专题02 凸透镜成像规律及应用

专题(二)凸透镜成像规律及应用

类型一凸透镜静态成像规律

1.[2019·无锡]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,观察刻度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。这时刻度尺的方向就与太阳光的方向平行,小明保持刻度尺不动,小红将光屏A和凸透镜L按照如图ZT2-1甲所示的方式垂直于刻度尺摆放,光屏上形成了一个最小、最亮的光斑,则该凸透镜的焦距为cm。

图ZT2-1

(2)将此凸透镜、点燃的蜡烛和光屏置于光具座上如图乙所示的位置时,光屏上呈现烛焰倒立、(选填“放大”“等大”或“缩小”)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cm刻度线处,光屏上能再次成烛焰清晰的像。

2.[2019·攀枝花]如图ZT2-2所示为某兴趣小组探究凸透镜成像规律的情景。

图ZT2-2

(1)若光屏上清晰像的位置如图所示,为使烛焰的像呈现在光屏中央,应将蜡烛向(选填“上”或“下”)移动。

(2)蜡烛发出的光在光屏上发生了(选填“镜面反射”或“漫反射”)。

(3)为了模拟人眼成像特点,有同学提议将光屏和蜡烛位置互换,你认为可行吗?。

3.[2019·威海]如图ZT2-3甲所示是“探究凸透镜成像的规律”实验的装置,小明通过实验得到了下表所示的实验

数据,请回答下列问题:

图ZT2-3

物距u/cm 60 50 35 30 20 19

像距v/cm 12 12.5 14 15 20 21.1

物距u/cm 18 17 16 15 14 12

像距v/cm 22.5 24.3 26.7 30 35 60

(1)根据表格中数据可知该凸透镜的焦距f=cm。

(2)当u=25 cm时,像距v应该在(选填“15~16”“16~17”“17~18”“18~19”或“19~20”)cm 范围内;当u'=60 cm时,光屏上成(选填“放大”或“缩小”)的像,此种成像原理可以制成什么光学仪器?(选填“照相机”或“投影仪”);此时,用遮光板遮住LED光源的一部分,光屏上的像相比原来的像会(选填“变暗”“缩小”或“不完整”)。

(3)LED光源的高度h=10 cm,小明经过认真测量,得到像高h'与物距u的数据如图乙所示,请在图中画出h'与u 的关系图像。

类型二凸透镜动态成像规律

4.移动蜡烛或透镜,改变物距问题[2019·荆州]用如图ZT2-4所示的装置做“探究凸透镜成像规律”的实验时,已知凸透镜的焦距为10 cm,下列说法正确的是()

图ZT2-4

A.烛焰在如图所示的位置时,成像特点与照相机成像特点相同

B.若将蜡烛移到光具座42 cm刻度线处时,烛焰所成的像是倒立、放大的

C.若将蜡烛移到光具座30 cm刻度线处时,烛焰所成的像是等大的

D.若将蜡烛从光具座30 cm刻度线处向远离凸透镜方向移动时,烛焰所成的像将逐渐变大

5.[2018·荆门]在探究凸透镜成像规律时,小明在光具座上依次摆放了蜡烛、凸透镜、光屏,并调节它们的中心在

同一高度上。

(1)如图ZT2-5甲所示,当他将蜡烛、光屏位置固定后,左右移动透镜,发现透镜在①②两个位置时,屏上都能得到倒立的像,则透镜在①位置相比在②位置时,光屏上所得到的像(选填“较大”或“较小”)。

图ZT2-5

(2)当他将透镜和光屏的位置固定后,发现无论怎么移动蜡烛,在光屏上都不能得到像(光具座足够长),为了在光屏上得到清晰的像,他应将凸透镜向(选填“靠近”或“远离”)光屏方向移动一些。经过调整,在光屏上得到了清晰的像,他发现若将凸透镜用纸遮住一半,光屏上将得到(选填“完整”或“一半”)的像。若将蜡烛稍微上移,光屏上的像将(选填“上移”或“下移”)。

(3)如图乙所示,他把“上”形状的遮光板放在蜡烛和凸透镜之间,则光屏上观察到的形状是。

A.上

B.

C.上

D.

