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专题02 光学必考的三个重点实验
模型解读|模型构建|真题演练|素养通关
高频模型 中考题型与分值分布 命题特点
模型01 探究光的反射定律 (常考点) 选择题、填空题、实验题(2-4分) 一般情况下,各省中考物理命题,光学三个实验部分会出现1道题,常以选择题、填空题、实验题形式出现,分值2—4分。总之,在各省物理试卷里,三个光学实验必考其中一个。
模型02 探究平面镜成像的特点(常考点) 选择题、填空题、实验题(2-4分)
模型03 探究凸透镜成像的规律 (常考点) 选择题、填空题、实验题(2-4分)
模|型|构|建
『模型解读,给思维方法及解题规律』
一、学会探究光的反射规律实验的思路是提高探究能力必备知识
【实验猜想】(1)光的反射光线、入射光线与镜面的夹角相等;(2)反射光线和入射光线关于法线是对称的。
【实验器材】平面镜一块、红色激光笔、直尺、不同颜色的笔、量角器、一张可绕中线折转的白色硬纸片。
【进行实验与收集证据】(1)如图甲所示,把平面镜放在水平桌面上,再将白色硬纸板竖直地立在平面镜上,纸板上的直线ON垂直于镜面,右侧纸板NOF可绕直线ON旋转;
(2)先将纸板EON和纸板NOF处在同一平面内,然后使入射光贴着纸板沿某一角度射向O点,观察反射光的方向。在硬纸板上用笔描出入射光EO和反射光OF的径迹;
(3)改变光束的入射角度,进行多次实验(寻找普遍规律),换用不同颜色的笔记录每次光的径迹;
(4)取下纸板,用量角器分别测量ON两侧的入射角和反射角的大小,并将数据记录在表格中;
(5)如图乙所示,将纸板NOF向前或向后折转,在纸板上观察反射光的径迹。
实验次数 入射角 反射角
1 60° 60°
2 45° 45°
3 30° 30°
…
【分析论证】(1)当纸板EON和NOF在同一平面内时,能观察到反射光的径迹,且入射光、反射光分居发现两侧,反射光线的方向随着入射光线方向的改变而改变;
(2)分析表中的数据可知,反射角等于入射角。反射角随着入射角的减小而减小;
(3)把纸板NOF向前折或向后折时,观察不到反射光的径迹,说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
【实验结论】在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;反射光线、入射光线分别位于法线两侧;反射角等于入射角。
二、学会探究光的反射规律实验的考查点是快速解题的技巧
(1)应在光线较暗的室内进行实验,以便于观察实验现象;
(2)实验时,纸板必须与平面镜垂直,否则在纸板上看不到反射光;
(3)实验过程中严禁将激光对着人眼,以防灼伤眼睛;
(4)通过镜面对入射光的反射作用,可以看出镜子有改变光路的作用;
(5)本实验时一个归纳性实验,改变入射光的方向多次实验的目的是为了得到多组实验数据,从而得出普遍规律,避免实验结论的偶然性。
(6)能根据表格数据总结归纳实验结论:在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;反射光线、入射光线分别位于法线两侧;反射角等于入射角。
【例题1】(2024福建中考真题)探究光的反射定律,实验装置如图1。让一束光贴着光屏射向平面镜的O点,改变入射光线多次实验,数据记录于下表。
序号 入射光线相对法线的位置 反射光线相对法线的位置 入射角i 反射角r
1 左 右 30° 30°
2 左 右 45° 45°
3 左 右 60° 60°
4 右 左 60° 60°
(1)能从不同方向观察到光的传播路径,是因为光在光屏上发生______反射;
(2)分析表中数据得出结论:①反射光线、入射光线分别位于法线______;
②反射角______入射角;
(3)光热电站利用追日镜将太阳光反射到吸热塔用于发电。图2为上午某时刻的光路图,根据上述实验结论推断,随着太阳的运动,追日镜应沿______时针方向旋转,使反射光线射向吸热塔。
【模型1变式1】 (2025武汉市一模)如图所示,为了探究光反射时的规律,把一个平面镜放在水平桌面上,再把一张纸板ENF竖直地立在平面镜上,纸板ENF是用两块纸板连接起来的,纸板NOF可以向前或向后折。下列说法正确的是( )
A. 纸板NOF向前或向后折,是为了探究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内
B. 入射光线靠近ON时,反射光线远离ON
C. 使一束光贴着纸板沿NO方向射到O点,这时没有反射光射出
D. 使用此实验装置不能探究光在反射时光路是否可逆
【模型1变式2】 (2025新疆一模)如图所示为“探究光的反射规律”的实验装置。采用可转折的两部分纸板是为了研究_______、入射光线和法线是否在同一平面内;实验中,从纸板前不同的方向都能看到纸板上光的径迹,是因为光在纸板上发生了______(填“镜面”或“漫”)反射;入射光线AO靠近法线ON时,反射光线OB将______(填“靠近”或“远离”)法线ON。
【模型1变式3】(2025·河南·一模)在“探究光的反射规律”实验中,小明选用了平面镜、硬纸板、激光笔和铅笔进行实验。硬纸板垂直立在平面镜上,纸板由E、F两部分组成,可绕与平面镜垂直的接缝ON转动,如图所示。
(1)实验中还需要的器材是 。硬纸板在实验中除了显示光路,还可以探究反射光线、入射光线和法线;
(2)实验时多次改变入射角的大小进行实验,然后得出结论。多次实验的目的是 ;
(3)光在E纸板上沿AO方向入射,其反射光在F纸板上沿OB方向射出。AO与镜面的夹角为40°时,其对应的反射角大小为 ;让光沿BO方向入射,发现反射光沿OA方向射出,说明在反射现象中 ;
(4)实验时,从硬纸板前不同方向都可以看到纸板上光的径迹,是由于光在纸板上发生了 (选填“镜面反射”或“漫反射”)。
『模型解读,给思维方法及解题规律』
一、学会探究平面镜成像特点实验的思路是提高探究能力必备知识
【提出问题】平面镜成像时,像的位置、大小跟物体的位置、大小有什么关系。
【实验方法】等效替代法
【猜想与假设】平面镜所成的像的大小可能与物体的大小相等,像到平面镜的距离可能物体到平面镜的距离相等。
【实验器材】薄玻璃板一块、支架、笔一只、两支相同的蜡烛、刻度尺、白纸等。
【设计并进行实验】(1)在水平桌面上铺一张白纸,纸上竖立一块薄的玻璃板作为平面镜,在纸上沿着玻璃板画一条直线,这条直线代表玻璃板的位置;
(2)如图所示,把一只点燃的蜡烛放在玻璃板的前面,透过玻璃板进行观察,可以看到它在玻璃板后面的像。再拿一只外形完全相同的蜡烛(未点燃),竖立着在玻璃板后面移动,直到看上去它跟前面的蜡烛的像完全重合。这个位置就是前面那个蜡烛的像的位置;
(3)在纸上记录下两支蜡烛的位置,并注意观察蜡烛的大小和它的像的大小是否相同;
(4)移动点燃的蜡烛,重做实验;
(5)用直线把两次实验中的蜡烛和它的像在纸上的位置连接起来,用量角器测量蜡烛和像连线与镜面的夹角;
(6)用刻度尺分别测量蜡烛和像到玻璃板的距离,将测得的数据记录在表格中
【实验数据】薄玻璃板一块、支架、笔一只、两支相同的蜡烛、刻度尺、白纸等。
次数 蜡烛到平面镜的距离 蜡烛的像到平面镜的距离/cm 蜡烛的像与蜡烛的大小关系 蜡烛的像与蜡烛的连线与镜面位置的关系
1 10 10 等大 垂直
2 15 15 等大 垂直
3 20 20 等大 垂直
4 25 25 等大 垂直
【分析论证】(1)未点燃的蜡烛可以与点燃的蜡烛的像完全重合,说明蜡烛的像的大小与蜡烛大小相等;
(2)由实验数据可知,蜡烛和它的像的连线与镜面垂直,蜡烛的像到平面镜的距离与蜡烛到平面镜的距离相等。
【实验结论】平面镜成像的特点:平面镜所成像的大小与物体大小相等,像和物体到平面镜的距离相等,像和物体的连线与平面镜垂直,即平面镜所成的像与物体关于平面镜对称。
二、学会探究平面镜成像特点实验的考查点是快速解题的技巧
【实验注意事项及主要考查点】
(1)为了使观察到的像更为清晰,实验最好在较暗的环境中进行;
(2)实验中用玻璃板代替平面镜,目的是便于观察和确定像的位置,并比较物像的大小关系,原因是玻璃板既能反射光又能透过光,即透过玻璃板能看到未点燃的蜡烛,也能看到点燃的蜡烛所成的像;
(3)实验应选用较薄的玻璃板。因为玻璃板的前后表面可以各成一个像,当玻璃板较厚时,两个像有较大的错位,难以确定像的位置;
(4)实验中,玻璃板要竖直立在水平桌面上。若玻璃板没有竖直放置,则未点燃的蜡烛和点燃的蜡烛将不能完全重合;
(5)实验中,使用两支完全相同的蜡烛,目的是比较像与物体的大小关系;
(6)用点燃的蜡烛做实验的优点是所成的像比较亮,便于观察;
(7)白纸用于标注玻璃板的位置、蜡烛以及蜡烛的像的位置,刻度尺用于测量蜡烛以及蜡烛的像到玻璃板的距离;
(8)改变蜡烛与玻璃板的距离进行多次实验,是为了寻找普遍规律。
【例题2】(2024湖南中考真题)小明在探究“平面镜成像的特点”时,有以下操作:
(1)如图甲所示,将一张白纸平铺在水平桌面上,并将一块薄玻璃板竖立在白纸中间位置,沿着玻璃板在纸上画一条直线,代表________的位置;
