測凸透鏡焦距的幾種方法

1、測凸透鏡焦距的幾種方法南師附中樹人學(xué)校湯金波凸透鏡的成像性質(zhì)較為豐富，在生活中相當(dāng)常見。課標(biāo)對凸透鏡的要求是：認(rèn)識凸透鏡的會聚作用。探究并知道凸透鏡成像的規(guī)律。 了解凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用， 要求較高。 無論是會聚作用，還是成像規(guī)律，都跟凸透鏡的焦距有關(guān)。并且不同的凸透鏡焦距一般不同，同一個凸透鏡，焦距一般不變，焦距是凸透鏡本身的性質(zhì)。所以，測量凸透鏡的焦距就是一個學(xué)習(xí)重點。基本知識：凸透鏡的幾個術(shù)語：（ 1）光心（ O）：凸透鏡的中心（ 2）主光軸：通過廣心且垂直于透鏡表面的直線稱為主光軸（ 3）焦點（ F）：凸透鏡能使平行于主光軸的光會聚于一點，這個點叫作焦點（ 4）焦距（ f ）：焦點到光

2、心的距離叫作焦距基本技能：1. 根據(jù)焦點、焦距定義，利用太陽光測焦距例 1 如圖所示是探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實驗裝置：讓凸透鏡正對著太陽，得到圖甲所示的光路圖，可知凸透鏡對光線有作用， 其焦距為cm。解析 因為凸透鏡對光線有會聚作用， 所以，將凸透鏡正對著太陽光， 在背后放一張白紙（光屏），調(diào)整光屏的位置，直到白紙上會出現(xiàn)一個最亮、最小的光斑，測出凸透鏡到白紙上光斑的距離，即為焦距。利用刻度尺測量長度時，為了讓結(jié)果更精確，需要估讀。答案會聚11.00cm2. 根據(jù)成像特點，利用較遠(yuǎn)處物體成像，粗略得出焦距例 2 如果不利用太陽，利用遠(yuǎn)處的物體成像，也可以粗略得出焦距。當(dāng)u?10f 時，物體所

3、成像的位置近似在焦點處，像距近似等于焦距3. 根據(jù)成像規(guī)律 u=2f 時成倒立等大實像，利用光具座測量例 3 某同學(xué)用蠟燭、凸透鏡和光屏做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗，裝置如圖所示0 cm102030405060708090100實驗過程中，當(dāng)燭焰距凸透鏡20cm 時，移動光屏至某一位置，能在光屏上得到一個等大清晰的像，則該凸透鏡的焦距是cm解析根據(jù)成像規(guī)律，實驗中既然觀察到光屏上出現(xiàn)等大清晰的像，可以得出u=2f ，由題可知 u=20cm，所以 f= 10cm.提示：為了更準(zhǔn)確地判斷出等大清晰的像，實驗中光源應(yīng)用規(guī)則排列的發(fā)光二極管，光屏用同樣的規(guī)則排列的方格。答案10cm4. 根據(jù)光路可逆

4、，利用光具座測量焦距例 4 如圖實驗中， 如果左右移動光屏，發(fā)現(xiàn)光屏上總是有一個圓形光斑，并且光斑的大小不變，則可以得出結(jié)論。解析 左右移動光屏?xí)r， 光屏上只有一個圓形光斑， 并且光斑的大小不變， 說明經(jīng)過凸透鏡傳播到光屏上的光是平行光， 只有光源在焦點處時， 光源發(fā)出的光經(jīng)過凸透鏡， 才能形成平行光，原理是光路可逆。所以，此時，光源到凸透鏡的距離就是焦距。答案凸透鏡的焦距為15cm基本方法：圖像法在探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中，需要收集數(shù)據(jù)， 通過數(shù)據(jù)或由數(shù)據(jù)繪制成的圖像，可以收集信息，得到凸透鏡焦距的大小。例 5 某班同學(xué)在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，記錄并繪制了像到凸透鏡的距離跟物體到

5、凸透鏡的距離 u 之間關(guān)系的圖像，如圖所示，下列判斷正確的是vA 該凸透鏡的焦距是16cmB當(dāng) u=12cm 時，在光屏上能得到一個縮小的像C當(dāng) u=20cm 時成放大的像投影儀就是根據(jù)這一原理制成的D把物體從距凸透鏡12cm 處移動到24cm 處的過程中，像逐漸變小解析圖像題的關(guān)鍵是從圖像中收集有效信息解決問題。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)物距u= v時，凸透鏡成倒立等大實像，此時u=2 f，由圖像可知：當(dāng)u= 16 cm時，存在u= v ，則此時u=2 f，即f= 8cm。答案D例 6 小明有光具座上探究凸透鏡成像的規(guī)律。 他將點燃的蠟燭、 凸透鏡、 分別固定在光具座上，再移動光屏，可在光屏上得

6、到一個清晰的蠟燭的像， 各元件位置如圖所示。則所用凸透鏡的焦距可能為0 c m 102030405060708090100A 9cmB 12cmC 15cmD 18cm解析光屏上出現(xiàn)像時，可以根據(jù)物距和像距的大小關(guān)系判斷像是放大還是縮小，因為物距大于像距， 所以，成縮小的像， 可以得出結(jié)論：u 2f ，根據(jù)圖像可以讀出物距是30 cm，所以f 15 cm，同時，像距f v 2f ，根據(jù)圖像可讀出像距是20 cm，得到 ,10 cmf 15cm。答案B學(xué)即用，練一練：（ 2015 宜賓）小雷對凸透鏡焦距與制成凸透鏡的材料種類、凸透鏡凸起程度的關(guān)系進(jìn)行了探究實驗：（ 1）他第一次測量焦距的實驗如圖

