专题突破八：光学实验探究【原卷版】

目录TOC\o"1-1"\h\u一．光的反射定律的应用（共3小题） 1二．平面镜成像的特点（共2小题） 2三．探究平面镜成像的特点（共4小题） 3四．光的折射规律的应用（共2小题） 5五．探究光折射的特点（共5小题） 7六．探究凸透镜成像的规律（共8小题） 11一．光的反射定律的应用（共3小题）1．如图所示，为探究光的反射定律的实验装置，其中ON是法线：（1）此实验装置叫作；（2）实验时，当入射光线为AO时，反射光线为OB；当入射光线为CO时，反射光线为OD；当入射光线为EO时，反射光线为OF，从这一现象可初步说明：反射光线与入射光线分居；（3）当入射光线靠近法线时，反射光线法线（选填“靠近”或“远离”）。（4）若把此装置中的小门向后转动一角度，则在门上（选填“能”或“不能”）看见反射光线，这一现象表明：。2．某同学探究光的反射规律，他在实验中所使用的器材如图所示。①实验中，使用一块小尺寸的（选填“玻璃板”或“平面镜”）作为反射面。②实验记录的光路图如图所示，其中是法线。实验时，当入射光线为AO时，反射光线为OB；当入射光线为CO时，反射光线为OD；当入射光线为EO时反射光线为OF，从这一现象可以发现反射光线和入射光线始终在法线的（选填“两侧”或“同一侧”）。③按图示光路示意图，将每次实验的入射角和反射角的度数填入表格中相应的空白处。实验序号入射光线入射角（度）反射光线反射角（度）1AO50OB502CO40OD403EO20OF20以上数据分析后得出的初步结论是：当光发生反射时。3．在“光的反射”学习过程中，老师让同学们用牙签模拟入射光和反射光的模拟作品，如图所示，结合模拟作品老师提出两个问题。模拟反射光、入射光的位置（模拟活动，请忽略入射点的位）问题①为什么牙签只能模拟入射光和反射光的“位置”即光的传播路径，而不能模拟“光线”？问题②如何在原有的器材基础上进行改进，以达到可以模拟“光线”的目的？针对这两个问题，请表达你的观点或建议。针对问题①写出你的观点；针对问题②写出你的建议。二．平面镜成像的特点（共2小题）4．如图所示，在研究平面镜成像特点时。①实验中应选用（填实验器材）作为平面镜，其目的是确定；②图1中（选填“A”或“B”）为点燃的蜡烛。在实验中应观察比较像与物的大小，再分别测量像到镜面与物到镜面的，并进行比较。③若将光屏放在A的位置上，光屏上（选填“有”或“没有”）像，说明平面镜所成的像是像（选填“实”或“虚”）。④如图所示，蜡烛在A、B、C位置时，所成像的位置分别是A′、B'、C′，从图中得出平面镜成像特点是：5．如图所示，是小明同学探究“平面镜成像特点”的实验情景：（1）小明在实验中先在水平桌面上铺一张白纸，纸上竖直放置一块作为平面镜。用其代替平面镜，主要是利用其透明的特点，便于。（2）在玻璃板前放一支点燃的蜡烛A，可以看到玻璃板后蜡烛的像，小明拿另一支大小相同的（填“点燃”或“未点燃”）的蜡烛B在玻璃板后面移动，直到从玻璃板前（选填“相同”或“不同”）位置看去它好像点燃了似的。（3）若在实验中无论怎样移动蜡烛B，也无法与蜡烛A的像完全重合，原因可能是：。（4）移去蜡烛B，并在其位置上放一光屏，则光屏（填“能”或“不能”）承接到蜡烛A的像。（5）此实验应在（填“较暗”或“较亮”）环境进行。三．探究平面镜成像的特点（共4小题）6．如图所示为某小组同学在“探究平面镜成像特点”的实验。①选择（选填“较厚”或“较薄”）的玻璃板代替平面镜放置于水平桌面上，并将其放置，虽然成像不如平面镜清晰，但却能在观察到A蜡烛像的同时确定。②点燃A蜡烛，小心地移动另一支的蜡烛B，直到与A蜡烛的像为止。实验中，要比较像与物的、像与物到镜面的以及物像连线与镜面的夹角关系。③某小组同学实验时发现蜡烛A在平面镜中的像不清晰，为此小组同学提出了几种解决方案。方案一：将实验搬至较暗或较亮的环境中，通过实验发现（选填“较暗”或“较亮”）的环境可以使看到的像更清晰。方案二：将蜡烛B也点燃，用来增加像的亮度，通过实验发现这样做（选填“能”或“不能”）使看到的像更清晰。④为证实上述有关成像特点是否可靠，你认为应采取下列哪一项操作？