初中物理凸透镜成像规律及其探究实验试题

某小组同学用如图1的装置“探究凸透镜成像特点”，其中凸透镜的焦距为 $15\mathit{cm}$，他们进行实验的同时在坐标纸上记录蜡烛与光屏上像的位置和大小，如图2（用带箭头的线段表示物或像， $A\text{'}$， $B\text{'}$分别表示蜡烛在 $A$， $B$处像的位置）。

（1）从图2中可以看出，蜡烛在 $A$， $B$位置时光屏上得到的都是倒立、　　的实像，生活中利用这个成像特点制成了　　（写出一个即可）；

（2）和其他小组交流后发现，当蜡烛在距透镜 $15-30\mathit{cm}$之间时，像均成在透镜另一侧距透镜 $30\mathit{cm}$以外处，但是，当他们把蜡烛放在 $C$位置时，在光具座上无论怎样移动光屏，都不能得到清晰的像，原因是像距　　；

（3）为了让蜡烛在 $C$位置的像成在光具座上的光屏上，他们采用了两种做法：

做法一：保持蜡烛和透镜的位置不变，更换凸透镜，在光具座上移动光屏，光屏上又出现了清晰的像，这表明像距变　　了，由此推断更换的凸透镜会聚光的能力较强，此透镜焦距　　 $15\mathit{cm}$（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$。

做法二：保持蜡烛和透镜的位置不变，在蜡烛和透镜之间再放置一个凸透镜，在光具座上移动光屏，光屏上又出现了清晰的像，由此实验联系实际，远视眼的晶状体焦距较　　（选填“大”或“小” $)$，将近处物体的像成在视网膜　　方（选填“前”或“后” $)$，故需佩戴　　透镜矫正。

科学探究是物理学科核心素养的重要内容，探究的形式可以是多种多样的。

（一 $)$探究凸透镜成像的规律：

【设计实验与进行实验】

（1）实验器材：刻度尺、凸透镜、光屏、三个底座、蜡烛及火柴；

（2）如图1所示，为保证像能成在光屏中央，将装有底座的蜡烛、凸透镜、光屏从左到右摆放在水平桌面上，调整位置，使它们排列在　　上，再调节凸透镜和光屏的高度，使它们的中心跟烛焰的中心大致在同一高度；

（3）如图2所示， $F$为凸透镜的焦点， $A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}$为某次实验时物体 $\mathit{AB}$通过凸透镜在光屏上成的像，则物体 $\mathit{AB}$在图中　　区域，箭头方向竖直向　　，其大小比像 $A^{\text{'}}{B}^{\text{'}}$　　；

（二 $)$探究磁与电的联系

如图3所示，是灵敏电流计的内部结构。小红同学参加课外实践活动，发现灵敏电流计内部结构与电动机、发电机内部结构类似。出于好奇，她利用如图4所示的装置进行了下面的实验。

【进行实验】用手拨动其中一个灵敏电流计指针的同时，另一个灵敏电流计的指针也发生了偏转。

【交流】拨动右侧灵敏电流计的指针时，表内线圈在磁场中　　运动，产生了感应电流。于是，左侧灵敏电流计内的线圈同时也会有电流，它在　　中受到力的作用，带动指针偏转起来。此时的右侧灵敏电流计相当于　　机。

在“探究凸透镜成像的规律”的实验中，透镜的焦距为 $10\mathit{cm}$。当蜡烛距凸透镜 $15\mathit{cm}$时，在光屏上能成清晰的倒立、　　的实像，　　就是利用这一成像规律制成的；如果将蜡烛移动到距凸透镜 $30\mathit{cm}$处，应将光屏　　（选填“靠近”或“远离” $)$凸透镜才能再次得到清晰的像。

如图所示是“探究凸透镜成像的规律”的实验装置，凸透镜的焦距为 $10\mathit{cm}$。

（1）请画出图中折射光线对应的入射光线。

（2）实验中调整烛焰，凸透镜和光屏的中心在　　。

（3）蜡烛、凸透镜、光屏的位置如图所示，光屏上成清晰的像，生活中　　是利用这一原理工作的。

（4）保持蜡烛和凸透镜的位置不变，换为焦距为 $5\mathit{cm}$的凸透镜，要在光屏上成清晰的像。光屏应向　　（选填“左”或“右” $)$移动。

（5）利用凸透镜可以矫正　　（选填“近视眼”或“远视眼” $)$。

如图所示，在探究凸透镜成像特点的实验中，凸透镜的光心、烛焰、光屏中心在同一水平直线上，蜡烛、凸透镜位置如图所示，当光屏移至刻度尺 $80\mathit{cm}$处时，在光屏上观测到等大倒立的实像。则

（1）该凸透镜的焦距是　       　 $\mathit{cm}$。

（2）在题干中成像的情况下，把蜡烛向左移动 $5\mathit{cm}$，光屏应向　     　（选填“左”或“右”）移动可成清晰的像；

（3）在题干中成像的情况下，把蜡烛向右移动 $5\mathit{cm}$，然后移动光屏可成清晰的像，这种成像特点与实际生活中　       　（选填“放大镜”或“投影仪”或“照相机”）成像原理相同。

