5.2拓展1光学实验探究

1、如图在探究“凸透镜成像规律”的实验中。

（1）如图1，将蜡烛、凸透镜、光屏放在光具座上，凸透镜固定在50cm处，并调节烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在，当蜡烛放在光具座30cm处，移动光屏，光屏上得到倒立、等大的实像，则该凸透镜的焦距f=cm；（2）当蜡烛放在光具20cm处，移动光屏，可以得到清晰地像。就是利用这一原理制成的（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）。请在图2中完成其中一条光线的光路图；（3）蜡烛越烧越短，在光屏上所成的像将向移动（选填“上”或“下”）；（4）若将近视眼镜镜片放在了蜡烛与凸透镜（靠近凸透镜）之间，移动光屏，直到光屏上再次得到清晰的像。现将近视眼镜镜片取下，发现光屏上的像变模糊了。为了使屏上的像清晰，应将光屏向（选填“靠近”或“远离”）透镜方向移动。【答案】同一高度10.0照相机见详解上靠近【解析】（1）探究“凸透镜成像规律”的实验中，为了让像出现在光屏的中央位置，烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在应在同一高度；当蜡烛放在光具座30cm处，此时物距为移动光屏，光屏上得到倒立、等大的实像，说明此时物距和像距相等，都等于2倍焦距，即所以焦距为（2）当蜡烛放在光具20cm处，此时物距为则由凸透镜成像规律可知此时成倒立缩小的实像，即照相机原理。平行凸透镜主光轴入射，其折射光过焦点，如图所示：（3）由于凸透镜成倒立的实像，上下相反，所以蜡烛越短，其成像越向上移动。（4）近视眼镜镜片是凹透镜，对光线有发散作用，将近视眼镜镜片取下，此时成像的位置比之前要更靠近透镜，所以要把光屏向靠近透镜方向移动。2、在“探究凸透镜成像规律”的实验中：

