Question

3．沈認真同學利用如圖所示的裝置做探究“凸透鏡成像規律”的實驗，請你幫他完成下列內容．
表1：

實驗次數	物距u/cm	像距v/cm
1	30	15
2	20	20
3	15	30
4	5	/

（1）圖表1是他實驗時記錄的幾組數據：
①由實驗數據可知該凸透鏡的焦距為10cm；
②第3次試驗時所成像的特點可應用在投影儀上（選填“投影儀”、“照相機”或“放大鏡”）；
③第4次試驗時移動光屏，發現光屏上只有光斑（圖中未畫出）．下列關于光斑的說法正確的是：C（填寫選項字母）．
A、光斑是燭焰所成的實像
B、光斑是燭焰所成的虛像
C、光斑是燭焰發出的光折射到光屏上形成的
（2）實驗中，他猜想像距的大小可能與物距有關，也可能與透鏡的焦距有關．于是他為了研究像距與焦距的關系，選用了三個焦距不同的凸透鏡進行實驗，實驗數據記錄如表2所示．
表2：

實驗次數	物距u/cm	焦距f/cm	像距v/cm
1	15	8	17
2	15	10	30
3	15	12	60

①分析表2中的數據可得出的結論是：凸透鏡成實像時，物距相同，焦距越大，像距也越大．
②根據你所學的凸透鏡成像規律的知識分析，第三次實驗所成的像比第一次實驗所成的像要大（選填“大”或“小”）．
③若他將物距調整為20cm，并想在光屏上得到一個縮小的像，他應在表2給出的三個透鏡中選用焦距為8cm的凸透鏡．

Answer 1

分析 （1）①根據凸透鏡成像規律，u=2f，成倒立等大的實像，v=2f=u；
②凸透鏡成實像時，u＞2f，成倒立縮小的實像；f＜v＜2f；f＜u＜2f，成倒立放大的實像，v＞2f；可知u＞v，成倒立縮小實像，u＜v時成倒立放大實像；生活中的投影儀便是利用凸透鏡能成倒立放大的實像的原理制成的；
③物體在凸透鏡的一倍焦距以內時，成的是正立放大的虛像，光屏上不能承接，光屏上的光斑是燭焰發出的光折射到光屏上形成的；
（2）①實驗探究的是像距的大小與物距及透鏡的焦距是否有關，運用控制變量的方法，對比表中2中的三次數據進行歸納；
②發光體發出的無數條光線經凸透鏡折射后會聚，從而在光屏上形成實像，其中經過光心的光線不改變傳播方向，而平行于主光軸的光線經透鏡折射后均經過焦點射出，焦點離透鏡越遠（即焦距越大），會聚就越延遲，像距越遠，像也越大；
③凸透鏡成實像時，u＞2f，成倒立縮小的實像．

解答 解：（1）①當u=2f，凸透鏡成倒立等大的實像，v=2f=u，由表1中第2次實驗數據可知：u=v=2f=20cm，得f=10cm；
②表1中第3次數據可知u=15cm，而f=10cm，滿足f＜u＜2f，凸透鏡成倒立放大的實像，這原理應用生活中的投影儀中；
③表1中第4次試驗數據可知u=5cm＜f，凸透鏡成正立放大的虛像，虛像不會在光屏上呈現，所以光屏上的光斑是燭焰發出的光折射到光屏上形成的；
（2）①表2中三次實驗數據對比可知，物距均相同（15cm），焦距不同，導致像距不同，從而歸納出在物距相同時，像距與焦距有關系；
②根據凸透鏡成像原理和凸透鏡對光的折射作用，經過光心的光線不改變傳播方向，而平行于主光軸的光線經透鏡折射后要焦點射出，即焦距越大，會聚點離透鏡越遠，即像距越遠，像也越大；
③根據凸透鏡成像原理，當u＞2f時，成倒立縮小的實像，由表中數據可知，三個透鏡的焦距分別為8cm、10cm、12cm，對應的二倍焦距為16cm、20cm、24cm，只有第一次20cm＞16cm，滿足u＞2f，所以只能選擇第一次實驗所用的凸透鏡．
故答案為：（1）①10；②投影儀；③C；（2）①凸透鏡成實像時，物距相同，焦距越大，像距也越大；②大；③8．

點評 本題是凸透鏡成像規律的綜合運用，要求我們既要掌握從實驗記錄數據中歸納出一般性的規律，又要能把這些規律與日常生活中應用結合起來，體現了從生活走向物理，從物理走向社會；是一道不錯的有關凸透鏡成像的綜合性試題．