2光学实验探究

实验探究一直是学生面前的一大难题。在中考实验探究中，一方面是考察我们对知识点掌握；另一方面是突出对考题文字的揣摩，最后在组织文字回答。所以需要我们积累平常学习过程中的实验探究如何规范作答，更要突出知识体系，将出题人设置的陷阱正确避开。一定要围绕核心知识以不变应万变。知识点1：探究光的反射规律1、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，纸板上的直线ON垂直于镜面，如图甲所示：2、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，纸板上的直线ON垂直于镜面，如图甲所示：3、在纸板上画出两条入射光线，用激光笔沿入射光线射入，找到对应的反射光线。4、观察两组反射光线和入射光线，猜想反射光线和入射光线的位置关系：①反射光线、入射光线和镜面的夹角相等；②反射光线和入射光线关于法线对称。5、把纸板NOF向前折或向后折如图乙，观察还能看到反射光线吗？6、取下纸板，用量角器测量角i和r。知识点2：探究平面镜成像规律1、问题与猜想：（1）问题：平面镜成像有什么特点？像的位置有什么特点？像的大小有什么特点。（2）猜想：像可能与物体的大小相等，关于镜面对称等。2、制定计划：（1）实验器材：两支相同的蜡烛、平面镜、玻璃板、支架、方格纸、同样大小的三角尺（贴有b,d)、刻度尺。（2）实验步骤：①在桌上铺一张方格纸，中间画一条线后在方格纸的前方任意画一个三角形，在方格纸中间线的位置竖立玻璃板。②把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前方方格纸上画的三角形的一个顶点上，观察玻璃板后面出现的蜡烛的像，另外拿一支相同的蜡烛在璃板后面移动，直到看上去它们完全重合，后面的蜡烛好像被点燃为止，后一支蜡烛的位置就是前面蜡烛的像的位置，用笔标出两支蜡烛的位置。③用刻度尺测量两支蜡烛到平面镜的距离，并记录在表格中。④在三角形的另外两个顶点位置重复②、③所进行的操作。⑤取下玻璃板，以镜后三个像的位置为顶点，画一个三角形。⑥将标有字母“d”的三角尺放在镜前，拿着标有字母“b”的三角尺放在镜后面移动，直到跟所看到的像重合，观察两个三角尺上的字母的左右关系。3、实验现象和数据：取下桌面上的方格纸，沿中间所画的线对着折叠，然后在任一面的三角形顶点上用笔尖扎穿折叠后的纸，观察两个三角形是否重合。实验次数物到平面镜的距离/cm像到平面镜的距离/cm像与物大小比较（放大、缩小或相等）12知识点3：透镜凸透镜成像的规律1、实验内容【实验目的】透镜凸透镜成像规律。像与物的大小关系、物距变化成像规律变化、像的虚实。【实验器材】凸透镜、光具座、蜡烛、光屏、火柴等。【实验步骤】一、按图组装器材。调整蜡烛、凸透镜、光屏在同一水平线上。二、将蜡烛放在远处（此时u>2f），移动光屏直至在光屏上成清晰的像；观察像的大小、正立还是倒立，并测量物距和像距；数据记录实验表格。三、将蜡烛往凸透镜方向移动，使2f>u>f，移动光屏直至在光屏上成清晰的像；观察像的大小、正立还是倒立，并测量物距和像距；数据记录实验表格。四、将蜡烛继续往凸透镜方向移动，使u=f，移动光屏，看能否成像。五、将蜡烛继续往凸透镜方向移动，使u<f，移动光屏，看在光屏上能否找到像。六、实验表格物距与焦距关系物距（cm）像的性质像距（cm）大小正倒虚实u>2fu=2f2f>u>fu=fu<f七、整理器材【实验结论】等大、等距、对称、反向、虚像。