小雯用自制的水凸透镜（当向水凸透镜里注水时焦距变小，抽水时焦距变大）来探究“凸透镜成像规律”。

（1）如图甲所示，让一束平行于主光轴的光射向水凸透镜，在光屏上出现一个最小最亮的光斑，则此水凸透镜的焦距为　        　 $\mathit{cm}$

（2）小雯将蜡烛、水凸透镜和光屏调整至图乙所示的位置时，光屏上出现清晰的烛焰像，此像的性质是倒立、　      　的实像，小雯接着在蜡烛和光屏位置都不变的情况下，将水凸透镜移至光具座　　       $\mathit{cm}$刻度处，再次得到清晰的烛焰像。然后，小雯利用注射器从水凸透镜中向外抽少许水，光屏上原来清晰的像变得模糊不清，小雯要想重新得到清晰的烛焰像，在蜡烛和水凸透镜的位置都不变的情况下，应将光屏向　       　（选填“远离”或“靠近”）水凸透镜的方向移动。

小华同学在探究凸透镜成像规律的实验中。

（1）如图所示，将焦距 $f=15\mathit{cm}$的凸透镜固定在光具座上 $50\mathit{cm}$刻度线处，将点燃的蜡烛放置在光具座上 $20\mathit{cm}$刻度线处，之后应将光屏向　    　（填“左”或“右”）移动，才能在光屏上观察到烛焰清晰的　      　（填“正立”或“倒立”）的像 $A$。

（2）再将蜡烛移动到光具座上 $10\mathit{cm}$刻度线处，移动光屏，再次在光屏上得到清晰的像 $B$．则像 $B$比像 $A$　     　（填“大”或“小”）

用如图所示的实验器材做“探究凸透镜成像规律”实验，记录的部分数据及现象见表：

实验序号	物距 $u/\mathit{cm}$	像距 $v/\mathit{cm}$	像的性质
1	60	12	倒立缩小实像
2	30	15
3	15		倒立放大实像
4	20	20	倒立等大实像

（1）该实验所用凸透镜的焦距 $f=$　       　 $\mathit{cm}$

（2）上表中空白处，像的性质是　        　，像距 $v=$　     　 $\mathit{cm}$

（3）当 $u$与 $f$的大小关系满足 $u$　     　 $f$时，光屏上接收不到像。

在做“探究凸透镜成像规律”的实验中：

（1）如图所示，蜡烛恰好在光屏上成倒立　     　的实像，可以判断此实验中凸透镜的焦距　     　（选填“大于”或“小于” $20\mathit{cm}\mathrm{）}$，生活中的　      　（选填“照相机”、“幻灯机”或“放大镜”）就是利用了这样的原理。若某同学不小心用手指尖触摸到了凸透镜，这时在光屏上将　       　（选填“会”或“不会”）成一个完整的像。

（2）实验过程中，燃烧的蜡烛不断缩短，光屏上的像逐渐　      　（选填“向上”或“向下”）移动。

在探究“凸透镜成像的规律”实验中：

（1）如图甲所示是小明通过实验得到的凸透镜的像距 $v$和物距 $u$关系的图象。由图象可知凸透镜的焦距是　       　 $\mathit{cm}$。

（2）把蜡烛放在距凸透镜 $16\mathit{cm}$处时，如图乙所示，在凸透镜另一侧前后移动光屏，会在光屏上得到一个倒立、　      　的实像。

（3）实验完成之后，小明把自己的近视眼镜放在蜡烛与凸透镜之间，如图丙所示，因为近视眼镜对光有　     　作用，所以光屏上原来清晰的像变得模糊了，若想在光屏上重新得到清晰的烛焰像，在不改变蜡烛和凸透镜位置的情况下，应将光屏　      　凸透镜。

在“探究凸透镜成像规律”的实验中，如图所示，恰好在光屏上得到清晰的像。下列说法中正确的是 $($　　 $)$

A．此时在光屏上成一正立、缩小的实像

B．利用这一成像原理可制成投影仪

C．为了便于从不同的方向观察光屏上的像，应选用表面光滑的玻璃板作为光屏

D．若把蜡烛与光屏的位置互换，可在光屏上观察到放大的像

在探究凸透镜成像规律的实验中，应使烛焰和光屏的中心在凸透镜的　　上；图中光屏上可成清晰的像，它应是倒立、　　的实像，此成像特点与　　（选填“投影仪”或“照相机” $)$的相同；为模拟近视眼，可将凸透镜向　　移动少许。

在“探究凸透镜成像规律”的实验中。

（1）使发光体 $F$和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，最简便的操作是：　　。

（2）如图所示，发光体 $F$在光屏上成倒立、　　的清晰实像，　　就是这一原理的应用。

（3）接着给凸透镜戴上近视眼镜，发现光屏上的像变模糊了，在不移动发光体 $F$和凸透镜位置的情况下，为使光屏上再次呈清晰的像，应将光屏向　　（靠近 $/$远离）凸透镜方向移动。

在探究凸透镜成像规律时，实验进行一段时间后，蜡烛变短，像会出现在光屏的　　方，为使像回到光屏中央，合理的操作是　　或　　。

小明和小红做“探究凸透镜成像规律”的实验。

（1）利用太阳光测量凸透镜的焦距时，小明将一把木质刻度尺的一端支于水平地面上，观察尺在地面上形成的影子，不断调节刻度尺，使其在地面上的影子　　，这时尺的方向就与太阳光的方向平行。小明保持尺不动，小红将光屏 $A$和凸透镜 $L$按照图甲所示的方式均垂直于刻度尺摆放，光屏上形成了一个最小、最亮的光斑。则该凸透镜的焦距为　　 $\mathit{cm}$。

（2）将此凸透镜、点燃的蜡烛、光屏置于光具座上如图乙所示的位置时，光屏上呈现烛焰的倒立、　　的实像；保持图乙中蜡烛和光屏的位置不变，将凸透镜移到光具座上　　 $\mathit{cm}$刻度线处，光屏上能再次呈现烛焰清晰的像。