【分析】
要解决本题,需先根据图中刻度确定物距、像距,推导凸透镜焦距范围,再结合凸透镜成像规律逐一分析选项。步骤为:1. 读取蜡烛、凸透镜、光屏的刻度,计算物距$u$和像距$v$;2. 利用$u>v$的成像特点,结合凸透镜成像公式推导焦距范围;3. 依据“物远像近像变小”、光路可逆等规律判断各选项对错。
【解析】
由图可知,蜡烛在$30.0\,\mathrm{cm}$刻度处,凸透镜在$50.0\,\mathrm{cm}$刻度处,光屏在$65.0\,\mathrm{cm}$刻度处,因此物距$u=50.0\,\mathrm{cm}-30.0\,\mathrm{cm}=20\,\mathrm{cm}$,像距$v=65.0\,\mathrm{cm}-50.0\,\mathrm{cm}=15\,\mathrm{cm}$。
此时光屏成清晰实像,且$u>v$,根据凸透镜成像规律:当$u>2f$时,$f<v<2f$,成倒立、缩小的实像。由此得不等式:
$20\,\mathrm{cm}>2f$ 且 $f<15\,\mathrm{cm}<2f$,
解得焦距范围:$7.5\,\mathrm{cm}<f<10\,\mathrm{cm}$。
对选项分析:
A:焦距大于$10\,\mathrm{cm}$,与推导的$f<10\,\mathrm{cm}$矛盾,错误;
B:此时成倒立、缩小的实像,不是放大的,错误;
C:蜡烛远离凸透镜,物距变大,根据“物远像近像变小”,像距应减小,光屏需靠近凸透镜,错误;
D:根据光路可逆,将凸透镜左移,使新物距为$15\,\mathrm{cm}$、新像距为$20\,\mathrm{cm}$,此时$15\,\mathrm{cm}$在$f$和$2f$之间,成倒立、放大的实像,正确。
【答案】
D
【知识点】
凸透镜成像规律、光路可逆
【点评】
本题考查凸透镜成像规律的应用,核心是通过物距、像距推导焦距范围,再结合规律分析选项,需注意光路可逆的应用,属于中等难度的常规题型。
【难度系数】
0.5