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劉長欣
凸透鏡的成像性質(zhì)會因物距的不同而多變,當物距不同時,對應(yīng)的成像性質(zhì)、像距、成像大小及成像規(guī)律的實際應(yīng)用等均不相同,因此要掌握“像”的善變,必須理解成“像”的規(guī)律。
在探究凸透鏡成像規(guī)律實驗中,可以得到的成像規(guī)律如表1。
表1中設(shè)置了u>2f、f
物體在三個“區(qū)間”的成像情況及應(yīng)用
表1顯示,物體分別在三個區(qū)間時的成像規(guī)律是:(1)u>2f或(u>v)時,成倒立、縮小的實像,像距在一倍焦距和二倍焦距之間,應(yīng)用是照相機,(2)f
例1,讓一個凸透鏡正對太陽光,在距透鏡5cm處得到一個最小最亮的光斑,若將一個物體放在此透鏡前7cm處,經(jīng)這個凸透鏡所成的像是( )。
A.縮小的實像
B.放大的實像
C.縮小的虛像
D.放大的虛像
解析:這是一道凸透鏡成像規(guī)律應(yīng)用的基礎(chǔ)題,太陽光是平行光,“正對”的意思是讓太陽光平行于凸透鏡的主光軸入射,經(jīng)凸透鏡折射后,會聚于主光軸上一點,該點即為凸透鏡的焦點,它到透鏡光心的距離就是焦距,由此可知,該凸透鏡的焦距是5cm,物體放在此透鏡前7cm處,說明物距在f和2f之間,那么應(yīng)成倒立、放大的實像,它的應(yīng)用是投影儀。
答案:B
例2,如圖1所示,燭焰在光屏上成清晰的像,下列光學器材中成像原理與此相同的是( )。
A.投影儀
B.照相機
C.放大鏡
D.近視眼鏡
解析:從圖上明顯看出,物距大于像距,即物體在2f之外,成像在f和2f之間,符合照相機的工作原理。
答案:B
小結(jié):凸透鏡成像的三個區(qū)間考查較多,做這類題目時應(yīng)跟生活中常見的照相機(物距大像距小且為實像)、投影儀(物距小像距大且為實像)、放大鏡(物距小于焦距且成虛像)三個光學元件類比考慮,這樣不僅記得牢固且不容易混淆。
物體在兩個特殊點的成像情況及應(yīng)用
從探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中,我們不難發(fā)現(xiàn):(1)焦點F實像和虛像的分界點,焦點之內(nèi)成虛像,焦點之外成實像;而2f點是成像大小的分界點,2f之外成縮小的實像,2f之內(nèi)成放大的實像,(2)當u=2f時,成倒立、等大的實像,像距也為2f,這個特殊點的應(yīng)用是求透鏡的焦距f,且焦距f=1/2u=1/2v。
例3,某班同學在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中,記錄并繪制了物體到凸透鏡的距離u跟像到凸透鏡的距離v之間關(guān)系的圖象,如圖2所示,下列判斷正確的是( )。
A.該凸透鏡的焦距是20cm
B.當u=20cm時,在光屏上能得到一個縮小的像
C.當把光源放在u=10cm處時,通過凸透鏡可以得到平行光
D.把物體從距凸透鏡15cm處移動到30cm處的過程中,像逐漸變大
解析:圖中給出了不同物距對應(yīng)的不同像距,但只有一個“特殊點”可以給我們有用的信息,即物距u=20cm、像距v=20cm對應(yīng)的那一點,這時u=v,成倒立、等大的像,可找到該凸透鏡的焦距f=1/2u=1/2v=10cm,由此突破本題的難點,當u=20cm時,說明物體在2f點處,應(yīng)成倒立、等大的實像,當把光源放在u=10cm處時,光源正好在焦點上。來自于焦點的光線經(jīng)過凸透鏡折射后,成平行光射出,所以利用這個特點可以得到平行光,把物體從距凸透鏡15cm處移動到30cm處的過程中,物體經(jīng)過了2f點,而此點是成像大小的分界點,由于物距在逐漸變大,所以像應(yīng)逐漸變小。
答案:C
物體位置變化時的成像情況及應(yīng)用
從凸透鏡成像情況還可以看出:(1)成實像時,物距越小,像距越大,像越大;成虛像時,物距越大,像距越大,像越大,即物體越靠近焦點,像越大(或物像均沿光具座向同一方向移動),(2)凸透鏡成實像時上下左右都顛倒,在上下方向(垂直于光具座方向),它們的移動規(guī)律是:當凸透鏡不動時,像的移動方向和物體的移動方向相反,當物體不動時,像的移動方向和凸透鏡的移動方向相同,(3)如果將凸透鏡遮住一部分,由于折射光線減少。所成像雖然完整,但像的亮度減弱,(4)成實像時像、物之間的最小距離是4f。
例4,小王同學用光具座做凸透鏡成像實驗時,蠟燭的像成在了光屏上側(cè),為了使蠟燭的像能成在光屏中央,以下操作可達到目的的是( )。
A.將凸透鏡往上移
B.將光屏往下移
C.將蠟燭往上移
D.將蠟燭往下移
解析:我們把握一個原則:過光心的光線傳播方向不變,根據(jù)這條特殊的光線,我們不難分析出。當凸透鏡固定不動時,像的上下移動方向和物體的上下移動方向相反:當物體固定不動時,像的上下移動方向和凸透鏡的上下移動方向相同,同學們也可以自己畫光路圖來加深理解和記憶,題目中“像成在了光屏上側(cè)”,為使像成在光屏的中央,像需要向下移動,根據(jù)“在上下方向,像的移動方向和透鏡的移動方向相同,和物體的移動方向相反”這一規(guī)律,此時將凸透鏡向下移動或者燭焰向上移動即可。
答案:C
小結(jié):解決這類問題時。一定要先判斷像需要向哪個方向移動,然后再根據(jù)題意確定物體或透鏡的移動方向,另外,從本題也可以發(fā)現(xiàn):讓像成在光屏中央,有三種調(diào)節(jié)方法:(1)調(diào)節(jié)光屏;(2)調(diào)節(jié)物體;(3)調(diào)節(jié)凸透鏡,若某一狀態(tài),光屏上的像偏上,想使像成在光屏中央??梢宰尮馄料蛏?、物體向上或凸透鏡向下移動,畫圖掌握這樣調(diào)節(jié)的原因,就很容易牢記結(jié)果。
綜合以上的例題我們可以看出,對凸透鏡成像實驗的考查。只要掌握了它的成像規(guī)律,是完全能夠順利完成題目要求的。
責任編輯:程哲