6.加减镜片问题[2019·鄂州]在做“探究凸透镜成像规律”的实验中,某小组同学利用图ZT2-6甲测出了透镜的焦距后,正确安装并调节实验装置如图乙所示,在光屏上得到一个清晰的像。下列说法正确的是()

图ZT2-6

A.由甲图可知该透镜焦距为40 cm

B.图乙中成的是倒立、放大的实像,符合放大镜的成像原理

C.在乙图中保持凸透镜的位置不变,将蜡烛与光屏的位置互换,则成像情况符合投影仪的原理

D.如果在烛焰与透镜之间放置一近视眼镜的镜片,则将光屏适当左移可得到一个清晰的像

7.[2018·泰州]某兴趣小组利用图ZT2-7所示装置来探究凸透镜成像的规律。

图ZT2-7

(1)为使像成在光屏中央,应调整元件,使LED灯的中心、光屏的中心在。小明将各元件调整到图示位置时,小组成员在光屏上都能观察到清晰的像,这个像一定是(选填“放大”“等大”或“缩小”)的,此时光屏上发生了反射。

(2)当LED灯向左移动时,要在光屏上再次获得清晰的像,只需将光屏向(选填“左”或“右”)适当移动,或者

在凸透镜前放置一个合适的眼镜。

(3)小华在用同样的器材进行实验时,发现光屏上出现的像只有中间清晰,两侧却较模糊,小明只对凸透镜进行了调整,就在光屏上得到了清晰的像,他的调整是。

A.左右适当移动凸透镜

B.上下适当移动凸透镜

C.适当扭转凸透镜

D.更换焦距合适的凸透镜

8.[2019·眉山]在“探究凸透镜成像规律”的实验中,所用凸透镜的焦距为10 cm。

(1)如图ZT2-8甲所示,光屏上呈现清晰的像,此像的性质是倒立、(选填“放大”“等大”或“缩小”)的实像,生活中的(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)是利用该原理工作的;若保持蜡烛和光屏位置不变,移动凸透镜至刻度线处,光屏上能再次呈现清晰的像。

图ZT2-8

(2)如图乙所示,保持蜡烛位置不变,移动凸透镜至16 cm刻度线处,移动光屏,观察到光屏上只能出现,而人眼在图中A处应向(选填“左”或“右”)看才能观察到烛焰的像。

(3)如图丙所示,在烛焰和凸透镜之间放一眼镜的镜片,发现光屏上的像由清晰变模糊了,将光屏向靠近凸透镜的方向移动适当距离后,光屏上再次呈现清晰的像,则该眼镜的镜片是(选填“凸透镜”或“凹透镜”),可用于矫正(选填“近视眼”或“远视眼”)。

9.换透镜问题[2019·山西]在“探究凸透镜成像的规律”实验中:

(1)小明将LED灯、焦距为10 cm的凸透镜和光屏依次放在光具座上,通过调节使三者中心在。接着,小明调节LED灯、凸透镜至如图ZT2-9所示的位置,移动光屏,会在光屏上得到倒立、(选填“放大”“缩小”或“等大”)的实像。

图ZT2-9

(2)把焦距为10 cm的凸透镜换成焦距更小的凸透镜,光屏上原来清晰的像变模糊了。若不改变凸透镜和光屏的位置,要使光屏上再次得到清晰的像,你采取的具体办法是。

(3)小明选择LED灯代替平时常用的蜡烛做实验,其优点是。 (写出一条即可) 10.[2019·包头]在“探究凸透镜成像规律”的实验中:

(1)蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图ZT2-10所示,恰能在光屏上得到一个清晰的倒立、等大的实像,则凸透镜的焦距为cm。

图ZT2-10

(2)保持蜡烛与凸透镜的位置不变,换用一个不同焦距的凸透镜,将光屏向右移动才能重新得到清晰的像,此时像

(选填“变大”“变小”或“不变”),换用的凸透镜焦距可能为(填字母序号)。

A.10.0 cm

B.20.0 cm

C.30.0 cm

D.35.0 cm

(3)将图中的凸透镜换成玻璃板后光屏上的像消失了,原因是

。

类型三凸透镜成像规律的应用

11.[2019·达州]图ZT2-11甲为电影放映机,其成像原理如图乙所示。为让观众看到清晰的实像,应将胶片放在距离透镜(选填“一倍焦距以内”“一倍焦距到二倍焦距之间”或“二倍焦距以外”)的位置。白色银幕是为了(选填“反射”或“吸收”)所有颜色的光。

图ZT2-11

12.2014年,人工视网膜通过临床试验,为失明患者带来福音。人工视网膜主要由装有摄像头的眼镜、电子设备和芯片电极三部分组成,其工作原理如图ZT2-12所示。

图ZT2-12

(1)从眼球的成像原理来看,眼球对光的作用相当于镜。

(2)摄像头中的对焦机构能调节镜头和CCD之间的距离。当配有人工视网膜的人向远处眺望时,对焦机构将使镜头与CCD之间的距离变。

【参考答案】

1.(1)最短10.0(2)缩小35

2.(1)下(2)漫反射(3)可行

3.(1)10(2)16~17缩小照相机不完整

(3)如图所示

[解析](1)因为物体在凸透镜的二倍焦距处时,成倒立、等大的实像,此时像距等于物距。根据表中数据可知,物距等于20 cm时,像距也等于20 cm,所以此凸透镜焦距为10 cm。

