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中学物理竞赛练习题
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9月5日
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一点光源位于凸透镱的主光轴上。当点光源位于A点处，它成像在B点。 而当它位于B点，它成像于C点。已知AB=10cm,BC=20cm,试求凸透镜的焦距。
解：主光轴上 A，B，C的不同排列只有两种（如图1与2）。
对于图1情况，首先要判断透镜位于哪一区域。假定透镱位于C点右侧，物与像位于透镜同侧,物距大于像距，则两次成缩小的虚像了，但凸透镜只能成放大的虚像，故这是不可能的。
同理，透镱位于B与C之间，A光源成虚像于B也是不可能的。
假设透镜位于A与B之间，B点处成实像，C点处成放大虚像，这是否可能？这是不可能的，依据物与像共轭原理，B点作为A物的像，则放物于B所成的像也应当于A处亦是实像，而不应该成像于C且变为虚像。
再假设透镜位于A点左侧，这时物与像共侧,且像距大于物距，是符合凸透镜成虚像的要求的，设第一次物距（物在A点）为U1，则第二次物距（物在B点）为U1+10。依成像公式有：
1/u1+1/-(u1+10)=1/f ①
1/(u1+10) +1/-(u1+30)=1/f ②
解①、②方程组得U1=30cm,f=120cm, 即凸透镜焦距为120cm。
对于图2 的情况。假设透镱放于B右侧，因A物不可能成缩小虚像于B而被否定；假设透镜放于A与B之间，若A物成实像于B，则物于B也应成像于A而不应在C，这一假设也应否定；以假设稳定镜放于C之左侧，B物成缩小虚像于C是不可能的，这假设被否定，唯一可能的是透镜放在C与A之间，这时B成放大虚像，而C成缩小实像，可设第一次物距（物在A点）为U1，则第二次物距（物在B点）为U1+10，依成像公式有：
1/u1+1/-(u1+10)=1/f ③
1/(u1+10)+1/(10-u1)=1/f ④
解③.④方程组得u1=10/3cm , f=40/9cm=4.44cm , 即透镱焦距为4.44cm.
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