(2)如图乙所示,此时蜡烛2与蜡烛1的像已完全重合。接下来使蜡烛1向远离玻璃板方向移动到某一位置,蜡烛2应向________玻璃板方向移动,才能与蜡烛1的像再次重合;
(3)三次实验物和像的位置记录如图丙所示。他在探究像和物的连线与平面镜的位置关系时,用直线连接图丙中物点A与像点________,完成三次连线后找到了规律。
【模型2变式1】(2025陕西西安·一模)小明利用如图所示的装置,探究平面镜成像的特点。下列说法正确的是( )
A. 用玻璃板代替平面镜,目的是使蜡烛a的像更清晰
B. 使用相同的蜡烛a、b,目的是比较像与物的大小
C. 将光屏放到像的位置,光屏能够承接到像
D. 将蜡烛a靠近玻璃板,它所成的像变大
【模型2变式2】(2025江苏徐州一模)如图所示,在探究平面镜成像的特点时,应将茶色玻璃板____放置在水平桌面上。在玻璃板前放一个棋子A,可以看到它在玻璃板后的像,将另一个相同的棋子B放在玻璃板后,使它与______重合,记下两个棋子的位置,两个位置之间的连线与玻璃板____。
【模型2变式3】(2025河南·一模)用如图甲所示的装置“探究平面镜成像时,像的位置和物体的位置有什么关系”。A、B是两支外形相同的蜡烛,M是有一面镀膜的玻璃板。镀膜玻璃也称反射玻璃,是在玻璃表面涂镀一层合金或金属化合物薄膜,镀膜后增强了对光的反射,又能保证一定的透光性。
(1)将白纸放在水平桌面上,将玻璃板与纸面 放置。沿着玻璃板在纸上画一条直线,代表平面镜的位置;
(2)将蜡烛A放在玻璃板前,用蜡烛B在玻璃板后面移动,直到看上去它跟蜡烛A的像完全重合。如图乙所示,在蜡烛A靠近玻璃板一侧记下物体的位置A1,应该在蜡烛B (选填“靠近”或“远离”)玻璃板一侧记下像的位置B1;
(3)改变蜡烛A的位置重复实验,三次实验在白纸上记录的像与物对应的位置如图丙所示。将白纸沿放置玻璃板的直线对折,发现点B1和A1,B2和A2,B3和A3基本重合。由此可以得出的结论是:平面镜成像时,① ,② ;
(4)完成上述实验后,小明反思实验过程,提出一个质疑:实验中利用玻璃板镀膜的那一面成像,应该在镀膜那一面下边划线,作为平面镜的位置。怎样判断玻璃板哪面镀膜呢?小组同学讨论出一种方法:将铅笔尖分别贴在玻璃板的左右两面,观察到铅笔较清楚的像如图丁所示,由此可以判断镀膜在玻璃板的 (选填“左”或“右”)面。
『模型解读,给思维方法及解题规律』
一、学会探究凸透镜成像规律实验的思路是提高探究能力必备知识
【实验器材】 蜡烛、凸透镜、光屏、火柴、光具座(带刻度尺)
把凸透镜固定在光具座上,再将光屏和点燃的蜡烛分别放置在凸透镜的两侧,调整凸透镜和光屏的高度,并使烛焰、凸透镜、和光屏的中心大致在同一高度上,这可以使像成在光屏中央。
【实验设计】
(1)大于二倍焦距(u>2f)
(2)等于二倍焦距(u=2f)
(3)大于一倍焦距小于二倍焦距(f(4)等于一倍焦距(u=f)
(5)小于一倍焦距(u【实验表格的设计】
成像条件物距(u) 成像的性质 像距(v)
u﹥2f 倒立、缩小的实像 fu=2f 倒立、等大的实像 v=2f
f﹤u﹤2f 倒立、放大的实像 v>2f
u=f 不成像
0﹤u﹤f 正立、放大的虚像
【分析与结论】凸透镜成像特点口诀:
一焦分虚实,二焦分大小;
虚像同侧正,实像异侧倒;
实像物远像近像变小,物近像远像变大。
虚像物远像远像变大。
【交流与反思】
(1)光屏上找不到像、像不完整、像没成在光屏中央的原因?
①烛焰、凸透镜、光屏三者的中心没有在同一高度上;
②物距小于或等于一倍焦距;
③光具座长度有限,光屏不能成像。
(2)用LED灯替代蜡烛的好处?
①成像更清晰、更稳定;
②准确比较物与像的大小。
(3)蜡烛变短(或光源下移),像的位置如何变化?应该如何调节?
①像向上移动;
②将光屏或蜡烛向上移动,或将凸透镜和光屏同时向下移动。
(4)当成实像时,用手挡住透镜的一半,光屏上的像可能有什么变化?
光屏上仍成完整的像,只不过更暗了一些。
(5)成倒立缩小的实像时,交换蜡烛和光屏的位置,像会怎么样?
成倒立放大的实像
(6)光屏上成实像时,换一个焦距小的凸透镜,则光屏应如何移动,才能承接到清晰的像?
靠近凸透镜
(7)光屏上成实像时,在蜡烛和凸透镜之间加一个凹透镜,光屏要如何移动才能重新得到清晰的像?
光屏向右移,远离凸透镜。
(8)保持透镜和光屏位置不变,将蜡烛右移,应在透镜和蜡烛之间加什么透镜,才能在光屏上呈清晰的像?
放个凸透镜,用来聚光。
二、学会探究凸透镜成像规律实验的考查点是快速解题的技巧
(1)确定凸透镜的焦距;根据u=v=2f可求出焦距。关键要看光具座上刻度尺分度值来确定焦距,数值要体现分度值的下一位。
(2)实验器材的放置和调节;烛焰、凸透镜、光屏三者的中心没有在同一高度上。
(3)成像的性质和对应的像距及物距;
记忆理解实验规律表格
成像条件物距(u) 成像的性质 像距(v)
u﹥2f 倒立、缩小的实像 fu=2f 倒立、等大的实像 v=2f
f﹤u﹤2f 倒立、放大的实像 v>2f
u=f 不成像
0﹤u﹤f 正立、放大的虚像
(4)像距随物距变化的规律,像随像距变化的规律;一倍焦距分虚实;二倍焦距分大小;物近像远像变大;物远像近像变小;虚像正立实像倒。
(5)光屏接收不到像的原因
①烛焰、凸透镜、光屏三者的中心没有在同一高度上;
②物距小于或等于一倍焦距;
③光具座长度有限,光屏不能成像。
【例题3】(2024贵州省中考真题)如图所示,用焦距为10cm的凸透镜、高度为6cm的F形光源、光屏和光具座等器材探究凸透镜成像大小的变化规律,通过测量像的高度反映像的大小。
(1)若要测量光源在光屏上所成像的高度,还需要的测量工具是______。
(2)将光源逐渐靠近凸透镜,移动光屏,三次成倒立实像的相关数据记录如表。分析表中数据,可得出结论:凸透镜成实像时,物距变小,像距变______,像变______。
物高6cm
实验次数 1 2 3
物距/cm 30 20 15
像距/cm 15 20 30
像高/cm 3 6 12
(3)继续移动光源至物距为6cm时,发现无论如何移动光屏,均不能在光屏上成像,人眼应从______(选填“光源”或“光屏”)一侧透过凸透镜观察光源的像,此时能否用(1)问中的测量工具直接测出观察到的像高?______(选填“能”或“不能”)。
(4)若保持光源到光屏的距离为45cm不变,仅移动凸透镜改变物距,则上表中第______次实验的成像情况不能探究,理由是:____________。
【模型3变式1】(2025天津一模)在用一凸透镜研究其成像的规律时,某同学得到的部分实验信息如下表所示。根据表中信息判定下列说法正确的是( )
实验次序 物距/cm 像的性质 像距/cm
1 20 倒立、等大、实像
2 30 15
3 15 倒立、放大、实像 30
A. 第1次实验的像距为20cm B. 第2次实验成倒立、缩小的实像
C. 第3次实验成像特点与照相机成像特点相同 D. 若物距是12cm,物体通过透镜所成的像是虚像
【模型3变式2】(2025福建一模)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,用如图所示的实验器材进行实验,若凸透镜的焦距为10cm,将蜡烛放在距离凸透镜______(填“5.0”或“15.0”)cm位置时,移动光屏,可以在光屏上呈现清晰的______(填“缩小”或“放大”)的像。若使光屏上能呈现清晰的等大的像,选用的凸透镜的焦距最大为______cm。
【模型3变式3】(2025湖北一模)在“探究凸透镜成像规律”实验中,有如下操作:
(1)实验前,小刚利用“平行光聚焦法”(如图甲所示)粗略测出凸透镜的焦距。焦距越小,凸透镜对光的会聚作用越_____(选填“强”或“弱”);
(2)小刚将(1)中测过焦距的凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙所示,欲使光屏上成一个清晰的实像,应将光屏________(选填“靠近”或“远离”)凸透镜;
(3)通过步骤(2)的调整,光屏上出现了清晰的像后,某同学将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间,发现光屏上的像变模糊了,此时他应将蜡烛_________(选填“靠近”或“远离”)凸透镜,光屏上才能再次成清晰的像。
题组1. 探究光的反射定律试题精炼
1.(2025海南一模)如图所示,在做“探究光的反射规律”实验时,小明让一束光紧贴纸板A射向O点,纸板B可沿折缝ON前后翻折,下列说法错误的是( )
A.白色纸板上标有刻度是为了测量入射角和反射角的大小
B.让一束光紧贴纸板A射向O点是为了显示出入射光束径迹
C.纸板B向后翻折后,反射光线消失,说明此时没有反射光线
D.多次改变入射光的方向,是为了得到反射角与入射角的大小关系的普遍规律
2. (2025广西一模)如图所示,在探究光反射时的规律实验中,通过实验可知,反射光线、入射光线和法线都在________(选填“同”或“不同”)一平面内,反射角r________ 入射角i。
3. (2025江苏无锡市一模) 探究光的反射规律,器材有:激光笔、平面镜、标有刻度的白色硬纸板(可沿中缝折叠)、白板;
(1)如图甲所示,将一束光照射到平面镜上,它的反射光在光屏上形成一个光斑,保持光在平面镜上的入射点不变,减小入射光与平面镜的夹角,则光屏上的光斑向______(选填“上”或“下”)移动;
