透镜及其应用
第二节 凸透镜成像的规律
基础过关全练
知识点1 探究凸透镜成像的规律
1.【新独家原创】小李用如图甲所示的装置探究“凸透镜成像规律”(像未画出),通过实验绘制了物距u和像距v之间的关系图象(如图乙所示)。
(1)按照图甲安装实验器材时,为了使像成在光屏中央,除了将光源、凸透镜和光屏依次放在光具座上,还应调整他们的中心大致在 ;由图乙可得出该实验所用凸透镜的焦距是 cm。
(2)当蜡烛放在图甲中的45 cm处时,可以得到一个 (选填“倒立、放大”或“正立、放大”)的 (选填“实”或“虚”)像,像与蜡烛在凸透镜的 (选填“同”或“不同”)侧。如果用黑色不透明的纸遮住凸透镜的上半部分,将 (选填“能够”或“不能”)完成实验。
(3)图丙是2021年12月9日“天宫课堂”中,航天员王亚平为大家直播演示“神奇的太空小水球”实验,图中情形是通过水球成 (选填“实”或“虚”)像的瞬间。随后,王亚平向水球里注射一个气泡,神奇的一幕发生了,水球里竟然形成了一正一反的两个人像,如图丁,注入气泡后,中间部分相当于两个 组成的(选填“平面镜”“凸透镜”或“凹透镜”)。
知识点2 凸透镜成像的规律
2.(2023山东淄博张店期末)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,小欢同学将点燃的蜡烛放在凸透镜前某一位置时,恰好在凸透镜后30 cm处的光屏上出现一个与蜡烛等大、倒立的像;若将此蜡烛移至凸透镜前12 cm处时,则( )
A.光屏上出现倒立、放大的实像
B.光屏上出现倒立、缩小的实像
C.无论怎样移动光屏,光屏上均不会出现实像
D.将光屏向远离凸透镜方向移动一段距离,光屏上才会出现倒立放大的实像
3.【教材P90T3变式】(多选)小明利用如图所示的装置探究凸透镜成像规律,他先用焦距为20 cm的凸透镜进行实验,在光屏上得到了清晰的像(像未画出)。下列分析正确的有( )
A.此时光屏上成的是放大的像
B.烛焰随蜡烛燃烧而下移,光屏上的像将向上移
C.若蜡烛向右移动到20 cm处,为了使光屏承接到清晰的像,则光屏应向左移动
D.保持蜡烛和凸透镜的位置不变,换用焦距为10 cm的凸透镜,移动光屏再次承接到的烛焰清晰的像变小
能力提升全练
4.(2022山东枣庄中考,3改编,★★☆)在“探究凸透镜成像的规律”实验中,蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示,这时烛焰在光屏上能成等大清晰的像。关于本实验下列说法正确的是( )
A.凸透镜的焦距是20 cm
B.把蜡烛移至刻度尺10 cm处,凸透镜不动,移动光屏,能在光屏上得到清晰的像
C.把蜡烛移至刻度尺32 cm处,凸透镜不动,移动光屏,能在光屏上得到倒立、缩小的实像
D.把蜡烛移至刻度尺45 cm处,凸透镜不动,移动光屏,会再次在光屏上得到清晰的像
5.(2023山东新泰期末,14改编,★★☆)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,当点燃的蜡烛、凸透镜及光屏处于如图所示的位置时,在光屏上得到烛焰清晰的像(像未画出)。下列说法中正确的是( )
①光屏上成倒立、缩小的实像
②若蜡烛燃烧变短,烛焰在光屏上的像将向下移动
③透镜不动,蜡烛向右移动,光屏向左移动,可再次得到清晰的像
④蜡烛和光屏不动,移动凸透镜到适当位置,光屏上可再次得到清晰的放大的像
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
6.(2021山东栖霞期末,9,)在“探究凸透镜成像的规律”时,当烛焰离透镜14 cm时成放大的实像,当烛焰离透镜8 cm时成放大的虚像,则这个透镜的焦距可能是( )
A.4 cm B.7 cm C.10 cm D.16 cm
7.(2019山东烟台中考,10改编,)如图所示的是小明同学在做“探究凸透镜成像规律”的实验中的一次实验操作情景,这时烛焰在光屏上成清晰的像。若将烛焰移动到距离凸透镜15 cm处,调节光屏,在光屏上可得到( )
