探究凸透镜成像规律

张金荣

实验要点

[实验要点]

1.基本要求

探究凸透镜成像规律实验涉及以下基本要求。（1）器材摆放要求：将蜡烛、凸透镜和光屏从左至右依次放于光具座上，点燃蜡烛，调节凸透镜和光屏的高度，使凸透镜的光心、光屏的中心和烛焰的中心大致在同一高度，这样做的目的是使像成在光屏中央;（2）实验方法要求：使烛焰从距离较远处逐渐靠近透镜，每次都调节光屏到凸透镜的距离，使烛焰在光屏上成清晰的像，注意观察像的大小、正立、倒立情况是如何随物距的减小而变化的。

2.基本要点

实验过程中得出以下基本要点。（1）凸透镜成实像时，物近像远像变大，物远像近像变小;凸透镜成虚像时，物近像近像变小，物远像远像变大;（2）由于光路具有可逆性，将原本成实像的蜡烛与光屏位置互换，还能呈现清晰的实像;（3）把一只点燃的蜡烛立于凸透镜的一侧，在另一侧屏上可以得到烛焰的像，如果凸透镜的下半部损坏（或被纸板遮住），或凸透镜上有污点，此时光屏上依然能够呈现清晰的像，只是像稍微暗一点。

3.凸透镜成像规律（表1）

[实验拓展]

（1）在探究凸透镜成像规律时，这里的“倒立”是指像相对于物上下左右均颠倒。因此，当烛焰被风吹动，烛焰向左歪时，像会向右歪;蜡烛燃烧变短，像会向上移动。为此，可以选用发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色方格板上替代蜡烛作为光源，并用同样的白色方格板做成光屏。（2）实验中有时光屏上找不到像的原因可能是：蜡烛的烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度上;蜡烛放在了焦点上或焦点以内;蜡烛放在焦点外离焦点很近的地方;成的像太大，超过光屏大小。（3）凸透镜成像时物距u、像距v與焦距f之间符合[1u+1v=1f]规律，利用这个规律可以解释凸透镜成像时的动态变化规律、生活中的实际应用等。（4）凸透镜成像动态规律简记为：一焦分虚实、二焦分大小;实像异侧倒、物远像变小;虚像同侧立、物远像变大;像大像距大、像小像距小。

[能力提升]

例（2021·四川·自贡）在“探究凸透镜成像规律”的实验中：

（1）图甲中光屏上所成的像是倒立 （选填“放大”、“等大”或“缩小”），生活中的 （选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）是利用这一原理制成的。

（2）如图乙，线段AB为凸透镜成像的物距倒数和像距倒数的对应关系，则凸透镜焦距为 cm。

（3）当光屏上成清晰的像时，不改变图甲中蜡烛和透镜位置：

①若将凸透镜换成焦距相同镜面较小的凸透镜，再次做实验，光屏上所成的像与原来相比 （选填“变小”、“变暗”或“变不完整”）了。

②若将凸透镜换成镜面大小相同、焦距稍小的凸透镜，再次实验，则须将光屏 （选填“向左”或“向右”）移动才能成清晰的像，光屏上所成的像与原来的像相比 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。

解析：（1）据图甲可得u < v，在光屏上成倒立放大的实像，生活中的投影仪是利用这一原理制成的。

（2）如图乙，线段AB为凸透镜成像的物距倒数和像距倒数的对应关系，当u = 2f、v = 2f时，即[1u=1v]，凸透镜成倒立、等大的实像，此时[1u=1v=5 m-1]，所以f = 0.1 m = 10 cm。

（3）当光屏上成清晰的像时，不改变图甲中蜡烛和透镜的位置，即物距u保持不变：①若将凸透镜换成焦距相同镜面较小的凸透镜，再次做实验，这时的凸透镜类似于下半部损坏（或被纸板遮住），因此，光屏上所成的像与原来相比变暗;②若将凸透镜换成镜面大小相同焦距较小的凸透镜，再次实验，这时类似于将蜡烛远离凸透镜（或利用[1u+1v=1f]分析），则须将光屏向左移动才能成清晰的像，根据像距小则像小的规律，光屏上所成的像与原来的像相比会变小。

答案：（1）放大 投影仪 （2）10 （3）①变暗 ②向左 变小

（作者单位：江苏省盐城市文峰初级中学）