(2)利用图乙所示的装置进行探究;
①平面镜水平放置,标有刻度的白色硬纸板竖直地立在平面镜上,使一束光紧贴纸板A,射向镜面上的O点,将纸板B绕接缝ON向前或向后翻折,当纸板B和纸板A在______时,纸板B上能呈现反射光束;
②改变入射光的方向,读出入射角和反射角的大小,将测得的数据记录在表格中,由此可知:反射角与入射角大小______;
实验序号 入射角 反射角
① 30° 30°
② 45° 45°
③ 60° 60°
③用另一束光逆着反射光的方向射到镜面,观察到反射后的光会逆着原来入射光的方向射出,这表明:______;
(3)利用如图丙所示的装置进行探究。让一束光斜射到平面镜上,在入射点O放置白板并调整位置,发现白板只在某一位置能同时呈现入射光和反射光,测得此时白板与镜面成角,说明白板与镜面的位置关系是:______,实验表明:______;
(4)自行车尾灯是由许多角反射器组成的反光装置,角反射器是由互相垂直的反光面组成的。当汽车的灯光照在尾灯上时,司机看到尾灯特别亮,原因是:______。
4.(2025云南一模)“探究光的反射规律”的实验装置如图甲所示,平面镜放在水平桌面上,标有角度(图中未画出)的白色纸板ABCD竖直放置于平面镜上,能绕垂直于CD的ON轴向后折转,在纸板上安装一支可在纸板平面内自由移动的激光笔。
(1)为了更清晰地显示光路,白色硬纸板的表面应 (选填“光滑”或“粗糙”)些;
(2)当入射光线EO与CO的夹角为时,此时入射角的大小为 。当入射光线靠近法线,反射光线 法线;
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后折转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。由此说明:反射光线、法线和入射光线 (选填“在”或“不在”)同一平面内;
(4)如图丙所示,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,入射光线仍能呈现纸板上,且仍紧贴EO入射到平面镜的O点,则反射光线 。
A.向后倾斜,仍在白色纸板上;
B.方向不变,仍然垂直于CD;
C.向前倾斜,角度与纸板和桌面角度大小相等。
题组2.探究平面镜成像的特点试题精炼
5. (2025哈尔滨一模)小明利用如图所示的装置,探究平面镜成像的特点。下列说法正确的是( )
A. 用玻璃板代替平面镜,目的是使蜡烛a的像更清晰
B. 使用相同的蜡烛a、b,目的是比较像与物的大小
C. 将光屏放到像的位置,光屏能够承接到像
D. 将蜡烛a靠近玻璃板,它所成的像变大
6. (2025沈阳一模)如图所示,在“探究平面镜成像的特点”的实验中,对所选择的蜡烛A、B的要求是外形_______(选填“相同”或“不同”);蜡烛A在玻璃板后面的像______(选填“能”或“不能”)在光屏上呈现。
7. (2025青海省一模)某兴趣小组为了验证“人在平面镜中所成的像“近大远小”这个观点是否正确,找来了玻璃板、两只完全相同的蜡烛A和B、白纸、刻度尺、火柴等器材。
(1)探究过程如下:
①如图所示,在桌面上铺一张大白纸,纸上竖立一块玻璃板作为平面镜。沿着玻璃板在纸上画一条直线,代表平面镜的位置;
②将点燃的蜡烛A放在玻璃板前,在玻璃板后移动未点燃的蜡烛B,发现在某一位置蜡烛B与蜡烛A的像能够完全重合,在白纸上标记蜡烛A和B的位置;
③改变蜡烛A的位置,在玻璃板后移动蜡烛B,始终能找到与蜡烛A的像完全重合的位置,标记蜡烛A和B的位置;
④在蜡烛所成像的位置放一张白纸,发现白纸上不能得到蜡烛的像;
⑤用刻度尺分别测量蜡烛A和B到玻璃板的距离数据记录如表2。
表2
次数 蜡烛A到玻璃板的距离/cm 蜡烛A的像到玻璃板的距离/cm 蜡烛的像与蜡烛的大小关系
1 5.02 5.01 相等
2 10.02 1002 相等
3 15.01 15.00 相等
(2)分析了表2的实验数据,得到以下结论:
①像到平面镜的距离和物体到平面镜的距离___________;
②平面镜所成像的大小与物体到平面镜的距离________(选填“有关”或“无关”),说明“人在平面镜中所成的像近大远小”的观点是错误的;
③平面镜所成的像是___________(选填“实像”或“虚像”)。
(3)为了保证实验效果,做这个实验时应选择较______(选填“厚”或“薄”)的玻璃板。
8. (2025齐齐哈尔一模)小明和小聪在探究“平面镜成像”实验中,研究像与物的大小关系时:
(1)小明选择玻璃板进行实验。为了便于比较像和物的大小关系,小明应取来两支_______的蜡烛,在玻璃板一侧点燃蜡烛A,在另一侧将未点燃的蜡烛B放到A像的位置,发现它们完全重合,说明_______。
(2)小聪选择平面镜进行实验。他想用如图所示的方法,把刻度尺贴在平面镜上测出像的高度,你同意他的方法吗?为什么?___________。
(3)利用玻璃板和平面镜都能看到蜡烛A的像,是因为光在它们表面发生_________后进入人眼。经观察对比后发现在玻璃板中成的像稍暗些,其原因是___________。
9.(2025吉林一模)在探究“平面镜成像特点”的实验中。
(1)首先确定像的位置,如图甲,小明将白纸平铺在水平桌面上,将 (选填“平面镜”或“玻璃板”)竖放在白纸上,在一侧点燃蜡烛A,在另一侧将未点燃的蜡烛B在白纸上来回移动,发现蜡烛B与蜡烛A的像能够重合,说明 ;
(2)为了便于比较像与物的大小关系,对蜡烛B的要求是 。实验中若观察到 ,可以得出“像与物大小相等”的结论;
(3)在确定像的位置后,用刻度尺测得一组物距和像距分别为3.00cm、3.00cm,由此得出的结论是:像距等于物距。请指出该过程中的不合理之处 。
题组3.探究凸透镜成像的规律试题精炼
10.(2025河南一模)小明在探究凸透镜成像规律时,安装好器材,调节蜡烛、凸透镜与光屏在如图所示的位置,在光屏上得到清晰、等大的像,下列说法中正确的是( )
A.该凸透镜的焦距为20cm
B.保持凸透镜位置不动,将蜡烛移至15cm刻度线处,此时与照相机的原理相同
C.实验过程中,蜡烛烧短之后,成像会在光屏的下方
D.保持蜡烛与凸透镜位置不变,在它们之间放一近视眼镜,需要将光屏向左移动才能成清晰的像
11. (2025河北省一模)在探究“凸透镜成像规律”的实验中,已知凸透镜的焦距为10cm。如图,凸透镜固定在光具座的50cm刻线处,通过移动蜡烛和调节光屏的位置来进行探究实验。下列说法中正确的是( )
A. 将蜡烛移到刻线处,光屏上呈现倒立放大的实像
B. 将蜡烛移到刻线处,光屏上呈现正立放大的虚像
C. 将蜡烛移到刻线处,成像特点与照相机成像特点相同
D. 将蜡烛从刻线处移向刻线处的过程中,光屏上呈现的像会变大
12. (2025大连市一模)物理科技小组在做探究凸透镜成像规律的实验过程中,某次实验操作时,蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示,烛焰在光屏上恰好成清晰的倒立、等大的实像。则下列说法正确的是( )
A. 该凸透镜的焦距是10.0cm
B. 将蜡烛放置在光具座的25cm刻度线处,调整光屏与凸透镜的距离,烛焰在光屏上成清晰的像时,该像的性质与照相机成像的性质相同
C. 将蜡烛放置在光具座的35cm刻度线处,调整光屏与凸透镜的距离,烛焰在光屏上成清晰的像时,该像的性质与投影仪成像的性质相同
D. 将蜡烛放置在光具座的45cm刻度线处,调整光屏与凸透镜的距离,烛焰在光屏上可成清晰的正立、放大的虚像
13. (2025四川遂宁一模)亮亮在探究凸透镜成像规律时,用甲图所示的方法测凸透镜的焦距,图中光屏上呈现最小最亮的光斑,则该凸透镜的焦距是_________cm(估读到分度值的下一位)。当凸透镜和蜡烛的位置如乙图所示时,光屏上呈现一个清晰的像,此时成像的原理与_________(选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”)相同。
14. (2025重庆一模)在“探究凸透镜成像的规律”实验中,蜡烛燃烧一段时间后,烛焰、凸透镜和光屏的位置如图2所示,此时在光屏上观察到清晰的烛焰的像,要使像成在光屏中央,应将蜡烛的支架向________调节,在光屏上所成的像是倒立、________的实像,这与生活中________(选填“眼睛”或“放大镜”)的成像原理相同。
15. (2025湖北一模)同学们参观博物馆时发现一件秦代木牍前放置着凸透镜,通过凸透镜看到的情景如图甲。为了弄清其原理,他们进行了如下探究。
(1)如图乙,用太阳光照射凸透镜,移动光屏直至光屏上出现一个最小最亮的光斑,此凸透镜的焦距为_________cm;
(2)如图丙,将蜡烛放在较远处,移动光屏使光屏上呈现清晰的实像,观察像的性质,测出物距和像距;逐次改变物距,重复上述操作,实验记录如下表;
序号 物距/cm 像的性质 像距/cm
正倒 大小
1 24.0 倒立 缩小 17.2
2 22.0 倒立 缩小 18.8
3 20.0 倒立 等大 20.0
4 18.0 倒立 放大 22.4
5 16.0 倒立 放大 27.0
……
凸透镜成缩小实像时,物距_________(填“>”“<”或“=”)像距;
