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1、去掉光屏在哪能看到像2011年第12期物理通报物理问题讨论去掉光屏在哪能看到像何艳阳(北京市北达资源中学北京100871)(收稿日期:20110224)1问题的提出在做”凸透镜成像”实验观察物体经凸透镜所成的实像时,经常会遇到这样一个问题:利用光屏接收和观看像.如果去掉光屏,在光屏的位置用眼睛看,能否看到像?很多教师给的答案是可以看到,因为眼睛的视网膜也相当于光屏,用视网膜代替光屏,所以能看到.一位教授在讲课中也提到了这个问题,他指出,在原来光屏的位置看,是看不到像的,应该在其后面明视距离以外.笔者曾上网查了一些这方面的文章.有的文章中提到不用光屏,实像依然存在,只要站在实像后方逆着像点射来的
2、光线观察,就能看到实像.以上三种说法都认为去掉光屏能看到像,不同的是在哪儿能看到像.究竟哪种说法对呢?还是先通过实验检验一下吧12实验探究笔者在实验室做了如下实验:在光具座上依次摆放点燃的蜡烛,凸透镜,光屏,调整光屏的位置找到清晰的像.去掉光屏,在光屏的位置用眼睛观察,却看不到清晰像;从光屏的位置向前移动,看到的是模糊不清的烛影;从光屏向后移动,最初,在一定范围内看到倒立的不太清楚的像,继续后移,当移动到距原光屏位置较远以后,能看到倒立,清晰的像.随后又改变物距重做了几次实验,并记录了相关数据,如表1所示.表1物体成像实验U/CYIv/cml/cmd/cml40l3.3>38>25
3、cm230l5.3>40>25cm32O20>45>25cm注:U为物距,为像距,z为去掉光屏用眼睛能看清楚的位置距透镜的距离,为用眼睛能看清楚的位置距原光屏的距离.通过实验发现,去掉光屏在原来光屏的位置看不到清晰的像;要在距离原光屏位置25cm以外才能看清.3理论分析带着这个问题和实验结果,笔者咨询了一位特级教师,从理论上对上述现象进行了分析.如图1所示,通过作图,可以找到A的像点A,由于所有射向透镜的光线经折射后都将会聚于像点A,没有光屏设-厂一mg,一,所以物块运动的周期就应当等于质量为:的竖直方向弹簧振子的周期T物块每次往,返的时问应为.如果用上述方法求出物块往
4、返的次数,则可以求出物块能运动的总时间=NL23总结粗糙水平面的弹簧振子由于受到摩擦力的作用,其振幅不断减小,所以整个过程并不是等幅的简谐振动.通过分析物块运动最远处位置变化规律并结合物块停止的条件,可求出最终静止时物块距0点多远,从而确定其最终位置.对于时间的计算,关键要求出等效简谐振动的周期,需要注意的是周期公式中的质量一并不是物块的质量.再结合振g子能够往返的次数,就可以求出运动的总时间.至此,对于粗糙水平面的物块运动不论是位置还是时间都可以进行定量研究了.一912011年第12期物理通报物理问题讨论的情况下这些折射光线继续直线传播,所以用眼睛能看到A的像点的范围应在EAF内(图2).同
5、理能看到B的像点的范围应在CBD内.所以人眼能看到AB完整像的范围应在EOD内.实像AB作为眼睛晶状体的”虚物”在视网膜上再次成像(图中未画出),这个视网膜上的像距离”虚物”AB的距离应大于或等于一般人的明视距离25CITI.如果不同人的明视距离不同,眼睛的调焦能力不同,则看清楚像的位置会有些不同,应大于或等于自己的明视距离.所以不用光屏而直接用眼睛看,只能在原光屏右侧的部分区域(E()D)并且距离原光屏位置为人的明视距离以外才能看清像;即能看到像的范围如图3中的阴影部分.图1图2图34新问题的提出既然实像AB作为眼睛晶状体的”虚物”在视网膜上再次成像,那么看到的”虚物”应该就在原来光屏的位置
6、.为什么在上面的实验中感觉是在透镜里看到的像呢?这位特级教师解释为:如果在实验中调整视线,不让透镜的外框等因素干扰,且光线适合,应该能在原光屏的位置看到像.5再次实验的发现在上面的实验中,并没有在”空中”原光屏的位置看到像,而是通过透镜看到的.所以笔者义带着怀疑的心情重新做了实验.在这次的实验中,刚开始似乎只能通过透镜才能看到像.但随后有目的的在原光屏的位置去找像,不断向后移动位置,并不断改变参照物.当盯住原光屏的底座和烛焰的像,而忽视透镜的存在时,确实看到了悬在空中的烛焰的倒像.慢慢的左右移动时,发现这个像始终在原光屏的位置不动.最终换个角度做这个实验,看到了原来没有看到或没有注意到的现象空
7、中的烛焰.因为要看到上面”虚物”的效果,不仅需要实验条件和观察者的意志力,还需要有一定的观像技巧,并注意观像范围等.为了让实验效果更加明显,笔者尝试着做了如下改进:在纸箱的一侧挖一个比透镜直径略小的圆孔,用胶带把透镜粘在圆孔处,使得黑色边框被挡住,只露出透明镜片,纸箱对应的另一侧剪下一部分以不挡住蜡烛为宜.这样再重新做上面的实验时,已经不用太过刻意即可观察到上面的现象,并且效果更为明显.6新的设想在分析实验的过程中,笔者又有了新的设想.将上面的实验装置继续改进,如图4所示.图4用不透光的材料将物与透镜封装起来.使透镜处于黑暗的环镜中.照亮物体.测好距离,让人站在图中阴影区域观察,就会在某区域看到空中有一个物体.当用手去抓,却什么都抓不到(中国科技馆巾就有类似的小实验).当然利用凹面镜成实像也可以这样观察.通过这样的实验可以帮助学生观察”实像”,即能加深学生对所学知识的理解,又能提高学生学习兴趣.
