2024浙教版 光学 实验探究题 专项练习卷(含答案)

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光学实验探究专题题练习卷
一、小孔成像
1.小科为了探究小孔成像的特点,在易拉罐的底部中心位置打了一个直径约1mm的小孔,将罐的顶部有拉环的这一个圆面剪去,用硬纸板制作了一个直径略小于易拉罐的圆筒,使易拉罐恰好能套在它的外面在圆筒的一端包上如图乙的半透明的方格纸(格子与LED发光单元等大)并插入易拉罐中,如图甲所示。
像距s/cm 4.0 6.0 8.0
像的高度h/cm 2.0 3.0 4.0
(1)小科应该将半透明的方格纸包在圆筒的   端(选填“A”或“B”),采用了半透明并带有方格的纸来做光屏的优点是   。
(2)小科将光源和小孔的位置固定,多次改变光屏的位置,记录下像距和像的高度如右表所示,则根据表中的数据能得到的结论是   。
(3)相比较于烛焰,小科选用“F”形光源的好处是   。
A led发光体的亮度更亮,成的像更明显;
B选用”F”形光源更便于研究像和光源的正倒关系;
C选用“H”形光源也能达到同样的实验效果。
2.学习小组用图甲所示的圆柱形纸筒做“探究小孔成像规律”的实验,发现像的大小不同,亮度也不一样。
关于像的亮度与哪些因素有关,他们提出以下猜想:
猜想1:与小孔到光屏的距离有关。
猜想2:与小孔的形状有关。
猜想3:与小孔的大小有关。
(1)验证猜想1时,应固定   的位置,让光屏从图示位置沿纸筒慢慢远离小孔,在这过程中观察光屏上像的亮度。
(2)验证猜想2时,固定烛焰、纸筒和光屏的位置,更换使用如图乙所示的三个小孔进行实验,分别观察比较所成像的亮度。他们实验中存在的问题是   。
(3)为验证猜想3,固定烛焰、小孔和光屏位置,只改变圆孔直径,观察现象如下表。
圆孔的直径/mm 小于1.0 1.0 1.5 2.0 2.5 4.0
像的清晰度 清晰 清晰 清晰 清晰 较模糊 模糊
像的明亮程度 ——逐渐变亮→
实验现象表明:在小孔成像清晰时,   。
(4)通过该探究实验,当成像清晰时,可观察到的像的形状有 。
A.烛焰形 B.三角形 C.圆形 D.棱形
3.某科学兴趣小组在硬纸板上挖孔进行了多组实验,探究“不同情况下太阳通过小孔成像在地面上形成的光斑的形状”。实验记录表如下:
小孔的形状 □ 〇 △
小孔的最大外径/mm 1 5 10 1 5 10 1 5 10
地 面 光 斑 形 状 小孔到地面10 cm时 □ □ □ 〇 〇 〇 △ △ △
小孔到地面20 cm时 〇 □ □ 〇 〇 〇 〇 △ △
小孔到地面40 cm时 〇 □ □ 〇 〇 〇 〇 △ △
小孔到地面80 cm时 〇 〇 □ 〇 〇 〇 〇 〇 △
小孔到地面120 cm时 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇
小孔到地面200 cm时 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇
小组成员通过分析表格数据,得出了一些结论。请回答下列问题:
(1)由于太阳距我们很远,到达地面的光线几乎平行。所以,当小孔到地面的距离足够小时,地面上的光斑形状与小孔的形状   (填“相同”或“不同”),这不是太阳的像。
(2)要使太阳通过小孔成像,必须注意小孔的大小和小孔到地面的距离。当小孔到地面的距离一定时,小孔越   (填“大”或“小”),地面上就越容易得到太阳的像。
(3)当小孔形状为“☆”时,小孔到地面80 cm时,地面上的光斑形状为“〇”。则小孔到地面120 cm时,地面上的光斑形状为 (填字母序号)。
A.□ B.〇 C.△ D.☆
二、光的反射
4.在“探究光的反射规律”的实验中,如图所示,平面镜M放在水平桌面上,E、F是两块粘接起来的硬纸板,垂直于镜面且可绕ON转动.
