鏡焦距的定義可知，此時(shí)光屏到凸透鏡的距離為焦距，即f=30.0cm-20.0cm=10.0cm（2）在光具座上將點(diǎn)燃的蠟燭、光屏放在凸透鏡的兩側(cè)，調(diào)節(jié)它們的高度，使?fàn)T焰、凸透鏡和光屏的中心在同一水平高度上，這樣做的目的是使像呈現(xiàn)在光屏中央。（3）將蠟燭移至光具座20cm刻度線處時(shí)，此時(shí)的物距為，即