(3)小宇受第4、5组实验结果启发,推测文物与其前方凸透镜的距离u和凸透镜焦距f的关系为时,放大的像。小丽对小宇的观点提出了质疑,她继续减小物距,发现蜡烛在某位置时,无论怎样移动光屏,光屏上都看不到像。小丽撤去光屏,从图丙中_________侧(填“A”或“B”)向透镜方向观察,看到了正立放大的像,测得物距为8.0cm,她推测u和f的关系应为。_________的推测合理,理由是______。
16. (2025江苏扬州一模)小明在学习了凸透镜成像的规律后,继续深入探究,选用题表中某一规格的凸透镜做实验,调整好器材后如题图甲所示,此时烛焰在光屏上成放大的像;
凸透镜编号 焦距/cm 直径/cm
① 5 3.5
② 5 4.5
③ 10 4.5
④ 15 4.5
(1)光屏上的像是实像还是虚像? ;
(2)一段时间后,小明发现烛焰的像如图乙所示,此时将蜡烛向 调节可以使烛焰的像移到光屏中央;
(3)小明选的凸透镜焦距为 cm;
(4)小明将蜡烛换成F字光源,调整了光源和光屏的位置,在光屏上仍可观察到清晰的像,如题图所示,则小明看到的像应是 (选填字母);
(5)小明认为凸透镜成像的规律还可能与凸透镜的直径有关;若要验证其猜想,则可在题表中选取编号为 两个凸透镜进行实验验证。
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21世纪教育网(www.21cnjy.com)专题02 光学必考的三个重点实验
模型解读|模型构建|真题演练|素养通关
高频模型 中考题型与分值分布 命题特点
模型01 探究光的反射定律 (常考点) 选择题、填空题、实验题(2-4分) 一般情况下,各省中考物理命题,光学三个实验部分会出现1道题,常以选择题、填空题、实验题形式出现,分值2—4分。总之,在各省物理试卷里,三个光学实验必考其中一个。
模型02 探究平面镜成像的特点(常考点) 选择题、填空题、实验题(2-4分)
模型03 探究凸透镜成像的规律 (常考点) 选择题、填空题、实验题(2-4分)
模|型|构|建
『模型解读,给思维方法及解题规律』
一、学会探究光的反射规律实验的思路是提高探究能力必备知识
【实验猜想】(1)光的反射光线、入射光线与镜面的夹角相等;(2)反射光线和入射光线关于法线是对称的。
【实验器材】平面镜一块、红色激光笔、直尺、不同颜色的笔、量角器、一张可绕中线折转的白色硬纸片。
【进行实验与收集证据】(1)如图甲所示,把平面镜放在水平桌面上,再将白色硬纸板竖直地立在平面镜上,纸板上的直线ON垂直于镜面,右侧纸板NOF可绕直线ON旋转;
(2)先将纸板EON和纸板NOF处在同一平面内,然后使入射光贴着纸板沿某一角度射向O点,观察反射光的方向。在硬纸板上用笔描出入射光EO和反射光OF的径迹;
(3)改变光束的入射角度,进行多次实验(寻找普遍规律),换用不同颜色的笔记录每次光的径迹;
(4)取下纸板,用量角器分别测量ON两侧的入射角和反射角的大小,并将数据记录在表格中;
(5)如图乙所示,将纸板NOF向前或向后折转,在纸板上观察反射光的径迹。
实验次数 入射角 反射角
1 60° 60°
2 45° 45°
3 30° 30°
…
【分析论证】(1)当纸板EON和NOF在同一平面内时,能观察到反射光的径迹,且入射光、反射光分居发现两侧,反射光线的方向随着入射光线方向的改变而改变;
(2)分析表中的数据可知,反射角等于入射角。反射角随着入射角的减小而减小;
(3)把纸板NOF向前折或向后折时,观察不到反射光的径迹,说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
【实验结论】在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;反射光线、入射光线分别位于法线两侧;反射角等于入射角。
二、学会探究光的反射规律实验的考查点是快速解题的技巧
(1)应在光线较暗的室内进行实验,以便于观察实验现象;
(2)实验时,纸板必须与平面镜垂直,否则在纸板上看不到反射光;
(3)实验过程中严禁将激光对着人眼,以防灼伤眼睛;
(4)通过镜面对入射光的反射作用,可以看出镜子有改变光路的作用;
(5)本实验时一个归纳性实验,改变入射光的方向多次实验的目的是为了得到多组实验数据,从而得出普遍规律,避免实验结论的偶然性。
(6)能根据表格数据总结归纳实验结论:在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;反射光线、入射光线分别位于法线两侧;反射角等于入射角。
【例题1】(2024福建中考真题)探究光的反射定律,实验装置如图1。让一束光贴着光屏射向平面镜的O点,改变入射光线多次实验,数据记录于下表。
序号 入射光线相对法线的位置 反射光线相对法线的位置 入射角i 反射角r
1 左 右 30° 30°
2 左 右 45° 45°
3 左 右 60° 60°
4 右 左 60° 60°
(1)能从不同方向观察到光的传播路径,是因为光在光屏上发生______反射;
(2)分析表中数据得出结论:①反射光线、入射光线分别位于法线______;
②反射角______入射角;
(3)光热电站利用追日镜将太阳光反射到吸热塔用于发电。图2为上午某时刻的光路图,根据上述实验结论推断,随着太阳的运动,追日镜应沿______时针方向旋转,使反射光线射向吸热塔。
【答案】 (1)漫 (2) 两侧 等于 (3) 逆
【解析】(1)因为光在光屏上发生漫反射,所以能从不同方向观察到光的传播路径。
(2)①分析表格中入射光线相对法线的位置、反射光线相对法线的位置,总是左右相反的,所以反射光线、入射光线分别位于法线两侧。
②分析表格中多组入射角i和反射角r,他们的大小相等,所以反射角等于入射角。
(3)根据图2可知,此时上午某时刻的光路图,说明太阳要逆时针方向运动,入射角变小,反射角也要变小,为了保证使反射光线射向吸热塔,追日镜也要沿逆时针方向旋转。
【模型1变式1】 (2025武汉市一模)如图所示,为了探究光反射时的规律,把一个平面镜放在水平桌面上,再把一张纸板ENF竖直地立在平面镜上,纸板ENF是用两块纸板连接起来的,纸板NOF可以向前或向后折。下列说法正确的是( )
A. 纸板NOF向前或向后折,是为了探究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内
B. 入射光线靠近ON时,反射光线远离ON
C. 使一束光贴着纸板沿NO方向射到O点,这时没有反射光射出
D. 使用此实验装置不能探究光在反射时光路是否可逆
【答案】A
【解析】A.纸板NOF向前或向后折,是为了探究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内,故A正确;
B.入射光线靠近ON时,由光的反射定律可知,反射光线会靠近ON,故B错误;
C.使一束光贴着纸板沿NO方向射到O点,这时反射光线与入射光线重合,故C错误;
D.使用此实验装置能探究光在反射时光路是否可逆,只要将一束光沿着反射光线方向射向O点,故D错误。故选A。
【模型1变式2】 (2025新疆一模)如图所示为“探究光的反射规律”的实验装置。采用可转折的两部分纸板是为了研究_______、入射光线和法线是否在同一平面内;实验中,从纸板前不同的方向都能看到纸板上光的径迹,是因为光在纸板上发生了______(填“镜面”或“漫”)反射;入射光线AO靠近法线ON时,反射光线OB将______(填“靠近”或“远离”)法线ON。
【答案】 反射光线 漫 靠近
【解析】采用可转折的两部分纸板是为了研究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内,当纸板不转折时,竖直立在平面镜上,此时从A点入射,可以在纸板上看到反射光线,若纸板沿法线向后翻折,反射光线仍然在原来的位置,而两纸板不在同一平面内,故只能看到入射光线,看不到反射光线,故说明光的反射定律中反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
从纸板前不同的方向都能看到纸板上光的径迹,因为纸板凹凸不平,是粗糙的,发生了漫反射。
入射光线AO靠近法线ON时,入射角变小,则反射角变小,反射光线也靠近法线。
【模型1变式3】(2025·河南·一模)在“探究光的反射规律”实验中,小明选用了平面镜、硬纸板、激光笔和铅笔进行实验。硬纸板垂直立在平面镜上,纸板由E、F两部分组成,可绕与平面镜垂直的接缝ON转动,如图所示。
(1)实验中还需要的器材是 。硬纸板在实验中除了显示光路,还可以探究反射光线、入射光线和法线;
(2)实验时多次改变入射角的大小进行实验,然后得出结论。多次实验的目的是 ;
(3)光在E纸板上沿AO方向入射,其反射光在F纸板上沿OB方向射出。AO与镜面的夹角为40°时,其对应的反射角大小为 ;让光沿BO方向入射,发现反射光沿OA方向射出,说明在反射现象中 ;
(4)实验时,从硬纸板前不同方向都可以看到纸板上光的径迹,是由于光在纸板上发生了 (选填“镜面反射”或“漫反射”)。
【答案】(1)量角器;(2)使结论具有普遍性;(3)50°,光路是可逆的;(5)漫反射.
