在“规律”中“突破”

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  近几年的中考试题中,经常出现有关凸透镜成像一类的题目,而学生在解决这类问题时,往往感到比较困难,无从下手。本文试图通过几例,谈谈如何巧用凸透镜成像规律突破凸透镜成像的问题.
  解决凸透镜成像问题的关键是熟记凸透镜成像规律,即凸透镜成像时物距(u)、像距(v)与焦距(f)之间的关系,成像的性质及应用举例,其规律如下表:
  解题时应注意两个分界点:焦点和二倍焦距处的点(简称二焦).其中焦点是区分凸透镜成像是倒立还是正立,是虚像还是实像的点.二焦是区分凸透镜成像是放大还是缩小的点.其规律简记为:一焦定虚实,二焦定大小,实像分两侧,虚像站一旁.
  如果物体距凸透镜的距离在改变时,应掌握以下两点:
  1. 在成实像的条件下(u>f),像与物位于凸透镜两侧.像在主光轴上移动的方向与物在主光轴上移动的方向相同(同时向左或同时向右移动).物距增大则像距减小,物距减小则像距增大.
  当物体由远处移向二倍焦距点时,像由接近焦点(但在焦距以外)处移向二倍焦距点.物像之间的距离变小,像逐渐变大.
  当u=2f时,物像之间的距离最小(为4f).
  当物体由二倍焦距处向焦点靠近时,像由二倍焦距处向远离凸透镜方向移动.物像之间的距离变大,像逐渐变大.
  像的大小与像距之间的关系是,像距增大则像变大,像距减小则像变小.
  在成实像的条件下,物距、像距及像的变化规律可简记为:物近像远像变大.
  2. 在成虚像的条件下(u  像的大小与像距的绝对值之间的关系是:像距的绝对值减小时,像变小,像距的绝对值增大时,像变大.
  在成虚像的条件下,物距、像距及像的变化规律可简记为:物近像近像变小.
  熟练掌握并灵活运用以上规律,就能够迅速准确地解决凸透镜成像问题.
  例1 (2011年?徐州).如图所示,在发光的灯泡附近放置一凸透镜,在远处的墙上出现了灯丝清晰的像.关于此像下列说法中正确的是
  A. 像是正立的
  B. 像是放大的
  C. 像是虚像
  D. 像比灯丝亮
  解析 要知道凸透镜成像的性质,必须要弄清物距与焦距的关系.由图可知,像和物在凸透镜两侧,即成实像;又因为灯泡到凸透镜的距离小于墙壁到凸透镜的距离,即u  例2 (2011年?菏泽).测绘人员绘制地图时,需从高空向地面照相,若使用的相机镜头焦距为50mm,则胶片到镜头的距离
  A. 略大于50mm
  B. 等于50mm
  C. 略小于50mm
  D. 略大于100mm
  解析 高空摄影时,地面到镜头的距离(u)很大,所成的像到镜头的距离(v)略大于f,答案应选A.
  例3 (2011年?北海).如图所示,将点燃的蜡烛放在离凸透镜40cm处,恰好能在光屏上得到一个等大清晰的像,则凸透镜的焦距(f)为
  A. 10cm B. 20cm
  C. 30cm D. 40cm
  解析 根据凸透镜成像规律可知,当物体经过凸透镜成等大的实像时,u=2f,且v=2f,物像之间的距离为u+v,所以u+v=40cm,即:4f=40cm,解得f=10cm.答案应选A.
  例4 (2011年?成都)一天,小聪告诉小亮,放大镜不仅能把物体“放大”,还能把物体“缩小”!有些惊讶的小亮立刻找来一个放大镜做起了实验.他把放大镜放到花朵前某一位置时,看到了如图所示的花朵的正立放大虚像.接着他按小聪的提示进行了操作,终于看到了“缩小”的花朵.关于小亮看到“放大”花朵后的操作及他看到的“缩小”花朵,下列说法正确的是
  A. 小亮向靠近花朵的方向移动放大镜,看到的是花朵的正立缩小虚像,像的位置在放大镜与花朵之间
  B. 小亮向靠近花朵的方向移动放大镜,看到的是花朵的倒立缩小实像,像的位置在放大镜与小亮眼睛之间
  C. 小亮向远离花朵的方向移动放大镜,看到的是花朵的正立缩小虚像,像的位置在放大镜与花朵之间
  D. 小亮向远离花朵的方向移动放大镜,看到的是花朵的倒立缩小实像,像的位置在放大镜与小亮眼睛之间
  解析 放大镜是凸透镜,所成的像是正立放大的虚像,此时物距小于焦距,即u2f,此时所成的像的性质是倒立缩小的实像,像和物在凸透镜异侧.答案应选D.
  例5 蜡烛放在离凸透镜20cm的主光轴上,在透镜的另一侧光屏上得到放大的像,若把蜡烛向透镜方向移动8cm,则所成的像一定是
  A. 缩小的 B. 放大的
  C. 正立的 D. 倒立的
  解析 要知道物体移动后凸透镜成像的性质,必须先弄清移动后的物距与焦距的关系.根据题意得,第二次物距u=20cm-8cm=12cm,而凸透镜的焦距范围应该从第一次成像的条件中去寻找.
  由于第一次用该凸透镜成倒立、放大的实像,而物距u=20cm,因此物距与焦距的关系应满足f  根据凸透镜成像规律,在第二次成像实验中物体固定在凸透镜前12cm的位置,而凸透镜的焦距却在10~20cm范围内变化,并不确定.
  ①当u=12cm,如果f=10cm,则有f  ②当u=12cm,如果f=20cm,则有u  综合①、②两种情况,只要凸透镜的焦距在10~20cm范围内变化,所成的像一定是放大的.答案应选B.
  用不等式方法解决这类凸透镜成像的动态变化问题,实际上是用不等式确定出变化量与不变量的对应关系,因此所列不等式是关于“变化量”的不等式.解题时要根据题意确定物距u、像距v、焦距f哪个量是变化的,哪个量是不变的;正确确定“变化量”是列不等式解决问题的关键.
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