(1)如图(a),当E、F在同一平面上时,让入射光线AO沿纸板E射向镜面,在F上可看到反射光线OB,测出入射角和反射角的大小,便立即得出实验结论:反射角等于入射角.你认为这样得出结论    (选填“合理”或“不合理”),原因是    .
(2)若将一束光贴着纸板F沿BO射到O点,光将沿图中的    方向射出,因为在光的反射现象中光路是   的.
(3)如图(b),以法线ON为轴线,把纸板F向后缓慢旋转,在F上    (选填“能”或“不能”)看到反射光线OB,这样做的目的是为了   .
5.小文同学通过以下的实验过程,探究光的反射规律.
【提出问题】光的反射光线与入射光线的位置有什么关系?
【设计与进行实验】
如图甲所示,把一可沿ON折叠的白色硬纸板(作光屏)竖立在水平放置的平面镜上,使一束光紧贴硬纸板射向镜面上的O点.
(1)当一束光贴着左侧纸板沿AO方向射到O点时,在右侧纸板上能看到反射光线OB.实验时,在纸板前不同方位都能看到光的传播途径,这是因为光在光屏上发了   反射.
(2)让光线逆着BO的方向射向镜面O点,会发现反射想沿着OA方向射出,这表明:在光的反射现象中,光路具有   性.由(2)、(3)能发现反射光线与入射光线在同一平面内.
(3)若将右侧纸板向后折转一定的角度,则在右侧纸板上不能看到反射光线.这说明  。
(4)再如图乙所示,若将纸板倾斜,让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面,则右侧纸板上    (选填“能”或“不能”)看到反射光线.
6.为了探究光反射时的规律,实验小组的同学选用了平面镜、纸板、激光器和几种不同颜色的笔,设计了如图所示的实验。
(1)实验中还需要的器材是   。
(2)实验中为了使光束在纸板上显示出来,方便实验研究,应该采取的操作是____(填字母)。
A.向纸板喷烟或雾
B.使光束垂直于纸板射到O点
C.使光束贴着纸板射到O点
(3)改变光束入射的角度,多次实验,换用不同颜色的笔记录每次光的径迹。取下纸板,测量ON两侧的∠i和∠r,将数据记录在下表中,根据数据得出的结论是   。
实验次数 ∠i ∠r
1 70° 70°
2 45° 45°
3 30° 30°
(4)若将一束光贴着纸板沿BO方向射到O点,光将沿图中的OA方向射出,这是因为在反射现象中,   。
三、平面镜成像规律
7.小敏同学在做“探究平面镜成像的特点”的实验时,将一块玻璃板竖直架在水平台上,再选取两段完全相同的蜡烛A和B,点燃玻璃板前的蜡烛A,进行观察,如图所示,在此实验中:
(1)选用器材有玻璃板、火柴、光屏(白纸)、蜡烛、刻度尺。小敏选择玻璃板代替镜子进行实验的目的是   。
(2)选取两段完全相同的蜡烛是为了比较   的关系
(3)移去后面的蜡烛B,并在其所在位置上放一光屏(白纸),则光屏上   (填“能”或“不能”)承接到蜡烛烛焰的像。
(4)小敏将蜡烛逐渐远离玻璃板时,它的像   (填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)魔术师利用了平面镜成像规律,创造了“空间旋转”“飞天仙女”等节目,当演员躺在转盘上做各种动作时,观众所看到的悬在空中做优美动作的演员,只不过是躺在转盘上的演员在平面镜里的像,当然事先要在转盘前安装挡板,使观众看不到转盘及演员,如图所示,如演员横躺在转盘上,当演员的头在左侧,观众可看到演员的像是   (填“正立”“倒立”“横躺”)的。挡板使观众看不到转盘及演员,运用了光   原理。
8.如图是“探究平面镜成像特点”的实验装置.透明玻璃板竖立在直尺上方,且底边与直尺相互垂直,两支相同的蜡烛A、B竖立在玻璃板两侧的直尺上,以蜡烛A为成像物体.
(1)为了便于观察,该实验最好在   (填“较亮”或“较暗”)的环境中进行,且应在      (填“A”或“B”)侧观察蜡烛A经玻璃杯所成的像.
