Question

【題目】學(xué)過透鏡知識(shí)后，小明和小華實(shí)驗(yàn)小組在光學(xué)實(shí)驗(yàn)室（暗室）想對(duì)學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行深入研究， 可用的器材有：光源 S（視為點(diǎn)光源）、圓形凸透鏡（直徑為 D）、光具座、光屏（足夠大）．經(jīng)討論他們決定先從測(cè)凸透鏡的焦距開始．

（1）在光屏中央畫一個(gè)與凸透鏡直徑相同的圓，找出圓心 O′．

（2）將光源、凸透鏡和光屏放在光具座上，調(diào)節(jié)它們的高度，使光源、凸透鏡光心和________在同一水平直線上．

（3）固定凸透鏡的位置，將光源從緊貼凸透鏡的位置緩慢向外移動(dòng)，直到光屏上的光斑________， 就可以從光具座上讀出凸透鏡的焦距，此時(shí)各器材在光具座上的位置如圖甲所示，該凸透鏡的焦距為________cm．

（4）為了驗(yàn)證測(cè)出的焦距值是否準(zhǔn)確，小明提出可以左右移動(dòng)光屏，若光屏上的光斑大小不變， 則測(cè)出的焦距準(zhǔn)確．若本次測(cè)出的凸透鏡的焦距比真實(shí)值小，則支持該結(jié)論的現(xiàn)象為：向左移動(dòng)光屏，________．

（5）在移動(dòng)光屏的過程中，小華發(fā)現(xiàn)在光屏上光斑外側(cè)還有一個(gè)暗環(huán)，他猜想可能是凸透鏡的邊框造成的，于是他拆除邊框直接將凸透鏡固定在光具座上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)暗環(huán)仍然存在．你認(rèn)為暗環(huán)是如何形成的？________．

（6）測(cè)量焦距后，他們想進(jìn)一步探究凸透鏡的焦距可能與什么因素有關(guān)．經(jīng)過討論后，他們提出了以下幾種猜想：

猜想 1：與凸透鏡玻璃的顏色有關(guān)

猜想 2：與照射太陽光的亮度有關(guān)

猜想 3：與凸透鏡球形表面彎曲程度有關(guān)

猜想 4：與凸透鏡的直徑大小有關(guān)

①根據(jù)所學(xué)知識(shí)，他們經(jīng)過討論，判斷猜想1是________（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）的．你認(rèn)為他們判斷的依據(jù)是_______________．

②為了驗(yàn)證猜想2是否正確，他們調(diào)節(jié)照射到同一凸透鏡上太陽光的亮度進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所測(cè)焦距基本相等，這說明猜想2是________（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）的．

③小華他們?cè)隍?yàn)證猜想2后，又選用直徑和球形表面彎曲程度都不相同的無色玻璃凸透鏡進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證猜想3是否正確．

你認(rèn)為小華他們的實(shí)驗(yàn)________（選填“能”或“不能”）驗(yàn)證猜想3是否正確，理由是______________．

Answer 1

【答案】圓心O' 與所畫圓完全重合 20.0 光斑逐漸變小 透鏡外側(cè)沿直線傳播的光與經(jīng)透鏡折射的光在屏上形成無光區(qū) 正確 用材料相同、直徑相同、凸起程度相同的凸透鏡測(cè)量焦距，焦距相同 錯(cuò)誤 不能 沒有控制球形表面彎曲程度相同的無色玻璃凸透鏡進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)．

【解析】

(2)[1]在實(shí)驗(yàn)之前，為了保證物像完整的成在光屏上，因此像要盡量的成在光屏的中間，只有光源、凸透鏡光心和光屏的中心在同一水平線上才符合要求，而O'正好在光屏的中央，因此使光源、凸透鏡光心和圓心O'在同一水平直線上。

(3)[2][3]因?yàn)閳A圈和凸透鏡是等大的，所以當(dāng)光斑和圓圈重合時(shí)說明折射光線是平行的，這時(shí)光源剛好在焦點(diǎn)上，因此應(yīng)該是直到光屏上的光斑與所畫圓完全重合；凸透鏡的焦距是：

；

(4)[4]若光屏上的光斑大小不變，說明折射光線是平行的，如果測(cè)出的凸透鏡的焦距比真實(shí)值小，說明物體在焦點(diǎn)以內(nèi)，來自物體的光線經(jīng)過凸透鏡折射后是發(fā)散的；如果測(cè)出的凸透鏡的焦距比真實(shí)值小，那么向左移動(dòng)光屏，光斑會(huì)變小；

(5)[5]透鏡邊緣以外的光線沿直線傳播，以內(nèi)的光線會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，二者之間會(huì)形成一個(gè)沒有光線的黑色區(qū)域，這就是暗環(huán)，因此暗環(huán)形成的原因是：透鏡外側(cè)沿直線傳播的光與經(jīng)透鏡折射的光在屏上形成無光區(qū)；

(6)①[6][7] 凸透鏡的焦距與凸透鏡的材料和凸起程度以及凸透鏡的直徑有關(guān)。故猜想 1是錯(cuò)誤的。

②[8]調(diào)節(jié)照射到同一凸透鏡上太陽光的亮度進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所測(cè)焦距基本相等，這說明凸透鏡的焦距與照射太陽光的亮度無關(guān)，則猜想2是錯(cuò)誤的。

③[9][10]小華他們的實(shí)驗(yàn)不能驗(yàn)證猜想3是否正確，因?yàn)楦鶕?jù)控制變量思想，在探究凸透鏡的焦距與球形表面彎曲程度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)選用直徑大小相同的無色玻璃凸透鏡進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，因此小華他們的實(shí)驗(yàn)不能驗(yàn)證猜想3是否正確。