物距像的性质像距（cm）应用大小正倒虚实u>2f缩小倒立实像2f<v<f照相机2f>u>f放大倒立实像v>2f投影仪u<f放大正立虚像放大镜1、三条特殊光线的光路图入射光线过光心平行于主光轴过（虚）焦点折射光线凸透镜方向不变过焦点与主光轴平行凹透镜方向不变反向延长线经过虚焦点与主光轴平行2、凸透镜成像规律结论物距与焦距的关系光路图（请完成下列作图）像距与焦距的关系成像特点动态成像规律应用u＞2ff＜v＜2f倒立、缩小、实像成实像时，物距增大，像距减小，像变小；物距减小，像距增大，像变大；照相机u=2fv=2f倒立、等大、实像计算焦距f＜u＜2fv＞2f倒立、放大、实像投影仪u=f不成像u＜f正立、放大、虚像物距减小，像距减小，像变小；放大镜记忆口诀：一倍焦距分虚实；二倍焦距分大小。成实像时：物近像远像变大，物远像近像变小。成虚像时：物近像近像变小。1、在“探究凸透镜成像的规律”实验中，光具座上依次摆放蜡烛、凸透镜和光屏，如图所示，此时烛焰在光屏上恰好成清晰等大的像。下列说法正确的是（）A．凸透镜的焦距为B．当蜡烛因燃烧逐渐变短，光屏上的像会逐渐向上移动C．若遮挡凸透镜的一部分，光屏上将得不到完整的像D．若在蜡烛和凸透镜之间放置一个远视镜，为得到清晰的像光屏应向右移动【答案】B【解析】A．如图，凸透镜成倒立、等大的实像，像距等于物距等于二倍焦距u=20cm=2f；解得f=10cm，故A错误；B．由于过光心的入射光线经凸透镜折射后传播方向不变，所以随着蜡烛燃烧变短，光屏上的像将向上移动，故B正确；C．若遮挡凸透镜的一部分，烛焰的光线会从凸透镜的其他位置透过，在光屏上会聚，光屏上仍能得到完整的像，像比原来变暗，故C错误；D．在蜡烛和凸透镜之间放一个远视镜，远视镜是凸透镜，凸透镜对光线具有会聚作用，可以使光线提前会聚，为得到清晰的像需要将光屏靠近凸透镜，即左移，故D错误。故选B。2、在“探究凸透镜成像的规律”实验中，蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上的位置如图所示，这时烛焰在光屏上能成等大清晰的像。关于本实验下列说法正确的是（）A．凸透镜的焦距是20cmB．把蜡烛移至刻度尺10cm处，凸透镜不动，移动光屏，能在光屏上得到清晰的像C．把蜡烛移至刻度尺32cm处，凸透镜不动，移动光屏，能在光屏上得到清晰的像。这与照相机的成像原理相同D．把蜡烛移至刻度尺45cm处，凸透镜不动，移动光屏，会再次在光屏上得到清晰的像【答案】B【解析】A．当物距等于二倍焦距时，凸透镜成等大像时，由图可知u=20cm=2f；解得f=10cm，故A错误；B．把蜡烛移至刻度尺10cm处，凸透镜不动，此时物距40cm，大于二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，移动光屏，能在光屏上得到清晰的倒立的缩小的实像，故B正确；C．把蜡烛移至刻度尺32cm处，凸透镜不动，此时物距为18cm，等于一倍焦距而小于二倍焦距，根据凸透镜成像规律可知，移动光屏，能在光屏上得到清晰的倒立的放大的实像，这与投影仪的成像原理相同，故C错误；D．把蜡烛移至刻度尺45cm处，凸透镜不动，此时物距为5cm，小于焦距，根据凸透镜成像规律可知，此时成的是虚像，不能在光屏上不成像，故D错误。故选B。3、在做凸透镜成像的实验中发现：物距cm时，成正立的像；cm时，成倒立的像，则下面说法正确的是（）A．cm时，可能成放大的实像 B．cm时，一定成缩小的实像C．cm时，可能成放大的虚像 D．cm时，一定成缩小的实像【答案】D【解析】A．由题意知，物距u=5cm时，成正立的像，此时成虚像，则凸透镜的焦距f>5cm；而物距u1=8cm时，成倒立的像，此时成实像，则凸透镜的焦距f<8cm；所以5cm<f<8cm；那么物距为4cm时，一定成放大的虚像，故A错误；B．由题意知10cm<2f<16cm；当物体到凸透镜的距离为14cm时，物距有可能小于二倍焦距而大于一倍焦距，也有可能等于二倍焦距，也有可能大于二倍焦距，所以可能成缩小、放大或等大的实像，故B错误；C．当物距为9cm时，物距大于一倍焦距而小于二倍焦距，所成的是放大的实像，故C错误；D．当物距为17cm时，物距大于二倍焦距，所成的是缩小的实像，故D正确。故选D。