(2)点燃蜡烛A,小心的移动蜡烛B,当看到蜡烛B与蜡烛A的像完全重合时,表面像与物体的大小    .这时,若把蜡烛B换成一光屏,则光屏上   (填“能”或“不能”)承接到蜡烛A的像,这说明平面镜成的是    (填“实”或“虚”)像.
9.在探究“平面镜成像特点”的实验中,小科所在小组的同学们选取一块平板玻璃、两根完全相同的蜡烛A和B、刻度尺、白纸、火柴等器材进行实验,如图甲所示。请回答:
(1)如果有5mm和2mm厚的两块平板玻璃,应选择   mm厚的平板玻璃做实验比较合适。
(2)小科将蜡烛A竖直放在水平桌面的白纸上,点燃蜡烛A,他发现:平板玻璃中蜡烛A的像偏高且倾斜。你认为在图乙所示的1、2、3三幅图中,图   是产生以上实验现象的原因。
(3)在找准像的位置后,小科在白纸上标记出a、b、c三点,如图丙所示;他应分别测出   (填“a、b”、“b、c”或“a、c”)两点到平板玻璃的距离进行比较。
(4)如图所示,小科把四个模型分别面对平板玻璃直立在桌面上,用于研究像与物左右位置关系,最好选用   (填字母编号)。
四、光的折射
10.为了寻找光的色散现象产生的原因,某同学进行了如下探究:选用不同颜色的光(红光、黄光和紫光),分别以不同的入射角i从空气射入玻璃砖中(如图所示),测出折射光线对应的折射角r,结果如下表。(已知:红光在玻璃中的传播速度最快,黄光次之,紫光最慢。)
  红光光源 黄光光源 紫光光源
实验序号 入射角i(度) 折射角r(度) 入射角i(度) 折射角r(度) 入射角i(度) 折射角r(度)
1 25 16.4 25 15.7 25 15.1
2 50 30.7 50 29.4 50 28.2
3 75 40.1 75 38.3 75 36.6
试回答:
(1)为了顺利完成本探究,入射角i的角度不能等于   。
(2)比较实验数据,得出规律:
①同种颜色的光从空气斜射入玻璃砖时,折射角小于入射角;且随着入射角的增大,折射角   。
②不同颜色的光从空气中以相同的入射角斜射入玻璃砖时,    。
11.下面是对太阳光发生色散现象的探究实验。
实验一:用平面镜引入一束日光,通过狭缝照到三棱镜上,如图所示。调整棱镜的方位,在白色光屏上可以看到白光通过棱镜折射后得到的彩色光带。把白纸放在棱镜前,让学生看到照到棱镜上的光是白光,由此得知白光通过棱镜后分解成各种颜色的色光。
实验二:在狭缝前放置红色玻璃(或蓝色玻璃),用白纸显示出照在三棱镜上的光是红光(或蓝光);通过三棱镜后,光改变了传播方向,但不分解,仍然是红光(或蓝光)。
请回答下列问题:
(1)你认为太阳光通过棱镜后在光屏上得到了七色光是因为____。
A.太阳光中含有七色光,通过棱镜后各色光分散开了
B.棱镜中含有七色光,有太阳光通过时各色光分散出来
(2)你得到(1)中答案的根据是什么?
(3)由实验现象可以看出各色光通过棱镜时,哪种光的偏折最大?哪种光的偏折最小?太阳光发生色散的原因是什么?