A.倒立、缩小的实像 B.倒立、等大的实像
C.倒立、放大的实像 D.正立、放大的虚像
8.(2022山东新泰期末,19,)如图1是放置在水平桌面上的刻度尺的一部分,图2中甲、乙、丙、丁是通过凸透镜所看到的刻度尺的像。若凸透镜先贴着刻度尺然后逐渐远离,则看到刻度尺的像的先后顺序正确的是 。
图1
甲
乙
丙
丁
图2
9.(2022山东临沂中考,25,★★☆)用焦距为10 cm的凸透镜探究凸透镜成像规律时,将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上,并将凸透镜固定在50 cm刻度线处。
(1)点燃蜡烛,调整蜡烛、凸透镜和光屏的高度,使烛焰的中心、凸透镜的光心和光屏的中心大致在 。
(2)当蜡烛和光屏的位置如图所示时,光屏上承接到烛焰清晰的像(像未画出)。应用了此成像特点的是 (选填“照相机”“放大镜”或“投影仪”)。
(3)将蜡烛移至20 cm刻度线处,应将光屏移至 cm刻度线处,可再次承接到烛焰清晰的像。
(4)将蜡烛移至45 cm刻度线处,无论怎样移动光屏,始终承接不到烛焰清晰的像。此时应在凸透镜 (选填“左侧”或“右侧”)透过凸透镜观察像的特点。
10.(2023山东淄博张店期末,24节选,★★☆)小明在做“探究凸透镜成像规律”的实验中:
(1)如图甲,一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后,在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑,则该凸透镜的焦距为 cm。
(2)当蜡烛、凸透镜、光屏三者的位置如图乙所示时,光屏上恰好得到了一个清晰的像(像未画出),此像的性质是 (选填“倒立”或“正立”)、 (选填“放大”“缩小”或“等大”)、 (选填“实像”或“虚像”)。若此时只将蜡烛、光屏的位置互换,没有移动凸透镜,则光屏上 (选填“会”或“不会”)得到一个清晰的像,理由是 。
(3)当烛焰逐渐远离凸透镜时,应将光屏 (选填“远离”或“靠近”)凸透镜,光屏上才会重新出现清晰的像,烛焰的实像将 (选填“变大”或“变小”)。
(4)若烛焰已在光屏上成清晰的像,此时用挡板遮住凸透镜的下半部分,则所成的烛焰的像是 。
A.不完整的像
B.亮度相同的完整像
C.亮度稍暗的完整的像
11.(2020山东威海中考,23,)小明用同一光源做了以下几个学生实验,请回答下列问题。
(1)实验1:在探究凸透镜成像规律的实验中,发现像成在光屏的上方,如图所示,要使像成在光屏中央,应向 (选填“上”或“下”)调节凸透镜;调好后,发现光屏上的像与光源等大,则凸透镜的焦距为 cm。
(2)实验2:如果利用实验1的装置,光源位置不变,取下凸透镜,在原透镜位置正确放置带小孔的光板,若还想承接与光源等大的像,光屏应该 (选填“左移”“右移”或“不动”),此时成的像与实验1成的像相比 (选填“较亮”“较暗”或“一样亮”)。
(3)实验3:如果利用实验1的装置,光源及光屏位置不变,取下凸透镜,在原透镜位置正确放置一块薄玻璃板(不考虑玻璃板厚度),在光源一侧透过玻璃板观察能否在光屏位置看到像: (选填“能”或“否”);此时成的像与实验1成的像在哪个方面有区别: (选填“正倒”“大小”或“完整度”)。
素养探究全练
12.【科学探究】在探究凸透镜成像规律时,小明用9个红色的发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色方格板上替代蜡烛作为光源,又用同样的白色方格板做成光屏。
(1)实验前先把凸透镜正对平行光源,移动凸透镜,在屏上得到一个亮点,如图甲所示,则此凸透镜的焦距是 cm。
(2)实验时,首先调节光源、凸透镜和光屏的高度,使它们的中心大致在同一高度上,其目的是 。