4、（多选题）图甲是小明在做“探究凸透镜成像规律”实验时的装置，图乙是他根据实验数据描绘的物距像距图像。蜡烛在光具座上移动过程中的三个位置A、B、C分别与图像中三点相对应。则下列说法正确的是（）A．该凸透镜的焦距为20cmB．当蜡烛在A位置时，移动光屏，可在光屏上呈现烛焰清晰放大的实像C．将蜡烛从B移动到C的过程中，所成像逐渐变大D．当蜡烛在C点时，在紧贴凸透镜的左侧放置一远视镜片，移动光屏，可在光屏上呈现烛焰清晰的实像，此时物距像距的对应坐标应出现在C点的正下方【答案】BD【解析】A．由图乙可知，B点时，物距等于像距，根据凸透镜成像规律可知，此时；则焦距f=10cm。故A错误；B．由图乙可知，A点时，物距与焦距的关系为；成倒立、放大的实像，是幻灯机和投影仪的原理，故B正确；C．将蜡烛从B移动到C的过程中，即物距变大，u>2f，此时像距变小，同时像变小，故C错误；D．当蜡烛在C点时，物距大于两倍焦距，相当于照相机，可成清晰的实像，在紧贴凸透镜的左侧放置一远视镜片，由于远视镜片也是凸透镜，当紧贴实验中的凸透镜时，组成的整体可相当于一个凸透镜，由于厚度变大，则组成的整体的焦距变小，像距变小，则物距像距的对应坐标应出现在C点的正下方。故D正确。故选BD。5、在“探究凸透镜的成像特点”实验中，所用凸透镜的焦距为10cm，光屏是用表面涂有白漆的铁板制成的。小科把“F”发光物置于离凸透镜13cm处，移动光屏，在光屏上找到清晰的像，如图所示。小科看到光屏上像的形状和大小分别是()A．、放大B．、放大C．、缩小D．、缩小【答案】A【解析】凸透镜的焦距f＝10cm，物距u＝13cm，满足2f＞u＞f条件，成倒立、放大的实像；倒立的实像与“F”左右相反，上下颠倒，但因为是从透镜一侧看，所以只有上下颠倒形状为“”，故A正确，BCD错误。故选A。6、将一只点燃的蜡烛放在凸透镜前30cm处，光屏上得到了等大的烛焰的像，将蜡烛向透镜方向移动4cm，光屏上得到烛焰倒立、的清晰的像（填“放大”“缩小”或“等大”），然后在蜡烛和凸透镜之间放置一个近视眼镜片，由于近视眼镜片对光线有作用，所以光屏上烛焰的像变模糊了（如图所示），若想在光屏上重新得到清晰的像，可将光屏凸透镜（填“远离”“靠近”）。【答案】放大

发散

远离【解析】将一只点燃的蜡烛放在凸透镜前30cm处，光屏上得到了等大的烛焰的像，此时的；则。将蜡烛向透镜方向移动4cm，物距为26cm，物距；此时成倒立放大的实像。近视镜片是凹透镜，对光线具有发散作用。将近视眼镜片放在蜡烛和凸透镜之间，近视镜片是凹透镜，对光线具有发散作用，经过凸透镜的光线会比原来推迟成像，所以将光屏远离凸透镜，才能在光屏上重新得到清晰的像。7、在探究凸透镜成像的规律时，实验室应保持较的环境（填“亮”或“暗”），为了判断光屏上的像是否最清晰，需要移动光屏，观察像是否变模糊。如图所示位置光屏上成清晰的像，则像的大小比烛焰。【答案】暗

左右小范围

大【解析】实验时为了使实验效果更明显，最好在光线较暗的环境中进行，便于观察成像。为了判断光屏上的像是否最清晰，需要将光屏左右小范围内移动，以改变光屏到凸透镜的距离，进行观察像是否变模糊。图示位置，物距小于像距，根据凸透镜成像特点可知，此时成倒立、放大的实像，所以像的大小比烛焰大。8、光在玻璃纤维中的传输情况是光线每次由内层玻璃芯射向外包层的分界面时，均要发生反射，从而使光在不断地反射中沿内层玻璃芯向远处传播，如图所示，请根据图回答：当增大入射光线AB的入射角时，CD光线的入射角(填“增大”“减小”或“不变”)，D点将要向(填“左”或“右”)侧移动。【答案】增大；右。【解析】反射现象中，反射角等于入射角，当增大入射光线AB的入射角时，BC对应的反射角也随之增大，C点D点都向右侧移动，同时C、D点对应的入射角也增大。9、如图是池塘上方警示牌和它在水中“倒影”的两幅照片：（1）图甲中的倒影没有牌子本身明亮，这是由于；（2）由于刮风，图乙中的水面有涟漪，倒影有些模糊，这是由于光发生了。