光屏和蠟燭的移動(dòng)問(wèn)題解題策略

韓思聰

[原題再現(xiàn)]

例 （2021·四川·綿陽(yáng)）在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)蠟燭、凸透鏡和光屏的位置如圖1所示時(shí)，光屏上得到清晰的像，則（）。

A. 透鏡焦距一定在 10 cm 到15 cm之間

B. 透鏡焦距一定在 15 cm 到20 cm之間

C. 把蠟燭向左移動(dòng)少許，光屏適當(dāng)向左移動(dòng)可得到大些的實(shí)像

D. 把蠟燭向右移動(dòng)少許，光屏適當(dāng)向右移動(dòng)可得到小些的實(shí)像

[學(xué)情分析]

由圖1可知，此時(shí)物距u = 20.0 cm，像距v = 30.0 cm，u < v。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，此時(shí)成倒立、放大的實(shí)像，故有f < u < 2f，v > 2f，即f < 20 cm < 2f，30 cm > 2f，解得10 cm < f < 15 cm，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤。把蠟燭向左移動(dòng)少許，蠟燭與凸透鏡之間的距離即物距變大，根據(jù)凸透鏡成實(shí)像規(guī)律“物遠(yuǎn)像近像變小”，當(dāng)物距變大時(shí)，像距應(yīng)變小才能重新在光屏上得到清晰的像，即應(yīng)將光屏適當(dāng)向左移動(dòng)，此時(shí)光屏上的像變小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。同理可得，把蠟燭向右移動(dòng)少許，蠟燭與凸透鏡之間的距離即物距變小，根據(jù)“物近像遠(yuǎn)像變大”，應(yīng)將光屏適當(dāng)向右移動(dòng)，此時(shí)光屏上的像變大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

答案：A

[方法歸納]

凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中關(guān)于改變物距或像距如何在光屏重新成像并判斷像的變化問(wèn)題是中考中經(jīng)?？疾榈膬?nèi)容，在此基礎(chǔ)上近幾年中考又出現(xiàn)了添加眼鏡鏡片或水透鏡這種改變凸透鏡焦距的題型，下面歸納此類題的解題方法。

一、焦距一定時(shí)物距和像距的變化

1. 移動(dòng)蠟燭

當(dāng)蠟燭遠(yuǎn)離凸透鏡，此時(shí)物距變大，根據(jù)凸透鏡成實(shí)像規(guī)律“物遠(yuǎn)像近像變小”，若要重新在光屏上成清晰的像，則應(yīng)將光屏向靠近凸透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)光屏上的像和原來(lái)的像相比變小。

當(dāng)蠟燭靠近凸透鏡，此時(shí)物距變小，根據(jù)凸透鏡成實(shí)像規(guī)律“物近像遠(yuǎn)像變大”，若要重新在光屏上成清晰的像，則應(yīng)將光屏向遠(yuǎn)離凸透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)光屏上的像和原來(lái)的像相比變大。

2. 移動(dòng)光屏

當(dāng)光屏遠(yuǎn)離凸透鏡，此時(shí)像距變大，根據(jù)凸透鏡成實(shí)像規(guī)律“物近像遠(yuǎn)像變大”，若要重新在光屏上成清晰的像，則應(yīng)將蠟燭向靠近凸透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)光屏上的像和原來(lái)的像相比變大。

當(dāng)光屏靠近凸透鏡，此時(shí)像距變小，根據(jù)凸透鏡成實(shí)像規(guī)律“物遠(yuǎn)像近像變小”，若要重新在光屏上成清晰的像，則應(yīng)將蠟燭向遠(yuǎn)離凸透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)光屏上的像和原來(lái)的像相比變小。

技巧總結(jié)：蠟燭和光屏需向同一方向移動(dòng)，當(dāng)光屏靠近透鏡時(shí)像變小，當(dāng)光屏遠(yuǎn)離透鏡時(shí)像變大。

