4. (★★★)用如图5.3-2所示的实验装置探究凸透镜成像规律,其中发光二极管作为发光物体,一块白色的硬纸板作为光屏,调节发光物体、凸透镜和光屏,使它们的中心高度相同,研究发光物体的成像情况。实验过程中保持焦距为10 cm凸透镜的位置不变,始终在50 cm刻度线处。

图5.3-2
(1)改变发光物体位置,使其位于25 cm刻度线处,移动光屏,发光物体在光屏上成清晰的
(2)改变发光物体位置,使其位于30 cm刻度线处,移动光屏,发光物体在光屏上成清晰的
(3)改变发光物体位置,使其位于35 cm刻度线处,移动光屏,发光物体在光屏上成清晰的
(4)改变发光物体位置,使其位于40 cm刻度线处,移动光屏,发现光屏上
(5)改变发光物体位置,使其位于45 cm刻度线处,移动光屏,发现光屏上
图5.3-2
(1)改变发光物体位置,使其位于25 cm刻度线处,移动光屏,发光物体在光屏上成清晰的
倒立
、缩小
的实像,像成在60
cm刻度线和70
cm刻度线之间。(2)改变发光物体位置,使其位于30 cm刻度线处,移动光屏,发光物体在光屏上成清晰的
倒立
、等大
的实像,像成在70
cm刻度线处。(3)改变发光物体位置,使其位于35 cm刻度线处,移动光屏,发光物体在光屏上成清晰的
倒立
、放大
的实像,像成在70 cm刻度线的右
(填“左”或“右”)侧。(4)改变发光物体位置,使其位于40 cm刻度线处,移动光屏,发现光屏上
不成像
。(5)改变发光物体位置,使其位于45 cm刻度线处,移动光屏,发现光屏上
不成像
,撤去光屏,从光屏一侧向凸透镜方向看去,观察到发光物体正立
、放大
的像。答案
4.(1)倒立、缩小,60、70
(2)倒立、等大,70
(3)倒立、放大,右
(4)不成像
(5)不成像,正立、放大
(2)倒立、等大,70
(3)倒立、放大,右
(4)不成像
(5)不成像,正立、放大
解析
【分析】
首先明确凸透镜位置在50cm刻度线处,焦距f=10cm,需先计算每次实验的物距u(物体到凸透镜的距离,即50cm减去物体所在刻度线),再结合凸透镜成像规律判断像的性质、像距范围:当u>2f时,成倒立缩小实像,f<v<2f;u=2f时,成倒立等大实像,v=2f;f<u<2f时,成倒立放大实像,v>2f;u=f时,不成像;u<f时,成正立放大虚像,虚像无法呈现在光屏上。
【解析】
已知凸透镜位置为50cm刻度线,焦距f=10cm,2f=20cm:
(1) 物体在25cm刻度线,物距u=50cm-25cm=25cm,u>2f,根据规律,成倒立、缩小的实像;像距v满足f<v<2f,即10cm<v<20cm,所以光屏位置为50cm+10cm=60cm,50cm+20cm=70cm,故像在60cm和70cm刻度线之间。
(2) 物体在30cm刻度线,物距u=50cm-30cm=20cm,u=2f,成倒立、等大的实像;像距v=2f=20cm,光屏位置为50cm+20cm=70cm刻度线处。
(3) 物体在35cm刻度线,物距u=50cm-35cm=15cm,f<u<2f,成倒立、放大的实像;像距v>2f=20cm,故光屏位置大于50cm+20cm=70cm,即像成在70cm刻度线右侧。
(4) 物体在40cm刻度线,物距u=50cm-40cm=10cm,u=f,此时光线经凸透镜后平行,无法会聚成像,故光屏上不成像。
(5) 物体在45cm刻度线,物距u=50cm-45cm=5cm,u<f,成正立、放大的虚像,虚像无法呈现在光屏上,故光屏上不成像;撤去光屏,从光屏一侧向凸透镜方向看去,可观察到正立、放大的虚像。
【答案】
(1)倒立、缩小;60;70
(2)倒立、等大;70
(3)倒立、放大;右
(4)不成像
(5)不成像;正立、放大
【知识点】
凸透镜成像规律
【点评】
本题考查凸透镜成像规律的实验应用,核心是准确计算物距,结合成像规律判断像的性质与位置,需注意实像可呈现在光屏上、虚像无法呈现在光屏上的区别,是光学实验的基础题型。
【难度系数】
0.6
首先明确凸透镜位置在50cm刻度线处,焦距f=10cm,需先计算每次实验的物距u(物体到凸透镜的距离,即50cm减去物体所在刻度线),再结合凸透镜成像规律判断像的性质、像距范围:当u>2f时,成倒立缩小实像,f<v<2f;u=2f时,成倒立等大实像,v=2f;f<u<2f时,成倒立放大实像,v>2f;u=f时,不成像;u<f时,成正立放大虚像,虚像无法呈现在光屏上。
【解析】
已知凸透镜位置为50cm刻度线,焦距f=10cm,2f=20cm:
(1) 物体在25cm刻度线,物距u=50cm-25cm=25cm,u>2f,根据规律,成倒立、缩小的实像;像距v满足f<v<2f,即10cm<v<20cm,所以光屏位置为50cm+10cm=60cm,50cm+20cm=70cm,故像在60cm和70cm刻度线之间。
(2) 物体在30cm刻度线,物距u=50cm-30cm=20cm,u=2f,成倒立、等大的实像;像距v=2f=20cm,光屏位置为50cm+20cm=70cm刻度线处。
(3) 物体在35cm刻度线,物距u=50cm-35cm=15cm,f<u<2f,成倒立、放大的实像;像距v>2f=20cm,故光屏位置大于50cm+20cm=70cm,即像成在70cm刻度线右侧。