（1）图甲中光屏上所成的像是倒立（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像，生活中（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）利用这一原理制成。（2）如图乙，线段AB为凸透镜成像的物距倒数和像距倒数的对应关系，则凸透镜焦距为cm。（3）当光屏上呈现清晰的像时，不改变图甲中蜡烛和透镜位置：①若将凸透镜换成焦距相同镜面较小的凸透镜，再次做实验，光屏上所成的像与原来相比（选填“变小”、“变暗”或“变不完整”）了②若将凸透镜换成镜面大小相同焦距稍小的凸透镜，再次实验，则需将光屏（选填“向左”或“向右”）移动才能成清晰的像，光屏上所成的像与原来的像相比（选填“变大”、“不变”或“变小”）。【答案】放大投影仪10变暗向左变小【解析】（1）如图所示，物距小于像距，故成的倒立的放大的实像；投影仪就是利用这一原理制成的。（2）当物距等于像距，即物距的倒数等于像距的倒数时等于5m1，则像距和物距的两倍为0.2m，则焦距为0.1m，即10cm。（3）由于焦距不变，而且物距也不变，故缩成的像的大小不变，而镜面变小，说明透过的光变少，像变暗；焦距变小，说明折光能力变强，故像向左移；当焦距变小时，相当于增大了物距，像变小。3、如图所示是“探究光反射时的规律”的部分实验装置。（1）如图甲所示，使纸板与水平桌面上的平面镜；（2）在图甲中，让一束光贴着纸板A沿EO射向平面镜上O点，观察反射光线和对应的入射光线。改变光束入射角度，多做几次，描绘每次光的径迹，量出入射角和反射角，记录如下表（图表）。比较反射角和入射角，可以得出结论，反射角（选填“大于”“等于”或“小于”）入射角；实验次数123入射角30°45°60°反射角30°45°60°（3）在图甲中，如果让光逆着OF的方向射向平面镜，会看到反射光沿着OE方向射出。这表明，在反射现象中，光路是的；（4）实验中，从教室各个方向都能观察到粗糙纸板表面反射的光线，这种反射属于（选填“镜面”或“漫”）反射；（5）在图乙中，将纸板B沿PQ剪开，把纸板B的上半部分向后折。实验时在纸板B上观察到现象，由此说明反射光线、入射光线与法线在（选填“同一”或“不同”）平面内。【答案】垂直等于可逆漫下半部分有反射光线，上半部分无反射光线同一【解析】（1）如果纸板没有与平面镜垂直放置，由于法线与镜面垂直，且反射光线、入射光线、法线在同一平面内，因此，当光贴着纸板沿EO入射时，不能在纸板上看到反射光，所以纸板放在平面镜上时，要保持与镜面垂直。（2）根据表格中的数据可知，在光的反射中，反射角等于入射角。（3）让光逆着OF的方向射向镜面，即原来反射光线的路径入射，会看到反射光线沿着OE方向射出，即原来入射光线的路径射出，这表明光反射时，光路是可逆的。（4）从各个方向都能观察到粗糙纸板表面反射的光线，这是因为纸板表明凹凸不平，发生了漫反射的缘故。（5）将纸板B的上半部分向后折，如图乙所示，发现在纸板B的下半部分有反射光线，上半部分无反射光线，此实验现象说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。4、小科用如图所示的装置探究“光的反射定律”，将平面镜置于水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面。（1）硬纸板应选择（选填“光滑”或“粗糙”）的，它在实验中的作用是。（2）让一束光贴着纸板E沿AO方向射向镜面，在纸板F上可看到光线沿OB方向射出，则反射角在图中应表示为（用字母表示）。（3）小科用量角器测量出入射角和反射角的度数后，经过比较，得出的结论是，这样做（选填“合理”或“不合理”），理由是。（4）小科在进行完上述步骤后，让光束沿AO射入，接着又将纸板F分别向前、向后折，但是没有在纸板F上观察到反射光线，由此可得实验结论是。（5）为了验证“在反射现象中，光路是可逆的”，小科应该进行的实验操作是。【答案】粗糙在纸板前不同方位都能看到光的传播途径反射角等于入射角不合理没有多次实验，结论具有偶然性反射光线、入射光线和法线都在同一平面内让光线逆着OB的方向射向镜面【解析】（1）硬纸板应选用粗糙材质，使光在硬纸板上发生漫反射，这样可以在纸板前不同方位都能看到光的传播途径。（2）让一束光贴着纸板E沿AO方向射向镜面，在纸板F上可看到光线沿OB方向射出，则反射角在图中应表示为。（3）小明用量角器测量出入射角和反射角的度数后，经过比较，得出的结论是入射角等于反射角，这样做不合理，理由是没有多次实验，结论具有偶然性。（4）由于反射光线、入射光线和法线都在同一平面内，当纸板向后折，两块纸板不在同一平面上，所以在纸板上就无法呈现出反射光线了，即这个现象说明：反射光线、入射光线和法线都在同一平面内。（5）使一束光贴着纸板沿AO方向射到O点，经平面镜反射后，反射光沿OB方向射出，为了验证光路是可逆的，应让光线逆着OB的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OA方向射出，由此可知，在光的反射中，光路是可逆的。