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《凸透镜成像实验》

实验目的

理解凸透镜成像原理

学习凸透镜成像规律，了解物距、像距和焦距之间的关系。

掌握凸透镜成像实验操作

熟练运用实验器材，正确搭建实验装置，并进行测量和数据分析。

探究凸透镜成像的应用

认识凸透镜在日常生活和科学技术中的重要作用，如照相机、望远镜等。

实验原理

光的折射

凸透镜是中央比边缘厚的一种透镜。当光线从空气斜射入凸透镜时，光线会发生偏折，即折射。折射后的光线会汇聚到一点，称为焦点。

成像原理

当物体放在凸透镜的焦点之外时，通过凸透镜折射的光线会汇聚在凸透镜另一侧，形成一个倒立的实像。当物体放在凸透镜的焦点之内时，通过凸透镜折射的光线会发散，形成一个正立的虚像。

凸透镜的构造

凸透镜由两面凸起的透明材料制成，中间厚边缘薄。常见材料包括玻璃、塑料等。凸透镜能将光线汇聚于一点，称为焦点。

光线在凸透镜中的传播

平行光线汇聚

平行光线通过凸透镜后会汇聚到一点，称为焦点。

折射现象

光线通过凸透镜时发生折射，改变方向。

物距与像距的关系

物距和像距是成像实验中重要的测量数据。通过实验观察，我们可以发现物距与像距之间存在着一定的规律关系。当物体距离凸透镜较远时，像距较小；反之，当物体距离凸透镜较近时，像距较大。

成像公式

1

1/f=1/u+1/v

其中：f为凸透镜的焦距，u为物距，v为像距。此公式描述了物距、像距和焦距之间的关系，可以用来计算未知的量。

2

M=-v/u

其中：M为放大倍率，表示像的大小与物的大小之比。负号表示像与物是倒立的。

实验步骤

1

准备工作

准备实验所需的材料，包括凸透镜、光源、光屏、刻度尺等。

2

搭建实验装置

将光源、凸透镜、光屏依次放置在光具座上，并调整其位置。

3

调整凸透镜位置

通过移动凸透镜，使光源发出的光线通过凸透镜后，在光屏上形成清晰的像。

4

观察物像关系

观察物和像的位置、大小、正倒、虚实关系。

5

测量物距和像距

用刻度尺分别测量物距和像距，并记录数据。

准备工作

器材准备

凸透镜、光具座、光源、白屏、刻度尺、火柴等。

材料准备

实验所需要的材料应确保完好，避免因材料问题造成实验误差。

环境准备

选择光线充足的环境进行实验，避免光线过暗导致观察困难。

搭建实验装置

准备器材

准备好所需的实验器材：凸透镜、光源、光屏、刻度尺、蜡烛、火柴等。

固定光源

将光源固定在光具座上，确保光源能照射到凸透镜。

放置凸透镜

将凸透镜固定在光具座上，并确保凸透镜的中心与光源和光屏的中心在同一高度。

调节高度

调整光源、凸透镜和光屏的高度，使它们保持在同一水平线上。

调整凸透镜位置

1

固定物距

保持蜡烛和光屏的距离不变。

2

移动透镜

缓慢移动凸透镜，观察光屏上的像。

3

清晰成像

找到使像最清晰的位置，记录物距和像距。

观察物像关系

将点燃的蜡烛放在透镜左侧，慢慢移动蜡烛，观察物像大小变化。

当蜡烛位于透镜焦距之外时，在透镜另一侧能观察到倒立缩小的实像，像的大小随着蜡烛距离透镜的距离增加而减小。

当蜡烛位于透镜焦距之内时，在透镜同侧能观察到正立放大的虚像，像的大小随着蜡烛距离透镜的距离增加而增大。

测量物距和像距

步骤

方法

测量物距

使用刻度尺测量物体到凸透镜的距离

测量像距

使用刻度尺测量像到凸透镜的距离

计算焦距

1

测量

测量物距和像距。

2

代入公式

将物距和像距代入成像公式。

3

计算

计算得到凸透镜的焦距。

验证成像公式

1

测量数据

通过实验测量得到的物距、像距和焦距值。

2

代入公式

将测量数据代入成像公式进行计算。

3

比较结果

比较计算结果与实际测量结果，验证成像公式的准确性。

不同透镜的成像

凸透镜

凸透镜可以将光线汇聚，形成实像或虚像。

凹透镜

凹透镜可以将光线发散，只形成虚像。

凸透镜成像的特点

倒立

凸透镜所成的像一般是倒立的，除了特殊情况外，它不会形成正立的像。

实像或虚像

当物体位于凸透镜的焦距之外时，成的是实像；当物体位于凸透镜的焦距之内时，成的是虚像。

放大或缩小

凸透镜成像时，像的大小会随着物体和凸透镜之间距离的变化而改变。

放大倍率的计算

通过测量物体的实际大小和成像的大小，可以计算出凸透镜的放大倍率。放大倍率等于像高除以物高。

成像的应用

相机

凸透镜可以用来制作相机镜头，将外界景物成像在感光元件上。

望远镜

望远镜利用凸透镜将远处的物体成像，放大观察。

显微镜

显微镜利用凸透镜将微小的物体成像，放大观察。

眼睛视觉的成像

眼睛就像一台精密的照相机，通过凸透镜将外界物体成像在视网膜上。光线进入眼球后，经过角膜和瞳孔，再经过晶状体的折射，最终在视网膜上形成清晰的倒像。

视网膜上的感光细胞将光信号转化为神经信号，传递到大脑，经大脑分析和处理后，我们就看到了正立的物体。

视觉接受与大脑理解

光线进入眼睛

当光线进入眼