【详解】(1)为了探究光的反射规律,需要测量反射角、入射角的大小,故需要用到量角器。
(2)为了比较反射角与入射角的关系,多次改变入射角进行实验的目的是从大量数据中寻找普遍规律,使结论具有普遍性。
(3)AO与镜面的夹角为40°,则入射角大小为90°-40°=50°
由于反射角等于入射角,所以对应的反射角大小为50°。
让光沿BO方向入射,发现反射光沿OA方向射出,可知将反射光线改为入射光线,光路图照样成立,这表明:在光的反射现象中,光路是可逆的。
(4)从硬纸板前不同方向都可以看到纸板上光的径迹,是由于光在纸板上发生了漫反射。
『模型解读,给思维方法及解题规律』
一、学会探究平面镜成像特点实验的思路是提高探究能力必备知识
【提出问题】平面镜成像时,像的位置、大小跟物体的位置、大小有什么关系。
【实验方法】等效替代法
【猜想与假设】平面镜所成的像的大小可能与物体的大小相等,像到平面镜的距离可能物体到平面镜的距离相等。
【实验器材】薄玻璃板一块、支架、笔一只、两支相同的蜡烛、刻度尺、白纸等。
【设计并进行实验】(1)在水平桌面上铺一张白纸,纸上竖立一块薄的玻璃板作为平面镜,在纸上沿着玻璃板画一条直线,这条直线代表玻璃板的位置;
(2)如图所示,把一只点燃的蜡烛放在玻璃板的前面,透过玻璃板进行观察,可以看到它在玻璃板后面的像。再拿一只外形完全相同的蜡烛(未点燃),竖立着在玻璃板后面移动,直到看上去它跟前面的蜡烛的像完全重合。这个位置就是前面那个蜡烛的像的位置;
(3)在纸上记录下两支蜡烛的位置,并注意观察蜡烛的大小和它的像的大小是否相同;
(4)移动点燃的蜡烛,重做实验;
(5)用直线把两次实验中的蜡烛和它的像在纸上的位置连接起来,用量角器测量蜡烛和像连线与镜面的夹角;
(6)用刻度尺分别测量蜡烛和像到玻璃板的距离,将测得的数据记录在表格中
【实验数据】薄玻璃板一块、支架、笔一只、两支相同的蜡烛、刻度尺、白纸等。
次数 蜡烛到平面镜的距离 蜡烛的像到平面镜的距离/cm 蜡烛的像与蜡烛的大小关系 蜡烛的像与蜡烛的连线与镜面位置的关系
1 10 10 等大 垂直
2 15 15 等大 垂直
3 20 20 等大 垂直
4 25 25 等大 垂直
【分析论证】(1)未点燃的蜡烛可以与点燃的蜡烛的像完全重合,说明蜡烛的像的大小与蜡烛大小相等;
(2)由实验数据可知,蜡烛和它的像的连线与镜面垂直,蜡烛的像到平面镜的距离与蜡烛到平面镜的距离相等。
【实验结论】平面镜成像的特点:平面镜所成像的大小与物体大小相等,像和物体到平面镜的距离相等,像和物体的连线与平面镜垂直,即平面镜所成的像与物体关于平面镜对称。
二、学会探究平面镜成像特点实验的考查点是快速解题的技巧
【实验注意事项及主要考查点】
(1)为了使观察到的像更为清晰,实验最好在较暗的环境中进行;
(2)实验中用玻璃板代替平面镜,目的是便于观察和确定像的位置,并比较物像的大小关系,原因是玻璃板既能反射光又能透过光,即透过玻璃板能看到未点燃的蜡烛,也能看到点燃的蜡烛所成的像;
(3)实验应选用较薄的玻璃板。因为玻璃板的前后表面可以各成一个像,当玻璃板较厚时,两个像有较大的错位,难以确定像的位置;
(4)实验中,玻璃板要竖直立在水平桌面上。若玻璃板没有竖直放置,则未点燃的蜡烛和点燃的蜡烛将不能完全重合;
(5)实验中,使用两支完全相同的蜡烛,目的是比较像与物体的大小关系;
(6)用点燃的蜡烛做实验的优点是所成的像比较亮,便于观察;
(7)白纸用于标注玻璃板的位置、蜡烛以及蜡烛的像的位置,刻度尺用于测量蜡烛以及蜡烛的像到玻璃板的距离;
(8)改变蜡烛与玻璃板的距离进行多次实验,是为了寻找普遍规律。
【例题2】(2024湖南中考真题)小明在探究“平面镜成像的特点”时,有以下操作:
(1)如图甲所示,将一张白纸平铺在水平桌面上,并将一块薄玻璃板竖立在白纸中间位置,沿着玻璃板在纸上画一条直线,代表________的位置;
(2)如图乙所示,此时蜡烛2与蜡烛1的像已完全重合。接下来使蜡烛1向远离玻璃板方向移动到某一位置,蜡烛2应向________玻璃板方向移动,才能与蜡烛1的像再次重合;
(3)三次实验物和像的位置记录如图丙所示。他在探究像和物的连线与平面镜的位置关系时,用直线连接图丙中物点A与像点________,完成三次连线后找到了规律。
【答案】(1)平面镜 (2) 远离 (3) B
【解析】(1)沿着玻璃板在纸上画一条直线,代表平面镜的位置。
(2)平面镜成的像与物体大小是相等的且关于镜面对称,所以蜡烛1向远离玻璃板方向移动时,蜡烛2也应向远离玻璃板方向移动。
(3)像和物的连线与平面镜的位置关系应该为垂直,物点A对应的像点应该为B,所以应该用直线连接图丙中物点A与像点B。
【模型2变式1】(2025陕西西安·一模)小明利用如图所示的装置,探究平面镜成像的特点。下列说法正确的是( )
A. 用玻璃板代替平面镜,目的是使蜡烛a的像更清晰
B. 使用相同的蜡烛a、b,目的是比较像与物的大小
C. 将光屏放到像的位置,光屏能够承接到像
D. 将蜡烛a靠近玻璃板,它所成的像变大
【答案】B
【解析】A.用玻璃板代替平面镜,目的是为了确定像的位置,故A错误;
B.在平面镜成像实验中为了比较物与像的大小,选用两支完全相同的蜡烛完成实验,故B正确;
C.平面镜成的像是虚像,光屏承接不到,故C错误;
D.平面镜成的像与物关于平面镜对称,所以当蜡烛a靠近玻璃板,它所成的像不变,故D错误。
【模型2变式2】(2025江苏徐州一模)如图所示,在探究平面镜成像的特点时,应将茶色玻璃板____放置在水平桌面上。在玻璃板前放一个棋子A,可以看到它在玻璃板后的像,将另一个相同的棋子B放在玻璃板后,使它与______重合,记下两个棋子的位置,两个位置之间的连线与玻璃板____。
【答案】 竖直 棋子A的像 垂直
【解析】做“探究平面镜成像的特点”实验,玻璃板应竖直放置在水平桌面上,玻璃板没有竖直放置,前面蜡烛所成的像可能偏高或偏低,这样前面蜡烛的像与后面的蜡烛就无法重合了。
一边移动棋子B,一边用眼睛透过玻璃板观察B,直到B与A的像完全重合,A、B两个棋子完全相同,在比较像与物的大小关系时,棋子B的作用是替代棋子A,与棋子A的像比较大小。
根据平面镜成像的特点可知,像和物的连线与玻璃板是垂直的。
【模型2变式3】(2025河南·一模)用如图甲所示的装置“探究平面镜成像时,像的位置和物体的位置有什么关系”。A、B是两支外形相同的蜡烛,M是有一面镀膜的玻璃板。镀膜玻璃也称反射玻璃,是在玻璃表面涂镀一层合金或金属化合物薄膜,镀膜后增强了对光的反射,又能保证一定的透光性。
(1)将白纸放在水平桌面上,将玻璃板与纸面 放置。沿着玻璃板在纸上画一条直线,代表平面镜的位置;
(2)将蜡烛A放在玻璃板前,用蜡烛B在玻璃板后面移动,直到看上去它跟蜡烛A的像完全重合。如图乙所示,在蜡烛A靠近玻璃板一侧记下物体的位置A1,应该在蜡烛B (选填“靠近”或“远离”)玻璃板一侧记下像的位置B1;
(3)改变蜡烛A的位置重复实验,三次实验在白纸上记录的像与物对应的位置如图丙所示。将白纸沿放置玻璃板的直线对折,发现点B1和A1,B2和A2,B3和A3基本重合。由此可以得出的结论是:平面镜成像时,① ,② ;
(4)完成上述实验后,小明反思实验过程,提出一个质疑:实验中利用玻璃板镀膜的那一面成像,应该在镀膜那一面下边划线,作为平面镜的位置。怎样判断玻璃板哪面镀膜呢?小组同学讨论出一种方法:将铅笔尖分别贴在玻璃板的左右两面,观察到铅笔较清楚的像如图丁所示,由此可以判断镀膜在玻璃板的 (选填“左”或“右”)面。
【答案】(1)垂直 (2)靠近 (3) 像与物到镜面的距离相等 像与物连线与镜面垂直(4)左
【解析】(1)为了便于找到像,将白纸放在水平桌面上,将玻璃板与纸面垂直放置。
(2)像与物体关于平面镜对称,如图乙所示,在蜡烛A靠近玻璃板一侧记下物体的位置A1,应该在蜡烛B靠近玻璃板一侧记下像的位置B1。
(3)将白纸沿放置玻璃板的直线对折,发现点B1和A1,B2和A2,B3和A3基本重合,结合数学知识,可以得出的结论是:①像与物到镜面的距离相等;②像与物连线与镜面垂直。
(4)镀膜那一面,反射效果好为反射面,将铅笔尖分别贴在玻璃板的左右两面,观察到铅笔较清楚的像如图丁左所示,由像与物体关于平面镜对称可知,左侧为反射面,由此可以判断镀膜在玻璃板的左面。
『模型解读,给思维方法及解题规律』
一、学会探究凸透镜成像规律实验的思路是提高探究能力必备知识
【实验器材】 蜡烛、凸透镜、光屏、火柴、光具座(带刻度尺)
把凸透镜固定在光具座上,再将光屏和点燃的蜡烛分别放置在凸透镜的两侧,调整凸透镜和光屏的高度,并使烛焰、凸透镜、和光屏的中心大致在同一高度上,这可以使像成在光屏中央。
【实验设计】
(1)大于二倍焦距(u>2f)
(2)等于二倍焦距(u=2f)
(3)大于一倍焦距小于二倍焦距(f(4)等于一倍焦距(u=f)
(5)小于一倍焦距(u【实验表格的设计】
成像条件物距(u) 成像的性质 像距(v)
u﹥2f 倒立、缩小的实像 fu=2f 倒立、等大的实像 v=2f
f﹤u﹤2f 倒立、放大的实像 v>2f
u=f 不成像
0﹤u﹤f 正立、放大的虚像
【分析与结论】凸透镜成像特点口诀:
一焦分虚实,二焦分大小;
虚像同侧正,实像异侧倒;
实像物远像近像变小,物近像远像变大。
虚像物远像远像变大。
【交流与反思】
(1)光屏上找不到像、像不完整、像没成在光屏中央的原因?
①烛焰、凸透镜、光屏三者的中心没有在同一高度上;
②物距小于或等于一倍焦距;
③光具座长度有限,光屏不能成像。
(2)用LED灯替代蜡烛的好处?
①成像更清晰、更稳定;
②准确比较物与像的大小。
(3)蜡烛变短(或光源下移),像的位置如何变化?应该如何调节?
①像向上移动;
②将光屏或蜡烛向上移动,或将凸透镜和光屏同时向下移动。
(4)当成实像时,用手挡住透镜的一半,光屏上的像可能有什么变化?
光屏上仍成完整的像,只不过更暗了一些。
(5)成倒立缩小的实像时,交换蜡烛和光屏的位置,像会怎么样?
成倒立放大的实像
(6)光屏上成实像时,换一个焦距小的凸透镜,则光屏应如何移动,才能承接到清晰的像?
靠近凸透镜
(7)光屏上成实像时,在蜡烛和凸透镜之间加一个凹透镜,光屏要如何移动才能重新得到清晰的像?
光屏向右移,远离凸透镜。
(8)保持透镜和光屏位置不变,将蜡烛右移,应在透镜和蜡烛之间加什么透镜,才能在光屏上呈清晰的像?
