凸透镜成像规律的探究

王家伟

提出问题

通过凸透镜由远及近地观察物体，有时看到物体是正立的，有时是倒立的；有时是放大的，有时又是缩小的.那么凸透镜成放大的像、成缩小的像、成正立的像或成倒立的像与什么因素有关呢？

进行猜想

当凸透镜的焦距确定时：（１）可能与物体到凸透镜的距离有关；（２）可能与光屏到凸透镜的距离有关.

设计实验

（１）选择实验器材：蜡烛、凸透镜、光屏、光具座、火柴.

（２）进行实验：①利用平行光聚焦法，用小手电筒代替平行光源，测定凸透镜的焦距 ｆ＝__________ｃｍ.

②按右图所示，将蜡烛、凸透镜、光屏依次摆放在光具座上.

③调整蜡烛、凸透镜、光屏，使它们的中心大致在同一高度.

④把蜡烛放在较远处，使物距ｕ＞２ｆ.点燃蜡烛，移动光屏，使烛焰在光屏上成清晰的实像.观察实像的大小和正倒，测出物距ｕ和像距ｖ，记录在下表中.

⑤把蜡烛向凸透镜移近，重复以上操作，进行观察和测量，将数据记录在下表中.

⑥继续移近蜡烛，使物距ｕ＜ｆ，仔细观察，在光屏上还能得到蜡烛的像吗？怎样才能观察到蜡烛的像？是虚像还是实像？像的大小、正倒是什么情况？测出物距，估测出像距，把数据和观察结果填入下表中.

总结结论

猜想（１）正确.当凸透镜的ｆ确定时：（１）当 ｕ＞２ｆ 时，成倒立、缩小的实像，像物异侧，且 ｆ＜ｖ＜２ｆ；（２）当 ｕ＝２ｆ 时，成倒立、等大的实像，像物异侧，且 ｖ＝２ｆ；（３）当 ｆ＜ｕ＜２ｆ 时，成倒立、放大的实像， 像物异侧，且ｖ＞２ｆ；（４）当 ｕ＝ｆ时，不成像；（５）当 ｕ＜ｆ时，成正立、放大的虚像，像物同侧.

辅导老师点评

（１）成像规律识记方法：物近像远像变大， １倍焦距分虚实， ２倍焦距分大小， 实像总是倒立的．

（２）当ｕ＞２ｆ 时，如果在光具座上前后无论怎么调节光屏，总是得不到像，原因可能是：①光屏的中心、透镜的中心和烛焰三者不在同一高度上；②选择透镜的焦距过大，所成的像会在光具座外，解决的办法是光具座的长度大于所选用的凸透镜的焦距的４倍即可.

责任编辑程哲

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文