初中物理凸透镜成像规律及其探究实验实验题

在做“探究凸透镜成像规律”的实验中：

（1）小明正确安装并调节实验装置后，各元件位置如图所示，此时在光屏上得到一个清晰的像。生活中的　　（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜” $)$就是利用这一原理工作的；

（2）接着小明在不改变各元件位置的情况下，将原凸透镜更换成一个焦距稍小的凸透镜，发现光屏上的像变模糊，这是在模拟　　（选填“近视眼”或“远视眼” $)$的形成原因；此时，在不改变蜡烛和凸透镜（包括位置）的情况下，要使光屏上得到清晰的像，应将光屏向　　（选填“靠近”或“远离” $)$透镜的方向移动。

在利用光具座进行凸透镜成像的实验中：

（1）如图甲所示，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。由图可知，凸透镜对光线具有　　作用，该凸透镜的焦距是　　 $\mathit{cm}$。

（2）调整后，把蜡烛固定在 $20\mathit{cm}$刻度线位置，凸透镜固定在 $50\mathit{cm}$刻度线位置，如图乙所示，左右移动光屏，会在光屏上得到一个清晰的倒立、　　的实像（填写像的性质）；　　（选填“投影仪”“放大镜”或“照相机” $)$就是利用这一成像规律工作的。

（3）保持图乙中凸透镜的位置不变，当向左移动蜡烛时，应该向　　（选填“左”或“右” $)$移动光屏，才能再次得到清晰的像。

某实验小组的同学利用如图所示的实验装置在暗室中测量直径为 $5\mathit{cm}$的凸透镜焦距并观察成像情况。将尺寸很小的球形小灯泡 $s$作为光源固定在“0”位置处，光屏固定于光具座上标有 $60\mathit{cm}$的位置处。

（1）实验前调整小灯泡，凸透镜的中心和光屏中心，让它们在　　。

（2）如图所示，将凸透镜从紧挨着小灯泡的位置 $(A$处）缓慢向右移动，同时测量光屏上亮圈的大小，当光屏上的亮圈直径为 $5\mathit{cm}$时，停止移动凸透镜，此时凸透镜在光具座上 $B$处，则凸透镜的焦距为　　 $\mathit{cm}$，连续向右移动凸透镜，当凸透镜移到光具座上标有 $50\mathit{cm}$的位置时，在光屏上　　（选填“能”或“不能” $)$看到小灯泡的像。

（3）若固定小灯泡在“0”位置处，移动凸透镜和光屏，　　（选填“能”或“不能” $)$在光屏上得到放大的小灯泡的像。

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。

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。

小明在做“探究凸透镜成像规律”的实验中：

（1）为了粗测凸透镜的焦距，小明上午上课前，将凸透镜与水平地面平行放置，让太阳光照射到凸透镜上，调节凸透镜到地面的距离，直至地面上出现一个最小的亮点，小明认为此点到光心的距离，就是凸透镜的焦距，小强却说，这个距离不是凸透镜的焦距，其理由是　　。

（2）实验过程中，在图示位置，烛焰恰好在光屏上成清晰的像，这与　　（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机” $)$的成像原理相同。若将蜡烛向右移动 $10\mathit{cm}$，调整光屏位置再次成清晰的像，此时像的大小比原来的像要　　。

在“研究凸透镜成像规律”的实验中。

（1）某次实验过程中，小敏移动光屏直到出现清晰的像，蜡烛、透镜和光屏在光具座上位置如图甲所示，此时所成的是倒立　　的实像。

（2）若通过移动透镜，使光屏上再次成清晰的像，透镜应该移到　　厘米刻度处。

（3）实验一段时间后，原来成在光屏中央的像“跑”到图甲所示的位置。下列操作可以让像重新回到光屏中央的有　　。

①光屏上移一段距离

②蜡烛下移一段距离

③透镜下移一段距离

（4）研究好成像规律后，小敏模拟了近视和远视的矫正。图乙中，小敏给透镜 $A$戴上“眼镜”（凸透镜 $B)$，光屏上刚好出现清晰的像，摘下“眼镜”后，光屏上的像变模糊，如图丙所示。若要通过移动蜡烛使像再次清晰，应将蜡烛向　　（选填“靠近”或“远离” $)$透镜方向移动一段距离。

实验室利用光具座研究凸透镜成像的规律，当三个元件移动到图示位置时，光屏上出现了清晰的像，回答下列问题：

（1）光屏上像的性质为　　。

（2）关于本实验中得到的像在生活中的应用，举一个例子　　。

（3）从图中读出物距为　　 $\mathit{cm}$，并推算出焦距为　　（选填字母）。

$A$． $f<15\mathit{cmB}.15\mathit{cm}<f<20\mathit{cm}$    $C$． $f>30\mathit{cm}$

（4）如果保持蜡烛与凸透镜的位置不变，撤去光屏，是否仍然成像？　　。

在焦距为 $5\mathit{cm}$、 $9\mathit{cm}$和 $15\mathit{cm}$的凸透镜中选择一个放置在如图所示的位置，将蜡烛、光屏分别置于光具座上透镜两侧，调整透镜和光屏的中心大致与烛焰的中心在　　；若将蜡烛放置在 $A$点通过三个凸透镜都能在光屏上成像，则焦距为　　 $\mathit{cm}$的透镜所称的像最大，若在 $\mathit{BC}$间移动光屏时可在光屏上得到清晰的像，则实验中所用透镜的焦距可能是　　 $\mathit{cm}$。