(2)物体在凸透镜二倍焦距之外时,成倒立、缩小的实像,照相机就是利用这个原理制成的。用遮光板遮住LED 光源的一部分,相当于物体不完整,则它所成的像也不完整。

4.C

5.(1)较小

(2)远离完整下移

(3)C

6.C[解析]焦点到凸透镜的距离为40.0 cm-30.0 cm=10.0 cm,所以凸透镜的焦距为f=10.0 cm,故A错误。由图乙可知,此时像距小于物距,则成的是倒立、缩小的实像,符合照相机的成像原理,故B错误。根据光路的可逆性,若将光屏和蜡烛的位置互换,在光屏上仍能成像,此时像距大于物距,凸透镜成倒立、放大的实像,其应用是投影仪,故C正确。近视眼镜的镜片是凹透镜,凹透镜对光线有发散作用,会推迟成像,所以光屏要向右移动才能承接到清晰的像,故D错误。

7.(1)透镜的主光轴上缩小漫

(2)左近视(3)C

[解析] (1)实验前,要调节LED灯和光屏的中心,使它们在透镜的主光轴上;题图中物距大于像距,成的是倒立、缩小的实像;小组成员从各个方向均能看到这个像,是因为光屏上发生了漫反射。(2)将LED灯向左移动,相当于增大了物距,则应减小像距,将光屏向左适当移动,或者在凸透镜前放置一个近视眼镜,对光线起发散作用,推迟成像。(3)像的中间清晰,两侧较模糊,原因是凸透镜没有与LED灯和光屏平行放置,应适当扭转凸透镜,故选C。

8.(1)放大投影仪40 cm(2)光斑左

(3)凸透镜远视眼

[解析](1)由图甲中的各物体的位置可知,物距u小于像距v,所以成倒立、放大的实像,生活中的投影仪(或幻灯机)就是利用这一原理来工作的。在凸透镜成像时,根据光的可逆性原理,保持蜡烛和光屏位置不变,现在的像距

v=30 cm,要让蜡烛的像再次清晰地成在光屏上,就需要使物距u'=30 cm,即将凸透镜移动到40 cm刻度线处。(2)从图乙可以看出,此时物距u'=16 cm-10 cm=6 cm小于凸透镜焦距,所以不能成实像,因而在光屏上只能出现光斑。当物距小于焦距时,凸透镜成正立、放大的虚像,且像、物在透镜同侧,所以人眼在A点,要向左透过凸透镜观察,才能看到蜡烛的虚像。(3)烛焰和凸透镜之间放一眼镜的镜片后,要把光屏向靠近凸透镜的方向移动适当距离,才能在光屏上再次出现清晰的实像,说明该眼镜的镜片对光线有会聚作用,因此它是一个凸透镜,可用于矫正远视眼。

9.(1)同一高度缩小

(2)把LED灯向靠近凸透镜方向移动适当距离(开放性试题,答案合理即可)

(3)成像稳定(开放性试题,答案合理即可)

[解析](1)探究凸透镜成像规律时,要调节LED灯中心、凸透镜光心和光屏的中心在同一高度,使得像成在光屏的中央;由图可知,此时物距大于二倍焦距,成倒立、缩小的实像。(2)换成焦距更小的凸透镜后,相当于增大了物距,则成像在光屏的前方,要使光屏上再次得到清晰的像,可以向前适当移动光屏,或者使像后移,即将LED灯靠近凸透镜适当距离。(3)LED灯亮度高,成像更清晰;不受外界环境影响,成像稳定。

10.(1)15.0(2)变大 B

(3)平面镜成虚像,无法成在光屏上

[解析](1)当物距等于二倍焦距时,蜡烛会通过凸透镜在光屏上成一个清晰倒立、等大的实像,由图可知,此时物距为50.0 cm-20.0 cm=30.0 cm,故焦距为15.0 cm。

(2)保持蜡烛与凸透镜的位置不变,换用其他焦距的凸透镜后,右移光屏后才能得到清晰的实像,则此时像距大于物距,由凸透镜成像规律可知,此时f2f,成倒立、放大的实像,即像变大;由图知,此时物距为30.0 cm,即f<30.0 cm<2f,则15.0 cm

(3)平面镜所成的像为虚像,光屏上无法承接虚像。

11.一倍焦距到二倍焦距之间反射

[解析]电影放映机使胶片上的图像通过凸透镜成倒立、放大的实像,所以胶片应该放在距离凸透镜一倍焦距和二倍焦距之间的位置。白色的银幕通过反射光线使人看到银幕上的影像,白色物体可以反射所有色光,使人看到的影像是彩色的。

12.(1)凸透

(2)短(或“小”)