Question

8．小明在探究“凸透鏡成實(shí)像時像距與物距的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：光具座、凸透鏡、光屏和蠟燭等．
（1）將蠟燭、凸透鏡和光屏放在光具座上，點(diǎn)燃蠟燭，調(diào)整凸透鏡和光屏的高度，使?fàn)T焰、凸透鏡和光屏的中心大致在同一高度上．
（2）該實(shí)驗(yàn)應(yīng)使凸透鏡成實(shí)像，那么凸透鏡成實(shí)像的條件是：物距大于焦距．
（3）記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表．從表中數(shù)據(jù)可得透鏡焦距為10cm，請?jiān)诜礁窦埳袭嫵鱿窬嗯c物距的關(guān)系圖象．      

物距u/cm	14	16	18	20	22	24	26
像距v/cm	35	27	22	20	18	17	16

（4）小明得出探究結(jié)論后，又用上述器材做了一個實(shí)驗(yàn)．把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡放在17cm刻線上，如圖1所示．移動光屏在a位置找到像，則可由所作圖象2得a位置大致在41cm刻度處．
（5）小明把發(fā)光二極管組成的T字母（設(shè)“其實(shí)際大小即如題中字符尺寸”所示）代替蠟燭，在不移動圖1中各元件位置的情況下，光屏上所成像形狀是（在橫線上畫出所成像的大致形狀）．
（6）小華提出疑問，當(dāng)蠟燭成倒立的像時，左右是否也顛倒呢，小張說道，只要將T型燈管換成F型燈管即可．
（7）港北物理興趣小組在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上又進(jìn)一步探究了利用透明橡皮膜、注射器、乳膠管、止水夾等器材制成凹、凸形狀可改變的液體透鏡，并利用液體透鏡探究“光的折射”和“透鏡成像”，如圖甲所示．

首先在兩個透明玻璃長方體容器中充入蚊香煙霧，然后將水注入橡皮膜，制成液體透鏡，再將液體透鏡放置在兩個玻璃容器之間，如圖甲所示，讓光線沿圖示方向射入玻璃容器，經(jīng)透鏡折射后折射光線將偏向（選填“偏離”或“偏向”）主光軸．如果此時再用注射器向橡皮膜注水，改變液體透鏡的凸起程度，則折射光線偏折的程度會（選填“會”/“不會”）改變．在玻璃容器中充入蚊香煙霧的目的是顯示光路．
（8）如圖乙所示，液體透鏡被安裝在光具座上，不斷改變液體透鏡凸起程度，調(diào)節(jié)蠟燭、光屏位置，使得每次在光屏上得到等大的像，發(fā)現(xiàn)隨著液體透鏡越凸，蠟燭和光屏的距離就越近，說明透鏡的凸起程度越大焦距越�。ㄔ酱�/不變/越�。�．
（9）有同學(xué)提出該種透鏡對光的會聚能力是否與液體的種類有關(guān)呢？請你幫助設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，寫出簡易步驟，并判斷．
步驟：改變透鏡內(nèi)的液體種類，保持透鏡凸凹程度相同，測出不同種液體對應(yīng)的焦距（f、f'）
判斷：若所測焦距相等（或f=f'），則和液體種類無關(guān)，相反則有關(guān)．

Answer 1

分析 （1）在實(shí)驗(yàn)中，為使像能成在光屏的中心，應(yīng)調(diào)整燭焰、凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心大致在同一高度；
（2）由凸透鏡成像的三種情況：u＞2f，成倒立、縮小的實(shí)像．2f＞u＞f，成倒立、放大的實(shí)像．u＜f，成正立、放大的虛像，可得出結(jié)論．
（3）根據(jù)當(dāng)物距等于像距時的情況可判斷凸透鏡的焦距；
（4）根據(jù)（3）可得出此透鏡的焦距f=10cm，2f＞u＞f，成倒立、放大的實(shí)像，v＞2f，再結(jié)合所畫圖象即可得出結(jié)論；
（5）當(dāng)f＜u＜2f時，成倒立、放大的實(shí)像；
（6）可以把字母“T”換成左右不對稱的字母；
（7）凸透鏡對光線有會聚作用，當(dāng)平行光線經(jīng)過凸透鏡折射后向主光軸偏折；凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)；當(dāng)光照到煙霧時，煙霧顆粒對光的反射方向是不同的，會發(fā)生漫反射現(xiàn)象，所以我們從各角度可以看到光的路徑；
（8）根據(jù)物像之間的距離判斷焦距的變化；
（9）根據(jù)控制變量法和實(shí)驗(yàn)的目的判定出變量和不變量，據(jù)此分析實(shí)驗(yàn)的步驟．

