認識凸透鏡焦距的測量方法

崔勝春

在探究凸透鏡成像規律的實驗中，凸透鏡住距的測量是美鍵的一個環節，凸透鏡的焦距就是焦點到光心的距離，如何能快速準確地找到凸透鏡的焦點，測出凸透鏡的焦距呢？

太陽光粗測焦距

測量凸透鏡焦距比較簡單的方法就是太陽光聚焦法，原理是平行于主光軸的光經過凸透鏡折射后會會聚在主光軸上的一點，即焦點處，具體做法是：如圖1，拿一個凸透鏡正對著太陽光，把一張紙放在它的另一側，讓凸透鏡在陽光下來回移動（或來回移動紙），直到在紙上得到最小、最亮的光斑，用刻度尺量出光斑到凸透鏡之間的距離，就是這個凸透鏡的焦距，此方法在操作時應該注意兩點：（1）一定使凸透鏡正對太陽光，也就是太陽光平行于主光軸；（2）仔細調節紙片與透鏡的距離，直到紙上得到的光斑最小、最亮。

例1，如圖2所示，一束平行光經過凸透鏡后，在光屏上得到一個最小、最亮的光斑，由此可知，凸透鏡對光有____作用，它的焦距是____cm。

解析：平行光經凸透鏡后會會聚到一點，說明凸透鏡對光線具有會聚作用；由于平行光是平行于凸透鏡的主光軸射入的，因此，在光屏上得到的最小、最亮的光斑便是凸透鏡的焦點，焦距為40cm-30cm=10cm。

答案：會聚，10

若沒有平行光，也可以利用白熾燈粗略地測量出焦距，因為當點光源離凸透鏡很遠時，光源射出的到凸透鏡的光線可以近似地看成平行光，

2倍焦距成像法測焦距

2倍焦距成像法測焦距的原理是當u=v=2f時，凸透鏡成倒立、等大的實像，如圖3，具體做法是：在光具座上依次放置蠟燭、凸透鏡和光屏，點燃蠟燭，使燭焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度，調節燭焰到凸透鏡的距離和光屏到凸透鏡的距離。直到光屏上的像與燭焰等大為止，此時燭焰到凸透鏡的距離和光屏到凸透鏡的距離均為2倍焦距，這是實驗中經常用到測量凸透鏡焦距的方法。

例2，某班同學在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，記錄并繪制了像到凸透鏡的距離v跟物體到凸透鏡的距離u之間的關系圖，如圖4所示，下列判斷正確的是（ ）。

A.該凸透鏡的焦距是16cm

B.當u=12cm時，在光屏上能得到一個縮小的像

C.當u=20cm時成放大的像，投影儀就是根據這一原理制成的

D.把物體從距凸透鏡12cm處移動到24cm處的過程中，像逐漸變小

解析：由圖4可知，當u=v=16cm時，物體剛好處在2倍焦距處，故焦距為8cm，A選項錯誤；當u=12cm時，可知f2f，此時成倒立、縮小的實像，故選項C錯誤；物體從距透鏡12cm向24cm移動的過程中，根據凸透鏡成像的規律可知，成實像時，物遠像近像變小，選項D正確。

答案：D

放大鏡成像法測焦距

放大鏡成像法測焦距的原理是物體放在焦點處不能成像，具體做法是：把放大鏡放在課本上，使放大鏡逐漸遠離課本，當課本上的字剛剛看不到時，此時放大鏡到課本的距離就是凸透鏡的焦距，也可以利用燈泡的燈絲為物進行測量，先使凸透鏡與小燈泡緊靠，透過凸透鏡觀看燈泡里的燈絲，并逐漸增大凸透鏡與燈泡之間的距離，從看得見到剛好看不見時，測出凸透鏡與燈絲之間的距離即為焦距。

焦點入射法測焦距

焦點入射法測焦距的原理是從焦點發出的光，經過凸透鏡折射后平行于主光軸，具體做法是：在凸透鏡的一側放一光屏，另一側放一個發光的小燈泡，沿主光軸移動小燈泡，直到光屏上得到一個與透鏡直徑相等的圓形光斑為止，如圖5，測出小燈泡到凸透鏡的距離即為焦距。

責任編輯：程哲