凸透镜成像规律实验

凸透镜成像的奥秘

一、实验器材与准备

准备好你的实验工具箱，里面应该包含以下主要器材：凸透镜（已知焦距）、光具座、蜡烛、光屏、火柴以及刻度尺。在开始实验前，你需要对凸透镜进行一项重要的调整——粗略测量其焦距。使用平行光（如太阳光）垂直照射凸透镜，在光屏上找到最小最亮的斑点，这个斑点到透镜的距离就是焦距。确保蜡烛、凸透镜和光屏被固定在同一个水平高度上，这样可以保证像能够清晰地成在光屏中央。

二、实验步骤与现象观察

1. 移动蜡烛观察成像：

将蜡烛置于距离凸透镜两倍焦距之外的地方，移动光屏直到你看到一个倒立、缩小的实像。记录下此时的物距和像距。接着，将蜡烛慢慢移到焦距与两倍焦距之间，你会看到一个倒立、放大的实像。当蜡烛移到刚好两倍焦距的地方时，你会发现一个倒立、等大的实像。当蜡烛移到焦距以内时，光屏上无法成像，但你可以透过透镜看到一个正立、放大的虚像。

2. 数据记录：

记录下不同物距下的像的性质和像距范围。这些信息将有助于你理解凸透镜成像的规律和应用。

三 凸透镜成像规律解读

1. 成像分界点：

凸透镜的焦距是成像的关键。物距大于焦距时形成实像，小于焦距则形成虚像。而物距等于两倍焦距时，像是等大的。

2. 动态变化：

当你改变物距时，像距会发生变化，实像的大小也会随之变化。值得注意的是，当物距等于焦距时，光屏上无法成像。而且，无论物距如何变化，像和物的移动方向始终是一致的。

四、实验注意事项与问题解答

1. 光屏无像的原因可能有三个：蜡烛、透镜、光屏的中心没有调整到同一高度、物距小于焦距或者只能观察到虚像。

2. 当蜡烛燃烧变短时，光屏上的像会上移。为了避免这种情况，你可以调整光屏的位置或者移动蜡烛。

3. 遮挡部分透镜会影响像的亮度，但不会改变像的形状。

4. 更换不同焦距的凸透镜会影响像的放大倍数和像距。

五、实验拓展

除了基本的实验步骤和规律，你还可以一些扩展内容。比如，利用三条特殊光线（平行主光轴、过光心、过焦点）进行光路作图，准确画出成像光路图。你还可以验证虚像的存在——虚像需要在光屏的另一侧透过透镜观察，并且无法用光屏承接。通过这个实验，你将系统地掌握凸透镜成像的动态规律以及实际应用场景。