放个凸透镜,用来聚光。
二、学会探究凸透镜成像规律实验的考查点是快速解题的技巧
(1)确定凸透镜的焦距;根据u=v=2f可求出焦距。关键要看光具座上刻度尺分度值来确定焦距,数值要体现分度值的下一位。
(2)实验器材的放置和调节;烛焰、凸透镜、光屏三者的中心没有在同一高度上。
(3)成像的性质和对应的像距及物距;
记忆理解实验规律表格
成像条件物距(u) 成像的性质 像距(v)
u﹥2f 倒立、缩小的实像 fu=2f 倒立、等大的实像 v=2f
f﹤u﹤2f 倒立、放大的实像 v>2f
u=f 不成像
0﹤u﹤f 正立、放大的虚像
(4)像距随物距变化的规律,像随像距变化的规律;一倍焦距分虚实;二倍焦距分大小;物近像远像变大;物远像近像变小;虚像正立实像倒。
(5)光屏接收不到像的原因
①烛焰、凸透镜、光屏三者的中心没有在同一高度上;
②物距小于或等于一倍焦距;
③光具座长度有限,光屏不能成像。
【例题3】(2024贵州省中考真题)如图所示,用焦距为10cm的凸透镜、高度为6cm的F形光源、光屏和光具座等器材探究凸透镜成像大小的变化规律,通过测量像的高度反映像的大小。
(1)若要测量光源在光屏上所成像的高度,还需要的测量工具是______。
(2)将光源逐渐靠近凸透镜,移动光屏,三次成倒立实像的相关数据记录如表。分析表中数据,可得出结论:凸透镜成实像时,物距变小,像距变______,像变______。
物高6cm
实验次数 1 2 3
物距/cm 30 20 15
像距/cm 15 20 30
像高/cm 3 6 12
(3)继续移动光源至物距为6cm时,发现无论如何移动光屏,均不能在光屏上成像,人眼应从______(选填“光源”或“光屏”)一侧透过凸透镜观察光源的像,此时能否用(1)问中的测量工具直接测出观察到的像高?______(选填“能”或“不能”)。
(4)若保持光源到光屏的距离为45cm不变,仅移动凸透镜改变物距,则上表中第______次实验的成像情况不能探究,理由是:____________。
【答案】 (1)刻度尺 (2)大 大 (3)光屏 不能 (4)2 第2次实验时,物距和像距之和为40cm,小于45cm
【解析】(1)要测量光源在光屏上所成像的高度,需要长度的测量工具刻度尺。
(2)由表中数据可知,随着物距变小,像距逐渐变大,像的高度变大,则像变大。
(3)移动光源至物距为6cm时,此时物距小于焦距,成虚像,要观察到虚像,人眼应从光屏一侧透过凸透镜观察。
因为虚像不是实际光线会聚得到的,不能呈现在光屏上,则不能用刻度尺测量像的大小。
(4)若保持光源到光屏的距离为45cm不变,若能成清晰的像,物距像距之和应为45cm,而第2次实验时,物距和像距之和为40cm,小于45cm,则第2次实验的成像情况不能探究。
【模型3变式1】(2025天津一模)在用一凸透镜研究其成像的规律时,某同学得到的部分实验信息如下表所示。根据表中信息判定下列说法正确的是( )
实验次序 物距/cm 像的性质 像距/cm
1 20 倒立、等大、实像
2 30 15
3 15 倒立、放大、实像 30
A. 第1次实验的像距为20cm B. 第2次实验成倒立、缩小的实像
C. 第3次实验成像特点与照相机成像特点相同 D. 若物距是12cm,物体通过透镜所成的像是虚像
【答案】AB
【解析】A.当物距为20cm时,成倒立、等大的实像,则物距等于二倍焦距,即f=10cm,此时像距等于物距,也为20cm,故A正确;
B.当物距为30cm时,物距大于二倍焦距,所以此时成倒立缩小的实像,故B正确;
C.当物距为15cm时,物距大于一倍焦距小于二倍焦距,所以此时成倒立放大的实像,其应用是幻灯机或投影仪,而照相机是根据物距大于二倍焦距时,成倒立缩小实像的原理制成的,故C错误;
D.若物距是12cm,即物距大于一倍焦距小于二倍焦距,所以此时成倒立放大的实像,故D错误。
故选AB。
【模型3变式2】(2025福建一模)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,用如图所示的实验器材进行实验,若凸透镜的焦距为10cm,将蜡烛放在距离凸透镜______(填“5.0”或“15.0”)cm位置时,移动光屏,可以在光屏上呈现清晰的______(填“缩小”或“放大”)的像。若使光屏上能呈现清晰的等大的像,选用的凸透镜的焦距最大为______cm。
【答案】 15.0 放大 25
【解析】凸透镜的焦距为10cm,要能在光屏上呈现清晰的像,则蜡烛到凸透镜的距离物距一定到大于一倍焦距,即10cm,故选择15.0cm。
当物距等于15.0cm时,物距在一倍焦距和两倍焦距之间,成倒立、放大的实像。
如图所示的实验器材光具座总长度为100cm,在光屏上成等大的实像,一定物距等于像距等于两倍焦距,即
因此焦距最大为25cm。
【模型3变式3】(2025湖北一模)在“探究凸透镜成像规律”实验中,有如下操作:
(1)实验前,小刚利用“平行光聚焦法”(如图甲所示)粗略测出凸透镜的焦距。焦距越小,凸透镜对光的会聚作用越_____(选填“强”或“弱”);
(2)小刚将(1)中测过焦距的凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙所示,欲使光屏上成一个清晰的实像,应将光屏________(选填“靠近”或“远离”)凸透镜;
(3)通过步骤(2)的调整,光屏上出现了清晰的像后,某同学将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间,发现光屏上的像变模糊了,此时他应将蜡烛_________(选填“靠近”或“远离”)凸透镜,光屏上才能再次成清晰的像。
【答案】(1)强 (2)靠近 (3)远离
【解析】(1)凸透镜对光具有会聚作用,凸透镜的焦距越小,说明焦点距离光心越近,透镜对光线的折射作用越强。
(2)由图甲可知,凸透镜的焦距为
当凸透镜、蜡烛以及光屏放置在光具座上的位置如图乙时,物距为
则物距与焦距的关系是u>2f,根据凸透镜的成像规律可知:u>2f,则
成倒立缩小实像,所以光屏应在1倍焦距与2倍焦距之间,在光具座的60cm到70cm之间,光屏应靠近凸透镜。
(3)将自己的近视眼镜取下来放在蜡烛和凸透镜之间,由于近视眼镜是凹透镜,对光线起发散作用,成像远离凸透镜,所以应将光屏远离凸透镜,光屏上才能再次成清晰的像。
题组1. 探究光的反射定律试题精炼
1.(2025海南一模)如图所示,在做“探究光的反射规律”实验时,小明让一束光紧贴纸板A射向O点,纸板B可沿折缝ON前后翻折,下列说法错误的是( )
A.白色纸板上标有刻度是为了测量入射角和反射角的大小
B.让一束光紧贴纸板A射向O点是为了显示出入射光束径迹
C.纸板B向后翻折后,反射光线消失,说明此时没有反射光线
D.多次改变入射光的方向,是为了得到反射角与入射角的大小关系的普遍规律
【答案】C
【解析】A.白色纸板上标有刻度是为了测量入射角和反射角的大小,判断两角的大小关系,故A正确;
B.实验时如果让光贴着纸板入射,是为了能在纸板上显示出入射光束径迹,故B正确;
C.纸板B向后翻折后,反射光线消失,是因为反射光线、法线、入射光线在同一平面内,此时反射光线仍存在,故C错误;
D.一次实验具有很大的偶然性,为了得到反射角与入射角大小关系的普遍规律,应多次改变入射光的方向进行多次实验,故D正确。
故选:C。
2. (2025广西一模)如图所示,在探究光反射时的规律实验中,通过实验可知,反射光线、入射光线和法线都在________(选填“同”或“不同”)一平面内,反射角r________ 入射角i。
【答案】 同 等于
【解析】在探究光反射时的规律实验中,向后翻折纸板NOF,将看不到反射光线,可知反射光线、入射光线与法线在同一平面内。
根据光的反射定律可知,反射角等于入射角。
3. (2025江苏无锡市一模) 探究光的反射规律,器材有:激光笔、平面镜、标有刻度的白色硬纸板(可沿中缝折叠)、白板;
(1)如图甲所示,将一束光照射到平面镜上,它的反射光在光屏上形成一个光斑,保持光在平面镜上的入射点不变,减小入射光与平面镜的夹角,则光屏上的光斑向______(选填“上”或“下”)移动;
(2)利用图乙所示的装置进行探究;
①平面镜水平放置,标有刻度的白色硬纸板竖直地立在平面镜上,使一束光紧贴纸板A,射向镜面上的O点,将纸板B绕接缝ON向前或向后翻折,当纸板B和纸板A在______时,纸板B上能呈现反射光束;
②改变入射光的方向,读出入射角和反射角的大小,将测得的数据记录在表格中,由此可知:反射角与入射角大小______;
实验序号 入射角 反射角
① 30° 30°
② 45° 45°
③ 60° 60°
③用另一束光逆着反射光的方向射到镜面,观察到反射后的光会逆着原来入射光的方向射出,这表明:______;
(3)利用如图丙所示的装置进行探究。让一束光斜射到平面镜上,在入射点O放置白板并调整位置,发现白板只在某一位置能同时呈现入射光和反射光,测得此时白板与镜面成角,说明白板与镜面的位置关系是:______,实验表明:______;
(4)自行车尾灯是由许多角反射器组成的反光装置,角反射器是由互相垂直的反光面组成的。当汽车的灯光照在尾灯上时,司机看到尾灯特别亮,原因是:______。
【答案】 (1)下 (2) 同一平面 相等 反射光路是可逆的 (3)垂直 光的反射定律中,入射光线、反射光线、法线三线在同一个平面内 (4)见解析
【解析】(1)保持光在平面镜上的入射点不变,减小入射光与平面镜的夹角,入射光线偏离法线,反射光线也偏离法线,故光斑向下移动。
