【典例1】小敏利用如图5.3-2所示的装置做“探究凸透镜成像的规律”实验。
（1）如图5.3-2甲所示（图中刻度尺单位：cm），平行光正对凸透镜照射，移动光屏直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑，据此可知，该凸透镜的焦距$f=$cm。
（2）在调节蜡烛、凸透镜和光屏的高度时，蜡烛（选填“需要”或“不需要”）点燃。组装实验装置时，为使像成在光屏中央，应该进行的操作是。
（3）调整实验装置后，如图5.3-2乙所示位置，此时光屏上清晰的像应该是倒立、（选填“放大”或“缩小”）的实像，成像特点与（选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”）成像特点相同。
（4）若将蜡烛移动到光具座20 cm处，则此时像距$v=$cm。
解析（1）图甲中，平行光线经凸透镜后会聚到一点，说明凸透镜对光线具有会聚作用，焦点到凸透镜光心的距离叫作焦距，所以焦距为$f=40.0\ \mathrm{cm} - 30.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。
（2）进行凸透镜成像实验时，烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度，像才能呈现在光屏的中央位置，所以在调节蜡烛、凸透镜和光屏的高度时，蜡烛需要点燃。
（3）图乙中，物距等于$50.0\ \mathrm{cm} - 35.0\ \mathrm{cm}=15.0\ \mathrm{cm}$，介于1倍焦距和2倍焦距之间，此时光屏上清晰的像应该是倒立、放大的实像。其成像特点与投影仪成像特点相同。
（4）图乙中，物距为15.0 cm，像距为$80.0\ \mathrm{cm} - 50.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$；
若将蜡烛移动到光具座20 cm处，则此时物距为$50.0\ \mathrm{cm} - 20.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$；
根据对称性可知，此时像距$v=15.0\ \mathrm{cm}$。
答案（1）10.0 （2）需要 使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度（3）放大 投影仪 （4）15.0
（1）如图5.3-2甲所示（图中刻度尺单位：cm），平行光正对凸透镜照射，移动光屏直到光屏上出现一个最小、最亮的光斑，据此可知，该凸透镜的焦距$f=$cm。
（2）在调节蜡烛、凸透镜和光屏的高度时，蜡烛（选填“需要”或“不需要”）点燃。组装实验装置时，为使像成在光屏中央，应该进行的操作是。
（3）调整实验装置后，如图5.3-2乙所示位置，此时光屏上清晰的像应该是倒立、（选填“放大”或“缩小”）的实像，成像特点与（选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”）成像特点相同。
（4）若将蜡烛移动到光具座20 cm处，则此时像距$v=$cm。
解析（1）图甲中，平行光线经凸透镜后会聚到一点，说明凸透镜对光线具有会聚作用，焦点到凸透镜光心的距离叫作焦距，所以焦距为$f=40.0\ \mathrm{cm} - 30.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。
（2）进行凸透镜成像实验时，烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度，像才能呈现在光屏的中央位置，所以在调节蜡烛、凸透镜和光屏的高度时，蜡烛需要点燃。
（3）图乙中，物距等于$50.0\ \mathrm{cm} - 35.0\ \mathrm{cm}=15.0\ \mathrm{cm}$，介于1倍焦距和2倍焦距之间，此时光屏上清晰的像应该是倒立、放大的实像。其成像特点与投影仪成像特点相同。
（4）图乙中，物距为15.0 cm，像距为$80.0\ \mathrm{cm} - 50.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$；
若将蜡烛移动到光具座20 cm处，则此时物距为$50.0\ \mathrm{cm} - 20.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$；
根据对称性可知，此时像距$v=15.0\ \mathrm{cm}$。
答案（1）10.0 （2）需要 使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度（3）放大 投影仪 （4）15.0
答案：(1) $\boldsymbol{10.0}$
(2) $\boldsymbol{需要}$；$\boldsymbol{调节烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度}$
(3) $\boldsymbol{放大}$；$\boldsymbol{投影仪}$
(4) $\boldsymbol{15.0}$
(2) $\boldsymbol{需要}$；$\boldsymbol{调节烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度}$
