例題 2
在觀察凸透鏡成像時(shí),光屏上得到了一個(gè)倒立、放大的清晰像?，F(xiàn)保持物體和光屏不動,只移動透鏡,光屏上還能出現(xiàn)清晰的像嗎？試試看,并解釋其中的道理。
點(diǎn)撥
注意凸透鏡成像時(shí)光路的可逆性。
答案：能出現(xiàn)清晰的像。
原成像為倒立、放大實(shí)像，此時(shí)物距$f＜u＜2f$，像距$v＞2f$。
根據(jù)光路可逆性，保持物體和光屏位置不變，移動凸透鏡至新位置，使物距變?yōu)樵瓉淼南窬?u'=v(＞2f)$，像距變?yōu)樵瓉淼奈锞?v'=u(f＜u＜2f)$。
此時(shí)滿足$u'＞2f$，$f＜v'＜2f$，成倒立、縮小的實(shí)像，故光屏上能再次出現(xiàn)清晰像。
物體靠近凸透鏡過程中像的變化
如圖 3 - 3 - 2 所示為物體從較遠(yuǎn)處逐漸靠近凸透鏡的過程中,像的大小、正倒、虛實(shí)的變化情況。圖中,$1與1'$,$2與2'$,……,$6與6'$為對應(yīng)的物與像的位置。為使畫面清楚,未畫出通過光心的光線。
答案：物體靠近凸透鏡時(shí)，實(shí)像（$ u ＞ f $）倒立，從縮小到放大且逐漸變大；虛像（$ u ＜ f $）正立、放大且逐漸變大；$ u = f $ 時(shí)不成像。
解析：
物體從遠(yuǎn)處靠近凸透鏡時(shí)：
1. 當(dāng)物距 $ u ＞ 2f $ 時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像，物距減小，像逐漸變大；
2. 當(dāng) $ u = 2f $ 時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像；
3. 當(dāng) $ f ＜ u ＜ 2f $ 時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像，物距減小，像繼續(xù)變大；
4. 當(dāng) $ u = f $ 時(shí)，不成像；
5. 當(dāng) $ u ＜ f $ 時(shí)，成正立、放大的虛像，物距減小，像逐漸變大。
綜上：像的虛實(shí)分界點(diǎn)為焦點(diǎn)（$ u = f $），$ u ＞ f $ 成實(shí)像，$ u ＜ f $ 成虛像；實(shí)像倒立，虛像正立；實(shí)像隨物距減小而變大（從縮小到放大），虛像隨物距減小而變大。
1. 下面是小華探究凸透鏡成像規(guī)律的過程中遇到的一些問題,請幫她解答。
(1)實(shí)驗(yàn)所需的器材有______。
(2)測定凸透鏡焦距$f$所用的方法是______,在右邊的虛線框內(nèi)畫出其原理圖。
(3)小華在實(shí)驗(yàn)中,得到了下面一些結(jié)論,你認(rèn)為這些結(jié)論正確嗎？在題后括號內(nèi),給正確的結(jié)論打“√”,錯(cuò)誤的打“×”并寫出正確的說法。
① 凡是實(shí)像,都是倒立的( )
② 凡是虛像,都是正立的( )
③ 凡是實(shí)像,像和物分別在凸透鏡的兩側(cè)( )
④ 凡是虛像,像和物都在凸透鏡的同一側(cè)( )
⑤ 凸透鏡所成的像,可以是放大的,也可以是縮小的( )
⑥ 凸透鏡所成的虛像,可以是放大的,也可以是縮小的( )
⑦ 焦點(diǎn)處是成實(shí)像與成虛像的分界點(diǎn)( )
⑧ $2f$處是成放大的實(shí)像與成縮小的實(shí)像的分界點(diǎn)( )
將以上錯(cuò)誤的結(jié)論改為正確的結(jié)論：______。
(4)實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)燭焰通過凸透鏡在光屏中央成一放大的清晰的像時(shí)：
① 若用遮光板將透鏡的一半遮住,則光屏上______(能/不能)成完整的像,像將變______。
② 若保持凸透鏡的位置不動,將蠟燭和光屏的位置對調(diào),則光屏上將成______(放大/縮小/等大)的像。
③ 蠟燭隨著燃燒而變短,要使像仍成在光屏的中央,在保持蠟燭和光屏的位置不動的情況下,只要將凸透鏡向______(上/下/左/右)移動一些。
(5)小華在實(shí)驗(yàn)中遇到了以下兩種情況,請你在下列 A、B、C、D、E 五個(gè)選項(xiàng)中選出每種情況對應(yīng)的原因(填每個(gè)選項(xiàng)前的字母)。
① 先固定好蠟燭和凸透鏡,然后在凸透鏡的另一側(cè)移動光屏,但無論怎樣調(diào)整光屏的位置,都不能在光屏上得到燭焰清晰的像。其原因可能是______。
② 先固定好光屏和凸透鏡,然后在凸透鏡的另一側(cè)移動蠟燭,但無論怎樣調(diào)整蠟燭的位置,都不能在光屏上得到燭焰清晰的像。其原因可能是______。
A. 燭焰、凸透鏡和光屏的中心沒有調(diào)整到大致在同一高度
B. 蠟燭和凸透鏡間的距離小于焦距$f$
C. 光屏和凸透鏡間的距離小于焦距$f$
D. 蠟燭和凸透鏡間的距離大于焦距$f$、小于$2f$
E. 光屏和凸透鏡間的距離大于焦距$f$、小于$2f$
答案：凸透鏡、蠟燭、光屏、刻度尺
平行光聚焦法
√
√
√
√
√
×
√
√
凸透鏡成虛像時(shí)只能是放大的
能
暗
縮小
下
A、B
A、C