(4) 物体在40cm刻度线,物距u=50cm-40cm=10cm,u=f,此时光线经凸透镜后平行,无法会聚成像,故光屏上不成像。
(5) 物体在45cm刻度线,物距u=50cm-45cm=5cm,u<f,成正立、放大的虚像,虚像无法呈现在光屏上,故光屏上不成像;撤去光屏,从光屏一侧向凸透镜方向看去,可观察到正立、放大的虚像。
【答案】
(1)倒立、缩小;60;70
(2)倒立、等大;70
(3)倒立、放大;右
(4)不成像
(5)不成像;正立、放大
【知识点】
凸透镜成像规律
【点评】
本题考查凸透镜成像规律的实验应用,核心是准确计算物距,结合成像规律判断像的性质与位置,需注意实像可呈现在光屏上、虚像无法呈现在光屏上的区别,是光学实验的基础题型。
【难度系数】
0.6
5. (★★★)在一次物理实验探究课上,某学习小组在“探究凸透镜成像的规律”实验中,进行了如下操作:

(1)安装并调节F形光源、凸透镜和光屏的高度,使它们三者中心大致在
(2)通过探究记录,绘制了像距v与物距u之间的关系图像,如图5.3-3甲所示,则该凸透镜的焦距是
(3)当F形光源在如图5.3-3乙所示位置时,调节光屏的位置可在光屏上得到一个倒立、放大的实像。生活中的
(1)安装并调节F形光源、凸透镜和光屏的高度,使它们三者中心大致在
同一高度
,目的是使像成在光屏的中心
。(2)通过探究记录,绘制了像距v与物距u之间的关系图像,如图5.3-3甲所示,则该凸透镜的焦距是
10
cm。(3)当F形光源在如图5.3-3乙所示位置时,调节光屏的位置可在光屏上得到一个倒立、放大的实像。生活中的
投影仪
(填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用该成像原理工作的。答案
5.(1)同一高度,使像成在光屏的中心
(2)10
(3)投影仪
(2)10
(3)投影仪
解析
【分析】
本题考查凸透镜成像规律的实验操作及应用,解题思路如下:
1. 第(1)问:实验前需调节光源、凸透镜、光屏三者中心在同一高度,目的是让像成在光屏中心,便于观察像,这是实验的基本要求。
2. 第(2)问:根据凸透镜成像规律,当物距u=2f时,像距v=2f,成倒立等大的实像,此时u与v相等。从图甲中找到u=20cm时v=20cm,即可算出焦距f=10cm。
3. 第(3)问:先计算图乙中光源到凸透镜的物距,再结合焦距判断物距范围,对应成像特点,进而确定生活中的应用。
【解析】
(1) 实验时,安装并调节F形光源、凸透镜和光屏的高度,使它们三者中心大致在同一高度,这样做的目的是使像成在光屏的中心,便于清晰观察像的情况。
(2) 根据凸透镜成像规律,当u=2f时,v=2f,成倒立、等大的实像,此时物距等于像距。由图甲可知,当u=20cm时,v=20cm,因此2f=20cm,解得该凸透镜的焦距f=10cm。
(3) 由图乙可知,F形光源在35cm刻度处,凸透镜在50cm刻度处,所以物距u=50cm - 35cm=15cm。已知f=10cm,可得f<u<2f,根据凸透镜成像规律,此时成倒立、放大的实像,生活中的投影仪就是利用这一成像原理工作的。
【答案】
(1) 同一高度;使像成在光屏的中心
(2) 10
(3) 投影仪
【知识点】
凸透镜成像规律;实验操作要求
【点评】
本题是凸透镜成像规律的基础应用题,考查实验操作要点、焦距的计算及成像规律的应用,难度适中,属于学生需掌握的基础知识点。
【难度系数】
0.7
本题考查凸透镜成像规律的实验操作及应用,解题思路如下:
1. 第(1)问:实验前需调节光源、凸透镜、光屏三者中心在同一高度,目的是让像成在光屏中心,便于观察像,这是实验的基本要求。
2. 第(2)问:根据凸透镜成像规律,当物距u=2f时,像距v=2f,成倒立等大的实像,此时u与v相等。从图甲中找到u=20cm时v=20cm,即可算出焦距f=10cm。
3. 第(3)问:先计算图乙中光源到凸透镜的物距,再结合焦距判断物距范围,对应成像特点,进而确定生活中的应用。
【解析】
(1) 实验时,安装并调节F形光源、凸透镜和光屏的高度,使它们三者中心大致在同一高度,这样做的目的是使像成在光屏的中心,便于清晰观察像的情况。
(2) 根据凸透镜成像规律,当u=2f时,v=2f,成倒立、等大的实像,此时物距等于像距。由图甲可知,当u=20cm时,v=20cm,因此2f=20cm,解得该凸透镜的焦距f=10cm。
(3) 由图乙可知,F形光源在35cm刻度处,凸透镜在50cm刻度处,所以物距u=50cm - 35cm=15cm。已知f=10cm,可得f<u<2f,根据凸透镜成像规律,此时成倒立、放大的实像,生活中的投影仪就是利用这一成像原理工作的。
【答案】
(1) 同一高度;使像成在光屏的中心
(2) 10
(3) 投影仪
【知识点】
凸透镜成像规律;实验操作要求
【点评】
本题是凸透镜成像规律的基础应用题,考查实验操作要点、焦距的计算及成像规律的应用,难度适中,属于学生需掌握的基础知识点。
【难度系数】
0.7
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