Question

11．（1）如圖1所示，光會聚于b點，在虛線區域內放甲透鏡后，光會聚于主光軸MN上的a 點；在虛線區域內換放乙透鏡后，光會聚于主光軸MN上的c點．現在小明想進一步探究凸透鏡成像的特點，他應選擇乙（選填“甲”或“乙”）透鏡．
小明選擇好凸透鏡后再光具座上進行實驗：
（2）為測量凸透鏡焦距，他讓一束平行光正對射向該透鏡，須調節光屏位置直到在屏上得到一個最小最亮的光斑．圖甲是調節完成的狀態，該透鏡的焦距f=10cm；
（3）小明按圖乙組裝好實驗裝置．在只移動透鏡的情況下，他發現都不能在光屏上成清晰的像．由此，你猜想造成上述現象的原因是蠟燭和光屏間距離較小；
（4）如圖丙所示，蠟燭在光具座上A處時，可在B處的光屏上成一清晰的像，所成像為倒立、放大的實像．若把蠟燭從A處向左移動距離s到C，為在光屏上再次成清晰的像，則他應將光屏向左（選填“左”或“右”）移動．
（5）小明和其他同學繼續利用凸透鏡和蠟燭進行成像實驗．從各組匯報數據中發現，當物距均為20.0cm時，有兩個小組所測像距分別為16.0cm、24.0cm，與理論像距20cm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致的，請分析出現這種情況的原因：
光屏上還沒有出現清晰的像時就測出了像距．

Answer 1

分析 （1）根據圖判斷出甲乙對光線的作用，根據凸透鏡和凹透鏡對光線的作用進行判斷．凸透鏡有會聚光線的作用，凹透鏡有發散光線的作用．
（2）平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后會聚在主光軸上一點，這點是凸透鏡的焦點．焦點到光心的距離是凸透鏡的焦距．
（3）根據凸透鏡成像規律中像距和物距的關系，當u=2f，成倒立、等大的實像，此時v=2f；
（4）根據凸透鏡成像規律中像距和物距的關系可確定像的性質；凸透鏡成像時，物距增大，像距減小；凸透鏡成像時，當物距等于2f，此時像距也為2f，物像之距最小．
（5）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清晰的像就測像距．

解答 解：（1）由圖知，若光沿直線傳播會聚到b點，經過甲會聚到c點，說明甲對光線有發散作用，是凹透鏡；經過乙會聚到a點，說明乙對光線有會聚作用，是凸透鏡．所以應選擇乙透鏡．
（2）讓一束平行于凸透鏡主光軸的光線經過凸透鏡后，在光屏上形成了一個最小、最亮的光斑，這點是凸透鏡的焦點，由圖2可知：焦點到光心的距離是25.0cm-15.0cm=10.0cm，所以凸透鏡的焦距是10.0cm．
（3）由圖2可知，此時u=2f，在只移動透鏡的情況下，當物距u=2f，成倒立、等大的實像，此時v=2f，但光屏的位置就不符合v=2f；
當2f＞u＞f時，成倒立、放大的實像，此時v＞2f，同樣光屏的位置也不符合v＞2f；因此都不能在光屏上成清晰的像．要想在光屏上得到像，就得將光屏遠離透鏡，因此造成都不能在光屏上成清晰的像的原因是蠟燭和光屏間距離較小．
（4）由圖3可知，物距小于像距，由凸透鏡成像規律可知，可在B處的光屏上成一清晰的像，所成像為倒立、放大的實像；凸透鏡位置不變，蠟燭向左移動，物距增大，像距減小，光屏向左移動才能接到清晰的像．當物距等于2f，此時像距也為2f，物像之距最小．當由A處向左移動時，由于物體向2f處靠近，所以物像之距在減小，因為物體向左移動，像也向左移動．
（5）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清晰的像就測像距．
故答案為：（1）乙；（2）最小最亮；10；（3）蠟燭和光屏間距離較小；（4）倒立；放大；左；（5）光屏上還沒有出現清晰的像時就測出了像距．

點評 此題考查了根據數據分析影響凸透鏡焦距的因素、各種顏色的光的偏折程度以及凸透鏡成像規律的理解，要熟練掌握凸透鏡成像的規律，光路的可逆性、過光心的光線方向不變．