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基础知识
凸透镜的几个术语:
(1)光心(O):凸透镜的中心,主光轴上的一个特殊点,光通过该点的传播方向不变。
(2)主光轴:通过两球心的直线称为主光轴。
(3)焦点(F):凸透镜能使平行于主光轴的光线会聚到主光轴上的一点,称为焦点。
(4)焦距(f):焦点到光心的距离称为焦距。
几种常用的焦距检测方法及实例分析
1.根据焦点和焦距的定义凸透镜成像规律作图主光轴,借助太阳光测量焦距
例1,如图所示为探索“凸透镜成像定律”的实验装置:
将凸透镜对着太阳,得到如图A所示的光路图。可见凸透镜对光线有作用,其焦距为cm。
分析 因为凸透镜对光线有聚光作用凸透镜成像规律作图主光轴,所以凸透镜正对着太阳光,在其背后放一张白纸(光屏),调整光屏的位置,直到最亮和最小的光点出现在白纸上,测量凸透镜到白纸上光点的距离,即为焦距。 借助刻度尺测量厚度时,为了使结果更加准确,需要对读数进行估算。
答案收敛11.0
2.根据成像特性,借助远距离物体的成像,可以简单的得到焦距
例2.如果不使用太阳,而是使用远处物体的成像,可以简单的得到焦距。当u»10f时,物体的成像位置大约在焦点处,像距约等于焦距
3、根据成像定律,当u=2f时,形成倒置等尺寸虚像,借助光具座检测
例3、同事用蜡烛、凸透镜和光幕做“探索凸透镜成像规律”的实验。 该装置如图所示。
实验时,当蜡烛火焰距离凸透镜20cm时,将光屏接在一定位置,光屏上能得到大小相等的清晰图像,则凸透镜的焦距为厘米。
分析 根据成像规律,由于实验中在光屏上观察到一个大小相同的清晰图像,因此可以得出u=2f,由题中u=20cm,故f=10cm。 注:为了更准确地确定大小相等的清晰图像,实验中采用规则排列的发光晶闸管作为光源,同样规则排列的方格栅作为光屏。
答案10cm
4.根据可逆光路,利用光具座检测焦距
例4. 如图所示实验,如果左右连接光屏,发现光屏上始终有一个方形的光斑,但光斑的大小没有变化,那么可以得出一个推论。
分析左右联通光屏时,光屏上只有一个矩形光斑,但光斑大小不变,说明通过凸透镜射入光屏的光线为平行光,而只有当光源在焦点上时,光源发出的光才能通过凸透镜。 能产生平行光,其原理是光路可逆。 因此,此时光源到凸透镜的距离就是焦距。
答:凸透镜的焦距是15cm
5.基本方法:图像法
在探究凸透镜成像规律的实验中,需要采集数据。 通过数据或数据绘制的图像,可以收集信息,得到凸透镜的焦距。
例5.在“探究凸透镜成像规律”的实验中,一班小伙伴记录并画出了像到凸透镜的距离v与物到凸透镜的距离u的关系图镜片。 如图所示,以下判断正确的是
A。 凸透镜的焦距为16cm
B.当u=12cm时,在光屏上可以得到缩小的图像
C。 当u=20cm时,变成放大图。投影仪就是根据这个原理制作的
D.物体在距离凸透镜12cm到24cm的过程中,像逐渐变小
分析图像问题的关键是从图像中收集有效信息来解决问题。 根据凸透镜成像定律,当物距u=v时,凸透镜形成倒置的等尺寸虚像。 此时,u=2f。 从图中可以看出:当u=16cm时,有u=v,则此时u=2f,即f=8cm。
答案D
6.求解无方程关系的焦距范围
例6.小明在光具座上探索凸透镜成像规律。 他把点亮的蜡烛和凸透镜分别固定在光具座上,然后接上光幕,在光幕上得到了清晰的蜡烛影像。 每个器件的位置如图所示。那么所用凸透镜的焦距可能是
A。 9cm B. 12cm C. 15cm D. 18cm
当分析光屏上出现图像时,可以根据物距和像距的关系判断图像是放大还是缩小。 由于物距小于像距,因此可以获得缩小的图像。 可以得出推论:u﹥2f,根据图 图像可以读出物距为30cm,所以f﹤15cm,同时,像距f<v<2f,根据图像,读像距为20cm,得到10cm<f<15cm。
答案B