5、在探究光的折射规律实验中，某小组将光从空气分别射入水和玻璃中，并记录了如下数据：空气中的入射角α0°30°45°60°水中的折射角γ0°22°32°40°玻璃中的折射角θ0°17°24°30°分析表中数据，可以得到一些规律：（1）当光从一种介质垂直射入到另外一种介质时，光的传播方向；（选填“改变”或“不变”）（2）光从空气斜射入其他介质时，折射角随着入射角的增大而（选填“增大”或“减小”）；分析表中数据可知，光从空气射入水中时，折射角（选填“可能”或“不可能”）达到90°；（3）当光线以32°入射角从水中射向空气时，折射角等于，依据是；（4）根据表中数据分析，用塑料薄膜和水制成一个“水凸透镜”，与外观尺寸相同的玻璃凸透镜相比，“水凸透镜”的焦距更（选填“大”或“小”）。【答案】不变增大不可能45°光路可逆大【解析】（1）从表格中数据可得，当光从一种介质垂直射入到另外一种介质时，光的传播方向不变。（2）根据表中数据可知，光从空气斜射入其他介质时，入射角的增大,折射角随着增大。从表格中数据可以得出，光从空气射入水中时，空气中的入角度较大，当入射角等于90°时，折射角也达不到90°，所以折射角不可能达到90°。（3）光路时可逆的，从表格中数据可得，当光线以32°入射角从水中射向空气时，折射角等于45°。（4）由表格中数据可得，光从空气中到水中的折射程度小于光从空气中到玻璃的折射程度大，所以“水凸透镜”的焦距更大。6、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)，分别以不同的人射角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，结果如表所示。(已知：红光在玻璃中的传播速度最快，黄光次之，紫光最慢)实验次序红光光源黄光光源紫光光源人射角i/折射角r/°入射角i/°折射角r/°人射角i/°折射角r/°12516.42515.72515.125030.75059.45028.237540.17538.37536.6(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，且随着人射角的增大，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，。【答案】(1)0°和90°(2)①增大②光在玻璃中传播速度越慢，折射角越小【解析】根据题目结论：不同颜色的光从空气中以相同的入射角斜射入另一种介质时，光在这种介质中传播速度越慢，折射角越小可确定实验序号。7、如图所示为研究“平面镜成像特点”的装置，通过此装置可探究像的大小、位置和物体的关系。【实验器材】透明玻璃板、白纸、两支完全相同的蜡烛(m和n)、三角尺、刻度尺等。【实验步骤】①点燃蜡烛m，实验者在玻璃板(填“m”或“n”)侧进行观察。②移动蜡烛n，当蜡烛n与像完全重合时，在白纸上标记蜡烛m和n所在的位置为点A和A'。改变蜡烛m的位置至Ｂ和C，重复实验，使蜡烛与像完全重合，找到对应像的位置为B'和C'。获取三组实验数据，如图乙所示。③将白纸上AA'、BB'、CC'连接起来，测量出各点到玻璃板的距离。【分析与讨论】(1)选择两支完全相同的蜡烛进行实验，这样做的目的是。(2)小科根据生活经验提出：物体离平面镜越近，所成像越大。你赞同他的观点吗?请从上述实验中找出事实证据进行判断：。【答案】【实验步骤】m【分析与讨论】(1)便于比较像和物的大小(2)不赞同，实验中蜡烛m距平面镜的距离不同，但蜡烛n始终能与m所成的像完全重合【解析】由于平面镜成的是虚像，所以在寻找蜡烛m的像的位置时，人眼应在蜡烛m这一侧观察;选用大小相同的两个蜡烛，是为了用蜡烛n代替蜡烛m，来比较物像的大小；平面镜成像的特点：物体到平面镜的距离与像到平面镜的距离相等，平面镜所成的像与物体关于平面镜对称，平面镜所成的像与物体大小相同的虚像。平面镜成像中，像的大小只与物体本身大小有关，与平面镜的大小无关。8、光从空气斜射入水和玻璃时都会发生折射现象，但是水和玻璃的折射情况会相同吗？为了探究这个问题，小华选择了光屏、透明玻璃砖、水槽、激光电筒等器材进行实验．他在光屏上画出互相垂直的NN'和MM'两条线段并相交于O点，如图甲所示。（1）小华将玻璃砖的一个表面与MM'齐平放置，让激光电筒发出的光线从A点到O点入射，他看到了如图乙所示的光路（AO、OC为同一直线），你认为出现光线OC是因为所致，鉴于本实验的目的，此时最应该记录的两条光线是。（2）接下来他要观察光从空气中进入水中的情况，他将光屏竖直放入水槽中，（使线段MM'水平）并向水槽中慢慢注水至水面与MM'齐平，入射光线应该从A点向O点射入，这是为了保证，其实本实验小华还考虑了入射光线所在一侧的相同。（3）小华最终在光屏上记录下了如丙所示的光路图（OE为水中的折射光线），通过分析光路，你认为玻璃和水这两种介质对光的偏折能力较强的是。（4）若用激光以相同的入射角分别从玻璃和水中斜射入空气中，则射出的折射光线更远离法线。【答案】有部分光线并没有通过玻璃砖，而依旧在空气中传播

