题目
一个 5cm 高的物体放在球面镜前 10cm 处成 1cm 高的虚像。求: 1) 此镜的曲率半径; 2) 此镜是凸面镜还是凹面镜?
一个 5cm 高的物体放在球面镜前 10cm 处成 1cm 高的虚像。求: 1) 此镜的曲率半径; 2) 此镜是凸面镜还是凹面镜?
题目解答
答案
曲率半径为 5cm ,是凸面镜
解析
考查要点:本题主要考查球面镜成像公式的应用,涉及放大率、物距、像距、焦距及曲率半径的关系,同时需要根据成像性质判断镜面类型。
解题核心思路:
- 放大率公式:通过像高与物高的比值确定放大率,结合物距求出像距。
- 镜面方程:利用物距和像距计算焦距,进而求出曲率半径。
- 镜面类型判断:根据焦距的正负确定镜面是凸面镜还是凹面镜(凸面镜焦距为负,凹面镜焦距为正)。
破题关键点:
- 符号规则:明确物距、像距、焦距的符号与镜面类型的关系。
- 公式联立:通过放大率公式和镜面方程联立求解焦距。
1) 求曲率半径
步骤1:计算放大率
放大率公式为:
$m = \frac{h'}{h} = \frac{1}{5} = 0.2$
步骤2:利用放大率求像距
放大率与像距、物距的关系为:
$m = -\frac{v}{u}$
代入已知物距 $u = 10\ \text{cm}$ 和 $m = 0.2$:
$0.2 = -\frac{v}{10} \implies v = -2\ \text{cm}$
步骤3:代入镜面方程求焦距
镜面方程为:
$\frac{1}{f} = \frac{1}{v} + \frac{1}{u}$
代入 $v = -2\ \text{cm}$ 和 $u = 10\ \text{cm}$:
$\frac{1}{f} = \frac{1}{-2} + \frac{1}{10} = -\frac{5}{10} + \frac{1}{10} = -\frac{4}{10} = -\frac{2}{5}$
解得:
$f = -\frac{5}{2}\ \text{cm} = -2.5\ \text{cm}$
步骤4:计算曲率半径
曲率半径 $R$ 与焦距 $f$ 的关系为:
$R = 2|f| = 2 \times 2.5\ \text{cm} = 5\ \text{cm}$
2) 判断镜面类型
由于焦距 $f = -2.5\ \text{cm}$ 为负值,根据符号规则,该镜为凸面镜。