测凸透镜焦距的几种方法

测凸透镜焦距的几种方法

南师附中树人学校汤金波

凸透镜的成像性质较为丰富，在生活中相当常见。课标对凸透镜的要求是：认识凸透镜的会聚作用。探究并知道凸透镜成像的规律。了解凸透镜成像规律的应用，要求较高。无论定会聚作用，还是成像规律，都跟凸透镜的焦距有关。并且不同的凸透镜焦距一般不同，同一个凸透镜，焦距一般不变，焦距是凸透镜木身的性质。所以，测量凸透镜的焦距就是一个学习重点。

基本知识：

凸透镜的儿个术语：

（1）光心（0）：凸透镜的中心

（2）主光轴：通过广心且垂直于透镜表面的直线称为主光轴

（3）焦点（F）：凸透镜能使平行于主光轴的光会聚于一点，这个点叫作焦点. （4）焦距（f）：焦点到光心的距离叫作焦距

基本技能：

1.根据焦点、焦距定义，利用太阳光测焦距

例1如图所示是探究“凸透镜成像规律”的实验装置：

让凸透镜正对着太阳，得到图甲所示的光路图，可知凸透镜对光线有 ___________ 作用，其焦距为 __________ e mo

解析因为凸透镜对光线有会聚作用，所以，将凸透镜正对着太阳光，在背后放一张口纸（光屏），调整光屏的位置，直到口纸上会出现一个最亮、最小的光斑, 测出凸透镜到白纸上光斑的距离，即为焦距。利用刻度尺测童长度时，为了让结果更精确，需要估读。

答案会聚11.00cm

2.根据成像特点，利用较远处物体成像，粗略得出焦距

例2如果不利用太阳，利用远处的物体成像，也可以粗略得岀焦距。当刃10f时，

物体所成像的位置近似在焦点处，像距近似等于焦距

3.根据成像规律u=2f时成倒立等大实像，利用光具座测量

例3某同学用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像规律”的实验，装置如图所示.

实验过程中，当烛焰距凸透镜20cm 时, 到一个等人清晰的像，则该凸透镜的焦距是 解析 根据成像规律，实验中既然观察到光屏上岀现等大清晰的像，可以得出 沪2f,

由题可知z/=20cm,所以f =10cm.提示：为了更准确地判断出等大清晰的像， 实验中光源应用规则排列的发光二极管，光屏用同样的规则排列的方格。

答案10cm

4. 根据光路可逆，利用光具座测量焦距

例4如图实验中，如果左右移动光屏，发现光屏上总是有一个圆形光斑，并且光斑 的 大 小 不 变， 则 可 以 得 出 结 论 ______________________ O

解析 左右移动光屏时，光屏上只有一个圆形光斑，并且光斑的大小不变，说 明经

过凸透镜传播到光屏上的光是平行光，只有光源在焦点处时，光源发出的光经 过凸透

镜，才能形成平行光，原理是光路可逆。所以，此时，光源到凸透镜的距离 就是焦距。

答案凸透镜的焦距为15cm

基本方法：图像法

在探究凸透镜成像规律的实验中，需要收集数据，通过数据或由数据绘制成的 图

像，可以收集信息，得到凸透镜焦距的人小。

例5某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，记录并绘制了像到凸透镜 的距

离y 跟物体到凸透镜的距离间关系的图像，如图所示，下列判断止确的是

A. 该凸透镜的焦距是16cm

B. 当沪12cm 时，在光屏上能得到一个缩小的像

C. 当尸20cm 时成放人的像.投影仪就是根据这一原理制成的

D. 把物体从距凸透镜12cm 处移动到24cm 处的过程中，像逐渐变小

20 10 m c

30 40 mi70 •'I'

60 ^■50 移动光屏至某一位置, cm.

能在光屏上得

|- % 1-80

解析图像题的关键是从图像中收集有效信息解决问题。根据凸透镜成像规律，当物距〃二孑时，凸透镜成倒立等大实像，此时由图像可知：当匕二16 cm 时，存在u= V.则此时u二赛,即f=8cm o

答案D

例6小明有光具座上探究凸透镜成像的规律。他将点燃的蜡烛、凸透镜、分别固定在光具座上，再移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的蜡烛的像，各元件位賈如图所示。则所用凸透镜的焦距可能为

A. 9cm

B. 12cm

C. 15cm

D. 18cm

解析光屏上出现像时，可以根据物距和像距的人小关系判断像是放人还是缩小，因为物距大于像距，所以，成缩小的像，可以得出结论在，根据图像可以读出物距是30 cm,所以f<15 cm,同时，像距f

答案B

学即用，练一练：

（2015宜宾）小雷对凸透镜焦距与制成凸透镜的材料种类、凸透镜凸起程度的关系进行了探究实验：

（1）

他第一次测量焦距的实验如图甲所示，则测得的焦距为 _________________ CIDo

（2）

由1、2次的实验可得岀的结论是： __________________________________

（3）小雷回想起口光经三棱镜后，光屏上自上而下出现了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的色带（如图乙），受此启发，于是他分别用红光和蓝光来进行图甲的实验，结论是：对同一凸透镜，_____________________ 光入射时焦距小些。

（4）探究完成后，小雷和其他同学用焦距为8. 0cm的凸透镜和蜡烛进行成像

实验.从各组汇报数据中发现，当物距均为16.0cm时，有两个小组所测像距分别

为19.0cm、13. 0cm,与理论像距16. 0cm相比偏差较大。若不是因为长度测量方法错误和测量误差导致的，请分析出现这种情况的原因：

次数123

材料玻璃玻璃水晶

凸起程度较小较大较大

魚距/cm8.0 4.0

（2015人连）根据人眼视物的原理，某同学想探究“凸透镜的焦距与厚度的关系”，他猜想凸透镜的焦距还与凸透镜的材料和口径有关。他自制了一个口径不变的“水凸透镜”，通过注射器向“水凸透镜”中注水或向外抽水，改变“水凸透

镜”的厚度。实验装置如图所示。

（1）将平行光源、“水凸透镜”和光屏放在光具座上，调整平行光源、“水

凸透镜”、光屏的中心大致在同一_______ ±o

（2）实验中，“水凸透镜”的厚度变化不宜过大，且厚度无法测量，可以通过注射器内水的体积间接反映“水凸透镜”的厚度。画出记录实验数据的表格，表格中要有必要的信息。

（3）实验屮，调整好“水凸透镜”的厚度，使平行光源发出平行光，移动光

屏找到焦点，测量出“水凸透镜”的焦距。请具体说明移动光屏找到焦点的实验操作：_________ o

（2015随州）1.物理兴趣小组想知道某只透镜的焦距f为多少，做实脸甲，镜面垂直丁•阳光，在透镜卜•面放上白纸（纸、镜平行），测出透镜与白纸间距s/cm与对应的白纸被烤焦的时间t/mm,绘出图线乙，可判断该透镜的焦距f为______ ；

将透镜及蜡烛、光屏置于光貝座上（如图丙），做成像实验，记录每次成实像的物距u，像距v・物像间距L （u+v）,绘出图线丁（以f为长度单位），由图可知，要想成实像，蜡烛与光屏的间距应满足LM _____ （用f表示）.

经“百度”发现，物理学中，有一个凸透镜成像的“新概念”：放人率n=AB/AB=v/u,结合丙、J•两图.可知当物距u=1.5f时.n= ____ •