1[2025湖南湘潭期末,中]如图所示,用焦距为10 cm的凸透镜、高度为6 cm的F光源、光屏和光具座等器材探究凸透镜成像大小的变化规律,通过测量像的高度反映像的大小。


物高6 cm
| 实验次数 | 1 | 2 | 3 |
| --- | --- | --- | --- |
| 物距/cm | 30 | 20 | 15 |
| 像距/cm | 15 | 20 | 30 |
| 像高/cm | 3 | 6 | 12 |
(1)若要测量光源在光屏上所成像的高度,需要的测量工具是。
(2)将光源逐渐靠近凸透镜,移动光屏,三次成倒立实像的相关数据如表格所示。分析表中数据,可得出结论:凸透镜成实像时,物距变小,像距变,像变。
(3)继续移动光源至物距为6 cm时,发现无论如何移动光屏,均不能在光屏上成像,此时应从(填“光源”或“光屏”)一侧透过凸透镜观察光源的像,此时(填“能”或“不能”)用第(1)问中的测量工具直接测出观察到的像的高度。
(4)若保持光源到光屏的距离为45 cm不变,仅移动凸透镜改变物距,则上表中第次实验的成像情况不能探究。

1. (1)刻度尺 (2)大 大 (3)光屏 不能 (4)2
【解析】(1)若要测量光源在光屏上所成像的高度,需要的测量工具是刻度尺。(2)由表中数据可知,当凸透镜成实像时,物距变小,像距变大,像变大。(3)继续移动光源至物距为6 cm,此时u＜f,成正立、放大的虚像,虚像与物同侧,因此此时应从光屏一侧透过凸透镜观察光源的像;因虚像不能用光屏承接,故不能用第(1)问中的测量工具直接测出观察到的像的高度。(4)若保持光源到光屏的距离为45 cm不变,仅移动凸透镜改变物距,由表中数据可知,第1次实验和第3次实验中像距与物距的和均等于45 cm,故成像情况可以探究,而第2次实验中物距与像距之和为40 cm＜45 cm,因此不能探究第2次实验的成像情况。

2[偏难]某实验小组进行了探究凸透镜成像规律的实验,具体操作如下:

(1)实验前,调整烛焰和光屏的中心与凸透镜的光心在同一高度,目的是。
(2)若凸透镜的焦距为$f$,当物距$u＜f$时,烛焰成正立、放大的虚像;当$u=f$时,(填“能”或“不能”)观察到烛焰的像;当$u＞f$时,烛焰成(填“正立实像”“正立虚像”“倒立实像”或“倒立虚像”)。同学们分析得出:像的虚实由的大小关系决定。
(3)当蜡烛、凸透镜和光屏处于图甲所示位置时,恰好在光屏上成清晰的像,此时的成像特点与(填“照相机”“放大镜”或“投影仪”)的工作原理相同。
(4)仅将图甲中凸透镜换成焦距相同但直径较小的凸透镜,光屏上所成的像与原来相比(填“变小”“变暗”或“变不完整”)了。
(5)若仅将图甲中凸透镜换成直径大小相同但焦距稍小的凸透镜,则需将光屏(填“向左”或“向右”)适当移动才能成清晰的像。
(6)如图乙所示,凸透镜的焦距为10 cm,保持光屏位置不变,让蜡烛和凸透镜分别以4 cm/s和2 cm/s的速度,同时沿光具座匀速向左运动,经过2.5 s,光屏上成清晰、(填“放大”“等大”或“缩小”)的像。

2. (1)使像成在光屏中央 (2)不能 倒立实像 物距和焦距 (3)投影仪 (4)变暗 (5)向左 (6)等大
【解析】(1)为了使像成在光屏中央,实验前应调节烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度。(2)若凸透镜的焦距为$f$,当物距$u ＜ f$时,烛焰成正立、放大的虚像;当$u = f$时,不能观察到烛焰的像;当$u ＞ f$时,烛焰成倒立实像;分析得出:像的虚实由物距和焦距的大小关系决定。(3)由图甲可知,此时物距小于像距,成倒立、放大的实像,应用于投影仪。(4)用与原实验中焦距相同但直径较小的凸透镜替代原来的凸透镜再次实验,成像大小不会变化,像也仍然完整,但通过凸透镜的光线变少了,故所成的像比原来暗。(5)如果将图甲中凸透镜换成直径相同但焦距稍小的凸透镜,相当于物距变大了,那么像距就要减小,故光屏应向左适当移动。(6)由图乙可知,保持光屏位置不变,让蜡烛和凸透镜分别以4 cm/s和2 cm/s的速度,同时沿光具座匀速向左运动,则经过2.5 s,物距$u' = 15 cm+(4 cm/s-2 cm/s)×2.5 s=20 cm$,凸透镜和光屏之间的距离变为$15 cm + 2 cm/s×2.5 s = 20 cm$,根据$u'=v'=2f$可知,此时光屏上成清晰、倒立、等大的实像。
关键点拨
根据速度公式,分别求出2.5 s后的物距和像距,比较会发现两个距离相等,此时物距和像距都等于2倍焦距,根据凸透镜成像规律可知,光屏上成倒立、等大的实像。
关键点拨
对于凸透镜,平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过焦点。