二、焦距改變時(shí)物距和像距的變化

1. 加近視鏡或給水透鏡抽水

給凸透鏡加近視鏡或給水透鏡抽水，相當(dāng)于使透鏡焦距變大。要重新在光屏成清晰的像，若保持蠟燭和透鏡位置不動(dòng)，透鏡焦距變大，相當(dāng)于物距變小，根據(jù)“物近像遠(yuǎn)像變大”，應(yīng)將光屏向遠(yuǎn)離透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)的像和原來(lái)的像相比變大。若保持光屏和透鏡位置不動(dòng)，透鏡焦距變大，相當(dāng)于像距變小，根據(jù)“物遠(yuǎn)像近像變小”，應(yīng)將蠟燭向遠(yuǎn)離透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)的像和原來(lái)的像相比變小。

2. 加遠(yuǎn)視鏡（老花鏡）或給水透鏡注水

給凸透鏡加遠(yuǎn)視鏡或給水透鏡注水，相當(dāng)于使透鏡焦距變小。要重新在光屏成清晰的像，若保持蠟燭和透鏡位置不動(dòng)，透鏡焦距變小，相當(dāng)于物距變大，根據(jù)“物遠(yuǎn)像近像變小”，應(yīng)將光屏向靠近透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)的像和原來(lái)的像相比變小。若保持光屏和透鏡位置不動(dòng)，透鏡焦距變小，相當(dāng)于像距變大，根據(jù)“物近像遠(yuǎn)像變大”，應(yīng)將蠟燭向靠近透鏡方向移動(dòng)，此時(shí)的像和原來(lái)的像相比變大。

[拓展變形]

變式1 某同學(xué)利用水透鏡（由注射器和彈性膜制成的凸透鏡）、蠟燭、光屏、光具座等器材進(jìn)行探究。如圖2所示情況下，光屏上能成清晰的像。則下列說(shuō)法不正確的是（）。

A. 圖中所示情況下水透鏡的焦距為10.0 cm

B. 用注射器向水透鏡中注入水后，水透鏡的焦距會(huì)變小

C. 從水透鏡中抽水后，若要在光屏上重新成清晰的像，保持光屏和透鏡位置不動(dòng)可將蠟燭向左適當(dāng)移動(dòng)。

D. 蠟燭和水透鏡位置不變，向水透鏡中注水時(shí)，光屏要向右移動(dòng)才能再次得到清晰的像

答案：D

點(diǎn)評(píng)：根據(jù)凸透鏡成實(shí)像時(shí)物距與像距間的關(guān)系規(guī)律判斷焦距大小，把水透鏡抽水或注水的焦距變化問(wèn)題也轉(zhuǎn)化為物距或像距的變化問(wèn)題，再根據(jù)凸透鏡成實(shí)像時(shí)“物遠(yuǎn)像近像變小，物近像遠(yuǎn)像變大”的變化規(guī)律去分析，問(wèn)題就迎刃而解了。

變式2 在探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)蠟燭、凸透鏡、光屏位于如圖3所示的位置時(shí)，燭焰在光屏上呈現(xiàn)一個(gè)清晰的像，下列做法，仍然能在光屏上得到清晰的像的是（）。

A.? 透鏡、燭焰、光屏均不動(dòng)，在透鏡左側(cè)放一個(gè)近視鏡

B.? 透鏡、燭焰、光屏均不動(dòng)，在透鏡左側(cè)放一個(gè)老花鏡

C.? 透鏡、燭焰不動(dòng)，在透鏡左側(cè)放一個(gè)近視鏡，同時(shí)光屏向右移動(dòng)

D.? 透鏡、燭焰不動(dòng)，在透鏡左側(cè)放一個(gè)老花鏡，同時(shí)光屏向右移動(dòng)

答案：C

點(diǎn)評(píng)：變式1是通過(guò)抽水或注水改變透鏡焦距，而此題是通過(guò)加鏡片實(shí)現(xiàn)變焦。無(wú)論是哪種方式，最后都回歸到把焦距變化的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物距和像距的變化問(wèn)題。