7、甲所示，則測得的焦距為cm。（ 2）由 1、2 次的實驗可得出的結(jié)論是：（ 3）小雷回想起白光經(jīng)三棱鏡后，光屏上自上而下出現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的色帶（如圖乙） ，受此啟發(fā)，于是他分別用紅光和藍(lán)光來進(jìn)行圖甲的實驗，結(jié)論是：對同一凸透鏡，光入射時焦距小些。（ 4）探究完成后，小雷和其他同學(xué)用焦距為8.0cm 的凸透鏡和蠟燭進(jìn)行成像實驗從各組匯報數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物距均為16.0cm 時，有兩個小組所測像距分別為19.0cm、13.0cm，與理論像距16.0cm 相比偏差較大。若不是因為長度測量方法錯誤和測量誤差導(dǎo)致的，請分析出現(xiàn)這種情況的原因：次數(shù)123材料玻璃玻璃水晶凸起程度較小較大較大焦

8、距 /cm8.04.0（ 2015 大連）根據(jù)人眼視物的原理，某同學(xué)想探究“凸透鏡的焦距與厚度的關(guān)系”，他猜想凸透鏡的焦距還與凸透鏡的材料和口徑有關(guān)。他自制了一個口徑不變的“水凸透鏡 ”，通過注射器向 “水凸透鏡 ”中注水或向外抽水，改變“水凸透鏡 ”的厚度。實驗裝置如圖所示。平行光源（ 1）將平行光源、 “水凸透鏡 ”和光屏放在光具座上，調(diào)整平行光源、 “水凸透鏡 ”、光屏的中心大致在同一上。（ 2）實驗中， “水凸透鏡 ”的厚度變化不宜過大，且厚度無法測量，可以通過注射器內(nèi)水的體積間接反映“水凸透鏡 ”的厚度。畫出記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，表格中要有必要的信息。（ 3）實驗中，調(diào)整好 “水凸透鏡

9、 ”的厚度，使平行光源發(fā)出平行光，移動光屏找到焦點，測量出 “水凸透鏡 ”的焦距。請具體說明移動光屏找到焦點的實驗操作：。（ 2015 隨州） 1物理興趣小組想知道某只透鏡的焦距f 為多少，做實驗甲，鏡面垂直于陽光，在透鏡下面放上白紙（紙、鏡平行），測出透鏡與白紙間距s/cm 與對應(yīng)的白紙被烤焦的時間t/min ，繪出圖線乙，可判斷該透鏡的焦距f 為；將透鏡及蠟燭、光屏置于光具座上（如圖丙），做成像實驗，記錄每次成實像的物距u，像距 v物像間距L（ u+v），繪出圖線?。ㄒ詅 為長度單位） ，由圖可知，要想成實像，蠟燭與光屏的間距應(yīng)滿足L （用f 表示）經(jīng) “百度 ”發(fā)現(xiàn)， 物理學(xué)中， 有一個

10、凸透鏡成像的“新概念 ”：放大率 n=AB/AB=v/u，結(jié)合丙、丁兩圖，可知當(dāng)物距u=1.5f 時， n=L （u+v）t/minABBA84cuvs/cm01218L甲6丙乙（ 1.5f， 4.5 f）4.5f4fu1.5f 2f丁參考答案：1. 解：（ 1）焦點到透鏡中心的距離為焦距，刻度尺的分度值為1mm，此時讀數(shù)為10.0cm ，即透鏡焦距為f=10.0cm ；（2）由圖甲可知，第一次測得凸透鏡的焦距為10cm；根據(jù)表中1、 2 次的實驗屬于可知，材料和橫截面積相同的凸透鏡，凸面程度越大其焦距越小；（ 3）用紅光和紫光平行于同一個凸透鏡的主光軸射入， 紅光、紫光對凸透鏡的焦距不相同

11、紅色光較紫色光偏折能力弱，所以紅色光對凸透鏡的焦距大；紫光入射時焦距小些（ 4）同一凸透鏡，物距一定，像距一定，小組實驗的像距不同，是因為光屏上還沒有出現(xiàn)清晰的像就測像距故答案為：（ 1） 10；（ 2）材料和橫截面積相同的凸透鏡，凸面程度越大其焦距越?。唬?3）紫；（ 4）光屏上還沒有出現(xiàn)清晰的像時就測出了像距2. （ 1）高度，（ 2）如下表次數(shù)凸 透 鏡 口凸透鏡材料注 射 器 內(nèi) 水 的 體 積凸 透 鏡 厚凸透鏡焦距 /cm徑/ml度12相同水3（3）將光屏從離凸透鏡較近的地方，沿著光具座，向遠(yuǎn)離凸透鏡的方向移動，觀察光屏上光斑，直到這個光斑最小最亮，然后停止移動。3. 解：（ 1）由圖乙可知，當(dāng)透鏡與白紙間距S=12cm時，白紙被烤焦的時間t=4min ，所用的時間最短，說明太陽光經(jīng)過凸透鏡會聚后該點的溫度最高，這個點就是凸透鏡的焦點，則測出透鏡與白紙間距即為焦距f=12cm（2）根據(jù)凸透鏡的成實像時滿足u f ，由圖丁可知，隨著物距u 的增大，物像間距L 先減小后增大，當(dāng)物距u=2f 時，物像間距L 最小為 4f ，因此，要想成實像，蠟燭與光屏的間距應(yīng)滿足L4f （ 3）由圖丁可知，當(dāng)物