AO和OB

入射光线重合

入射角

玻璃

玻璃【解析】根据题意知道，光线AO到OC，光的传播路线没有改变，说明光在同一种均匀介质中传播，出现此现象的原因应是：有部分光线并没有通过玻璃砖，而是在空气中传播的；由于是探究光的折射规律，所以，需要记录光的折射光线和入射光线，即应记录的两条光线是AO和OB；由于探究光在玻璃和水的折射能力，由控制变量法知道，入射光线、入射角应相同，而观察折射光线和折射角的变化情况，所以，入射光线应从A点向O点射入，这是为了保证入射光线重合；入射光线应该从A点向O点射入，也保证了入射角相同；由丙图知道，当光在空气中传播时，由AO入射，沿OC传播；当光线从空气斜射入水中，由AO入射，沿OE传播；当光线从空气斜射入玻璃中，由AO入射，沿OB传播，经比较OB偏离OC更多，说明玻璃和水这两种介质对光的偏折能力较强的是玻璃；由于光从空气斜射入玻璃偏折能力强，根据光路是可逆的知道，若用激光以相同的入射角分别从玻璃和水中斜射入空气中，则光从玻璃斜射入空气中偏折能力也强，折射光线会更远离法线。9、小科在做探究“凸透镜成像的规律”的实验中:（1）如图甲所示，一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后，在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑.由图甲可知，凸透镜对光线具有作用，该凸透镜的焦距是cm。（2）点燃蜡烛后，调节烛焰中心、中心和光屏中心大致在同一高度，目的是.（3）如图乙所示，小刚将蜡烛移到光具座上0cm刻度线处，向（选填“左”或“右”）移动光屏，直到烛焰在光屏上成清晰的像，则该像是（选填“放大”“等大”或“缩小”）的实像；生活中的就是利用这个规律制成的.

（4）在第（3）问的基础上，小刚将蜡烛移到光具座上35cm刻度线处，在凸透镜的位置不变时，要在光屏上成清晰的像，光屏应向（选填“远离”或“靠近”）凸透镜的方向移动，直到烛焰在光屏上成清晰的像，则该像是（选填“倒立”或“正立”）的实像；生活中的就是利用这个规律制成的.

（5）小刚将蜡烛移到光具座上45cm刻度线处，小刚从凸透镜的右侧通过凸透镜可以看到烛焰（选填“倒立”或“正立”）的像，此时（选填“能”或“不能”）在光屏上接收到清晰的像.生活中就是利用这个规律制成的.

（6）实验时，蜡烛随着燃烧而变短，光屏上的像将向（选填“上”或“下”）移动，此时应将光屏向（选填“上”或“下”）移动，才能使像成在光屏的中间.

（7）在上述实验过程中，当光屏上出现倒立、放大的像时，小王用不透光的物体挡住凸透镜的左半部，此时光屏上的像将（）A.像的大小、形状不变，像的亮度变暗B.像的左半部消失C.像的右半部消失D.像缩小一半（8）小宇同学所在的小组对上述实验装置用由几个发光的二极管做成一个“F”字样的发光体，你认为这样做的好处是（写出一点）.

（9）小明换用另一只凸透镜安装在光具座50cm刻度线处，将蜡烛移到光具座上20cm刻度线处，移动光屏到80cm处，刚好得到一清晰的像，由此判断此像应是立、（选填“放大”“缩小”或“等大”）的实像；此凸透镜的焦距是cm.（10）小明又将蜡烛移到光具座15cm刻度线处，移动光屏得到一个清晰的像，由此判断此像应是立、（选填“放大”“缩小”或“等大”）的（选填“实”或“虚”）像；生活中的就是利用这个规律制成的；此时若将蜡烛与光屏的位置互换，则（选填“能”或“不能”）得到清晰的像.

