测凸透镜焦距的几种方法

1、测凸透镜焦距的几种方法南师附中树人学校汤金波凸透镜的成像性质较为丰富，在生活中相当常见。课标对凸透镜的要求是：认识凸透镜的会聚作用。探究并知道凸透镜成像的规律。 了解凸透镜成像规律的应用， 要求较高。 无论是会聚作用，还是成像规律，都跟凸透镜的焦距有关。并且不同的凸透镜焦距一般不同，同一个凸透镜，焦距一般不变，焦距是凸透镜本身的性质。所以，测量凸透镜的焦距就是一个学习重点。基本知识：凸透镜的几个术语：（ 1）光心（ O）：凸透镜的中心（ 2）主光轴：通过广心且垂直于透镜表面的直线称为主光轴（ 3）焦点（ F）：凸透镜能使平行于主光轴的光会聚于一点，这个点叫作焦点（ 4）焦距（ f ）：焦点到光

2、心的距离叫作焦距基本技能：1. 根据焦点、焦距定义，利用太阳光测焦距例 1 如图所示是探究“凸透镜成像规律”的实验装置：让凸透镜正对着太阳，得到图甲所示的光路图，可知凸透镜对光线有作用， 其焦距为cm。解析 因为凸透镜对光线有会聚作用， 所以，将凸透镜正对着太阳光， 在背后放一张白纸（光屏），调整光屏的位置，直到白纸上会出现一个最亮、最小的光斑，测出凸透镜到白纸上光斑的距离，即为焦距。利用刻度尺测量长度时，为了让结果更精确，需要估读。答案会聚11.00cm2. 根据成像特点，利用较远处物体成像，粗略得出焦距例 2 如果不利用太阳，利用远处的物体成像，也可以粗略得出焦距。当u?10f 时，物体所

3、成像的位置近似在焦点处，像距近似等于焦距3. 根据成像规律 u=2f 时成倒立等大实像，利用光具座测量例 3 某同学用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像规律”的实验，装置如图所示0 cm102030405060708090100实验过程中，当烛焰距凸透镜20cm 时，移动光屏至某一位置，能在光屏上得到一个等大清晰的像，则该凸透镜的焦距是cm解析根据成像规律，实验中既然观察到光屏上出现等大清晰的像，可以得出u=2f ，由题可知 u=20cm，所以 f= 10cm.提示：为了更准确地判断出等大清晰的像，实验中光源应用规则排列的发光二极管，光屏用同样的规则排列的方格。答案10cm4. 根据光路可逆

4、，利用光具座测量焦距例 4 如图实验中， 如果左右移动光屏，发现光屏上总是有一个圆形光斑，并且光斑的大小不变，则可以得出结论。解析 左右移动光屏时， 光屏上只有一个圆形光斑， 并且光斑的大小不变， 说明经过凸透镜传播到光屏上的光是平行光， 只有光源在焦点处时， 光源发出的光经过凸透镜， 才能形成平行光，原理是光路可逆。所以，此时，光源到凸透镜的距离就是焦距。答案凸透镜的焦距为15cm基本方法：图像法在探究凸透镜成像规律的实验中，需要收集数据， 通过数据或由数据绘制成的图像，可以收集信息，得到凸透镜焦距的大小。例 5 某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离跟物体到

5、凸透镜的距离 u 之间关系的图像，如图所示，下列判断正确的是vA 该凸透镜的焦距是16cmB当 u=12cm 时，在光屏上能得到一个缩小的像C当 u=20cm 时成放大的像投影仪就是根据这一原理制成的D把物体从距凸透镜12cm 处移动到24cm 处的过程中，像逐渐变小解析图像题的关键是从图像中收集有效信息解决问题。根据凸透镜成像规律，当物距u= v时，凸透镜成倒立等大实像，此时u=2 f，由图像可知：当u= 16 cm时，存在u= v ，则此时u=2 f，即f= 8cm。答案D例 6 小明有光具座上探究凸透镜成像的规律。 他将点燃的蜡烛、 凸透镜、 分别固定在光具座上，再移动光屏，可在光屏上得

6、到一个清晰的蜡烛的像， 各元件位置如图所示。则所用凸透镜的焦距可能为0 c m 102030405060708090100A 9cmB 12cmC 15cmD 18cm解析光屏上出现像时，可以根据物距和像距的大小关系判断像是放大还是缩小，因为物距大于像距， 所以，成缩小的像， 可以得出结论：u 2f ，根据图像可以读出物距是30 cm，所以f 15 cm，同时，像距f v 2f ，根据图像可读出像距是20 cm，得到 ,10 cmf 15cm。答案B学即用，练一练：（ 2015 宜宾）小雷对凸透镜焦距与制成凸透镜的材料种类、凸透镜凸起程度的关系进行了探究实验：（ 1）他第一次测量焦距的实验如图

