Question

我们都做过“探究凸透镜成像规律”的实验，如图是该实验的装置图．
[测量凸透镜的焦距]
将凸透镜正对着太阳光，在透镜的另一侧移动光屏，在距透镜10cm处，屏上呈现出最小最亮的光斑，则此凸透镜的焦距约为______cm．
[评估实验方案]
方案甲：分别把点燃的蜡烛放在一倍焦距f和二倍焦距2f处，调整光屏到凸透镜的距离，观察并记录在屏上能否成像以及所成像的特点，分析总结得出凸透镜成像的规律．
方案乙：除甲中的做法外，还应该把蜡烛放在大于2f的某一位置，大于f小于2f的某一位置，观察并记录对应的成像情况，才能总结得出凸透镜成像的规律．
方案丙：把点燃的蜡烛从距凸透镜较远的位置逐渐移近，通过不断调整光屏到瓣距离，观察并记录在屏上能否成像以及所成像的特点，包括观察所成像随蜡烛位置变化变化的趋势，尤其是在f和2f处所的成像情况，总结得出凸透镜成像的规律．
方案丁：与丙不同的是，将蜡烛从靠近凸透镜的位置逐渐远离，其他步骤相同．
以上四种方案中，哪些是科学合理的？______．
[解决实验中的问题]
（1）小莉同学实验时，发现烛焰在光屏上的像偏高，如图所示，若要使烛焰成像在光屏中心，只调节光屏，应将光屏向______调节．
（2）小丽同学实验时，发现无论怎样调节光屏的位置，都不能在光屏上呈现清晰的像．请你写出两种可能的原因：
①______；
②______．

Answer

要解决此题，首先要掌握焦点和焦距的概念：平行于主光轴的光线会聚于一点，此点为凸透镜的焦点．由焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距，粗略测量薄透镜的焦距时，可以测出从焦点到凸透镜的距离即可．就在探究凸透镜成像的规律时，需要逐步改变物距，并观察成像的特点及找到像的位置，最后分析数据总结结论．
（1）要知道凸透镜成倒立的实像，要理解实像的含义，即像与物体的左右和上下都相反．
（2）知道虚像是由折射光线的反向延长线的焦点，不能成在光屏上．如果光屏位置与像的位置相离很远时，在光屏上无法成像．
【解析】
其中出现的最小、最亮的光斑即为焦点，焦点到凸透镜的距离是10cm，所以凸透镜的焦距是10cm．
方案甲和方案乙在进行探究时只是让物距在某一位置时，进行探究，太片面，不具有代表性．同时也无法得出结论．
丙和丁让物距逐渐变化，观察成像的特点并测量像距的大小，对所得数据进行分析，便可总结出规律性的结论．物距从大到小或从小到大没有关系．
故答案为：10； 丙、丁．
（1）烛焰在光屏上的像偏高，因为凸透镜成倒立的实像，所以是因为烛焰相对于凸透镜靠下，因此为使像能成在光屏的中央，可以向上移动烛焰或向下移动凸透镜，或向上移动光屏．
故答案为：上．
（2）在光屏上不能成像，可能是因为成的是虚像，不能成在光屏上．或成了实像，可能由于像距太大，光屏达不到像的位置．
故答案为：①蜡烛到凸透镜的距离稍集中大于焦距，像距太大，光屏移至最右端还无法成清晰的像；②蜡烛在焦距以内，不成实像．