(3)如图乙所示,凸透镜固定在光具座零刻度线处,小明将光源移至40 cm刻度线处时,在光屏上出现 (填像的性质)(像未画出)。实验中,小明在光源和凸透镜间放上一个凹透镜,若仍要在光屏上成清晰的像,则需要将光屏向 (选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动。当小明将光源移至8 cm刻度线时,他可通过凸透镜看到 (填像的性质)。
(4)同学们对小明使用的实验装置进行如下评价,其中错误的是 。
A.与烛焰相比,实验使用的光源不会晃动,光屏上所成的像比较稳定
B.光源镶嵌在白色方格板上,用同样的白色方格板做成光屏,便于比较像与物的大小
C.零刻度线刻在光具座标尺的中央,可直接测出物距和像距
D.若凸透镜的焦距未知,则利用此实验装置不能测量凸透镜的焦距
(5)小明利用手机拍摄学校体育馆时发现像不完整,他分析可能是在拍摄时,手指遮挡了部分摄像头所致。为了进一步分析此原因,他利用凸透镜、光屏、发光体AB和一张足够大的遮光板进行探究。将发光体AB、凸透镜和光屏依次组装到光具座上,调整它们的位置,使光屏上恰能观察到AB清晰的像。接着,将遮光板紧贴着凸透镜自上而下移动遮挡凸透镜,直至挡住其上半部分(如图丙所示),在该过程中,光屏上AB所成像大小 (选填“变大”“变小”或“不变”),亮度 (选填“变亮”“变暗”或“不变”);再将遮光板从图丙所示位置沿凸透镜的主光轴向右平移,当移过主光轴上P点后,发现光屏上AB的像开始变得不完整,请在图中标出P点的位置。(保留作图痕迹)
答案全解全析
基础过关全练
1.答案 (1)同一高度 8 (2) 正立、放大 虚 同 能够 (3)实 凹透镜
解析 (1)根据实验的要求,让像成在光屏的中心,必须使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心放在同一高度上;由图象可知,物距与像距相等时,光屏与蜡烛均距离凸透镜16 cm,即u=v=2f=16 cm,所以f=8 cm。(2)凸透镜的焦距为8 cm,若将蜡烛移到45 cm处时,蜡烛距凸透镜5 cm,此时u
2.C 距离凸透镜30 cm的光屏上得到一个与蜡烛等大、倒立的像,此时物距等于像距等于二倍焦距,所以凸透镜焦距f=v=×30 cm=15 cm。若将物体移至透镜前12 cm处,u
能力提升全练
4.B 由图知,蜡烛与凸透镜的距离为20 cm,即物距为20 cm,此时在光屏上成的像是倒立、等大的实像,根据凸透镜成像规律可知,此时物距等于二倍焦距,所以凸透镜的焦距为10 cm,故A错误;把蜡烛移至刻度尺10 cm处,凸透镜不动,此时物距为40 cm,大于两倍焦距,成倒立、缩小的实像,故B正确;把蜡烛移至刻度尺32 cm处,凸透镜不动,此时物距为18 cm,大于一倍焦距小于两倍焦距,成倒立、放大的实像,故C错误;把蜡烛移至刻度尺45 cm处,凸透镜不动,此时物距为5 cm,小于一倍焦距,成正立、放大的虚像,虚像不能呈现在光屏上,故D错误。
点拨 解决本题的关键是掌握凸透镜成像的规律,掌握像距、像的大小与物距之间的关系,能够从图中获取信息,然后利用所学规律分析解答问题。
5.C 由图可知,此时蜡烛距离凸透镜30 cm,在透镜的另一侧15 cm处光屏上得到一个清晰的像,物距大于像距,成倒立、缩小的实像,故①正确;若蜡烛燃烧变短,根据经过光心的光线的传播方向不变可知,烛焰在光屏上的像将向上移动,故②错误;透镜不动,蜡烛向右移动,物距变小,像距变大,光屏向右移动,可再次得到清晰的像,故③错误;蜡烛和光屏不动,移动凸透镜到适当位置,根据光的折射中光路是可逆的可知,光屏上可再次得到清晰的放大的像,故④正确。故选C。
6.C 当烛焰离透镜14 cm时,成放大的实像,则物距在一倍焦距和二倍焦距之间,即2f>14 cm>f,所以7 cm
8.答案 丁→丙→甲→乙
解析 刻度尺到凸透镜的距离(物距)在一倍焦距以内时,凸透镜成正立、放大的虚像,即丁图;刻度尺到凸透镜的距离在一倍焦距和二倍焦距之间时,凸透镜成倒立、放大的实像,即丙图;刻度尺到凸透镜的距离在二倍焦距处,凸透镜成倒立、等大的实像,即甲图;刻度尺到凸透镜的距离在二倍焦距以外时,凸透镜成倒立、缩小的实像,即乙图。