(3) $\boldsymbol{放大}$；$\boldsymbol{投影仪}$
(4) $\boldsymbol{15.0}$
解析：
【分析】
本题围绕“探究凸透镜成像的规律”实验展开，解题思路如下：
1. 测量焦距：利用平行光聚焦法，平行于主光轴的光线经凸透镜后会聚成最小最亮的光斑，该光斑到凸透镜光心的距离就是焦距，通过甲图中透镜和光屏的刻度差计算焦距。
2. 实验调节：要使像成在光屏中央，需让烛焰、凸透镜、光屏三者中心在同一高度，因此必须先点燃蜡烛才能确定烛焰的中心，再进行高度调节。
3. 判断成像特点：计算乙图中的物距，结合已知焦距判断物距范围，对应凸透镜成像规律得出像的性质，再匹配对应的光学仪器。
4. 光路可逆应用：根据之前的物距和像距，利用光路可逆原理，当物距变化时，像距会对应变化，从而计算出新的像距。
【解析】
（1）平行光正对凸透镜，会聚的最小最亮光斑为焦点，凸透镜位于30.0 cm刻度处，光屏位于40.0 cm刻度处，因此焦距$f=40.0\ \mathrm{cm}-30.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。
（2）调节装置高度时，需先点燃蜡烛确定烛焰的中心，才能使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度，保证像成在光屏中央，故蜡烛需要点燃，操作是调节三者中心在同一高度。
（3）乙图中，物距$u=50.0\ \mathrm{cm}-35.0\ \mathrm{cm}=15.0\ \mathrm{cm}$，已知$f=10.0\ \mathrm{cm}$，满足$f＜u＜2f$，此时成倒立、放大的实像，与投影仪的成像特点相同。
（4）由乙图可知，原物距为15.0 cm时，像距为$80.0\ \mathrm{cm}-50.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$；根据光路可逆，当蜡烛移到光具座20 cm处，新的物距$u'=50.0\ \mathrm{cm}-20.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$，此时像距$v=15.0\ \mathrm{cm}$。
【答案】
(1) $10.0$
(2) 需要；调节烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度
(3) 放大；投影仪
(4) $15.0$
【知识点】
凸透镜成像规律、焦距的测量、凸透镜实验操作
【点评】
本题是凸透镜成像规律的基础实验题，涵盖焦距测量、实验操作、成像判断及光路可逆的应用，考查学生对实验核心知识点的掌握，属于常规基础题型。
【难度系数】
0.7
本题围绕“探究凸透镜成像的规律”实验展开，解题思路如下：
1. 测量焦距：利用平行光聚焦法，平行于主光轴的光线经凸透镜后会聚成最小最亮的光斑，该光斑到凸透镜光心的距离就是焦距，通过甲图中透镜和光屏的刻度差计算焦距。
2. 实验调节：要使像成在光屏中央，需让烛焰、凸透镜、光屏三者中心在同一高度，因此必须先点燃蜡烛才能确定烛焰的中心，再进行高度调节。
3. 判断成像特点：计算乙图中的物距，结合已知焦距判断物距范围，对应凸透镜成像规律得出像的性质，再匹配对应的光学仪器。
4. 光路可逆应用：根据之前的物距和像距，利用光路可逆原理，当物距变化时，像距会对应变化，从而计算出新的像距。
【解析】
（1）平行光正对凸透镜，会聚的最小最亮光斑为焦点，凸透镜位于30.0 cm刻度处，光屏位于40.0 cm刻度处，因此焦距$f=40.0\ \mathrm{cm}-30.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。
（2）调节装置高度时，需先点燃蜡烛确定烛焰的中心，才能使烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度，保证像成在光屏中央，故蜡烛需要点燃，操作是调节三者中心在同一高度。
（3）乙图中，物距$u=50.0\ \mathrm{cm}-35.0\ \mathrm{cm}=15.0\ \mathrm{cm}$，已知$f=10.0\ \mathrm{cm}$，满足$f＜u＜2f$，此时成倒立、放大的实像，与投影仪的成像特点相同。
（4）由乙图可知，原物距为15.0 cm时，像距为$80.0\ \mathrm{cm}-50.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$；根据光路可逆，当蜡烛移到光具座20 cm处，新的物距$u'=50.0\ \mathrm{cm}-20.0\ \mathrm{cm}=30.0\ \mathrm{cm}$，此时像距$v=15.0\ \mathrm{cm}$。
【答案】
(1) $10.0$
(2) 需要；调节烛焰、凸透镜和光屏三者的中心大致在同一高度
(3) 放大；投影仪
(4) $15.0$
【知识点】
凸透镜成像规律、焦距的测量、凸透镜实验操作
【点评】
本题是凸透镜成像规律的基础实验题，涵盖焦距测量、实验操作、成像判断及光路可逆的应用，考查学生对实验核心知识点的掌握，属于常规基础题型。
【难度系数】
0.7