(2)①将纸板B绕接缝ON向前或向后翻折,发现当纸板B和纸板A在同一平面内时,B板上才能够呈现出反射光线,说明光的反射定律中,入射光线和反射光线、法线三条光线在同一平面内。
②分析表格中的数据发现,反射角等于入射角。
③用另一束光逆着反射光的方向射到镜面,观察到反射后的光会逆着原来入射光的方向射出,沿着原来的路径返回,故说明光路是可逆的。
(3)白板与镜面成角,说明白板与镜面的位置关系是垂直;若白板与平面镜不垂直,则法线不在该白板上,入射光线、反射光线、法线也不会在这个平面镜内,故看不到反射光线、入射光线,说明光的反射定律中,入射光线、反射光线、法线三线在同一个平面内。
(4)由于角反射器是由互相垂直的反光面组成的,当汽车的灯光照在尾灯上时,经过两次反射后,光线将平行于入射光线,反射进入司机眼中,司机看到尾灯特别亮。
4.(2025云南一模)“探究光的反射规律”的实验装置如图甲所示,平面镜放在水平桌面上,标有角度(图中未画出)的白色纸板ABCD竖直放置于平面镜上,能绕垂直于CD的ON轴向后折转,在纸板上安装一支可在纸板平面内自由移动的激光笔。
(1)为了更清晰地显示光路,白色硬纸板的表面应 (选填“光滑”或“粗糙”)些;
(2)当入射光线EO与CO的夹角为时,此时入射角的大小为 。当入射光线靠近法线,反射光线 法线;
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后折转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。由此说明:反射光线、法线和入射光线 (选填“在”或“不在”)同一平面内;
(4)如图丙所示,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,入射光线仍能呈现纸板上,且仍紧贴EO入射到平面镜的O点,则反射光线 。
A.向后倾斜,仍在白色纸板上;
B.方向不变,仍然垂直于CD;
C.向前倾斜,角度与纸板和桌面角度大小相等。
【答案】(1) 粗糙(2)40° 靠近 (3)在(4) C
【解析】(1)为了更清晰地显示光路,白色纸板的表面应较粗糙,光射在纸板上会发声漫反射,反射光线向各个方向,无论从哪个角度看,都能看清楚。
(2)入射角为入射光线与法线的夹角,即EO与ON的夹角为90°-50°=40°
根据光的发射定律,反射角等于入射角,当入射光线靠近法线,入射角减小,反射角随之减小,反射光线也靠近法线。
(3)当纸板右半部分和左半部分在同一平面上时,能同时看到两条光线,当纸板右半部分绕ON向后折转任意角度后,左右两部分的纸板不在一个平面上,发现纸板上均无反射光束呈现,说明反射光线、法线和入射光线在同一平面内。
(4)若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,入射光线仍能呈现纸板上,且仍紧贴EO入射到平面镜的O点,ON不再是法线,入射光线的方向改变了,法线不变,由于反射光线、法线和入射光线在同一平面内,所以反射光线方向也改变,因入射光线向后,所以反射光线将向前倾斜,根据反射角等于入射角,所以反射光线与CD所在平面与桌面的角度与纸板和桌面角度大小相等。
题组2.探究平面镜成像的特点试题精炼
5. (2025哈尔滨一模)小明利用如图所示的装置,探究平面镜成像的特点。下列说法正确的是( )
A. 用玻璃板代替平面镜,目的是使蜡烛a的像更清晰
B. 使用相同的蜡烛a、b,目的是比较像与物的大小
C. 将光屏放到像的位置,光屏能够承接到像
D. 将蜡烛a靠近玻璃板,它所成的像变大
【答案】B
【解析】A.用玻璃板代替平面镜,目的是为了确定像的位置,故A错误;
B.在平面镜成像实验中为了比较物与像的大小,选用两支完全相同的蜡烛完成实验,故B正确;
C.平面镜成的像是虚像,光屏承接不到,故C错误;
D.平面镜成的像与物关于平面镜对称,所以当蜡烛a靠近玻璃板,它所成的像不变,故D错误。故选B。
6. (2025沈阳一模)如图所示,在“探究平面镜成像的特点”的实验中,对所选择的蜡烛A、B的要求是外形_______(选填“相同”或“不同”);蜡烛A在玻璃板后面的像______(选填“能”或“不能”)在光屏上呈现。
【答案】 相同 不能
【解析】实验中选取两段完全相同的蜡烛是为了比较像与物的大小关系。
虚像不能成在光屏上,蜡烛A在玻璃板后面的像不能在光屏上呈现,说明平面镜成的像是虚像。
7. (2025青海省一模)某兴趣小组为了验证“人在平面镜中所成的像“近大远小”这个观点是否正确,找来了玻璃板、两只完全相同的蜡烛A和B、白纸、刻度尺、火柴等器材。
(1)探究过程如下:
①如图所示,在桌面上铺一张大白纸,纸上竖立一块玻璃板作为平面镜。沿着玻璃板在纸上画一条直线,代表平面镜的位置;
②将点燃的蜡烛A放在玻璃板前,在玻璃板后移动未点燃的蜡烛B,发现在某一位置蜡烛B与蜡烛A的像能够完全重合,在白纸上标记蜡烛A和B的位置;
③改变蜡烛A的位置,在玻璃板后移动蜡烛B,始终能找到与蜡烛A的像完全重合的位置,标记蜡烛A和B的位置;
④在蜡烛所成像的位置放一张白纸,发现白纸上不能得到蜡烛的像;
⑤用刻度尺分别测量蜡烛A和B到玻璃板的距离数据记录如表2。
表2
次数 蜡烛A到玻璃板的距离/cm 蜡烛A的像到玻璃板的距离/cm 蜡烛的像与蜡烛的大小关系
1 5.02 5.01 相等
2 10.02 1002 相等
3 15.01 15.00 相等
(2)分析了表2的实验数据,得到以下结论:
①像到平面镜的距离和物体到平面镜的距离___________;
②平面镜所成像的大小与物体到平面镜的距离________(选填“有关”或“无关”),说明“人在平面镜中所成的像近大远小”的观点是错误的;
③平面镜所成的像是___________(选填“实像”或“虚像”)。
(3)为了保证实验效果,做这个实验时应选择较______(选填“厚”或“薄”)的玻璃板。
【答案】 (1)相等 (2)无关 (3)虚像 (4)薄
【解析】(2)①由表2数据可知,第一次实验蜡烛A和蜡烛A的像到玻璃板的距离分别为5.02cm、5.01cm,,第三次实蜡烛A和蜡烛A的像到玻璃板的距离分别为15.01cm、15.00cm,只是估读不同,属于误差;第二次实验蜡烛A到玻璃板的距离为10.02cm,蜡烛A的像到玻璃板的距离为10.02cm。综上所述,得到结论:像到平面镜的距离和物体到平面镜的距离相等。
②由表2可知,蜡烛到平面镜的距离不同,但所成蜡烛的像大小与蜡烛的大小相等,由此可知,平面镜所成像的大小与物体到平面镜的距离无关。
③由探究过程④可知,在蜡烛所成像的位置放一张白纸,发现白纸上不能得到蜡烛的像,白纸相当于光屏,即在光屏只能承接实像,不能承接虚像,故平面镜所成的像是虚像。
(3)玻璃板有两个反射面,每个反射面相当于一个平面镜,都可以成像,选用薄玻璃板,两个像的距离近,测量误差小,实验效果好;反之选用厚玻璃板,两个像的距离较远,会出现两个不重合的像,从而影响实验效果。所以为了保证实验效果,做这个实验时应选择较薄的玻璃板实验。
8. (2025齐齐哈尔一模)小明和小聪在探究“平面镜成像”实验中,研究像与物的大小关系时:
(1)小明选择玻璃板进行实验。为了便于比较像和物的大小关系,小明应取来两支_______的蜡烛,在玻璃板一侧点燃蜡烛A,在另一侧将未点燃的蜡烛B放到A像的位置,发现它们完全重合,说明_______。
(2)小聪选择平面镜进行实验。他想用如图所示的方法,把刻度尺贴在平面镜上测出像的高度,你同意他的方法吗?为什么?___________。
(3)利用玻璃板和平面镜都能看到蜡烛A的像,是因为光在它们表面发生_________后进入人眼。经观察对比后发现在玻璃板中成的像稍暗些,其原因是___________。
【答案】 (1)相同 像与物体大小相等 (2)不同意,刻度尺的刻度线应紧贴被测物体,而像与刻度尺有一段距离 (3)反射 见解析
【解析】(1)选用两支完全相同的蜡烛,将蜡烛B放在蜡烛A的像的位置处,对比蜡烛B和蜡烛A成的像,可以发现二者完全重合,说明像与物体大小相等。
(2)由图可知,刻度尺与蜡烛A的像有一段距离,根据刻度尺的使用规范可知,使用刻度尺时,刻度尺应紧贴被测物体,故不同意小聪的方法。
(3)平面镜成像是由光的反射形成的,光在玻璃板和平面镜的表面发生反射,反射光线的反向延长线会聚成我们人眼看到的蜡烛的虚像。
平面镜只反射光,而玻璃板除反射外还有部分光发生折射,故玻璃板反射的光比平面镜少.,玻璃板中成的像看起来稍暗些。
9.(2025吉林一模)在探究“平面镜成像特点”的实验中。
(1)首先确定像的位置,如图甲,小明将白纸平铺在水平桌面上,将 (选填“平面镜”或“玻璃板”)竖放在白纸上,在一侧点燃蜡烛A,在另一侧将未点燃的蜡烛B在白纸上来回移动,发现蜡烛B与蜡烛A的像能够重合,说明 ;
(2)为了便于比较像与物的大小关系,对蜡烛B的要求是 。实验中若观察到 ,可以得出“像与物大小相等”的结论;
(3)在确定像的位置后,用刻度尺测得一组物距和像距分别为3.00cm、3.00cm,由此得出的结论是:像距等于物距。请指出该过程中的不合理之处 。
【答案】 (1)玻璃板 像与物体等大(2) 与蜡烛A完全相同 蜡烛B与蜡烛A的像重合
(3) 实验中只进行一组实验,会使实验结论具有偶然性
【详解】(1)玻璃板既能成像,也可以透光,便于确定像的位置,因此实验中用透明的玻璃板代替平面镜,即小明将白纸平铺在水平桌面上,将玻璃板竖放在白纸上。
蜡烛AB等大,在一侧点燃蜡烛A,在另一侧将未点燃的蜡烛B在白纸上来回移动,发现蜡烛B与蜡烛A的像能够重合,说明像与物体等大。
