水透镜探究实验引发的思考

2022-05-30 10:48刘镝
初中生学习指导·中考版 2022年8期
关键词:物距光屏老花镜

刘镝

初中物理中,探究凸透镜成像规律是一个非常重要的实验。该实验应用广泛,结论严谨,内容繁多,往往有一定的难度。下面举例介绍此类题的解题思路,供同学们参考。

例 小明探究凸透镜的成像原理,与老师一起研制了如图1所示的实验装置,用水透镜模拟眼睛,光屏模拟视网膜,通过对水透镜注水或抽水可改变水透镜的厚薄。蜡烛、光屏和水透镜在光具座上的位置如图所示。

(1)实验时,首先要使烛焰、水透镜、光屏三者的中心在___________上,目的是使像成在光屏中心。

(2)三者摆放位置如图1甲所示,在光屏上成了一个清晰的像(像未画出),该像为倒立、___________的实像。此时水透镜的焦距f的范围为___________。

(3)用水透鏡模拟正常眼睛,将图1甲中的蜡烛移动到光具座上40 cm处,光屏不动,此时应对水透镜___________(填“注水”或“抽水”),使其焦距变___________

(填“大”或“小”),才能在光屏上重新得到一个清晰的像。

(4)用水透镜模拟爷爷的老花眼,如图1乙所示,若爷爷不戴老花镜时恰好能够看到图中位置上的蜡烛,在图中的虚线框内安装上适当度数的老花镜的镜片,则爷爷将能看清蜡烛位置___________(填“左侧”或“右侧”)的物体。小明因为长期不注意用眼卫生,变成了近视眼,则他应该戴___________(填“凸”或“凹”)透镜进行矫正。

分析:(1)探究凸透镜成像的实验时,在桌面上依次放蜡烛、凸透镜、光屏,三者在同一条直线上,三者的中心大致在同一高度,像才能成在光屏的中央;

(2)凸透镜成像的规律:物距大于像距时,u > 2f,f < v < 2f,成倒立、缩小的实像;

(3)物距减小后,像距应增大,如果像的位置不变,则凸透镜的焦距要变小;

(4)凸透镜是老花镜,对光线有会聚作用,近视眼应戴发散透镜即凹透镜进行矫正。

解:(1)烛焰、水透镜、光屏三者在同一条直线上,三者的中心大致在同一高度,像才能成在光屏的中央;

(2)由图1甲可知,此时物距大于像距,凸透镜成倒立、缩小的实像,此时物距u = 50 cm,50 cm > 2f,像距v = 20 cm,f < 20 cm < 2f,解得10 cm < f < 20 cm;

(3)物距减小后,像距应增大,如果像的位置不变,则凸透镜的焦距要变小,即凸透镜的厚度要增加,故此时应注水;

(4)老花镜是凸透镜,对光线有会聚作用,水透镜前放置老花镜后,透镜的折光能力变强,焦距变小,光屏位置不变,相当于像距变大,根据“物近像远像变大”的成像原理可知,爷爷能够看清蜡烛右侧的物体。

近视眼是由于晶状体太厚,折光能力太强,或者眼球在前后方向上太长,因此来自远处物体的光会聚在视网膜前,近视眼可通过戴对光线有发散作用的凹透镜进行矫正。

答案:(1)同一高度 (2)缩小;10 cm < f < 20 cm (3)注水;小 (4)右侧;凹

点评:此题是探究眼睛的成像原理,解题关键是掌握眼睛的构造并能与实验中的器材相对应,以及掌握近视眼、远视眼的成因。

拓展演练:如图2所示,某同学用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律,当向水透镜里注水时,水透镜的焦距将变小;当从水透镜里抽水时,水透镜的焦距将变大。

(1)如图2甲所示,一束平行于主光轴的光射向水透镜,在光屏上得到一个最小、最亮的光斑,则此时水透镜的焦距为___________cm,实验前,应调节烛焰和光屏的中心在___________上;之后,固定好光源和光屏,发现无论怎样移动凸透镜,光屏上始终不能呈现清晰的像,原因可能是 。

(2)该同学移动蜡烛、水透镜和光屏至图2乙所示位置时,恰能在光屏上看到清晰的像,像的特点是倒立、___________的实像,若仅将蜡烛与光屏位置对调,仍能在光屏上看到清晰的、倒立的___________。

(3)如果将蜡烛移至距水透镜5 cm处,此时应从___________(填“蜡烛”“光屏”)一侧透过水透镜观察像的特点;随着实验的进行,蜡烛逐渐变短,光屏上的像会移动,要使像重新成在光屏的中央,可将水透镜向___________(填“上”或“下”)调整,同时将光屏随之调整。

(4)若把蜡烛放在水透镜的焦点上,水透镜固定不动,将光屏向远离水透镜的方向移动的过程中,在光屏上观察到的是大小___________的光斑,把蜡烛放在该水透镜的焦点内,水透镜固定不动,将光屏向远离水透镜的方向移动的过程中,在光屏上观察到的是大小___________的光斑。(均填“不变”、“变大”或“变小”)

(5)在图2乙所示实验场景下,该同学给水透镜“戴上”一种眼镜(如图2丙所示),当往水透镜中注入适量的水后,他发现烛焰的像再次变得清晰,由此判断图2丙中戴上的眼镜是___________(填“近视”或“远视”)眼镜。

答案:(1)7.5;水透镜的主光轴;光源和光屏的距离长度不等于物距与像距之和 (2)缩小;实像 (3)光屏;下 (4)不变;变大 (5)近视

(作者单位:锦州市第四中学)

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