两个焦距均为12(cm)的凸透镜,在同一轴线上左右放置,两透镜间距为30(cm),则在第一透镜前18(cm)处小物体所成像的位置为A. 第一透镜右侧4(cm)B. 第二透镜左侧4(cm)C. 第一透镜左侧4(cm)D. 第二透镜右侧4(cm)
A. 第一透镜右侧$4\text{cm}$
B. 第二透镜左侧$4\text{cm}$
C. 第一透镜左侧$4\text{cm}$
D. 第二透镜右侧$4\text{cm}$
题目解答
答案
解析
本题考查凸透镜成像规律的应用,解题思路是先根据凸透镜成像公式求出物体经过第一块凸透镜所成的像的位置,再将此像作为第二块凸透镜的物,再次利用凸透镜成像公式求出最终像的位置。
步骤一:求物体经过第一块凸透镜所成的像的位置
已知第一块凸透镜的焦距$f_1 = 12\text{cm}$,物体到第一块凸透镜的距离$u_1 = 18\text{cm}$。
根据凸透镜成像公式$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$(其中$f$为焦距,$u$为物距,$v$为像距),对于第一块凸透镜有$\frac{1}{f_1}=\frac{1}{u_1}+\frac{1}{v_1}$。
将$f_1 = 12\text{cm}$,$u_1 = 18\text{cm}$代入上式可得:
$\frac{1}{12}=\frac{1}{18}+\frac{1}{v_1}$
移项可得:
$\frac{1}{v_1}=\frac{1}{12}-\frac{1}{18}$
通分计算:
$\frac{1}{v_1}=\frac{3}{36}-\frac{2}{36}=\frac{1}{36}$
解得$v_1 = 36\text{cm}$,这表明物体经过第一块凸透镜成的像在第一块凸透镜右侧$36\text{cm}$处。
步骤二:求此像作为第二块凸透镜的物时所成的像的位置
两透镜间距为$30\text{cm}$,那么第一块凸透镜所成的像到第二块凸透镜的距离$u_2 = 36 - 30 = 6\text{cm}$,即物距$u_2 = 6\text{cm}$,第二块凸透镜的焦距$f_2 = 12\text{cm}$。
同样根据凸透镜成像公式$\frac{1}{f_2}=\frac{1}{u_2}+\frac{1}{v_2}$,将$f_2 = 12\text{cm}$,$u_2 = 6\text{cm}$代入可得:
$\frac{1}{12}=\frac{1}{6}+\frac{1}{v_2}$
移项可得:
$\frac{1}{v_2}=\frac{1}{12}-\frac{1}{6}$
通分计算:
$\frac{1}{v_2}=\frac{1}{12}-\frac{2}{12}=-\frac{1}{12}$
解得$v_2 = - 4\text{cm}$,负号表示像与物在凸透镜的同侧,即最终的像在第二块凸透镜左侧$4\text{cm}$处。