Question

14．某物理实验小组用蜡烛、凸透镜（焦距未知）和光屏等器材在光具座上研究凸透镜成像规律．
（1）为了确定凸透镜的焦距，该小组同学将凸透镜正对着太阳光，在距透镜中心10cm处的地上得到一个最小最亮的光斑，这一光斑的形成说明凸透镜对光有会聚作用．
（2）为了找到像的准确位置，必须做好光屏的微调，即在一定范围内左右移动光屏，使光屏上的像由模糊到清晰，直至找到像最清晰的位置．但该小组同学将蜡烛、凸透镜和光屏依次摆放在光具座上，点燃蜡烛后，发现无论怎样移动光屏都找不到蜡烛的像，其原因不可能是C．
A．光屏、凸透镜和蜡烛的中心不在同一高度      B．物距小于透镜的一倍焦距
C．蜡烛在透镜的两倍焦距处          D．蜡烛在透镜的焦点上
（3）解决上述问题后，调整蜡烛和光屏的位置，在光屏上得到了一个清晰的像，但像的位置仍偏高，解决的方法是把蜡烛向上（选填“向上”或“向下”）调．
（4）调整蜡烛和光屏的位置如图所示时，可以看到烛焰恰好在光屏上成倒立、缩小（选填“缩小”、“放大”或“等大”）清晰的像，该成像特点可作为照相机的原理（选填“照相机”或“电影放映机”）；此时，一名组员拿来一只眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，且较靠近凸透镜．结果光屏上原来清晰的像变模糊了，他只将光屏向远离凸透镜的方向移动适当距离时，又在光屏上观察到烛焰清晰的像．由此可见，这只眼镜是凹（选填“凸”或“凹”）透镜，戴这种眼镜人的眼睛的缺陷是近视（选填“近视”或“远视”）．

Answer 1

分析 （1）凸透镜对光线有会聚作用；焦点到光心的距离是焦距；
（2）光屏上得不到像的原因：
物距小于焦距，此时成虚像，不能成在光屏上；
物距在一倍焦距上，不能成像；
烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度处，像未成在光屏上；
光具座太短，小于光屏的调节范围
（3）光线过凸透镜的光心不改变方向，根据这个规律判断蜡烛或凸透镜移动的位置；
（4）求出蜡烛到凸透镜的距离，比较物距和焦距的关系，判断凸透镜的成像情况和应用．
凸透镜成像时，u＞2f，成倒立、缩小的实像，应用于照相机和摄像机；
近视眼镜是凹透镜，当近视眼镜靠近凸透镜时，会聚能力减弱，使像呈在光屏的后方；近视眼的晶状体变厚，会聚能力增强，像距减小，像呈在视网膜的前方；戴近视眼镜使光线发散一些，使像距增大，使像呈在视网膜上．

解答 解：（1）平行光线经过凸透镜后汇聚于一点，这一点就是焦点．即可以看出凸透镜对光线有会聚作用，焦点到光心的距离是焦距，根据图示中光屏在刻度尺上的位置，可以读出该凸透镜的焦距是10.0cm；
（2）光屏上不能发现烛焰的像，原因可能有：
①烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度处，像未成在光屏上
②蜡烛放在一倍焦距以内，成虚像；
③蜡烛正好放在一倍焦距上，不能成像；
而蜡烛在透镜的两倍焦距处，可以在光屏上成倒立等大的实像，
因此其原因不可能是C选项；
（3）根据光线过光心不改变方向，如图，像成在光屏的上方，要使像成在光屏的中央位置，可以让蜡烛向上移动，或凸透镜向下移动，或光屏向上移动．
（4）蜡烛位于20cm刻度线处，物距u=50cm-20cm=30cm，凸透镜的焦距为10cm，u＞2f，成倒立、缩小的实像，应用于照相机；
只将光屏向远离凸透镜的方向移动适当距离时，又在光屏上观察到蜡烛清晰的像，说明物距不变，像距增大了，也就是眼镜对光线有发散作用，因此这只眼镜是凹透镜；戴这种眼镜人的眼睛的缺陷是近视．
故答案为：（1）凸透镜对光有会聚作用；（2）C；（3）向上；（4）缩小；照相机；凹；近视．

点评 本题涉及到凸透镜成像实验器材的调节和规律的应用、凸透镜的会聚作用、凹透镜的发散作用、近视眼的原因和矫正等，综合性很强，试题具有一定的难度．