9.答案 (1)同一高度 (2)投影仪 (3)65 (4)右侧
解析 (1)为使像成在光屏的中央,应调整烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心大致在同一高度。(2)由图可知,物距小于像距,则物距大于一倍焦距小于二倍焦距,成倒立、放大的实像,像距大于二倍焦距,生活中投影仪是依据此原理制成的。(3)将蜡烛移到20 cm刻度线处时,物距变为30 cm,根据光的折射现象中光路可逆可知,像距变为15 cm应把光屏移到65 cm刻度线处才能承接到清晰的像。(4)将蜡烛移至45 cm刻度线处,此时物距小于一倍焦距,成正立、放大的虚像,应在凸透镜右侧透过凸透镜观察像的特点。
10.答案 (1)11.0 (2)倒立 放大 实像 会 光折射时光路可逆 (3)靠近 变小 (4)C
解析 (1)由图甲可知,该凸透镜的焦距为41.0 cm-30.0 cm=11.0 cm。(2)由图乙可知,此时物距为15 cm,大于一倍焦距小于二倍焦距,成倒立、放大的实像;由光的折射现象中光路可逆可知,只将蜡烛、光屏的位置互换,不移动凸透镜,光屏上能得到清晰的像。(3)凸透镜成实像时有“物远像近像变小”的特点,当烛焰逐渐远离凸透镜时,物距变大,像距变小,应将光屏靠近凸透镜,光屏上才会重新出现清晰的像,烛焰的实像将变小。(4)若烛焰已在光屏上成清晰的像,此时用挡板遮住凸透镜的下半部分,凸透镜被遮挡一半时,仍会有光线透过透镜成像,像是完整的,只是透过的光线减少,像变暗,故选C。
11.答案 (1)下 10.0 (2)不动 较暗 (3)能 正倒
解析 (1)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,发现像成在光屏的上方,此时应该将透镜下移,使烛焰、凸透镜和光屏中心大致在同一高度;光屏上的像与光源等大,此时物距等于像距等于二倍焦距,故凸透镜的焦距为10.0 cm。(2)小孔成像时,要想光屏上承接与光源等大的像,物距应该等于像距,光源位置不变,则光屏应该保持不动;实验1是凸透镜成像,其原理是光的折射,对光有会聚作用,实验2是小孔成像,其原理是光在同种均匀介质中沿直线传播,成像光线没有实验1的多,所以成的像与实验1成的像相比较暗。(3)实验3探究的是平面镜成像特点,平面镜成的像是虚像,在光源一侧透过玻璃板观察能看到;平面镜成的是正立、等大的虚像,与实验1成的像相比在正倒、虚实方面有区别。
素养探究全练
12.答案 (1)10 (2)使像成在光屏的中央 (3)倒立、缩小的实像 远离 正立、放大的虚像 (4)D (5)不变 变暗 如图所示
解析 (1)由图甲可知,平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于焦点,光心与焦点的距离为焦距,即该凸透镜的焦距是10 cm。(2)使光学仪器的中心大致在同一高度上,其目的是使像成在光屏的中央。(3)小明将光源移至40 cm刻度线处,物距大于二倍焦距,根据凸透镜的成像规律可知,此时成倒立、缩小的实像。凹透镜对光线有发散作用,能减弱光线的会聚程度,所以成的像会远离凸透镜,要使光屏上再次成清晰的像,应将光屏适当远离凸透镜。当小明将光源移至8 cm刻度线处时,物距小于一倍焦距,根据凸透镜的成像规律,此时成正立、放大的虚像。(4)根据凸透镜的成像规律,当物距等于二倍焦距时,像距也等于二倍焦距,成倒立、等大的实像,所以该装置可以测量凸透镜的焦距,故D错误。(5)凸透镜被遮挡一部分,光还是可以经过凸透镜其他部分继续成像,所成像的性质不变,但由于透过的光减少,则成像会变暗;继续向右移动遮光板,当A处发出的光无法到达凸透镜时,光屏上的像开始变得不完整了,所以根据光沿直线传播,只要连接A和凸透镜的下边缘,连线与主光轴的交点就是P点。
