【分析】
这道题围绕凸透镜成像规律的实验展开,我们可以逐问梳理思路:
1. 第一问:凸透镜正对太阳光时,焦点处会聚光线温度最高,白纸被烤焦的时间最短,找到图乙中t最小对应的s值,就是凸透镜的焦距。
2. 第二问:调整烛焰、凸透镜、光屏三者中心在同一高度时,必须先点燃蜡烛,才能确定烛焰的中心位置,保证像成在光屏中央。
3. 第三问:先计算物距,蜡烛在45cm刻度、透镜在50cm刻度时,物距u=5cm,小于焦距,此时成正立放大的虚像,对应放大镜原理;虚像虽然不能被光屏承接,但可以作为拍摄对象被照相机成像。
4. 第四问:物距由近到远变化时,先满足u<f,成正立的虚像,物距越大虚像越大;当u>f后,成倒立的实像,物距越大实像越小,按照这个规律排序,结合题目给出的后续③①②,就能推出前面的顺序。
5. 第五问:蜡烛燃烧变短,烛焰向下移动,根据过光心的光线传播方向不变,像会向光屏上方移动。
6. 第六问:要探究凸透镜成像上下、左右都颠倒的特点,需要选择上下、左右都不对称的字母,统计符合要求的数量即可。
7. 第七问:根据凸透镜成像公式1/f=1/u +1/v,当u=v=2f时,1/u=1/v,找到图中横纵坐标相等的点,就能算出焦距。
【解析】
(1)平行太阳光经凸透镜会聚到焦点,焦点处温度最高,白纸烤焦耗时最短。由图乙可知s=12cm时烤焦时间最短,该位置为焦点,因此凸透镜焦距f=12cm。
(2)调整三者中心在同一高度时,需要先点燃蜡烛确定烛焰中心,因此应点燃蜡烛。
(3)凸透镜在50cm刻度处,蜡烛移到45cm刻度处时物距u=5cm<f,此时成正立、放大的虚像,对应放大镜的成像原理;虚像可作为实际拍摄对象,因此照相机能拍到烛焰的像。
(4)物距由近到远时:首先u<f,成正立虚像,物距越小虚像越小,先出现较小的正立像④,再出现较大的正立像⑥;当f<u<2f时,成倒立放大的实像⑤,后续物距继续增大依次得到③①②,因此前面的排序为④⑥⑤。
(5)蜡烛不断缩短,烛焰向下移动,过透镜光心的光线传播方向不变,因此光屏上的像会向上移动。
(6)要验证凸透镜成像上下、左右均颠倒的特点,需要选用上下、左右都不对称的字母,4个字母中仅1个符合要求,因此数量是1。
(7)根据凸透镜成像公式1/f=1/u+1/v,当u=v时u=v=2f,由图己的1/u-1/v关系可得f=10cm。
【答案】
(1)12 (2)点燃 (3)虚;放大镜;能 (4)④⑥⑤ (5)上 (6)1 (7)10
【知识点】
凸透镜成像规律,焦距测量,实验操作
【点评】
本题是凸透镜成像实验的综合考查题,覆盖了焦距特殊测量、实验操作细节、成像规律应用、非常规1/u-1/v图像分析多个考点,其中照相机能否拍摄虚像、不对称光源的选择属于易错题,需要学生理解成像的本质,整体考点设置全面,区分度较好。
【难度系数】
0.6