（11）在第（10）问的基础上，小明在凸透镜前放置一只老花镜，此时应将光屏向（选填“左”或“右”）移动，才能在光屏上得到清晰的像.

【答案】（1）会聚11.0（2）凸透镜使像成在光屏中央（3）左缩小照相机（4）远离倒立投影仪（5）正立不能放大镜（6）上上（7）A（8）成像稳定（或能更全面反应像的倒立情况或像的亮度更高等）（9）倒等大15（10）倒缩小实照相机能（11）左【解析】平行光线经过凸透镜后会聚于一点，可知凸透镜对光线具有会聚作用；会聚的这一点就是焦点。焦点到光心的距离是焦距，根据图示中光屏在刻度尺上的位置，可以读出该凸透镜的焦距是11cm。无论怎样移动光屏都不能在光屏上得到像，可能是物距小于焦距，成了虚像，不能成在光屏上。也可能是烛焰凸透镜光屏三者中心不在同一高度，像无法成在光屏上，或使烛焰在焦点上，不能成像。10、如图所示，在“探究光的反射定律”的实验中，平面镜M放在平板上，EF是两块粘接起来的硬纸板，可绕垂直镜面的接缝ON转动。（1）如图甲所示，当EF在同一平面上时，让入射光线AO沿纸板E射向平面镜M，在F上可看到反射光线OB，测出入射角和反射角的大小；多次改变人射光线的方向，再测出入射角和反射角的大小，多次实验的目的是为了。（2）在做完（1）的实验后，同学们发现了一个有趣的现象，若将一束光贴着纸板F沿BO射到O点，光将沿着图中的OA方向射出，因为。（3）如图乙所示，以法线ON为轴线，把纸板F向后缓慢旋转，在纸板F上将看不到反射光线OB，由此可知，光的反射定律的结论之一是。（4）通过该实验，同学们得出“反射角等于入射角”的结论。如图丙所示，小明把一束光从一种介质射向另一介质，光发生了反射与折射，请利用上述实验的结论判断图中折射角的大小为。【答案】（1）避免实验的偶然性，寻找普遍规律（2）光的反射中，光路是可逆的（3）反射光线、入射光线、法线在同一平面内（4）30°【解析】（1）多次实验的目的是为了避免偶然性，使实验结论具有普遍性；（2）若将一束光贴着纸板F沿BO射到O点，光将沿着图中的OA方向射出，因为光路是可逆的；（3）以法线ON为轴线，把纸板F向后缓慢旋转，则板E与板F不在同一平面，在纸板F上看到反射光线OB，由此可以得出的结论是：反射光线、入射光线、法线都在同一个平面内；（4）由图可知，AB为反射面，CD为法线，故折射角为30°。11、在“探究光从空气斜射入水和油时，哪种液体对光的折射本领强”的实验中，小明提出如下实验方案：先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中，记录下光斑位置（如图甲所示），接着分别倒人适量的水和油（如图乙所示），再用光分别斜射人水和油中，记录对应的光斑位置，再通过分析就可得到实验结论。（1）如图乙所示，小明已经完成了在水中的实验，要实现探究目标，画出油中进行实验的示意图。（2）实验时，同学们在水槽底部贴上一把自制的纸质刻度尺，这样做的目的是。（3）某小组的同学根据正确的实验方案实验后，所记录的两次光斑的相对位置如图丙所示，经分析可知：在空水槽的实验中光斑的位置应该在水和油实验中光斑的（填“左侧”中间”或“右侧”）；光从空气斜射入水和油时，对光的偏折本领较大。【答案】（1）见解图（2）确定光斑的位置，方便比较（3）左侧油【解析】（1）根据控制变量法可知，小明在实验中要控制液体的深度相同和入射角相同。（2）在水槽底部贴上一把自