实验09 探究凸透镜成像的规律（解析版）

实验09探究凸透镜成像的规律1．【实验目的】通过探究实验，得出凸透镜成像的规律。2．【实验器材】（1）光具座、蜡烛、透镜、光屏、火柴等。（2）主要器材作用：A、光具座：上面有刻度尺，可以清楚测量物距、像距等。B、光屏：可以验证像的虚实。3.【实验装置图】4.【实验步骤】（1）设法获取凸透镜的焦距。（2）在光具座上依次放置蜡烛、透镜、光屏。（3）点燃蜡烛，调整凸透镜、光屏高度，使它们的中心在同一高度。（4）让烛焰通过凸透镜成放大实像，记下此时的物距、像距。（5）分别让烛焰通过凸透镜成等大实像、缩小实像、放大虚像，重复上述实验操作。5.【实验表格】实验序号物距u/cm像距v/cm像的性质12346．【实验结论】（1）静态规律：物距u变化像的性质像距v变化应用倒正大小实虚u>2f逐渐减小倒立缩小实像2f>v>f逐渐增大照相机u=2f倒立等大实像v=2f测焦距2f>u>f倒立放大实像v>2f投影仪u=f不成像平行光u<f正立放大虚像放大镜（2）动态规律：A.成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小。B.成虚像时，物近像近像变小，物远像远像变大。1、实验前调整烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度目的：使像成在光屏的中央。2、实验在较暗的环境下进行：使实验现象更明显。3、蜡烛燃烧变短，光屏上的像会向上移动，为了使像仍在光屏中央，可采取：（1）向上移动蜡烛。（2）向上移动光屏。（3）向下移动凸透镜。4、实验中，如果光屏上找不到像，原因可能是：（1）烛焰、凸透镜和光屏的中心没有在同一高度。（2）物距小于或等于一倍焦距，不成实像。（3）物距太小，像距太大，超过了光具座的范围。5、成清晰实像时，蜡烛与光屏位置互换，仍能成清晰的像：因为折射光路可逆。6、用纸板遮住透镜部分或凸透镜部分破损缺失：光屏上仍能成完整的像，不过像变暗。成实像时，保持蜡烛、透镜位置不变，撤去光屏，仍能成像：因为实像是由实际光线会聚形成的，与有无光屏没有关系。8、实验中，常用发光F形光源代替蜡烛：这样做成像稳定，容易对比像与物的倒正及左右关系。【典例1】小明同学将点燃的蜡烛、凸透镜和光屏放在如图所示的位置时，在光屏上观察到了清晰的像。（1）由图可以判断出实验所用透镜的焦距为______cm；（2）小明把蜡烛移到光具座的10cm刻度线处，需要把光屏向______适当移动（选填“左”或“右”），才能在光屏上得到一个清晰的像，此时的像将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】（1）15.0（2）左变小【解析】（1）由图可知，此时u=v=2f=30.0cm，烛焰成倒立、等大的实像，所以（2）把蜡烛移到光具座的10cm刻度线处，此时物距u=40.0cm>2f，根据凸透镜成像特点可知，像距f<v<2f，需要把光屏向左移动，才能在光屏上得到一个倒立、缩小的实像，即像将变小。【典例2】安安和康康在老师的指导下完成了“探究凸透镜成像规律”的实验，实验所用凸透镜的焦距.他们把凸透镜固定在光具座上50cm刻度线处，调节蜡烛的烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度.（1）如图甲所示，若此时他们想在实验中能用光屏承接到烛焰的实像，光屏应在________（选填“50~60cm”“60~70cm”或“70~100cm”）范围内移动.（2）他们保持凸透镜的位置不变，把蜡烛放在30cm刻度线处，调整光屏到透镜的距离，则在光屏上看到了烛焰________（选填“放大”“缩小”或“等大”）、倒立的像.（3）他们想模拟投影仪的成像原理，康康应在步骤（2）的基础上将蜡烛向________（选填“靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动，然后调节光屏的位置，使烛焰在光屏上成清晰的像.（4）他们保持凸透镜的位置不变，同时取下光屏，直接用眼睛观察凸透镜成像的各种情况.康康移动蜡烛使它从零刻度线处逐渐靠近凸透镜，同时安安从透镜的右侧透过透镜观察烛焰的像，如图乙是安安整理并记录的看到的像的情况，根据你所学的知识，判断最先看到的像的编号是________（选填代表像编号的数字）.（5）请在图丙中完成从烛焰发出的一束光通过透镜的光路.【答案】：（1）60~70cm等大靠近（4）1（5）如图所示.【解析】：（1）凸透镜的焦距：，如题图，物距：，所以光屏在60~70cm，光屏上出现清晰的像；（2）保持凸透镜位置不变，把蜡烛放在30cm刻度线处，物距时，成倒立、等大的实像；（3）凸透镜成像时，时，成倒立、放大的实像，应用于投影仪，所以蜡烛要从30cm刻度线处靠近凸透镜，使蜡烛在30~40cm刻度线之间移动，所以蜡烛靠近凸透镜；（4）康康移动蜡烛使它从零刻度线处逐渐靠近凸透镜，会依次经过成倒立、缩小的实像，成倒立、等大的实像，成倒立、放大的实像，成正立、放大的虚像，又因为探究凸透镜成像时，撤去光屏，眼睛在光屏一侧透过凸透镜观察蜡烛，可以看到实像，也可以看到虚像，所以眼睛依次看到倒立缩小的实像、倒立等大的实像、倒立放大的实像、正立放大的虚像，故选1；（5）光线过焦点，经凸透镜折射后跟主光轴平行。