中考物理「常客」:凸透鏡成像規律是重點 實驗疑難考點十問十答

2020-12-05 觀老師聊一聊

盤點初中物理中考涉及到的光學內容,凸透鏡成像規律絕對是中考卷上的「常客」,圍繞「凸透鏡成像規律及特點」,必出題型或是選擇題,或是填空題,如果遇到「奇兵偷襲」,做為「實驗探究」題型進行考查也未必可知。現將在研究成像規律實驗中遇到的疑難考點,整理成十問十答。

一問:怎樣用最快的方法測出凸透鏡的焦距?

答:凸透鏡焦距的大小,反映了凸透鏡會聚作用的強弱。凸透鏡的表面越凸,焦距越短,會聚作用越強。因此,常用的方法是把凸透鏡放在陽光下,當陽光通過凸透鏡匯聚到最小的一點時,該點就是凸透鏡的焦點,測量凸透鏡的光心到焦點的距離,就是凸透鏡的焦距。

二問:實驗前為何要調整燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心大致在同一高度?

答:使蠟燭成像能夠落在光屏中心。

三問:實驗器材中,若用發光二極體代替蠟燭有什麼優缺點?

答:優點①發光二極體的亮度強於蠟燭,不僅環保,而且更容易看出像的正立或者倒立,如果是「F」型二極體,可以明顯看到成像的樣式:上下顛倒,左右相反。②二極體成像穩定,能夠有效避免實驗過程中燭焰晃動、越燒越短等不利現象。

缺點①如果採用「T」型二極體,則無法判斷成像規律:可以分辨上下顛倒,無法分清左右是否相反。

四問:實驗過程中,蠟燭越燒越短,像在光屏上出現什麼現象?該如何調整?

答:隨著蠟燭越燒越短,像在光習屏的位置會越來越往上,需要向上移動蠟燭,或者向下調節凸透鏡。原因是光在通過凸透鏡時,向主光軸發生匯聚。具體可參見課本上「通過凸透鏡三條特殊光線在主光軸上的匯聚圖」。

五問:蠟燭、凸透鏡、光屏在光具座上擺放無誤,點燃蠟燭後,為何無論怎樣移動光屏,始終無法成像,可能原因是什麼?

答:①蠟燭的燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心不在同一高度;②蠟燭放在焦點上(u=f);③蠟燭放在一倍焦距以內(u﹤f);④蠟燭放在一倍焦距以外、二倍焦距以內,但距離焦點較近,因此像距越大,但光具座長度不夠,光屏無法承接到像。

六問:若遮住部分凸透鏡,或者凸透鏡上有一黑點,則燭焰成像有什麼變化?

答:成像完整,但是亮度比以前暗。

七問:在凸透鏡成像實驗中,若蠟燭從焦點內,沿主光軸由近及遠移動時,像的移動方向和大小有什麼變化?像距(像與凸透鏡的距離)有什麼變化?

答:回答這個問題前,請務必先反思:是否充分理解「凸透鏡在五個關鍵位置的成像特點」。在凸透鏡成像中,隨著蠟燭由近及遠移動,距離焦點越來越遠時,物距在不斷變大,像距則在不斷變小,像的變化是越來越小。即所謂的:物遠像近像變小。

八問:若實驗中,採用焦距不同的凸透鏡,蠟燭位置不變,像距如何變化?

答:凸透鏡的焦距越大,意味著焦點越靠近蠟燭,實際物距在縮小,像距反而在增大。也可以這樣理解:物距相同時,焦距越大,像距越大。

九問:若在實驗中物距等於焦距時(u=f),在光屏的一側透過凸透鏡看到了燭焰正立放大的像,原因是什麼?答:這是因為燭焰有一定的寬度,在實驗中,它的某些部分到凸透鏡的距離稍小於焦距,這部分燭焰在1倍焦距以內,此時便會看到一個正立、放大的虛像。

十問:說出平面鏡所成虛像,與凸透鏡所成虛像的相同點和不同點。

答:相同點:兩者所成虛像都是倒立的。

不同點:①成像原理不同:平面鏡成虛像的原理是光的反射,凸透鏡成虛像的原理是光的折射;②平面鏡所成的虛像與物體左右相反;凸透鏡所成的虛像與物體左右相同;③成像位置不同:平面鏡所成虛像與物體分別位於鏡面的兩側,而凸透鏡所成虛像與物體位於凸透鏡同側;④大小不同:平面鏡所成虛像與物體等大,凸透鏡所成虛像比物體大。

【例釋】在做凸透鏡成像的實驗中發現,當物距u=5cm時,光屏上不能得到像,當物距u=8cm時,光屏上能得到倒立的像,試分析該凸透鏡的焦距範圍(取整數值)以及兩次實驗的成像特點。

由題意知,當「當物距u=5cm時,光屏上不能得到像」,可知此透鏡的焦距大於或等於5cm;「當物距u=8cm時,光屏上能得到倒立的像」,可知物體放在了透鏡的一倍焦距以外:u可能大於2f,成倒立縮小的實像,也可能大於f小於2f,成倒立放大的實像。

當u=8cm>2f時,那麼f<4cm,這樣與題中「當物距u=5cm時,光屏上不能得到像」的說法矛盾,所以「當物距u=8cm時,光屏上能得到倒立的像」,這個像是倒立放大的實像,即2f>u=8cm>f,則此透鏡的焦距小於8cm。綜上,由兩種成像性質可得:8cm>f≥5cm。(謝謝您的本次閱讀,敬請繼續關注作者「觀海松說教育」。如果您有更好建議,敬請評論分享。)

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