Question

【題目】學習小組用圖1甲所示的圓柱形紙質套筒做“探究小孔成像規律”的實驗，發現像的大小不同，亮度也不一樣。

（1）關于像的亮度與哪些因素有關，他們提出以下猜想：

猜想1：與小孔到光屏的距離有關；

猜想2：與小孔的形狀有關；

猜想3：與小孔的大小有關。

①類比利用太陽光測凸透鏡焦距時，光屏從焦點處遠離透鏡過程中，光斑越大越暗的現象，可判斷猜想1是______的。

②驗證猜想2時，固定燭焰、紙筒和光屏的位置，更換使用如圖乙所示的三個小孔進行實驗，分別觀察比較所成像的亮度。他們實驗中存在的問題是______。

③為驗證猜想3，固定燭焰、小孔和光屏位置，只改變圓孔直徑，觀察到的現象如下表。

圓孔的直徑/mm	小于1.0	1.0	1.5	2.0	2.5	4.0
像的清晰度	清晰	清晰	清晰	清晰	較模糊	模糊
像的明亮程度	-----逐漸變亮→

實驗現象表明：在小孔成像清晰時，______。

（2）學習小組對像的清晰度與亮度問題作進一步探究，如圖2所示。

①在紙筒底部中心開一小孔a，又在a上下等距的位置再開兩個小孔b、c，光屏上觀察到三個像。在b、c兩孔處放置兩相同的三棱鏡，移動光屏到圖丙位置時，光屏上只出現一個清晰的更亮的像。則b、c兩小孔處三棱鏡放置的方式可能是______。

②他們設想在b、c兩孔之間再開若干個小孔，并在小孔處放置棱鏡，所成的像都與b、c兩孔處三棱鏡所成的像重合，則光線通過這些棱鏡的偏折程度比通過b、c兩孔處三棱鏡的要______（選填“大”或“小”）。

③若開一個大孔，并在大孔處放一合適的凸透鏡替代上述所有棱鏡后，恰能在圖丙位置光屏上呈現清晰的像，則此像是______的倒立實像；若只用a孔替代凸透鏡，在圖丙位置光屏上所成的像與該透鏡所成的像相比，像的亮度______，像的大小______。

Answer 1

【答案】正確 沒有控制小孔的大小相等 小孔越大亮度越亮 C 小 縮小 更亮 相等

【解析】

（1）①根據題意知道，當光屏從焦點處遠離透鏡過程中，出現光斑越大越暗的現象，則說明像的亮度與小孔到光屏的距離有關，故可判斷猜想1是正確的；

②要探究像的亮度與小孔的形狀的關系，則需要控制孔的大小不變，只改變形狀，而圖乙中只改變了孔的形狀，也改變孔的大小，所以此過程中存在的問題是：沒有控制小孔的大小相等；

③分析表格的實驗數據知道：在小孔成像清晰時，小孔越大，像的明亮程度越亮；

（2）①因為凸透鏡對光線有會聚作用，三棱鏡具有偏折光的能力，所以，要想使光都會聚在光屏中心的位置，則在bc兩處放置的三棱鏡的方式應是凸透鏡的形狀，即圖C所示的形狀；

②根據題意知道，在b、c兩孔之間再開若干個小孔，并在小孔處放置棱鏡，此裝置類似凸透鏡，由于過光心時傳播方向不變，越靠近光心的光線偏折程度的越小，所以光線通過這些棱鏡的偏折程度比通過b、c兩孔處三棱鏡的要小些；

③由圖知道，此時物距大于像距，所以此時凸透鏡成的是一個倒立縮小的實像，由于像的大小由物距和像距共同決定，物距和像距都不變，像的大小不變，但凸透鏡越大，像越亮，因為入射到凸透鏡上的光數量較多，經凸透鏡折射后，經過的像點的光線多，所以看起來亮一些。