例6:如图13-9,P为发光点,MN为平面镜,那么在MN与P之间放上不透明挡板Q后,像的亮度变化情况是__________(填“变亮”或“变暗”或“不变”)。
【错解】
在MN与P之间放上不透明挡板Q后,必然会使从P点发出的光被挡板挡住部分,所以像的亮度会变暗。
【错解原因】
选错的同学是将此类问题与在发光点S与透镜之间放一挡板的情况混为一谈了。若是凸透镜,如图13-10,发光点S发出并且到达凸透镜上的那部分光线,经折射后必然全部相交于实像点S1,而当如图13-11所示的凸透镜下半部分(或其上任何一部分)放上挡板B后,S发出并且到达挡板B的光线就会被反射和吸收不能透过凸透镜经折射到达实像点S2,使得相交于S2像点的光线大大减少了,显然由于放上了B,S2点变暗了,而平面镜则不同了。
【分析解答】
所不同的是,图13-12中发光点P在平面镜中所成的是虚像点P'。眼睛之所以能看到P',是因为P发出的光线,在平面镜MN上发生反射并且进入人眼睛。人按照平时形成的观察习惯,逆着进入眼睛的这些反射光线看到镜后的虚像点P',P'就是进入人眼睛的光线反向延长线的相交点,显然P'像点的亮度取决于眼睛的某一位置观察时进入其中的光线多少与强弱。
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如图(13-12)所示,无放挡板时,眼睛在M1N1与M1'N1′所包围的空间区域内均可看到P′点。放上挡板后,在图中的阴影部分A或B区域内(即在M1Nl和M2N2与M1′N1′和M2′N2′所包围的区域),进入眼睛的光线多少强弱与未放入挡板时相比保持不变。因为在没有放上挡板时,通过挡板所在位置的那部分光线经平面镜后,同样不能进入处于A,B区域内的眼睛,这样对进入A,B区域内的光线多少与强弱并不能做出贡献。也就是说,挡板放上后,对在A,B区域内眼睛,能否看到像及看像的亮度都不会产生任何影响。当然此时A,B区域外再也看不到P的像点P′了。
因此,在发光点与平面镜之间放上不透明挡板后,观察到的像的亮度是不变的,变化的是像的观察范围,而且是明显变小了。
【评析】
几何光学把光理想化为光线,用几何的方法研究光在介质中的行为。总结出光的直进、反射和折射三大规律。所以用几何光学规律解决实际问题,应先画光路图再做具体分析。这不仅是按照规律办事的的起码要求,也是保证做题正确的手段。
例7 用一个放大镜观察细小的物体,若物体距镜2cm远时,将看到一个放大3倍的像,求此放大镜的焦距是多少?
【错解】
v= mu=3×2=6(cm)
【错解原因】
对题目中给的条件分析不够,题目中“通过放大镜看到一个像”这句话属于隐蔽的已知条件,暗示了像和物在同侧.说明成虚像即像距为负值。而此解法恰好没有注意到这一点,而是不加分析地当作实像处理,简单代入公式求解,出现了问题。
【分析解答】
由于像与物在放大镜的同一侧。因此,是一个虚像,v为负值。
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【评析】
胸有成竹说的是没画之前,画家的头脑里就有了一幅活生生的情境。理解题意也和画画的道理相同,看到一个物理问题,先要将文字叙述的物理情境想象出来,然后再进一步解题。本题如果先依据题意画一幅光路图就对像距的虚实一目了然。
例8 高9cm的物体在凸透镜前某一位置时,在屏上得到高3cm的像。将此物向透镜移近50cm时,则得放大率是3的正像。求此凸透镜的焦距?
【错解】
设此凸透镜焦距为f,第一次成像物距为u1,像距为vl。两次成像的放大率各为K1和K2。由成像公式
【错解原因】
上述解法不加分析地把两次成像都当作实像处理,得出了错误的结果。 【分析解答】
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由透镜成像公式
第一次成像为实像
第二次成像为虚像
【评析】
应用透镜成像公式时,一定要注意判断像的性质,若像距v>0,为实像;若像距v<0,为虚像。要想避免出现本题类似的错误。得在审题上狠下功夫。得在理解词语的物理意义上动脑筋。本题文中说:“在屏上得到高3cm的像”则这个像一定是实像。题文中又说:“将此物向透镜移近50cm时,则得放大率是3的正像”这段话中,像的前面有定语“正”字,其物理意义是“成虚像”,像距应取负值。
一般常见的描述像的性质的定语、状语有:
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像的定语:实像、虚像、正像、倒像、放大的像、缩小的像、放大的倒立的像、放大的正立的像、缩小的正立像、缩小的倒立像等。
像的状语:像与物同侧、像与物异侧,成像在焦点以外、成像在焦点以内等。 把这些修饰词的物理含义准确地再现出来可以正确地理解题意,避免犯一些“没看清楚题意”之类的低级错误。
例9 用凸透镜成像时,当物体从极远处沿着主轴移向透镜时,像朝什么方向移动?像移动的速度比物体移动的速度怎样?
【错解】
由凸透镜成像实验知道,物体从极远处沿着镜轴移向透镜时,像从透镜向远离透镜方向移动,移动速度与物体速度相同。
【错解原因】
上述解法错在对成像过程只有表面局部认识,想当然地得出了结论。 【分析解答】
凸透镜成像的讨论中,透镜焦点和二倍焦距处是转折点,应仔细观察实验结果,认真进行分析,切忌片面。像移动速度与物体移动速度的比较,决定于像移动距离和物体应移动的距离之比。
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