Question

1．如圖1所示，小明用光具座（0-100cm）、蠟燭、三個不同焦距的凸透鏡和光屏做“探究凸透鏡成像規律”的實驗：

①我們需要讓燭焰、凸透鏡甲、光屏的中心在同一高度，這樣做的目的是使所成的像完整的呈現在光屏中心；
②此凸透鏡甲的焦距是15cm，當燭焰在圖一所示位置時，移動光屏可以在光屏上得到一個倒立、放大的實像．在照相機和投影儀中，成像情況與此類似的是投影儀；要使光屏上所成的像變小時，在不改變透鏡位置的情況下，可將燭焰向遠離凸透鏡方向移動，同時將光屏向靠近（填“靠近”或“遠離”）透鏡的方向移動．
③小明查資料發現物體距離凸透鏡足夠遠時（大于10倍焦距），所成的像與透鏡間的距離就近似等于凸透鏡的焦距．他想用這種方法利用圖1中的蠟燭和光具座來測量凸透鏡乙的焦距（焦距大約為5cm左右）．他應該把蠟燭放在0cm處，光屏放在100cm處，然后調節凸透鏡，使光屏上的像最小最清晰．此時凸透鏡和光屏的距離就是凸透鏡乙的焦距．
④小明用凸透鏡丙結合上述器材又做了一個實驗．記錄的實驗數據如表．

物距u/cm	14	16	18	20	22	24	26	30
像距v/cm	35	26	22	20	18	17	16	15

小明把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡丙放在15cm刻線上，如圖2所示．移動光屏在a位置找到像；蠟燭和光屏不動，只移動凸透鏡，當凸透鏡向某一方向移動到b位置時，在光屏上又看到像．請你對實驗中可能出現的現象做出合理的判斷．以下情況不可能的是D
A．光屏上第一次的像是倒立、放大的      B．a位置在44～46cm刻線之間
C．光屏上第二次的像是倒立、縮小的      D．b位置在19～21cm刻線之間．

Answer 1

分析 （1）在探究凸透鏡成像的規律中，為了使像能夠成在光屏上，就要調整蠟燭、凸透鏡、光屏的中心在同一高度上．
（2）根據凸透鏡的成像規律，當物距介于二倍焦距與一倍焦距之間時，可成倒立、放大的實像．物近像遠像變大，物遠像近像變小；
（3）在光具座上進行實驗，使蠟燭在光具座的左端，光屏處于右端，凸透鏡在光屏的左側，光屏和凸透鏡的距離略大于焦距，接近一倍焦距的位置，如果光屏上能接到清晰的像，由于物距大于凸透鏡的10倍焦距，此時物距最大，像更接近焦點，能估測凸透鏡的焦距．
（4）根據表格中的物距為20cm和像距為20cm，可得出此透鏡的焦距f=10cm，再結合所畫圖象即可做出選擇．

解答 解：（1）調整蠟燭、凸透鏡、光屏三者的中心在同一高度的目的是為了使物體通過凸透鏡成的像能夠成在光屏的中心，便于觀察．
（2）當燭焰距凸透鏡20cm時，物距介于二倍焦距與一倍焦距之間，所呈像為放大、倒立的實像．幻燈機這一光學器件正是利用了這一原理；要使光屏上所成的像變小，則像距變小，物距變大，在不改變透鏡位置的情況下，可將燭焰向遠離凸透鏡方向移動，同時將光屏向靠近透鏡的方向移動．
（3）要使像更接近凸透鏡的焦點，物距大于凸透鏡的10倍焦距，物距越大，像越接近凸透鏡的焦點．所以把蠟燭放在光具座的左端0cm，光屏放在光具座右端100cm處，將圖中的凸透鏡移至光具座上85cm刻線位置附近，然后調節凸透鏡，使光屏上的像最小最清晰．此時凸透鏡和光屏的距離就是凸透鏡乙的焦距．
（4）A、由表格可知，當物距等于像距時，u=2f，此透鏡的焦距f=10cm，當把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡放在15cm刻線上，即2f＞u＞f，成倒立放大的實像；故A正確；
B、此時v＞2f，即a的位置v＞20cm，結合圖象可知v在29～31cm之間，所以a位置在（29+15）～（31+15）cm即44～46刻線之間，故B正確；
C、當蠟燭和光屏不動，只移動凸透鏡，當凸透鏡向某一方向移動到b位置時，在光屏上又看到像，說明此時物距和像距之和不變，以設想將蠟燭和光屏互換位置，則物距處于u＞2f，凸透鏡成倒立、縮小的實像，此時2f＞v＞f，像的位置在10cm～20cm之間，故C正確；
D、由圖象可知，當凸透鏡向某一方向移動到b位置時，在光屏上又看到像．此時像的位置在16cm～35cm之間，而題目中指出光屏的位置不變，所以b位置在19～21cm刻線之間時，光屏上是看不到像的．故D錯誤．
故選：D．
故答案為：①使所成的像完整的呈現在光屏中心；②放大、投影儀、靠近；③0、100；凸透鏡；光屏；④D．

點評 此題主要考查凸透鏡成像實驗，此題的難點在（4）根據圖象對實驗中可能出現的現象作出合理的判斷，要對凸透鏡成像規律中的物距和像距熟練掌握才行．