善變的像

劉長欣

凸透鏡的成像性質會因物距的不同而多變，當物距不同時，對應的成像性質、像距、成像大小及成像規律的實際應用等均不相同，因此要掌握“像”的善變，必須理解成“像”的規律。

在探究凸透鏡成像規律實驗中，可以得到的成像規律如表1。

表1中設置了u>2f、f

物體在三個“區間”的成像情況及應用

表1顯示，物體分別在三個區間時的成像規律是：（1）u>2f或（u>v）時，成倒立、縮小的實像，像距在一倍焦距和二倍焦距之間，應用是照相機，（2）f

例1，讓一個凸透鏡正對太陽光，在距透鏡5cm處得到一個最小最亮的光斑，若將一個物體放在此透鏡前7cm處，經這個凸透鏡所成的像是（ ）。

A.縮小的實像

B.放大的實像

C.縮小的虛像

D.放大的虛像

解析：這是一道凸透鏡成像規律應用的基礎題，太陽光是平行光，“正對”的意思是讓太陽光平行于凸透鏡的主光軸入射，經凸透鏡折射后，會聚于主光軸上一點，該點即為凸透鏡的焦點，它到透鏡光心的距離就是焦距，由此可知，該凸透鏡的焦距是5cm，物體放在此透鏡前7cm處，說明物距在f和2f之間，那么應成倒立、放大的實像，它的應用是投影儀。

答案：B

例2，如圖1所示，燭焰在光屏上成清晰的像，下列光學器材中成像原理與此相同的是（ ）。

A.投影儀

B.照相機

C.放大鏡

D.近視眼鏡

解析：從圖上明顯看出，物距大于像距，即物體在2f之外，成像在f和2f之間，符合照相機的工作原理。

答案：B

小結：凸透鏡成像的三個區間考查較多，做這類題目時應跟生活中常見的照相機（物距大像距小且為實像）、投影儀（物距小像距大且為實像）、放大鏡（物距小于焦距且成虛像）三個光學元件類比考慮，這樣不僅記得牢固且不容易混淆。

物體在兩個特殊點的成像情況及應用

從探究凸透鏡成像規律的實驗中，我們不難發現：（1）焦點F實像和虛像的分界點，焦點之內成虛像，焦點之外成實像；而2f點是成像大小的分界點，2f之外成縮小的實像，2f之內成放大的實像，（2）當u=2f時，成倒立、等大的實像，像距也為2f，這個特殊點的應用是求透鏡的焦距f，且焦距f=1/2u=1/2v。

例3，某班同學在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，記錄并繪制了物體到凸透鏡的距離u跟像到凸透鏡的距離v之間關系的圖象，如圖2所示，下列判斷正確的是（ ）。

A.該凸透鏡的焦距是20cm

B.當u=20cm時，在光屏上能得到一個縮小的像

C.當把光源放在u=10cm處時，通過凸透鏡可以得到平行光

D.把物體從距凸透鏡15cm處移動到30cm處的過程中，像逐漸變大

解析：圖中給出了不同物距對應的不同像距，但只有一個“特殊點”可以給我們有用的信息，即物距u=20cm、像距v=20cm對應的那一點，這時u=v，成倒立、等大的像，可找到該凸透鏡的焦距f=1/2u=1/2v=10cm，由此突破本題的難點，當u=20cm時，說明物體在2f點處，應成倒立、等大的實像，當把光源放在u=10cm處時，光源正好在焦點上。來自于焦點的光線經過凸透鏡折射后，成平行光射出，所以利用這個特點可以得到平行光，把物體從距凸透鏡15cm處移動到30cm處的過程中，物體經過了2f點，而此點是成像大小的分界點，由于物距在逐漸變大，所以像應逐漸變小。

答案：C

物體位置變化時的成像情況及應用

從凸透鏡成像情況還可以看出：（1）成實像時，物距越小，像距越大，像越大；成虛像時，物距越大，像距越大，像越大，即物體越靠近焦點，像越大（或物像均沿光具座向同一方向移動），（2）凸透鏡成實像時上下左右都顛倒，在上下方向（垂直于光具座方向），它們的移動規律是：當凸透鏡不動時，像的移動方向和物體的移動方向相反，當物體不動時，像的移動方向和凸透鏡的移動方向相同，（3）如果將凸透鏡遮住一部分，由于折射光線減少。所成像雖然完整，但像的亮度減弱，（4）成實像時像、物之間的最小距離是4f。

例4，小王同學用光具座做凸透鏡成像實驗時，蠟燭的像成在了光屏上側，為了使蠟燭的像能成在光屏中央，以下操作可達到目的的是（ ）。

A.將凸透鏡往上移

B.將光屏往下移

C.將蠟燭往上移

D.將蠟燭往下移

解析：我們把握一個原則：過光心的光線傳播方向不變，根據這條特殊的光線，我們不難分析出。當凸透鏡固定不動時，像的上下移動方向和物體的上下移動方向相反：當物體固定不動時，像的上下移動方向和凸透鏡的上下移動方向相同，同學們也可以自己畫光路圖來加深理解和記憶，題目中“像成在了光屏上側”，為使像成在光屏的中央，像需要向下移動，根據“在上下方向，像的移動方向和透鏡的移動方向相同，和物體的移動方向相反”這一規律，此時將凸透鏡向下移動或者燭焰向上移動即可。

答案：C

小結：解決這類問題時。一定要先判斷像需要向哪個方向移動，然后再根據題意確定物體或透鏡的移動方向，另外，從本題也可以發現：讓像成在光屏中央，有三種調節方法：（1）調節光屏；（2）調節物體；（3）調節凸透鏡，若某一狀態，光屏上的像偏上，想使像成在光屏中央。可以讓光屏向上、物體向上或凸透鏡向下移動，畫圖掌握這樣調節的原因，就很容易牢記結果。

綜合以上的例題我們可以看出，對凸透鏡成像實驗的考查。只要掌握了它的成像規律，是完全能夠順利完成題目要求的。

責任編輯：程哲