赵虹

探究凸透镜成像规律是光学学习的重点探究实验之一，重点探究物距u、像距v和焦距f之间的关系，利用凸透镜成像规律解决生活中遇到的问题是探究实验的难点，为此本文就上述问题进行逐一探究。

[实验要点]

探究凸透镜成像规律的实验需要注意以下几点。（1）在光具座上从左到右依次放置蜡烛、凸透镜、光屏，点燃蜡烛前须调节凸透镜中心、烛焰中心、光屏中心大致在同一高度，目的是使像呈现在光屏的中心。（2）探究实验时一般将凸透镜固定，让蜡烛由远及近靠近凸透镜，光屏不断远离凸透镜，直到光屏上呈现清晰的像。（3）成实像时，物距变大，像距变小，像变小;物距变小，像距变大，像变大。（4）成虚像时，物距变小，像距变小，像变小;物距变大，像距变大，像变大。（5）光屏上成清晰的像时，对调蜡烛与光屏的位置，光屏上还能成清晰的像，说明光路是可逆的。（6）用纸板遮住透镜的一部分，成像性质不变，光屏上成一个完整的像，只是变暗些。

通过实验归纳出凸透镜成像规律如下表所示，通過探究实验也可以得出不同条件下凸透镜成像规律的应用。

[凸透镜成像规律]

[实验拓展]

在探究实验过程中有时会找不到像，原因可能如下：（1）蜡烛的烛焰、凸透镜、光屏三者的中心不在同一高度上;（2）蜡烛放在了焦点上;（3）蜡烛放在了焦点以内;（4）蜡烛放在一倍焦距和两倍焦距之间，但离焦点过近，成像较远，光具座又不够长，光屏接收不到像;（5）凸透镜焦距太长，光具座太短，蜡烛成像在光具座以外，光屏接收不到清晰的像。注意：要使光屏上成实像，应满足L ≥ 4f（L为光具座长度、f为凸透镜焦距）。

通过探究实验进一步总结出凸透镜成像的动态规律，即：（1）一焦分虚实、二焦分大小;（2）实像异侧倒、物远像变小;（3）虚像同侧立、物远像变大;（4）像大像距大、像小像距小;（5）焦距大则像距大，焦距小则像距小。

[典型例题]

例（2020·山东·滨州）某实验小组同学在做“探究凸透镜成像的规律”实验，请你完成下列问题。

（1）实验前，要调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在____________________。

（2）通过调整，恰好在光屏上得到烛焰等大的像，如图所示，则所用凸透镜的焦距是________________cm。

（3）在图中，把蜡烛向左移动15 cm，凸透镜的位置不变，应把光屏向________________（选填“左”或“右”）适当调节，才能在光屏上得到烛焰清晰倒立、________________（选填“放大”“缩小”或 “不变”）的实像。接下来改用焦距为15 cm的凸透镜继续进行实验，如果不改变蜡烛和凸透镜的位置，要在光屏上成清晰的像，应把光屏向________________（选填“左”或“右”）适当调节。

（4）在探究凸透镜成实像的过程中，他们又尝试用白纸遮挡住凸透镜的一半，发现在光屏上________________（选填“仍能”或“不能”）成烛焰完整的像。

解析：如图是探究凸透镜成像规律的基本方法，涉及实验前器材调节、实验时焦距测量、像的性质判断、实验规律归纳、实验后规律应用等。

（1）为了使像清晰地成在光屏中间，实验前应调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度。

（2）如图所示是实验的某一过程，即恰好在光屏上得到烛焰等大的像，此时u = 2f、v = 2f，光屏上成倒立、等大的实像，则所用凸透镜的焦距f = 10 cm。

（3）如图所示，将蜡烛向左移动15 cm，即u = 20 cm + 15 cm = 35 cm，根据凸透镜成像动态规律可知，应把光屏向左适当调节，才能在光屏上得到烛焰清晰倒立、缩小的实像。如果改用焦距f = 15 cm的凸透镜继续实验，在保持物距u不变时，根据凸透镜成像的动态规律可知，应把光屏向右适当调节可成清晰的像。

（4）实验中如果挡住凸透镜一半，在光屏上仍能有完整的像。

答案：（1）同一高度 （2）10 （3）左 缩小 右 （4）仍能

（作者单位：江苏省盐城市初级中学）