5.2 拓展1：光学实验探究（原卷版）

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。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”）。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。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。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”）。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，。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：。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。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.

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。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