學過透鏡知識後，小明實驗小組在光學實驗室（暗室）想對學過的知識進行深入研究，可用的器材有：光源S（視為點光源）...

問題詳情：

學過透鏡知識後，小明實驗小組在光學實驗室（暗室）想對學過的知識進行深入研究，可用的器材有：光源S（視為點光源）、圓形凸透鏡（直徑為D）、光具座、光屏（足夠大）。經討論他們決定先從測凸透鏡的焦距開始。

（1）在光屏*畫一個與凸透鏡直徑相同的圓，找出圓心O′。

（2）將光源、凸透鏡和光屏放在光具座上，調節它們的高度，使光源、凸透鏡光心和_____在同一水平直線上。

（3）固定凸透鏡的位置，將光源從緊貼凸透鏡的位置緩慢向外移動，直到光屏上的光斑_____，就可以從光具座上讀出凸透鏡的焦距，此時各器材在光具座上的位置如圖*所示，該凸透鏡的焦距為_____cm。

（4）為了驗*測出的焦距值是否準確，小明提出可以左右移動光屏，若光屏上的光斑大小不變，則測出的焦距準確。若向右移動光屏，光斑變大，説明本次測出的凸透鏡的焦距比真實值_____。

（5）在移動光屏的過程中，小明發現在光屏上光斑外側還有一個暗環，他猜想可能是凸透鏡的邊框造成的，於是他拆除邊框直接將凸透鏡固定在光具座上，進行實驗驗*，發現暗環仍然存在。你認為暗環是如何形成的？_____。若光源S在左焦點上，光屏在右焦點處，如圖乙所示，請你算出此時暗環的面積等於_____。

【回答】

（2）圓心O'；     （3）與所畫圓完全重合；    20.0；    （4）小；    （5）透鏡外側沿直線傳播的光與經透鏡折*的光在屏上形成無光區；        

【解析】

（2）實驗中為了保*物像完整的成在光屏上，所以像要儘量的成在光屏的中間，只有光源、凸透鏡光心和光屏的中心在同一水平線上即可；

（3）由於圓圈和凸透鏡是等大的，所以當光斑和圓圈重合時説明折*光線是平行的，這時光源剛好在焦點上，此時光源和凸透鏡的距離就是焦距；

（4）若光屏上的光斑大小不變，説明折*光線是平行；如果測出的凸透鏡的焦距比真實值大，那麼向右移動光屏，光斑會減小；如果測出的凸透鏡的焦距比真實值小，那麼向右移動光屏，光斑會增大；

（5）透鏡邊緣以外的光線沿直線傳播，以內的光線會發生偏轉，二者之間會形成一個沒有光線的黑*區域，這就是暗環；然後作圖，弄清圓環的大半徑和小半徑，最後由公式暗環=大圓面積-小圓面積計算暗環面積即可。

【詳解】

（2）在實驗中，只有光源、凸透鏡光心和光屏的中心在同一水平線上，才能保*物像完整的成在光屏上，而O'正好在光屏的*，因此使光源、凸透鏡光心和圓心O'在同一水平直線上。

（3）由於圓圈和凸透鏡是等大的，所以當光斑和圓圈重合時，説明折*光線是平行的，這時光源剛好在焦點上，所以應該是直到光屏上的光斑與所畫圓完全重合，由圖*知道，凸透鏡的焦距是：f=50cm-30cm=20cm；

（4）若光屏上的光斑大小不變，説明折*光線是平行；若測出的凸透鏡的焦距比真實值大，那麼向右移動光屏，光斑會減小；若測出的凸透鏡的焦距比真實值小，那麼向右移動光屏，光斑會增大；所以本次測出的凸透鏡的焦距比真實值小；

（5）透鏡邊緣以外的光線沿直線傳播，以內的光線會發生偏轉，二者之間會形成一個沒有光線的黑*區域，這就是暗環，所以暗環形成的原因是：透鏡外側沿直線傳播的光與經透鏡折*的光在屏上形成無光區，如下圖所示，

圖中凸透鏡正好位於大三角形的中位線位置，由於圓環大圓的直徑就是2D，小圓的直徑就是D，半徑則是，所以，暗環的面積是：

知識點：凸透鏡成像的規律

題型：實驗,探究題