学过透镜知识后,小明实验小组在光学实验室(暗室)想对学过的知识进行深入研究,可用的器材有:光源S(视为点光源)...
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学过透镜知识后,小明实验小组在光学实验室(暗室)想对学过的知识进行深入研究,可用的器材有:光源S(视为点光源)、圆形凸透镜(直径为D)、光具座、光屏(足够大)。经讨论他们决定先从測凸透镜的焦距开始。
(1)在光屏*画一个与凸透镜直径相同的圆,找出圆心O′。
(2)将光源、凸透镜和光屏放在光具座上,调节它们的高度,使光源、凸透镜光心和_____在同一水平直线上。
(3)固定凸透镜的位置,将光源从紧贴凸透镜的位置缓慢向外移动,直到光屏上的光斑_____,就可以从光具座上读出凸透镜的焦距,此时各器材在光具座上的位置如图*所示,该凸透镜的焦距为_____cm。
(4)为了验*测出的焦距值是否准确,小明提出可以左右移动光屏,若光屏上的光斑大小不变,则测出的焦距准确。若向右移动光屏,光斑变大,说明本次测出的凸透镜的焦距比真实值_____。
(5)在移动光屏的过程中,小明发现在光屏上光斑外侧还有一个暗环,他猜想可能是凸透镜的边框造成的,于是他拆除边框直接将凸透镜固定在光具座上,进行实验验*,发现暗环仍然存在。你认为暗环是如何形成的?_____。若光源S在左焦点上,光屏在右焦点处,如图乙所示,请你算出此时暗环的面积等于_____。
【回答】
(2)圆心O'; (3)与所画圆完全重合; 20.0; (4)小; (5)透镜外侧沿直线传播的光与经透镜折*的光在屏上形成无光区;
【解析】
(2)实验中为了保*物像完整的成在光屏上,所以像要尽量的成在光屏的中间,只有光源、凸透镜光心和光屏的中心在同一水平线上即可;
(3)由于圆圈和凸透镜是等大的,所以当光斑和圆圈重合时说明折*光线是平行的,这时光源刚好在焦点上,此时光源和凸透镜的距离就是焦距;
(4)若光屏上的光斑大小不变,说明折*光线是平行;如果测出的凸透镜的焦距比真实值大,那么向右移动光屏,光斑会减小;如果测出的凸透镜的焦距比真实值小,那么向右移动光屏,光斑会增大;
(5)透镜边缘以外的光线沿直线传播,以内的光线会发生偏转,二者之间会形成一个没有光线的黑*区域,这就是暗环;然后作图,弄清圆环的大半径和小半径,最后由公式暗环=大圆面积-小圆面积计算暗环面积即可。
【详解】
(2)在实验中,只有光源、凸透镜光心和光屏的中心在同一水平线上,才能保*物像完整的成在光屏上,而O'正好在光屏的*,因此使光源、凸透镜光心和圆心O'在同一水平直线上。
(3)由于圆圈和凸透镜是等大的,所以当光斑和圆圈重合时,说明折*光线是平行的,这时光源刚好在焦点上,所以应该是直到光屏上的光斑与所画圆完全重合,由图*知道,凸透镜的焦距是:f=50cm-30cm=20cm;
(4)若光屏上的光斑大小不变,说明折*光线是平行;若测出的凸透镜的焦距比真实值大,那么向右移动光屏,光斑会减小;若测出的凸透镜的焦距比真实值小,那么向右移动光屏,光斑会增大;所以本次测出的凸透镜的焦距比真实值小;
(5)透镜边缘以外的光线沿直线传播,以内的光线会发生偏转,二者之间会形成一个没有光线的黑*区域,这就是暗环,所以暗环形成的原因是:透镜外侧沿直线传播的光与经透镜折*的光在屏上形成无光区,如下图所示,
图中凸透镜正好位于大三角形的中位线位置,由于圆环大圆的直径就是2D,小圆的直径就是D,半径则是,所以,暗环的面积是:
知识点:凸透镜成像的规律
题型:实验,探究题
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