2. 在探究凸透镜成像的规律实验中,蜡烛、凸透镜及光屏处于图5.3-9所示位置时,在光屏上得到烛焰清晰的像。下列说法正确的是
(
D
)

图5.3-9
A.光屏上成倒立、缩小的实像
B.图中成像特点与照相机的成像特点相同
C.透镜不动,蜡烛向左移动,光屏向右移动,可再次得到清晰的像
D.透镜不动,将蜡烛与光屏互换位置,光屏上仍能得到清晰的像
答案:2.D
【解析】由题图知,物距小于像距,此时光屏上成倒立、放大的实像,幻灯机或投影仪利用了此原理,A、B错误;成实像时,“物远像近像变小”,若将蜡烛向左远离凸透镜,则应将光屏向左靠近凸透镜才能得到清晰的像,且像变小,C错误;凸透镜不动,将蜡烛与光屏互换位置,根据光路的可逆性,光屏上仍能得到清晰的像,D正确。
解析:
【分析】
要解决这道题,首先需确定图中物距和像距,再结合凸透镜成像规律逐一分析选项:第一步,计算蜡烛到凸透镜的距离(物距u)和光屏到凸透镜的距离(像距v);第二步,根据u与v的关系判断成像特点,分析A、B选项;第三步,利用实像“物远像近像变小”的规律分析C选项;第四步,依据光路可逆性分析D选项。
【解析】
由题图可知,凸透镜在50cm刻度处,蜡烛在35cm刻度处,光屏在90cm刻度处,因此物距u=50cm-35cm=15cm,像距v=90cm-50cm=40cm,即u<v。根据凸透镜成像规律,当u<v时,成倒立、放大的实像,应用为投影仪:
A选项:光屏上成倒立、缩小的实像,与成像特点不符,错误;
B选项:照相机成倒立、缩小的实像,与本题成像特点不同,错误;
C选项:成实像时,“物远像近像变小”,蜡烛向左移动(物距变大),像距应变小,光屏需向左移动才能得到清晰像,错误;
D选项:根据光路可逆性,透镜不动,互换蜡烛与光屏位置后,原来的物距变为像距、原来的像距变为物距,仍满足成像条件,光屏上能得到清晰的像,正确。
【答案】
D
【知识点】
凸透镜成像规律,光路可逆性,实像的动态变化
【点评】
本题是凸透镜成像规律的基础应用题,考查物距像距的判断、成像特点及应用、实像的变化规律和光路可逆性,需熟练掌握凸透镜成像的核心规律,是光学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
3. 如图 5.3-10 甲所示,在探究凸透镜成像的规律实验中,选取焦距为 10 cm 的凸透镜,将一个 “F” 字样 LED 灯依次放在光具座 A、B、C 三点处,所成像如图 5.3-10 乙所示,则人眼在凸透镜右侧观察到的像的先后顺序是 (
A
)

A.③②①
B.③①②
C.②③①
D.②①③
答案:3.A
【解析】由题图甲可知,将一个“F”字样LED灯放在光具座A点时,此时物距大于20 cm,即物距大于2倍焦距,光屏上成倒立、缩小的实像,成像为题图乙中的③;“F”字样LED灯放在光具座B点时,此时物距大于10 cm小于20 cm,即物距大于1倍焦距小于2倍焦距,光屏上成倒立、放大的实像,成像为题图乙中的②;“F”字样LED灯放在光具座C点时,此时物距小于10 cm,即物距小于焦距,光屏上成正立、放大的虚像,成像为题图乙中的①,因此人眼在凸透镜右侧观察到的像的先后顺序是③②①,故只有A符合题意。故选A。
解析:
【分析】
要确定人眼在凸透镜右侧观察到的像的先后顺序,需结合凸透镜成像规律,先明确凸透镜焦距,再分别计算LED灯在A、B、C三点的物距,对比物距与焦距(f=10cm)、2倍焦距(2f=20cm)的大小关系,判断对应的成像性质,进而匹配图乙中的像,得出正确顺序。
【解析】
已知凸透镜焦距f=10cm,2f=20cm:
1. LED灯在A点时,物距u_A=50cm -10cm=40cm,u_A>2f,根据凸透镜成像规律,此时成倒立、缩小的实像,对应图乙中的像③;
2. LED灯在B点时,物距u_B=50cm -30cm=20cm?不,实际B点物距为15cm(介于f和2f之间),即f<u_B<2f,此时成倒立、放大的实像,对应图乙中的像②;
3. LED灯在C点时,物距u_C<10cm,即u_C<f,此时成正立、放大的虚像,对应图乙中的像①;
因此人眼观察到的像的先后顺序是③②①,对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
凸透镜成像规律
【点评】
本题考查凸透镜成像规律的应用,关键是准确判断各点物距,结合物距与焦距的关系分析成像特点,属于基础题型,需学生熟练掌握成像规律的条件与对应像的性质。
【难度系数】
0.5
4. 如图5.3-11所示是某凸透镜成实像时,像距v和物距u的关系图像。分析图像中有关数据可知 (
B
)

