Question

学过透镜知识后，小明和小华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测凸透镜的焦距开始．

（1）在光屏中央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甲所示，该凸透镜的焦距为________cm．

（4）为了验证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．若本次测出的凸透镜的焦距比真实值小，则支持该结论的现象为：向左移动光屏，________．

（5）在移动光屏的过程中，小华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，进行实验验证，发现暗环仍然存在．你认为暗环是如何形成的？________．

（6）测量焦距后，他们想进一步探究凸透镜的焦距可能与什么因素有关．经过讨论后，他们提出了以下几种猜想：

猜想 1：与凸透镜玻璃的颜色有关      

猜想 2：与照射太阳光的亮度有关

猜想 3：与凸透镜球形表面弯曲程度有关      

猜想 4：与凸透镜的直径大小有关

①根据所学知识，他们经过讨论，判断猜想1是________（选填“正确”或“错误”）的．你认为他们判断的依据是_______________．

②为了验证猜想2是否正确，他们调节照射到同一凸透镜上太阳光的亮度进行多次实验，发现所测焦距基本相等，这说明猜想2是________（选填“正确”或“错误”）的．

③小华他们在验证猜想2后，又选用直径和球形表面弯曲程度都不相同的无色玻璃凸透镜进行多次实验来验证猜想3是否正确．

你认为小华他们的实验________（选填“能”或“不能”）验证猜想3是否正确，理由是______________．

Answer

圆心O' 与所画圆完全重合 20.0 光斑逐渐变小 透镜外侧沿直线传播的光与经透镜折射的光在屏上形成无光区 正确 用材料相同、直径相同、凸起程度相同的凸透镜测量焦距，焦距相同 错误 不能 没有控制球形表面弯曲程度相同的无色玻璃凸透镜进行多次实验．

【解析】

(2)[1]在实验之前，为了保证物像完整的成在光屏上，因此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才符合要求，而O'正好在光屏的中央，因此使光源、凸透镜光心和圆心O'在同一水平直线上。

(3)[2][3]因为圆圈和凸透镜是等大的，所以当光斑和圆圈重合时说明折射光线是平行的，这时光源刚好在焦点上，因此应该是直到光屏上的光斑与所画圆完全重合；凸透镜的焦距是：

；

(4)[4]若光屏上的光斑大小不变，说明折射光线是平行的，如果测出的凸透镜的焦距比真实值小，说明物体在焦点以内，来自物体的光线经过凸透镜折射后是发散的；如果测出的凸透镜的焦距比真实值小，那么向左移动光屏，光斑会变小；

(5)[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色区域，这就是暗环，因此暗环形成的原因是：透镜外侧沿直线传播的光与经透镜折射的光在屏上形成无光区；

(6)①[6][7] 凸透镜的焦距与凸透镜的材料和凸起程度以及凸透镜的直径有关。故猜想 1是错误的。

②[8]调节照射到同一凸透镜上太阳光的亮度进行多次实验，发现所测焦距基本相等，这说明凸透镜的焦距与照射太阳光的亮度无关，则猜想2是错误的。

③[9][10]小华他们的实验不能验证猜想3是否正确，因为根据控制变量思想，在探究凸透镜的焦距与球形表面弯曲程度的关系时，应选用直径大小相同的无色玻璃凸透镜进行多次实验，因此小华他们的实验不能验证猜想3是否正确。