12. (2023淮安涟水校级模拟)小明用焦距为10 cm的凸透镜探究“凸透镜成像的规律”。
(1)实验前,要调整蜡烛、透镜和光屏的高度,使烛焰、光屏的中心在凸透镜的上。在调整实验器材的高度时,蜡烛(选填“需要”或“不需要”)点燃。如果实验中固定好透镜和蜡烛后,发现无论如何移动光屏,光屏上只有一个与透镜大小几乎相同的光斑,其原因可能是。
(2)调整各元件在光具座上的位置至如图3-3-7甲所示时,光屏上得到烛焰清晰完整的像(未画出),该像是倒立、(选填“放大”或“缩小”)的实像。接下来保持蜡烛和光屏的位置不动,将凸透镜向蜡烛方向移动,光屏上能出现一个倒立、(选填“放大”或“缩小”)的清晰实像。

(3)实验过程中,燃烧的蜡烛变短了,可将凸透镜的高度调(选填“高”或“低”)些,使像再次成在光屏中央。
(4)某小组实验时对图甲中的装置进行了改进,将蜡烛换成“F”形的LED灯,在光屏上贴上方格纸,如图乙所示,请写出改进后的一个优点:。

12. (1)主光轴 需要 蜡烛放在了凸透镜的一倍焦距处
(2)缩小 放大 (3)低
(4)发光体比较稳定(合理即可)

【分析】
本题围绕凸透镜成像规律的实验展开，需结合实验操作要求、成像规律、光路可逆等知识点逐步分析：
1. 第(1)问：明确实验前调整器材高度的目的，需确定烛焰中心的判断条件，以及光屏出现光斑的特殊情况原因；
2. 第(2)问：先根据图甲计算物距，结合焦距判断初始成像性质，再利用光路可逆分析移动透镜后的成像变化；
3. 第(3)问：蜡烛变短导致像的位置偏移，需调整凸透镜高度使像回到光屏中央；
4. 第(4)问：对比蜡烛与LED灯的特点，分析改进装置的优点。
【解析】
(1) 实验前，为使烛焰的像成在光屏中央，需调整蜡烛、透镜和光屏的高度，让烛焰、光屏的中心在凸透镜的主光轴上；调整器材高度时，需要点燃蜡烛，才能准确确定烛焰的中心位置；若光屏上只有与透镜大小几乎相同的光斑，原因是蜡烛放在了凸透镜的一倍焦距处，此时光线经凸透镜后平行射出，无法成实像。
(2) 由图甲可知，物距$ u = 45\mathrm{cm} - 20\mathrm{cm} = 25\mathrm{cm} $，已知焦距$ f=10\mathrm{cm} $，则$ u＞2f $，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、缩小的实像；保持蜡烛和光屏位置不动，将凸透镜向蜡烛方向移动，根据光路可逆原理，新的物距为原来的像距（$ 60\mathrm{cm} - 45\mathrm{cm}=15\mathrm{cm} $），此时$ f＜u＜2f $，光屏上会出现倒立、放大的清晰实像。
(3) 蜡烛变短后，烛焰向下移动，像会向上偏移，要使像回到光屏中央，需将凸透镜的高度调低些，让像向下移动至光屏中央。
(4) 将蜡烛换成“F”形LED灯，优点是发光体比较稳定（或亮度高、便于观察像的形状等，合理即可）。
【答案】
(1) 主光轴；需要；蜡烛放在了凸透镜的一倍焦距处
(2) 缩小；放大
(3) 低
(4) 发光体比较稳定（合理即可）
【知识点】
凸透镜成像规律；实验器材调整；光路可逆
【点评】
本题聚焦凸透镜成像规律的实验，涵盖实验操作要点、成像规律应用、实验改进等内容，注重基础知识点的理解与灵活运用，是凸透镜成像部分的典型基础题。
【难度系数】
0.6

13. [开放探究](2024南通校级期中)学习小组用光具座、电子蜡烛、光屏及几个不同的凸透镜,观察凸透镜成像的现象。发现同一个物体在光屏上所成像的大小不同,于是进一步研究像的大小与哪些因素有关。
通过小组讨论,他们提出以下猜想:
猜想1:与物距的大小有关;
猜想2:与凸透镜的焦距有关;
猜想3:与凸透镜的直径有关。
为了验证猜想,他们进行了实验,并将实验结果记录在下表中,实验中所用电子蜡烛烛焰的高度为2 cm。


(1)如图3-3-8甲所示,此时光屏上呈现出烛焰清晰的像(像未画出),这个像是、的实像。分析第1、2次实验数据可知:同一凸透镜,物距越大,光屏上的像越。
(2)小明用如图乙所示的方法测量了B透镜的焦距,f=cm,进一步分析第2、3次实验数据可知:直径相同且时,焦距越大,像越。
(3)分析第次实验数据可知:像的大小与凸透镜的直径无关。分析第次和第5次实验数据可知:D透镜的焦距(选填“大于”“小于”或“等于”)A透镜的焦距。
(4)在进行第4次实验时,同学们发现像的亮度最亮,请针对这一现象提出一个可供探究的问题:。

13. (1)倒立 缩小 小
(2)8.0 物距相同 大
(3)1、4 1 大于
(4)凸透镜成像的亮度与透镜的直径是否有关

【分析】
本题围绕凸透镜成像的影响因素展开探究，需结合凸透镜成像规律和控制变量法分析实验数据。对于(1)，根据甲图物距与像距的关系判断成像性质，再对比1、2次实验（同一凸透镜，焦距相同）的物距变化对像大小的影响；对于(2)，利用平行光聚焦法测量焦距，对比2、3次实验的变量（直径相同，物距相同）分析焦距对像大小的影响；对于(3)，探究像的大小与直径无关时，需控制物距、焦距相同，直径不同，找到对应实验，再对比1、5次实验的像大小判断焦距关系；对于(4)，第4次实验透镜直径大、像更亮，据此提出探究问题。
【解析】
(1) 图甲中，烛焰经凸透镜成实像时，物距大于像距，根据凸透镜成像规律，当物距u＞2f时，成倒立、缩小的实像；第1、2次实验使用同一凸透镜（焦距相同），物距越大，光屏上的像越小，故依次填：倒立、缩小、小。
(2) 利用平行光聚焦法测量B透镜的焦距，由图乙可知，透镜到焦点的距离为8.0cm，故f=8.0cm；第2、3次实验中，透镜直径相同、物距相同，焦距越大，光屏上的像越大，故依次填：8.0、物距相同、大。
(3) 要探究像的大小与凸透镜直径的关系，需控制物距、焦距相同，改变直径，第1、4次实验符合该条件，故分析第1、4次实验；对比第1次和第5次实验，物距相同、直径相同，第5次的像更大，说明D透镜的焦距大于A透镜的焦距，故依次填：1、4；1；大于。
(4) 第4次实验中透镜直径最大，像的亮度最亮，据此可提出探究问题：凸透镜成像的亮度与透镜的直径是否有关。
【答案】
(1) 倒立；缩小；小
(2) 8.0；物距相同；大
(3) 1、4；1；大于
(4) 凸透镜成像的亮度与透镜的直径是否有关
【知识点】
凸透镜成像规律；控制变量法；实验探究
【点评】
本题是凸透镜成像的开放探究题，重点考查凸透镜成像规律的应用和控制变量法在实验中的运用，要求学生能结合实验数据准确分析变量与结果的关系，注重实验思维的培养，难度适中。
【难度系数】
0.6