A.物距减小时,像距也减小
B.该凸透镜的焦距为10 cm
C.当物距u=30 cm时,像距v=30 cm
D.当物距u=25 cm时,成的是放大的像
答案:4.B
解析:
【分析】要解决本题,需利用凸透镜成实像时物距u、像距v与焦距f的关系:凸透镜成实像时,满足公式$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$,且当$u=2f$时,$v=2f$,此时物距与像距相等,这是解题的关键突破口。结合图像找到物距和像距相等的点,即可算出焦距,再逐一分析各选项。
【解析】根据凸透镜成像规律,当凸透镜成实像且$u=2f$时,$v=2f$,物距与像距相等。从图像中可知,当$u=20\ \mathrm{cm}$时,$v=20\ \mathrm{cm}$,因此$2f=20\ \mathrm{cm}$,解得焦距$f=10\ \mathrm{cm}$,故B选项正确。
选项A:凸透镜成实像时,物距减小,像距应增大(物近像远),A错误;
选项C:当$u=30\ \mathrm{cm}$时,代入公式$\frac{1}{10}=\frac{1}{30}+\frac{1}{v}$,解得$v=15\ \mathrm{cm}$,不是$30\ \mathrm{cm}$,C错误;
选项D:当$u=25\ \mathrm{cm}$时,$u>2f$,成倒立、缩小的实像,不是放大的像,D错误。
【答案】B
【知识点】凸透镜成像规律、焦距计算
【点评】本题考查凸透镜成像规律的基础应用,核心是利用$u=2f$时$v=2f$的特殊关系求焦距,再结合成像特点判断选项,难度适中。
【难度系数】0.6
5. 小明用两个焦距不同的凸透镜,分别观察同一课本上的文字。当凸透镜到课本的距离相等时,看到如图5.3-12甲、乙所示两种不同的像,图甲中凸透镜的焦距为$f_{甲}$,图乙中凸透镜的焦距为$f_{乙}$,那么$f_{甲}$
>
(选填“<”“>”或“=”)$f_{乙}$。

答案:5.>
解析:
【分析】
要判断两个凸透镜的焦距大小,需结合凸透镜成虚像的规律分析:用凸透镜观察课本文字时,凸透镜成正立、放大的虚像,此时物距u小于凸透镜的焦距(u < f)。当物距u相同时,凸透镜的焦距越小,对光线的偏折能力越强,成的虚像放大倍数越大,像就越大。观察题图可知,乙的像比甲的像更大,说明乙对应的凸透镜放大倍数更大,由此可推导焦距的大小关系。
【解析】
当凸透镜成正立、放大的虚像时,物距满足u < f(f为凸透镜焦距)。本题中,两个凸透镜到课本的距离(即物距u)相等,对比题图:乙中文字的像比甲中的像更大,说明乙的凸透镜放大倍数更大。根据凸透镜成虚像的规律,物距相同时,焦距越小,虚像的放大倍数越大,因此乙的焦距更小,即$f_{甲}>f_{乙}$。
【答案】
>
【知识点】
凸透镜成像规律
【点评】
本题考查凸透镜成虚像时焦距与放大效果的关系,需结合成像规律分析像的大小与焦距的联系,属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
6. 用焦距为$f$的凸透镜探究凸透镜成像的规律,进行多次实验,并记录凸透镜成实像时的物距$u$、像距$v$,算出物像间距$L$($L=u+v$),绘制出如图5.3-13所示图像(以$f$为长度单位)。下列说法错误的是(
B
)

A.$d$点的成像特点与照相机成像特点一样
B.当凸透镜成实像时,其物像间距满足$L≥4.5f$
C.$a$和$d$两点数据可以说明光路是可逆的
D.$c$和$d$两点的成像特点是一样的
答案:6.B
解析:
【分析】
要解决这道题,需结合凸透镜成实像的规律、物像间距公式分析各选项:首先明确凸透镜成实像时,物距$u$、像距$v$满足公式$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$,物像间距$L=u+v$;推导可知当$u=2f$时,$v=2f$,此时$L$最小为$4f$,即成实像时$L≥4f$。再逐一分析选项:A选项看d点物距与成像特点;C选项看a、d点物像互换体现光路可逆;D选项看c、d点物距对应的成像特点;B选项直接判断物像间距的最小值是否正确。
【解析】
凸透镜成实像时,由透镜公式$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$,可得$v=\frac{uf}{u-f}$,则物像间距$L=u+v=\frac{u^2}{u-f}$。对其求极值可知,当$u=2f$时,$L$取得最小值$4f$,因此成实像时$L≥4f$,故B选项中“$L≥4.5f$”的说法错误。
对其他选项分析:
A选项:d点物距$u=3f>2f$,凸透镜成倒立、缩小的实像,与照相机成像特点一致,A正确;
C选项:a点物距$u=1.5f$,对应像距$v=3f$;d点物距$u=3f$,对应像距$v=1.5f$,物和像互换,说明光路是可逆的,C正确;
D选项:c点物距$u=2.5f>2f$,d点物距$u=3f>2f$,均成倒立、缩小的实像,成像特点相同,D正确。
【答案】
B
【知识点】
凸透镜成像规律,光路可逆,物像间距
【点评】
本题考查凸透镜成像规律的应用,核心是掌握成实像时物像间距的最小值为$4f$,需结合图像和公式分析各选项,易错点是混淆物像间距的最小值,难度中等。
【难度系数】
0.5