Question

15．在探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，小宇同學(xué)將蠟燭、凸透鏡、光屏依次放在光具上如圖所示：
（1）當(dāng)把蠟燭放在光具座上如圖所示位置，點(diǎn)燃蠟燭，移動(dòng)光屏得到燭焰清晰、倒立、縮小的實(shí)像（選填“放大”或“縮小”）．
（2）若遮住凸透鏡的上半部分，則燭焰在光屏上的成像情況是完整的像（選填“完整的像”、“一半的像”或“無法成像”）．
（3）小宇在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)凸透鏡成實(shí)像時(shí)，像高與像距、物距之間有一定的關(guān)系，為了進(jìn)一步研究，他將5cm高的發(fā)光體作為光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．下表是小宇同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄的幾組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	物距u （厘米）	像距v （厘米）	物高l （厘米）	像高h(yuǎn) （厘米）	像的性質(zhì)
					正立、倒立	虛像、實(shí)像
1	35	14	5	2	倒立	實(shí)像
2	30	15	5	2.5
3	20	20	5	5
4	15	30	5	10
5	12	60	5	25

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，完成下列問題：
①該凸透鏡的焦距為0.1m．
②分析比較實(shí)驗(yàn)序號1與2中的物距與像距的大小關(guān)系以及成像情況，可以得出的初步結(jié)論是：物體通過同一凸透鏡成像，當(dāng)物距大于像距時(shí)，在凸透鏡的另一側(cè)成倒立縮小的實(shí)像．
③分析比較實(shí)驗(yàn)序號1～5中的像距和像高隨物距的變化關(guān)系，可以得出的初步結(jié)論是：物體通過（同一）凸透鏡成實(shí)像時(shí)，當(dāng)物距減小時(shí)，像距增大，像變大．
④進(jìn)一步分析表中像高與物高以及像距與物距數(shù)據(jù)的比例關(guān)系，可得出結(jié)論：像高與物高的比值和像距與物距的比值相等．
⑤若要繼續(xù)探究凸透鏡的所成實(shí)像的高度與凸透鏡焦距的關(guān)系，小宇應(yīng)該保證物高和物距相同，選擇不同焦距的凸透鏡來做該實(shí)驗(yàn)．

Answer 1

分析 （1）光屏上能承接到的像是實(shí)像．凸透鏡成實(shí)像時(shí)，當(dāng)u＞2f，成倒立縮小的實(shí)像．
（2）要解決此題需要掌握凸透鏡成像的成因．凸透鏡成像屬于光的折射現(xiàn)象，物體發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡折射后，會聚在凸透鏡另一側(cè)的光屏上，形成物體的實(shí)像；如果不遮住凸透鏡的下半部分，透過的光多，像就亮；遮住凸透鏡的下半部分，透過的光少，像就暗．
（3）①根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律中的物距等于2倍焦距時(shí)，成倒立等大的實(shí)像，可求得其焦距．②凸透鏡成實(shí)像時(shí)，物距大于像距，成倒立縮小的實(shí)像；物距等于像距時(shí)，成倒立等大的實(shí)像；物距小于像距時(shí)，成倒立放大的實(shí)像． ③凸透鏡成實(shí)像時(shí)，物距減小，像距增大，像增大．④根據(jù)像距v與物距u的比值和像高與物高的比值分析；⑤焦距不同的凸透鏡，物高和物距相同，成像情況不同，像距隨著焦距的增大而增大．

解答 解：（1）如圖，已知f=10cm，u=30cm，則u＞2f，凸透鏡成倒立、縮小的實(shí)像．
（2）凸透鏡成實(shí)像時(shí)，所有透過透鏡的光會聚到光屏上成像，當(dāng)將透鏡的下半部分擋住后，整個(gè)物體發(fā)出的光雖有一部分被擋住，但總會有一部分光通過上半部分凸透鏡而會聚成像，因此，像與原來相同，還是完整的像；只是由于透鏡的一半被遮住，因此折射出的光線與原來相比減少了一半，亮度會減弱．
（3）①由表中第3此實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，物距等于像距，物像等大，可知，此時(shí)u=2f=20cm．則f=10cm．即該凸透鏡的焦距為10cm=0.1m．
②實(shí)驗(yàn)1、2，凸透鏡都成倒立、縮小的實(shí)像，物距都大于像距，所以，當(dāng)物距大于像距時(shí)．在凸透鏡的另一側(cè)成倒立縮小的實(shí)像；
③實(shí)驗(yàn)1～5中數(shù)據(jù)說明：物體通過（同一）凸透鏡成實(shí)像時(shí)，當(dāng)物距減小時(shí)，像距增大，像變大．
④表格中第二組數(shù)據(jù)，像距v與物距u的比值=$\frac{15cm}{30cm}=\frac{1}{2}$，像高與物高的比值=$\frac{2.5cm}{5cm}=\frac{1}{2}$，同理，計(jì)算第三、四…組數(shù)據(jù)可得：凸透鏡成實(shí)像時(shí)，像距v與物距u的比值等于像高與物高的比值．
⑤要繼續(xù)探究凸透鏡的所成實(shí)像的高度與凸透鏡焦距的關(guān)系，他們應(yīng)該保證物高和物距相同，凸透鏡焦距不同來做該實(shí)驗(yàn)．
故答案為：（1）縮小；（2）完整的像；（3）①0.1；②物距大于像距；③物體通過（同一）凸透鏡成實(shí)像時(shí)，當(dāng)物距減小時(shí)，像距增大，像變大④像高與物高的比值和像距與物距的比值相等⑤物高和物距．

點(diǎn)評 凸透鏡相當(dāng)于由很多個(gè)三棱鏡組成的，光經(jīng)過透鏡折射后會聚成像，擋住一部分光不會影響所成的像，只是亮度變暗；此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)動(dòng)手操作一下，觀察有什么現(xiàn)象發(fā)生，感性認(rèn)識印象會更深，效果會更好．