12.在学习了“光的折射”相关知识后,小明为了进一步探究:人在液体上方不同角度观察液体中同一物体所成像的位置是否发生变化,他利用透明水槽、白色硬纸板、橡皮泥板、激光笔等器材按如图所示装置进行如下实验:
①在水槽底部的顶点位置S处放置一激光笔,并向水槽内加入一定量的清水。
②打开激光笔,让激光沿着硬纸板传播,并调整激光笔与水平面之间的夹角,使折射光线对准水面上方人眼的位置E点。
③用铅笔沿着E1O方向伸入水面以下并戳中橡皮泥板s滚光笔记录凹陷点为A,即为此时人在E1点所看到的激光笔。
④重复步骤②③,使激光笔分别射中水面上方的E2、E3点,并记录橡皮泥板上的凹陷点分别为B、C。
③倒掉水,用刻度尺分别测量顶点S与檬皮泥板上的凹陷点A、B、C之间的距离为S1、S2、S3。
(1)实验中,小明让激光沿着硬纸板传播的目的是   。
(2)若人的视线与液面的夹角越小,观察到物体所成像的位置越浅。则实验中所测量的s,s的大小关系应为   。
(3)为了使实验结论更具普遍性,则小明还应进一步增加怎样的实验?   。
13.小明喝水时,偶然发现透过水面看不见玻璃水杯外侧的手指,他感到很惊奇;玻璃和水都是透明物质,为什么光却不能透过呢?小明决定找出原因,下面是小明的探究过程:
根据光经过的路径,首先想到了这种现象与光的折射有关,为此他根据光从水中射向空气的光路进行了推测,如图甲,光从水中射向空气时,折射角大于入射角,当入射角逐渐增大时,折射角也逐渐增大,那么,当入射角增大到某一值时,会不会……
(1)小明的推测是   。
(2)小明为了验证自己的推测,进行了如图乙所示的实验,实验过程中逐渐增大激光笔射向水面的入射角的角度,当增大到某一角度时,小明观察到   ,证实了自己的推测。
(3)当光从空气射向水中时,也会出现“看不见”的现象吗?说出你的观点并解释:   。
14.小明在探究光的折射规律时,意外发现:当光沿某方向从半圆玻璃砖射向空气时,折射光消失而反射光却变得更亮(如图1),老师告诉他这是光的全反射现象。课后,小明查到光从玻璃射向空气时的一些数据如下表所示:
入射角i 0° 10° 20° 30° 40° 41.2° 41.8° 42°
折射角r 0° 15.2° 30.9° 48.6° 74.6° 81° 90° /
反射能量 5% 7% 26% 43% 77% 84% 100% 100%
(1)分析以上数据可知光从玻璃射向空气时,折射角随入射角的变化关系是:折射角随入射角的增大而   。
(2)光从玻璃射向空气时,当入射角i≥   °时,反射能量达到100%,就发生了全反射现象。
(3)由表格数据可知:图2中图线   (选填 “a”或“b”)反映了上述实验中的入射角与折射角之间的关系。
(4)当光从空气斜射向玻璃时,不能发生全反射现象。原因是折射角   入射角。(选填“>”“=”或“<")
五、凸透镜成像规律
15.探究凸透镜成像规律的实验中:
(1)小红先将凸透镜正对着太阳光,调整凸透镜和白纸间的距离,直到太阳光在白纸上会聚成一个最小最亮的点,如图甲所示,这一操作的目的是   。
(2)实验中,当蜡烛、凸透镜和光屏位于如图乙所示的位置时,小红看到在光屏上成了一个烛焰清晰   (选填“放大”、“等大”或“缩小”)的像,   就是利用这一成像规律工作的(填光学设备名称)。
(3)实验中,如图乙所示的位置,要使烛焰在光屏上所成的像变小,若蜡烛的位置不动,透镜应   (选填“靠近”或“远离”)蜡烛。
(4)实验时,蜡烛越烧越短,光屏上的像向   移动,若用不透明纸遮住透镜的一半,光屏上的像   (选填A.无影响 B.像变为原来的一半 C.能成完整的像,像变暗D不成像)。
(5)我们的眼睛中有类似于凸透镜的结构,眼睛通过睫状肌改变   的形状,使我们能够看清远近不同的物体。现代生活中,智能手机给人们带来了许多便利,但长时间盯着手机屏幕,容易导致视力下降,下列关于近视眼及其矫正原理图正确的是   。
A.甲乙 B.甲丙 C.乙丙 D.丙丁
16.小科班的同学在老师的指导下,用图甲所示的装置探究“凸透镜成像的规律”。
(1)安装好各种器材后,点燃蜡烛,不断改变光屏的位置,但无论如何沿光具座移动光屏,在光屏上始终找不到烛焰的像。出现这一现象的原因可能是
A.蜡烛的焰心、透镜的光心、光屏中心不在同一高度
B.蜡烛到凸透镜的距离小于焦距。
C.蜡烛正好在凸透镜的焦点处
D.光具座太短
(2)对装置进行调整后,小科和小明继续研究凸透镜成像的规律。他们先把凸透镜固定在光具座上10cm处,小科负责将蜡烛从透镜一侧50cm处逐渐向透镜靠近,小明负责观察烛焰的像,并按观察到的像的大小进行编号整理,如图乙所示。实验过程中小科观察到的各个像的先后顺序应为(填序号):   。
(3)某同学在研究凸透镜成像规律的实验中,改变物距(u),移动光屏找到清晰的像,记录像距(v),得到下列一组数据.
