Question

把一個凸透鏡固定于薄壁玻璃筒中間，在凸透鏡的焦點F處放一個點光源S，然后注入水，使水面處于光源S和凸透鏡之間，如圖所示，為使凸透鏡折射后的光線是一束平行光，則光源的位置（ ）

A．應適當升高
B．應適當降低
C．應不動
D．無論怎樣變動，均無法實現

Answer 1

【答案】分析：過凸透鏡焦點的光線經凸透鏡折射后與主光軸平行，所以放在焦點上的點光源S發出的光經凸透鏡折射后是平行光線．但光線從空氣斜射入水時會發生折射，由于折射光線偏離了原來的傳播方向，再經凸透鏡折射后就不再是平行光．所以，這道題需要注意以上兩點．
解答：解：根據光路的可逆性，我們假設是從水底有一束平行光線向上射出，經過凸透鏡和水面的兩次折射后到達光源．如圖，通過透鏡邊緣的紅線經過透鏡折射后，在水面以下的部分的延長線通過透鏡的焦點F（無論中間是否有水），但是經過水面時，根據折射角大于入射角（因為光線是由水射向空氣），這時光線應該遠離法線向下偏折一些，即圖中折射后的藍色光線；通過透鏡中心的平行光線，在經過透鏡和水面時方向不變，豎直向上，即圖中綠線．那么，藍線與綠線的交點就是光源S的位置．
故選B．
點評：該題考查了光的折射、凸透鏡對光線的會聚作用以及光路的可逆性，幾個知識點綜合起來之后，難度增加，如果不加考慮、細心分析，極易做錯．