凸透鏡聚光能力與有關因素

我們知道，凸透鏡能對光線起會聚作用。那么凸透鏡的聚光能力的強弱與哪些因素有關呢?課堂上，同學們提出了上述問題后，議論紛紛：可能與凸透鏡的大小、形狀、材料和價格等有關。在老師的引導下提出了如下猜想：

凸透鏡的聚光能力可能與制成材料有關；

凸透鏡的聚光能力可能與凸透鏡表面凸起程度有關；

凸透鏡的聚光能力可能與凸透鏡口徑大小有關；

凸透鏡的聚光能力可能與凸透鏡焦距大小有關；

凸透鏡的聚光能力可能與凸透鏡價格有關；

探究實驗是解決問題的有效手段，而控制變量是我們現在和今后學習中常用的實驗方法。通過放在光斑處的火柴點燃時間的長短來確定凸透鏡聚光的能力。因此在控制變量的前提下用“轉化法”進行實驗探究。

下面就猜想設計實驗進行探究：

探究活動一：設計實驗探究凸透鏡聚光能力與制作材料是否有關?

探究實驗中需要的器材：三只大小、形狀完全相同的凸透鏡(分別是由玻璃、水晶和塑料制成)、紙屏、太陽光、刻度尺、火柴、秒表。

探究實驗過程：分別拿由玻璃、水晶、塑料制成的形狀、大小完全相同的凸透鏡正對著太陽光，另一側放紙屏，移動紙屏(或移動透鏡)使紙屏上的光斑最小、最亮，用刻度尺測出光斑到凸透鏡光心的距離，即凸透鏡的焦距，比較三種凸透鏡的焦距是否相同；然后用秒表分別記錄放在光斑處的火柴點燃時間，比較點燃時間的長短，若時間相同，凸透鏡的聚光能力與制作材料無關，若時間不相同，凸透鏡的聚光能力與制作材料有關；時間長的聚光能力弱，時間短的聚光能力強。

實驗數據記錄表格，如下表所示：(根據實驗的實際情況填寫實驗數據)

結論：凸透鏡的聚光能力與制作材料有關，材料越透明其聚光能力越強。

探究活動二：設計實驗探究凸透鏡的聚光能力與凸透鏡表面凸起的程度是否有關?與焦距是否有關?

實驗器材：取材料、口徑相同，表面凸起程度不同的凸透鏡三只、紙屏、太陽光、刻度尺、火柴、秒表。

實驗過程：分別讓三只表面凸起程度不同的凸透鏡正對著太陽光，在另一側放一張紙屏，移動紙屏(或透鏡)的位置，直至紙屏上出現最小、最亮的光斑，用刻度尺測出光斑到凸透鏡光心的距離，即為凸透鏡的焦距，比較焦距的大小即可得出正確結論。然后用秒表分別記錄放在光斑處的火柴點燃時間，比較點燃時間的長短，若時間相同，凸透鏡的聚光能力與表面凸起的程度無關，若時間不相同，凸透鏡的聚光能力與表面凸起的程度有關；時間長的聚光能力弱，時間短的聚光能力強。

實驗數據記錄表格，如下表所示：(根據實驗的實際情況填寫實驗數據)

結論：凸透鏡的聚光能力與表面凸起的程度有關，表面越凸聚光能力越強。

探究活動三：設計實驗探究凸透鏡的聚光能力與凸透鏡的口徑大小是否有關?與焦距是否有關?

實驗器材：取材料、表面凸起的程度相同，口徑大小不同的凸透鏡三只、紙屏、太陽光、刻度尺、火柴、秒表。

實驗過程：分別讓三只口徑大小不同的凸透鏡正對著太陽光，在另一側放一張紙屏，移動紙屏(或透鏡)的位置，直至紙屏上出現最小、最亮的光斑，用刻度尺測出光斑到凸透鏡光心的距離，即為凸透鏡的焦距，比較焦距的大小即可得出正確結論。然后用秒表分別記錄放在光斑處的火柴點燃時間，比較點燃時間的長短，若時間相同，凸透鏡的聚光能力與口徑大小無關，若時間不相同，凸透鏡的聚光能力與口徑大小有關；時間長的聚光能力弱，時間短的聚光能力強。

實驗數據記錄表格，如下表所示：(根據實驗的實際情況填寫實驗數據)

結論：凸透境的聚光能力與口徑大小有關；口徑大聚光能力強。

綜上所述：凸透鏡的聚光能力與凸透鏡的制成材料有關，材料越透明的凸透鏡其聚光能力越強；與凸透鏡的表面凸起的程度有關，表面越凸的凸透鏡聚光能力越強：與凸透鏡的口徑大小有關，口徑越大的凸透鏡聚光能力越強：與凸透鏡的焦距有關，焦距越大的凸透鏡聚光能力越弱，焦距越小的凸透鏡聚光能力越強。

凸透鏡的聚光能力與凸透鏡的價格無關。