7、甲所示，则测得的焦距为cm。（ 2）由 1、2 次的实验可得出的结论是：（ 3）小雷回想起白光经三棱镜后，光屏上自上而下出现了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的色带（如图乙） ，受此启发，于是他分别用红光和蓝光来进行图甲的实验，结论是：对同一凸透镜，光入射时焦距小些。（ 4）探究完成后，小雷和其他同学用焦距为8.0cm 的凸透镜和蜡烛进行成像实验从各组汇报数据中发现，当物距均为16.0cm 时，有两个小组所测像距分别为19.0cm、13.0cm，与理论像距16.0cm 相比偏差较大。若不是因为长度测量方法错误和测量误差导致的，请分析出现这种情况的原因：次数123材料玻璃玻璃水晶凸起程度较小较大较大焦

8、距 /cm8.04.0（ 2015 大连）根据人眼视物的原理，某同学想探究“凸透镜的焦距与厚度的关系”，他猜想凸透镜的焦距还与凸透镜的材料和口径有关。他自制了一个口径不变的“水凸透镜 ”，通过注射器向 “水凸透镜 ”中注水或向外抽水，改变“水凸透镜 ”的厚度。实验装置如图所示。平行光源（ 1）将平行光源、 “水凸透镜 ”和光屏放在光具座上，调整平行光源、 “水凸透镜 ”、光屏的中心大致在同一上。（ 2）实验中， “水凸透镜 ”的厚度变化不宜过大，且厚度无法测量，可以通过注射器内水的体积间接反映“水凸透镜 ”的厚度。画出记录实验数据的表格，表格中要有必要的信息。（ 3）实验中，调整好 “水凸透镜

9、 ”的厚度，使平行光源发出平行光，移动光屏找到焦点，测量出 “水凸透镜 ”的焦距。请具体说明移动光屏找到焦点的实验操作：。（ 2015 随州） 1物理兴趣小组想知道某只透镜的焦距f 为多少，做实验甲，镜面垂直于阳光，在透镜下面放上白纸（纸、镜平行），测出透镜与白纸间距s/cm 与对应的白纸被烤焦的时间t/min ，绘出图线乙，可判断该透镜的焦距f 为；将透镜及蜡烛、光屏置于光具座上（如图丙），做成像实验，记录每次成实像的物距u，像距 v物像间距L（ u+v），绘出图线丁（以f 为长度单位） ，由图可知，要想成实像，蜡烛与光屏的间距应满足L （用f 表示）经 “百度 ”发现， 物理学中， 有一个

10、凸透镜成像的“新概念 ”：放大率 n=AB/AB=v/u，结合丙、丁两图，可知当物距u=1.5f 时， n=L （u+v）t/minABBA84cuvs/cm01218L甲6丙乙（ 1.5f， 4.5 f）4.5f4fu1.5f 2f丁参考答案：1. 解：（ 1）焦点到透镜中心的距离为焦距，刻度尺的分度值为1mm，此时读数为10.0cm ，即透镜焦距为f=10.0cm ；（2）由图甲可知，第一次测得凸透镜的焦距为10cm；根据表中1、 2 次的实验属于可知，材料和横截面积相同的凸透镜，凸面程度越大其焦距越小；（ 3）用红光和紫光平行于同一个凸透镜的主光轴射入， 红光、紫光对凸透镜的焦距不相同

11、红色光较紫色光偏折能力弱，所以红色光对凸透镜的焦距大；紫光入射时焦距小些（ 4）同一凸透镜，物距一定，像距一定，小组实验的像距不同，是因为光屏上还没有出现清晰的像就测像距故答案为：（ 1） 10；（ 2）材料和横截面积相同的凸透镜，凸面程度越大其焦距越小；（ 3）紫；（ 4）光屏上还没有出现清晰的像时就测出了像距2. （ 1）高度，（ 2）如下表次数凸 透 镜 口凸透镜材料注 射 器 内 水 的 体 积凸 透 镜 厚凸透镜焦距 /cm径/ml度12相同水3（3）将光屏从离凸透镜较近的地方，沿着光具座，向远离凸透镜的方向移动，观察光屏上光斑，直到这个光斑最小最亮，然后停止移动。3. 解：（ 1）由图乙可知，当透镜与白纸间距S=12cm时，白纸被烤焦的时间t=4min ，所用的时间最短，说明太阳光经过凸透镜会聚后该点的温度最高，这个点就是凸透镜的焦点，则测出透镜与白纸间距即为焦距f=12cm（2）根据凸透镜的成实像时满足u f ，由图丁可知，随着物距u 的增大，物像间距L 先减小后增大，当物距u=2f 时，物像间距L 最小为 4f ，因此，要想成实像，蜡烛与光屏的间距应满足L4f （ 3）由图丁可知，当物