u/cm 40 30 20 15 13.3 12.5
v/cm 13.3 15 20 30 40 50
实验过程中凸透镜始终固定在光具座上10cm处,若某次记录时该同学看到了倒立放大的像,此时蜡烛在光具座上可能处于的位置的范围是   。
17.在某次探究凸透镜成像规律的实验中:
(1)小明想知道实验中所用透镜的焦距,做了如图1甲实验,让镜面垂直于阳光,在透镜下面放上白纸与镜面平行,测出透镜与白纸间距s(单位cm)与对应的白纸被烤焦的时间t(单位 min),绘出如图1乙所示的图像,可判断该透镜的焦距f为   cm;
(2)实验前要调整烛焰的焰心、凸透镜和光屏的中心,使它们位于   。如果实验中固 定好透镜和蜡烛后,发现无论如何移动光屏,光屏上只有一个与透镜大小几乎相同的光斑,其原因可能是   ;
(3)实验过程中,燃烧的蜡烛在不断缩短,导致光屏上的像向   (选填“上”或“下”) 移动;为了使烛焰的像能成在光屏中央,在不更换实验器材的情况下,请写出一种可行的方法:   ;
(4)如图1丙,把一块焦距为15cm的凸透镜固定在50cm刻度线位置,蜡烛固定在15cm刻度线位置时,光屏应在   (选填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)区域内左右移动,才能在光屏上得到清晰的   (选填“倒立”或“正立”)实像;
(5)小明在实验中将蜡烛从略大于一倍焦距处逐渐远离凸透镜,该过程中像的大小将   (选填“变大”、“变小”或“等大”),物距u随时间t的变化图像如图2所示, 则像距v与t的大致变化关系为图中的   (选填“A”、“B”、“C”或“D”)。
18.用如图所示的装置做“探究凸透镜成像规律”的实验。
(1)如图甲所示,凸透镜的位置固定。当把发光的小灯泡放在40 cm刻度线处时,移动光屏发现光屏上始终能呈现一个面积大小不变的光斑,则该凸透镜的焦距为   cm。
(2)小明用蜡烛代替小灯泡继续做实验,蜡烛在图乙所示位置时能在光屏上成一清晰的像,则该像是倒立、   (填“放大”“等大”或“缩小”)的实像。
(3)若想使光屏上的烛焰的像变得再大一些,在不改变凸透镜位置的情况下,应将蜡烛向   (填“左”或“右”)适当移动一段距离,再调整光屏的位置。
(4)在图乙中,小明借来物理老师的眼镜,并将其放在凸透镜左侧,发现光屏上的像由清晰变模糊,向右移动光屏又发现清晰的像,说明老师所戴眼镜的镜片是   透镜,老师的视力缺陷是   (填“近视”或“远视”)。
19.如图所示,小科用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律,当向水透镜里注水时,水透镜的焦距将变小;当从水透镜里抽水时,水透镜的焦距将变大。
(1)如图甲所示,一束平行于主光轴的光射向水透镜,在光屏上得到一个最小光斑,则此时水透镜的焦距为8cm。实验前,应调节烛焰、水透镜和光屏三者的中心在   。
(2)小科移动蜡烛、永透镜和光屏至如图乙所示的位置时,恰能在光屏上看到清晰的像,利用此成像特点可制成   (填“照相机”或“投影仪”);若仅将蜡烛和光屏对调,则在光屏上   (填“能”或“不能”)看到清的像。
(3)在如图乙所示的实验场景下,小科把自己的眼镜给水透镜“戴上”(如图丙所示),当从水透镜中抽出适量的水后,他发现烛焰的像再次变得清晰,由此判断小科同学戴的是   (填“近视”或“远视”)眼镜。
20.某物理兴趣小组利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成凹、凸形状可改变的液体透镜,如图所示。
