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凸透镜成像实验是中学物理的重要实验。实验装置包括光具座、蜡烛、凸透镜和光屏。蜡烛作为物体,凸透镜用于成像,光屏用于接收实像。透镜两侧的F和F'分别是焦点。通过改变物体到透镜的距离,我们可以观察到不同性质的像。
实验前需要仔细准备器材并正确组装。首先将光具座平放在桌面上,然后依次放置蜡烛、凸透镜和光屏。关键是要调整它们的高度,使蜡烛火焰中心、透镜光心和光屏中心在同一水平线上。还要事先测量凸透镜的焦距,这是后续分析的重要参数。
当物体距离凸透镜超过2倍焦距时,也就是物距大于2f时,透镜会成倒立、缩小的实像。此时像距在1倍焦距到2倍焦距之间。这个像可以用光屏接收到,是清晰的实像。这就是照相机的工作原理,远处的景物通过镜头成像在胶片或感光元件上。
当物体位于1倍焦距到2倍焦距之间时,凸透镜成倒立、放大的实像。此时像距大于2倍焦距,像比物体更大。这种成像特点被广泛应用于投影仪和幻灯机中,将较小的幻灯片放大投影到屏幕上,让观众能够清楚地看到放大的图像。
当物体距离凸透镜小于一倍焦距时,无法在光屏上得到像,此时成正立、放大的虚像。这个虚像只能通过透镜观察到,这就是放大镜的工作原理。通过这个实验,我们总结出凸透镜成像的完整规律:物距大于2倍焦距时成倒立缩小实像,物距在1倍到2倍焦距间成倒立放大实像,物距小于焦距时成正立放大虚像。