解答 解：（1）調(diào)節(jié)凸透鏡和光屏的高度，使它們的中心與燭焰中心大致在同一高度．其目的是使像成在光屏的中央；
（2）當(dāng)u＞2f時，成倒立、縮小的實(shí)像，此時f＜v＜2f．當(dāng)u=2f時，成倒立、等大的實(shí)像，此時v=2f．當(dāng)f＜u＜2f時，成倒立、放大的實(shí)像，此時v＞2f．．當(dāng)u=f時，無像．經(jīng)凸透鏡折射后的光線是平行的，沒有會聚點(diǎn)．當(dāng)u＜f時，成正立、放大的虛像．由以上可知，當(dāng)物距大于像距時，成實(shí)像．
（3）當(dāng)u=v=20cm時，此時物距與像距相同，都是二倍焦距，故凸透鏡焦距f=10cm；根據(jù)表格中的物距、像距的大小，在表格中找出對應(yīng)的點(diǎn)，然后連線，如圖所示：

（4）由（3）可知，此透鏡的焦距f=10cm，當(dāng)把蠟燭放在光具座上的0刻線處，凸透鏡放在17cm刻線上，即2f＞u＞f，成倒立放大的實(shí)像；此時v＞2f，即a的位置v＞20cm，結(jié)合圖象可知v在25～23cm之間，所以a位置在（25+17）～（23+17）cm即40～42刻線之間或41cm．
（5）在不移動圖1中各元件位置的情況下，光屏上所成像是倒立、放大的實(shí)像，如圖所示：；
（6）可以把左右對稱的字母“T”換成不對稱的字母“F”即可；
（7）由圖可知，玻璃容器的形狀相當(dāng)于一個凸透鏡，凸透鏡對光有會聚作用，經(jīng)透鏡折射后折射光線將向主光軸方向偏折；凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)，用注射器向橡皮膜注水，改變液體透鏡的凸起程度，則折射光線偏折的程度會發(fā)生改變；在玻璃容器中充入蚊香煙霧，當(dāng)光照到煙霧時，煙霧顆粒對光的反射方向是不同的，會發(fā)生漫反射現(xiàn)象，所以我們從各角度可以看到光的路徑；
（8）由題意可知，當(dāng)當(dāng)u=2f時，成倒立、等大的實(shí)像，此時v=2f；隨著液體透鏡越凸，蠟燭和光屏的距離就越近，則u越小，這說明透鏡的凸起程度越大焦距�。�
（9）步驟：改變透鏡內(nèi)的液體種類，保持透鏡凸凹程度相同，測出不同種液體對應(yīng)的焦距（f、f'）；判斷：若所測焦距相等（或f=f'），則和液體種類無關(guān)，相反則有關(guān)．
故答案為：（1）高度；（2）大于；（3）10；如圖所示；（4）41；（5）；（6）F；（7）偏向；會；顯示光路；（8）越小；（9）步驟：改變透鏡內(nèi)的液體種類，保持透鏡凸凹程度相同，測出不同種液體對應(yīng)的焦距（f、f'）；判斷：若所測焦距相等（或f=f'），則和液體種類無關(guān)，相反則有關(guān)．

點(diǎn)評 此題考查了有關(guān)凸透鏡成像的規(guī)律，掌握凸透鏡成像的特點(diǎn)與物距、像距之間的關(guān)系．此題需根據(jù)物距與像距的大小關(guān)系得出成像的特點(diǎn)及物距和像距的范圍，難度稍大．