(1)在探究“凸透镜对光线的作用”时,首先在两个透明玻璃长方体容器中充入蚊香烟雾,然后将水注入橡皮膜,制成液体透镜.再将液体透镜放置在两个玻璃容器之间,如图甲所示.让光线沿图示方向射入玻璃容器,经透镜折射后折射光线将   (选填“偏离”或“偏向”)主光轴.如果此时再用注射器向橡皮膜注水,改变液体透镜的凸起程度,则折射光线偏折的程度   (选填“会改变”或“不改变”)。在玻璃容器中充入蚊香烟雾的目的是   。
(2)为了探究“影响液体透镜折光能力强弱的因素”,物理兴趣小组人员做了如下实验:在图甲所示的装置中,保持液体透镜的凸起程度、即形状不变,先后在橡皮膜中注入酒精和煤油,观察光线经不同液体透镜折射后的偏折程度,此时,他们是在探究液体透镜折光能力与   是否有关,在此探究过程中保持液体透镜的凸起程度,即形状不变的具体原因是   。
答案解析部分
1.【答案】(1)A;便于比较像和光源的大小关系
(2)当光源和小孔的位置固定时,像的高度与像距成正比(合理即可)
(3)AB
2.【答案】(1)烛焰和纸筒(小孔)
(2)没有控制孔的大小(面积)相同
(3)小孔越大,成像越明亮
(4)A
3.【答案】(1)相同
(2)小
(3)B
4.【答案】(1)不合理;凭一次实验数据得出结论有偶然性,应进行多次实验
(2)OA;可逆
(3)不能;探究反射光线、入射光线、法线是否在同一平面上
5.【答案】(1)漫
(2)可逆
(3)入射光线、反射光线、法线在同一平面
(4)不能
6.【答案】(1)量角器
(2)C
(3)反射角等于入射角
(4)光路是可逆的
7.【答案】(1)便于确定像的位置
(2)物像大小
(3)不能
(4)不变
(5)正立;在同一种均匀介质中是沿直线传播的
8.【答案】(1)较暗;A
(2)相等;不能;虚
9.【答案】(1)2
(2)2
(3)a、c
(4)A
10.【答案】(1)0°和90°
(2)增大;光在玻璃中传播速度越慢,折射角越小
11.【答案】(1)A
(2)因为实验二中,将太阳光用红色玻璃(或蓝色玻璃)过滤后,只有红光(或蓝光)通过三棱镜时,没有得到七色彩带,而是发现红光(或蓝光)发生了偏折。这说明实验一中彩带的出现是由于太阳光是一种复色光,通过三棱镜时发生了色散。
(3)由实验图可看出紫光通过三棱镜时偏折最大,红光偏折最小。由此可知太阳光发生色散的原因是各色光通过棱镜时偏折程度不同。
12.【答案】(1)将光的传播路径呈现在硬纸板上,便于观察和记录像的位置
(2)s1(3)将水槽中的水更换为其他种类的液体重复上述实验
13.【答案】(1)折射光线消失
(2)光斑消失
(3)不会。光从空气射入水中时,折射角始终小于入射角
14.【答案】(1)增大
(2)41.8
(3)a
(4)<
15.【答案】(1)测量凸透镜的焦距
(2)放大;幻灯机
(3)远离
(4)向上;C
(5)晶状体;A
16.【答案】(1)A;B;C;D
(2)12354
(3)20cm~30cm
17.【答案】(1)12
(2)同一高度;蜡烛在焦点处
(3)上;向上移动光屏或向上移动蜡烛或向下移动凸透镜
(4)Ⅱ;倒立
(5)变小;C
18.【答案】(1)10.0
(2)放大
(3)右
(4)凹;近视
19.【答案】(1)同一高度
(2)照相机;能
(3)远视
20.【答案】(1)偏向;会改变;观察光的路径
(2)液体种类;凸透镜对光的偏折能力与凸透镜的凸起程度有关
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