【答案】从牌子到水面的光线一部分光折射进入水中，一部分光反射进入人眼；漫反射。【解析】（1）人眼感觉是否明亮与进入人眼的光线强度（多少）有关，人看牌子是牌子反射的光线直接进入人眼，而从牌子到水面的光线会一部分折射进入水中，一部分反射进入人眼中，人眼接到的光线偏少，会觉得反射形成的虚像偏暗。（2）无风时，水面像平面镜，成像清晰，刮风时，水面有涟漪，不再平整，形成漫反射，倒影会有些模糊。10、请写出下列现象所对应的物理知识：A．在平静的湖面可以看到蓝天白云；B．游泳池注水后，看上去变浅了；C．光遇到不透明物体后，可形成影子；D．太阳光经过三棱镜后可以产生彩色光带；E．阳光透过树叶缝隙射到地上形成圆形光斑。【答案】光的反射；光的折射；光的直线传播；光的色散；光的直线传播。【解析】在分析几个实例时，要注意区分是光的直线传播、光的反射还是光的折射。光在自然界中存在三种光现象：光在同种均匀物质中沿直线传播，在日常生活中，小孔成像和影子的形成等都表明光在同一种均匀介质中是沿直线传播的；当光照射到物体界面上时，有一部分光被反射回来发生反射现象，例如：平面镜成像、水中倒影等；当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会偏折，发生折射现象，如：看水里的鱼比实际位置浅等。A．在平静的湖面可以看到蓝天白云，“倒影”相当于平面镜成像，属于光的反射。B．游泳池注水后，看上去好像变浅了，池底反射的光从水中斜射向空气发生折射。C．光遇到不透明物体后，由于光的直线传播在物体后方，有一些光不能到达区域即形成影子。D．太阳光是复色光，不同颜色的光经过三棱镜后偏折程度不同，由复色光产生彩色光带是光的色散现象。E．阳光透过树叶间的缝隙射到地面上，形成圆形光斑，是小孔成像，由于光的直线传播的结果。11、某小组在“探究凸透镜成像的规律”的实验中：（1）实验前，要调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在。（2）通过调整，恰好在光屏上得到烛焰等大的像，如图，则所用凸透镜的焦距是cm。（3）在图中，把蜡烛向左移动15cm，凸透镜的位置不变，应把光屏向（选填“左”或“右”）适当调节才能在光屏上得到烛焰清晰倒立、（选填“放大”、“缩小”或“不变”）的实像。（4）在探究凸透镜成实像的过程中，他们又尝试用白纸遮挡住凸透镜的一半，发现在光屏上（选填“仍能”或“不能”）形成烛焰完整的像。【答案】同一高度；10；左；缩小；仍能。【解析】（1）实验前，要调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度，保证像成在光屏正中央。（2）恰好在光屏上得到烛焰等大的像，说明物距等于像距等于两倍的焦距，而此时的物距为20cm，故焦距为10cm。（3）把蜡烛向左移动15cm，物体远离凸透镜，像靠近，故光屏需要向左移动；此时物距为35cm，大于两倍的焦距，故成的是倒立的缩小的实像。（4）用白纸遮挡住凸透镜的一半，烛焰的光线通过凸透镜的下半部分发生折射，仍然能够成完整的像。12、小华同学在探究“凸透镜成像规律”的实验中。（1）将点燃的蜡烛、光屏放在凸透镜的两侧，并将烛焰、凸透镜和光屏的中心调整到；（2）小华为了准确的知道凸透镜的焦距，找到了平行光源，进行了如图甲所示的实验。根据实验现象可知，该凸透镜的焦距是cm；（3）将凸透镜固定在图乙中的光具座上，位于50cm刻度线处，光屏和点燃的蜡烛位于凸透镜两侧。小华将蜡烛移至35cm刻度线处，移动光屏，直到光屏上出现了烛焰清晰的像，则该像是倒立、的实像，（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）利用了这条规律。【答案】同一高度；10.0；放大；投影仪。