(2)为了便于比较像与物的大小关系,对蜡烛B的要求是与蜡烛A完全相同,蜡烛A用于成像,蜡烛B与像作比较。
实验中若观察到蜡烛B与蜡烛A的像重合,通过等效替代法可得出“像与物大小相等”的结论。
(3)实验中只进行一组实验,就得出实验结论,会使实验结论具有偶然性,为了使实验结论具有普遍性,应改变物距进行多次实验。
题组3.探究凸透镜成像的规律试题精炼
10.(2025河南一模)小明在探究凸透镜成像规律时,安装好器材,调节蜡烛、凸透镜与光屏在如图所示的位置,在光屏上得到清晰、等大的像,下列说法中正确的是( )
A.该凸透镜的焦距为20cm
B.保持凸透镜位置不动,将蜡烛移至15cm刻度线处,此时与照相机的原理相同
C.实验过程中,蜡烛烧短之后,成像会在光屏的下方
D.保持蜡烛与凸透镜位置不变,在它们之间放一近视眼镜,需要将光屏向左移动才能成清晰的像
【答案】B
【解析】A.图示中,刻度尺的分度值为1cm,蜡烛与凸透镜的距离,光屏与凸透镜的距离都为20.0cm,此时光屏上得到清晰等大的实像,则物距等于像距等于二倍焦距,所以凸透镜的焦距为10.0cm,故A错误;
B.凸透镜的位置不变,蜡烛移至15cm刻度线处,则物距为35.0cm,大于二倍焦距,成倒立缩小的实像,所以此时与照相机的原理相同,故B正确;
C.蜡烛烧短后,成像在光屏的上方,因为通过凸透镜光心的光线传播方向不变,则烧短后,蜡烛通过透镜光心的光线向上移动,故C错误;
D.近视眼镜是凹透镜,对光线有发散作用,保持蜡烛和凸透镜位置不变,在它们之间放入一近视眼镜,蜡烛经过眼镜后,通过凸透镜的光线会聚延迟,物距变大,所以应向右移动光屏才能得到清晰的像。故D错误。故选B。
11. (2025河北省一模)在探究“凸透镜成像规律”的实验中,已知凸透镜的焦距为10cm。如图,凸透镜固定在光具座的50cm刻线处,通过移动蜡烛和调节光屏的位置来进行探究实验。下列说法中正确的是( )
A. 将蜡烛移到刻线处,光屏上呈现倒立放大的实像
B. 将蜡烛移到刻线处,光屏上呈现正立放大的虚像
C. 将蜡烛移到刻线处,成像特点与照相机成像特点相同
D. 将蜡烛从刻线处移向刻线处的过程中,光屏上呈现的像会变大
【答案】D
【解析】A.将蜡烛移到刻线处,物距为40cm,大于两倍焦距,故成倒立的缩小的实像,故A错误;
B.将蜡烛移到刻线处,物距为5cm,成的是虚像,光屏上无法承接,故B错误;
C.将蜡烛移到刻线处,物距为15cm,在一倍焦距和两倍焦距之间,故成像特点倒立的放大的实像,与投影仪成像特点相同,故C错误;
D.将蜡烛从刻线处移向刻线处的过程中,成实像,物近像远,像变大,故光屏上呈现的像会变大,故D正确。
12. (2025大连市一模)物理科技小组在做探究凸透镜成像规律的实验过程中,某次实验操作时,蜡烛、凸透镜和光屏的位置如图所示,烛焰在光屏上恰好成清晰的倒立、等大的实像。则下列说法正确的是( )
A. 该凸透镜的焦距是10.0cm
B. 将蜡烛放置在光具座的25cm刻度线处,调整光屏与凸透镜的距离,烛焰在光屏上成清晰的像时,该像的性质与照相机成像的性质相同
C. 将蜡烛放置在光具座的35cm刻度线处,调整光屏与凸透镜的距离,烛焰在光屏上成清晰的像时,该像的性质与投影仪成像的性质相同
D. 将蜡烛放置在光具座的45cm刻度线处,调整光屏与凸透镜的距离,烛焰在光屏上可成清晰的正立、放大的虚像
【答案】ABC
【解析】A.当光屏成倒立、等大的实像,有u=v=2f
则 故A正确;
B.将蜡烛放置在光具座的25.0cm刻度线处,物距
u=50.0cm 25.0cm=25cm>2f=20.0cm
满足u>2f,成倒立、缩小的实像,照相机是根据这个原理制成的,故B正确;
C.将蜡烛放置在光具座的35.0cm刻度线处,物距
f=100cm满足f成倒立、放大的实像,投影仪是根据这个原理制成的,故C正确;
D.将蜡烛放置在光具座45.0cm刻度线处,物距
u=50.0cm 45.0cm= 5.0cm即物体在凸透镜的一倍焦距以内,成正立、放大的虚像,但虚像不能呈现在光屏上,故D错误。
故选ABC。
13. (2025四川遂宁一模)亮亮在探究凸透镜成像规律时,用甲图所示的方法测凸透镜的焦距,图中光屏上呈现最小最亮的光斑,则该凸透镜的焦距是_________cm(估读到分度值的下一位)。当凸透镜和蜡烛的位置如乙图所示时,光屏上呈现一个清晰的像,此时成像的原理与_________(选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”)相同。
【答案】 10.0 投影仪
【解析】由图甲可知,刻度尺的分度值为1cm,光屏上出现的最小、最亮的光斑即为焦点,焦点到凸透镜的距离是60.0cm-50.0cm=10.0cm
所以凸透镜的焦距是10.0cm。
当凸透镜和蜡烛的位置如乙图所示时,光屏上呈现一个清晰的像,由图乙可知,物距小于像距,根据凸透镜成像规律可知,此时成倒立放大的实像,此时的成像原理与投影仪相同。
14. (2025重庆一模)在“探究凸透镜成像的规律”实验中,蜡烛燃烧一段时间后,烛焰、凸透镜和光屏的位置如图2所示,此时在光屏上观察到清晰的烛焰的像,要使像成在光屏中央,应将蜡烛的支架向________调节,在光屏上所成的像是倒立、________的实像,这与生活中________(选填“眼睛”或“放大镜”)的成像原理相同。
【答案】 上 缩小 眼睛
【解析】由图可知,此时像成在光屏的上方,说明蜡烛低与凸透镜的光心,要使像成在光屏中央,应将蜡烛的支架向上调节。
根据凸透镜的成像规律可知,此时物距大于像距,成倒立、缩小的实像,与眼睛的成像原理相同。
15. (2025湖北一模)同学们参观博物馆时发现一件秦代木牍前放置着凸透镜,通过凸透镜看到的情景如图甲。为了弄清其原理,他们进行了如下探究。
(1)如图乙,用太阳光照射凸透镜,移动光屏直至光屏上出现一个最小最亮的光斑,此凸透镜的焦距为_________cm;
(2)如图丙,将蜡烛放在较远处,移动光屏使光屏上呈现清晰的实像,观察像的性质,测出物距和像距;逐次改变物距,重复上述操作,实验记录如下表;
序号 物距/cm 像的性质 像距/cm
正倒 大小
1 24.0 倒立 缩小 17.2
2 22.0 倒立 缩小 18.8
3 20.0 倒立 等大 20.0
4 18.0 倒立 放大 22.4
5 16.0 倒立 放大 27.0
……
凸透镜成缩小实像时,物距_________(填“>”“<”或“=”)像距;
(3)小宇受第4、5组实验结果启发,推测文物与其前方凸透镜的距离u和凸透镜焦距f的关系为时,放大的像。小丽对小宇的观点提出了质疑,她继续减小物距,发现蜡烛在某位置时,无论怎样移动光屏,光屏上都看不到像。小丽撤去光屏,从图丙中_________侧(填“A”或“B”)向透镜方向观察,看到了正立放大的像,测得物距为8.0cm,她推测u和f的关系应为。_________的推测合理,理由是______。
【答案】 (1)10.0 (2) > (3)B 小丽 见解析
【解析】(1)一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后,会聚于一点,凸透镜与光屏间的距离为焦距,由图乙知道,该凸透镜的焦距为
(2)分析表格数据知道,当凸透镜成缩小的像时,物距大于像距。
(3)根据题意知道,当物距小于焦距,成正立、放大的虚像,像物同侧,应该在B处观察。
根据实验现象知道,当继续减小物距时,也能成放大的像,但是是正立、放大的虚像,此时,所以,小丽的推测合理。
16. (2025江苏扬州一模)小明在学习了凸透镜成像的规律后,继续深入探究,选用题表中某一规格的凸透镜做实验,调整好器材后如题图甲所示,此时烛焰在光屏上成放大的像;
凸透镜编号 焦距/cm 直径/cm
① 5 3.5
② 5 4.5
③ 10 4.5
④ 15 4.5
(1)光屏上的像是实像还是虚像? ;
(2)一段时间后,小明发现烛焰的像如图乙所示,此时将蜡烛向 调节可以使烛焰的像移到光屏中央;
(3)小明选的凸透镜焦距为 cm;
(4)小明将蜡烛换成F字光源,调整了光源和光屏的位置,在光屏上仍可观察到清晰的像,如题图所示,则小明看到的像应是 (选填字母);
(5)小明认为凸透镜成像的规律还可能与凸透镜的直径有关;若要验证其猜想,则可在题表中选取编号为 两个凸透镜进行实验验证。
【答案】(1)实像;(2)上;(3)10;(4)D;(5)①、②
【详解】(1)如图甲所示,物距小于像距,此时烛焰在光屏上成放大的像,为投影仪的成像原理,成倒立、放大的实像。
(2)一段时间后,蜡烛越烧越短,此时烛焰的像在光屏上方呈现,为了使烛焰的像移到光屏中央可以将蜡烛上移,使得烛焰,透镜的光心和光屏中央在同一水平直线上。
(3)由甲图可知,此时物距小于像距,为投影仪的成像原理,此时物距为15.0cm,在一倍到两倍焦距之间,像距为30.0cm,像距在两倍焦距之外,根据表格可知,小明选的凸透镜焦距为10cm。
(4)将蜡烛换成F字光源,调整了光源和光屏的位置,在光屏上仍可观察到清晰的像,此时物距大于像距,为照相机的成像原理,成倒立、缩小的实像,从左侧向光屏看,会看到图D所示的像,故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
(5)若要验证凸透镜成像的规律还可能与凸透镜的直径有关,则需要控制凸透镜的焦距相等,故可在题表中选取编号为①、②两个凸透镜进行实验验证。
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