认识凸透镜焦距的测量方法

崔胜春

在探究凸透镜成像规律的实验中，凸透镜住距的测量是美键的一个环节，凸透镜的焦距就是焦点到光心的距离，如何能快速准确地找到凸透镜的焦点，测出凸透镜的焦距呢？

太阳光粗测焦距

测量凸透镜焦距比较简单的方法就是太阳光聚焦法，原理是平行于主光轴的光经过凸透镜折射后会会聚在主光轴上的一点，即焦点处，具体做法是：如图1，拿一个凸透镜正对着太阳光，把一张纸放在它的另一侧，让凸透镜在阳光下来回移动（或来回移动纸），直到在纸上得到最小、最亮的光斑，用刻度尺量出光斑到凸透镜之间的距离，就是这个凸透镜的焦距，此方法在操作时应该注意两点：（1）一定使凸透镜正对太阳光，也就是太阳光平行于主光轴；（2）仔细调节纸片与透镜的距离，直到纸上得到的光斑最小、最亮。

例1，如图2所示，一束平行光经过凸透镜后，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑，由此可知，凸透镜对光有____作用，它的焦距是____cm。

解析：平行光经凸透镜后会会聚到一点，说明凸透镜对光线具有会聚作用；由于平行光是平行于凸透镜的主光轴射入的，因此，在光屏上得到的最小、最亮的光斑便是凸透镜的焦点，焦距为40cm-30cm=10cm。

答案：会聚，10

若没有平行光，也可以利用白炽灯粗略地测量出焦距，因为当点光源离凸透镜很远时，光源射出的到凸透镜的光线可以近似地看成平行光，

2倍焦距成像法测焦距

2倍焦距成像法测焦距的原理是当u=v=2f时，凸透镜成倒立、等大的实像，如图3，具体做法是：在光具座上依次放置蜡烛、凸透镜和光屏，点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜和光屏的中心在同一高度，调节烛焰到凸透镜的距离和光屏到凸透镜的距离。直到光屏上的像与烛焰等大为止，此时烛焰到凸透镜的距离和光屏到凸透镜的距离均为2倍焦距，这是实验中经常用到测量凸透镜焦距的方法。

例2，某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜的距离v跟物体到凸透镜的距离u之间的关系图，如图4所示，下列判断正确的是（ ）。

A.该凸透镜的焦距是16cm

B.当u=12cm时，在光屏上能得到一个缩小的像

C.当u=20cm时成放大的像，投影仪就是根据这一原理制成的

D.把物体从距凸透镜12cm处移动到24cm处的过程中，像逐渐变小

解析：由图4可知，当u=v=16cm时，物体刚好处在2倍焦距处，故焦距为8cm，A选项错误；当u=12cm时，可知f2f，此时成倒立、缩小的实像，故选项C错误；物体从距透镜12cm向24cm移动的过程中，根据凸透镜成像的规律可知，成实像时，物远像近像变小，选项D正确。

答案：D

放大镜成像法测焦距

放大镜成像法测焦距的原理是物体放在焦点处不能成像，具体做法是：把放大镜放在课本上，使放大镜逐渐远离课本，当课本上的字刚刚看不到时，此时放大镜到课本的距离就是凸透镜的焦距，也可以利用灯泡的灯丝为物进行测量，先使凸透镜与小灯泡紧靠，透过凸透镜观看灯泡里的灯丝，并逐渐增大凸透镜与灯泡之间的距离，从看得见到刚好看不见时，测出凸透镜与灯丝之间的距离即为焦距。

焦点入射法测焦距

焦点入射法测焦距的原理是从焦点发出的光，经过凸透镜折射后平行于主光轴，具体做法是：在凸透镜的一侧放一光屏，另一侧放一个发光的小灯泡，沿主光轴移动小灯泡，直到光屏上得到一个与透镜直径相等的圆形光斑为止，如图5，测出小灯泡到凸透镜的距离即为焦距。

责任编辑：程哲