【解析】（1）组装和调试实验装置时，应使凸透镜和光屏的中心跟烛焰中心大致在同一高度，目的是使像成在光屏中央。（2）平行光正对凸透镜照射，光屏上出现了最小最亮的光斑，凸透镜与光屏间的距离为焦距，故凸透镜焦距是10.0cm。（3）如图乙所示，物距为15cm大于1倍焦距小于2倍焦距，所成的像是倒立、放大的实像，利用此成像规律的是投影仪。13、在探究“光的反射定律”的实验中，如图所示，将平面镜置于水平桌面，把一可沿ON折转的光屏置于平面镜上。(1)为了能在光屏上清晰地显示出光的传播路径，光屏表面应（选填：“光滑”或“粗糙”）些；(2)打开激光电筒使光线沿AO入射，当光屏上呈现出反射光线时，光屏与镜面是相互的，此时将定义为入射角（填写图中的序号）；(3)为了研究反射光线和入射光线的位置关系，应多次改变的大小，观察两条光线的变化情况；(4)在上问的实验中，光屏上总能同时呈现出反射光线和入射光线，于是得出结论：光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内。这样得出的结论是否可信？（选填；“是”或“否”），理由是：。【答案】粗糙；垂直；2；入射角；否；不能验证两光屏不在同一平面上时，是否能同时呈现出反射光线和入射光线。【解析】(1)为了能在光屏上清晰地显示出光的传播路径，光屏表面应粗糙些，当光照射时产生漫反射，从而在各个方向都能看到光的传播路径。(2)打开激光电筒使光线沿AO入射，法线与镜面垂直，入射光线、法线、反射光线在同一平面内，当光屏上呈现出反射光线时，说明光屏与镜面是相互垂直的。此时，入射光线与法线间的夹角（即图中2）是入射角。(3)为了研究反射光线和入射光线的位置关系，防止偶然性，应多次改变入射角的大小，观察两条光线的变化情况，进行多次实验。(4)只改变入射角的大小，光屏上总能同时呈现出反射光线和入射光线，就得出光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内的结论是不可信的。此时两光屏一直在同一平面内，还要验证当光屏不在同一平面上时，光屏不能同时呈现出反射光线和入射光线，才能得出结论：光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内。14、阅读材料，回答问题。汽车中的光现象汽车抬头显示（如图1）又叫汽车平视显示系统（HeadUpDisplay），简称HUD，是为了提高安全性而研发的。它利用平面镜成像原理（如图2），使显示器上的重要行车数据通过前挡风玻璃成像在正前方，驾驶员不必低头，就可以看到车辆行驶的车速、油耗等信息。凸面镜和凹面镜对光的作用在汽车上也有应用，它们也对汽车的安全行驶起着至关重要的作用。（1）行车数据在挡风玻璃上所成的像是由光的（选填“反射”或“折射”）形成的；（2）某HUD显示器水平放置在汽车中控台上，通过挡风玻璃成垂直于水平面的像，则挡风玻璃与水平面夹角为度；（3）HUD有一个技术难题，即挡风玻璃所成的像易产生重影，影响使用效果。重影产生的原因是挡风玻璃有一定的（选填“厚度“或“透明度”）；（4）某驾驶员发现挡风玻璃所成的像过高，不便于观察，这时需要将显示器沿水平方向（选填“远离”或“靠近”）挡风玻璃；如果成像不清晰，可以（选填“增强”或“减弱”）显示器亮度，改善成像效果；（5）汽车前灯的反光装置相当于（选填“平面镜”“凹面镜”或“凸面镜”），当汽车的远光灯位于该镜焦点位置时，射出的光接近于平行。【答案】反射；45；厚度；靠近；增强；凹面镜。【解析】（1）挡风玻璃相当于平面镜，根据平面镜成像特点和原理可知，行车数据在挡风玻璃上所成的像是由于光的反射成虚像。（2）车辆HUD显示器水平放置在中控台上，通过挡风玻璃成垂直于水平面的像，由于像和物关于镜面对称，则挡风玻璃与水平面夹角为45度。（3）挡风玻璃有一定的厚度，两个面都会反射成像，所以能形成两个像，形成重影。（4）因为像到平面镜的距离随