【对点1】在“探究凸透镜成像的规律”实验中：（1）小宇先将蜡烛、光屏安装在凸透镜两侧，然后点燃蜡烛，并调节烛焰、凸透镜、光屏的中心在______；（2）实验所用凸透镜焦距，移动蜡烛、凸透镜及光屏位置到如图所示时，恰能在光屏上得到一个清晰、倒立、______的实像，生活中的______是利用该成像规律制成的。【答案】（1）同一高度（2）缩小照相机【解析】（1）探究凸透镜成像的实验时，要调节烛焰、凸透镜、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）凸透镜的焦距是10cm，由图可知物距为50.0cm-20.0cm=30.0cm，此时物距大于2倍焦距，成倒立缩小的实像，照相机应用此原理制成的。【对点2】小李准备做“探究凸透镜成像实验”，他发现实验台上有P、Q两块凸透镜，已知凸透镜P的焦距为30cm，小李用如图甲所示的装置测出凸透镜Q的焦距；图乙是小李组装好的实验装置图，其中凸透镜的位置固定不动，蜡烛和凸透镜可以在光具座上左右滑动，完成以下问题：(1)为了探究出凸透镜成实像时的完整规律，小李应该选择凸透镜________(填字母)来进行实验．(2)选择正确的透镜之后，小李将蜡烛移动至光具座上30cm刻度处，此时为了得到蜡烛清晰的像，小李需要将光屏移动至光具座上________cm刻度处，此时光屏上呈现的是倒立、________(选填“放大”“缩小”或“等大”)的像．(3)实验过程中随着蜡烛不断燃烧，光具座上像也会发生移动而偏离中心位置，此时为了使像重新成到光屏中央，可以将凸透镜适当向________(选填“上”或“下”)移动．【答案】：(1)Q(2)70等大(3)下【解析】：(1)由图甲可知凸透镜Q的焦距为10.0cm；要完成实验需保证物距大于2倍焦距、等于2倍焦距和大于一倍焦距小于二倍焦距，若选择凸透镜P，则不能完成实验，所以选择凸透镜Q；由图乙可知此时物距为20cm，恰好为二倍焦距，所以像距也是20cm，应该将光屏放在70cm刻度处，此时光屏上成的是倒立、等大的实像；(3)蜡烛燃烧烛焰越来越低，烛焰往下移，所以烛焰的像向上移，要使像回到光屏中央，应该把凸透镜向下调整．1.（2023江苏苏州）在“探究凸透镜成像规律”的实验中。（1）如图甲，把蜡烛、凸透镜、光屏依次摆放在光具座上，并将蜡烛烛焰和光屏的中心调到凸透镜的主光轴上，目的是使像成在_________；（2）按要求进行观察和测量，并将部分观测情况记录在下列表中：实验序号物距u/cm像距v/cm像的性质16020倒立、缩小、实像23030倒立、等大、实像320410①凸透镜焦距f＝_________cm；②当物距u=20cm时，像距v＝_________cm；③当物距u=10cm时，像的性质是_________；（3）如图乙是航天员王亚平太空授课制作水球时呈现的情景，假设她稍向后远离水球，则她在球中所成的像将_________（“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】（1）光屏中央（2）1560正立、放大、虚像（3）变小【解析】（1）将蜡烛烛焰、凸透镜中心和光屏中央调到同一高度，目的是使像成在光屏中央。（2）①观察表格中数据，当物距为30cm时，像距也为30cm，可知，此时蜡烛在2倍焦距处，因此该凸透镜额焦距f=15cm②观察表格数据，当物距为60cm时，像距为20cm，根据光的折射中光路可逆可知，当物距为20cm时，像距为60cm。③当物距为10cm，物距小于一倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，此时成正立、放大的虚像。（3）图中成倒立的像，说明此时成实像。当王亚平稍向后远离水球，则物距变大，根据凸透镜成实像时的规律（物远像近像变小）可知，她在球中所成的像变小。2．（2023湖南衡阳）小明同学利用光具座、凸透镜、蜡烛、光屏等实验器材探究凸透镜成像的规律：（1）如图甲所示，小明将一束平行光正对凸透镜，移动光屏，直到光屏上形成一个最小最亮的光斑，该凸透镜的焦距为___________cm；（2）实验时，把凸透镜固定在光具座50cm刻度线处，为使像成在光屏中央，应将烛焰、凸透镜和光屏三者中心调到___________；（3）小明将蜡烛移至光具座20cm刻度线处，如图乙所示，移动光屏，直到烛焰在光屏上成清晰的像，则该像是倒立、___________的实像。生活中的___________（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机”）就是利用这种成像规律工作的；（4）接着，小明保持凸透镜在光具座上的位置不动，如果仅将图乙中蜡烛和光屏的位置互换，发现光屏上仍能观察到烛焰清晰的像。这是因为在光的折射现象中，光路是___________的；（5）在如图乙所示实验情形下，如果保持凸透镜和光屏的位置不变，将蜡烛适当远离凸透镜，发现光屏上烛焰的像变得模糊不清，此现象可以体现___________（选填“近视眼”或“远视眼”）的成像情况。【答案】（1）10.0（2）同一水平高度上（3）缩小照相机（4）可逆（5）近视眼【解析】（1）根据凸透镜焦距的定义可知，此时光屏到凸透镜的距离为焦距，即f=30.0cm-20.0cm=10.0cm（2）在光具座上将点燃的蜡烛、光屏放在凸透镜的两侧，调节它们的高度，使烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一水平高度上，这样做的目的是使像呈现在光屏中央。（3）将蜡烛移至光具座20cm刻度线处时，此时的物距为，