Question

【題目】學過透鏡知識后，小明和小華實驗小組在光學實驗室（暗室）想對學過的知識進行深入研究， 可用的器材有：光源 S（視為點光源）、圓形凸透鏡（直徑為 D）、光具座、光屏（足夠大）．經討論他們決定先從測凸透鏡的焦距開始．

（1）在光屏中央畫一個與凸透鏡直徑相同的圓，找出圓心 O′．

（2）將光源、凸透鏡和光屏放在光具座上，調節(jié)它們的高度，使光源、凸透鏡光心和________在同一水平直線上．

（3）固定凸透鏡的位置，將光源從緊貼凸透鏡的位置緩慢向外移動，直到光屏上的光斑________， 就可以從光具座上讀出凸透鏡的焦距，此時各器材在光具座上的位置如圖甲所示，該凸透鏡的焦距為________cm．

（4）為了驗證測出的焦距值是否準確，小明提出可以左右移動光屏，若光屏上的光斑大小不變， 則測出的焦距準確．若本次測出的凸透鏡的焦距比真實值小，則支持該結論的現(xiàn)象為：向左移動光屏，________．

（5）在移動光屏的過程中，小華發(fā)現(xiàn)在光屏上光斑外側還有一個暗環(huán)，他猜想可能是凸透鏡的邊框造成的，于是他拆除邊框直接將凸透鏡固定在光具座上，進行實驗驗證，發(fā)現(xiàn)暗環(huán)仍然存在．你認為暗環(huán)是如何形成的？________．

（6）測量焦距后，他們想進一步探究凸透鏡的焦距可能與什么因素有關．經過討論后，他們提出了以下幾種猜想：

猜想 1：與凸透鏡玻璃的顏色有關

猜想 2：與照射太陽光的亮度有關

猜想 3：與凸透鏡球形表面彎曲程度有關

猜想 4：與凸透鏡的直徑大小有關

①根據(jù)所學知識，他們經過討論，判斷猜想1是________（選填“正確”或“錯誤”）的．你認為他們判斷的依據(jù)是_______________．

②為了驗證猜想2是否正確，他們調節(jié)照射到同一凸透鏡上太陽光的亮度進行多次實驗，發(fā)現(xiàn)所測焦距基本相等，這說明猜想2是________（選填“正確”或“錯誤”）的．

③小華他們在驗證猜想2后，又選用直徑和球形表面彎曲程度都不相同的無色玻璃凸透鏡進行多次實驗來驗證猜想3是否正確．

你認為小華他們的實驗________（選填“能”或“不能”）驗證猜想3是否正確，理由是______________．

Answer 1

【答案】圓心O' 與所畫圓完全重合 20.0 光斑逐漸變小 透鏡外側沿直線傳播的光與經透鏡折射的光在屏上形成無光區(qū) 正確 用材料相同、直徑相同、凸起程度相同的凸透鏡測量焦距，焦距相同 錯誤 不能 沒有控制球形表面彎曲程度相同的無色玻璃凸透鏡進行多次實驗．

【解析】

(2)[1]在實驗之前，為了保證物像完整的成在光屏上，因此像要盡量的成在光屏的中間，只有光源、凸透鏡光心和光屏的中心在同一水平線上才符合要求，而O'正好在光屏的中央，因此使光源、凸透鏡光心和圓心O'在同一水平直線上。

(3)[2][3]因為圓圈和凸透鏡是等大的，所以當光斑和圓圈重合時說明折射光線是平行的，這時光源剛好在焦點上，因此應該是直到光屏上的光斑與所畫圓完全重合；凸透鏡的焦距是：

；

(4)[4]若光屏上的光斑大小不變，說明折射光線是平行的，如果測出的凸透鏡的焦距比真實值小，說明物體在焦點以內，來自物體的光線經過凸透鏡折射后是發(fā)散的；如果測出的凸透鏡的焦距比真實值小，那么向左移動光屏，光斑會變��；

(5)[5]透鏡邊緣以外的光線沿直線傳播，以內的光線會發(fā)生偏轉，二者之間會形成一個沒有光線的黑色區(qū)域，這就是暗環(huán)，因此暗環(huán)形成的原因是：透鏡外側沿直線傳播的光與經透鏡折射的光在屏上形成無光區(qū)；

(6)①[6][7] 凸透鏡的焦距與凸透鏡的材料和凸起程度以及凸透鏡的直徑有關。故猜想 1是錯誤的。

②[8]調節(jié)照射到同一凸透鏡上太陽光的亮度進行多次實驗，發(fā)現(xiàn)所測焦距基本相等，這說明凸透鏡的焦距與照射太陽光的亮度無關，則猜想2是錯誤的。

③[9][10]小華他們的實驗不能驗證猜想3是否正確，因為根據(jù)控制變量思想，在探究凸透鏡的焦距與球形表面彎曲程度的關系時，應選用直徑大小相同的無色玻璃凸透鏡進行多次實驗，因此小華他們的實驗不能驗證猜想3是否正確。