A．保持A、B两支蜡烛的位置不变，多次改变玻璃板的位置进行观察。B．保持玻璃板位置不变，多次改变A蜡烛的位置进行实验。7．如图，在“探究平面镜成像特点”的实验中：（1）作为平面镜M的是，另外还有两支蜡烛、白纸、火柴和。（2）为了便于测量及减小误差，必须保证M（选填“水平”、“竖直”或“倾斜”）放置；（3）在M前面放一支点燃的烛，然后把另一支（选填“点燃”或“未点燃”）的蜡烛放到M后面，并移动使之看上去好像点燃了，这样做的目的是为了。（4）移去M后面的蜡烛，并在该位置上放一光屏，则光屏上（选填“能”或“不能”）呈现M前面蜡烛的像，此现象说明平面镜所成的像是。（5）为证实上述有关成像特点是否可靠，你认为应采取下列哪一项操作？。①保持A、B两支蜡烛的位置不变，多次改变玻璃板的位置进行观察②保持玻璃板位置不变，多次改变A蜡烛的位置，进行与上述（3）相同的操作8．在探究平面镜成像特点的实验中，某同学填写实验报告（部分）如下，请完成空格处内容填写。实验目的：探究平面镜成像特点实验器材：白纸，两支相同的蜡烛，火柴，玻璃板，刻度尺，笔实验步骤：①在桌面铺一张白纸，将玻璃板放置。②在玻璃板前方放一支的蜡烛A，另取一支与蜡烛A相同的蜡烛B。③实验中，移动蜡烛B，直到从玻璃板前看上去，它好像也点燃似的。④多次改变蜡烛A的位置，记录像与物的位置……（1）实验过程中，若在玻璃板后面挡一张黑纸，从玻璃板前看到点燃的蜡烛的像；用光屏放在玻璃板后像的位置，光屏上看到蜡烛的像（均选填“能”或“不能”），说明平面镜成的是。（2）实验结束后，某同学提出实验过程中只要有一组即可，该观点是（选填“正确”或“错误”），理由是。9．如图所示，某小组同学做“探究平面镜成像特点”实验。（1）该实验中用代替平面镜进行实验，主要是为了便于找到。（2）在观察蜡烛A的像时，眼睛应在（选填“A”或“B”）一侧通过平面镜去观察像，发现像是立的（选填“正”或“倒”）。（3）为了探究像与物的大小关系，实验中选取的A、B两支蜡烛应（选填“相同”或“不同”），蜡烛（选填“A”或“B”）是点燃的。（4）实验中，若用一张黑纸完全遮住像一侧的平面镜，将（选填“能”或“不能”）继续在平面镜中观察到蜡烛的像，这说明平面镜成的像是像（选填“虚”或“实”）。四．光的折射规律的应用（共2小题）10．小明在学了光的折射后，想知道光进入不同介质时，弯曲程度是否相同（折射角是否相等），如不同，弯曲程度跟什么因素有关？老师帮他设计了下面的实验：用一厚玻璃缸盛一定量的水，让一激光手电筒射出的光束从空气中斜射入水中，从水中进入玻璃，再次进入空气中，其光路如图所示．小明上网查出一些介质的其他参数如下表。物质密度/（kg/m3）光速/（m/s）空气1.293.0×108水1.0×1032.25×108玻璃2.0×108植物油0.8×103（1）分析光路图（a）可得出结论：。（2）分析表中数据猜想玻璃的密度比水的密度（填“大”或“小”）。（3）分析光路图（a）和表中数据可得出折射角变化的规律：。（4）你认为光在植物油中传播的速度比在水中的传播速度（填“大”或“小”）。（5）现代医学治疗中常用超声波击碎人体内的结石，当超声波斜射入人体时，能发生类似光一样的折射。如图（b）所示，超声波进入人体击碎结石时，入射点应在O点的侧。（选填：“左”或“右”）11．为了探究光从其他介质斜射入空气时折射角的大小与哪些因素有关，小李同学利用激光笔、玻璃、水、量角器等进行实验探究。他先让光从水中斜射入空气，分别测出入射角和折射角的大小，记录在表一中。然后他又让光从玻璃斜射入空气中，重复上述实验，将数据记录在表二中。表一：光从水斜射入空气中实验序号入射角（度）折射角（度）1101322027330424405954570650无折射表二：光从玻璃斜射空气中实验序号入射角（度）折射角（度）7101582031930491040761145无折射1250无折射①分析比较表一或表二的第2列和第3列，可以得到的初步结论是：光从其他介质斜射到空气时，折射角（选填“大于”、“等于”或“小于”）入射角；②分析比较实验序号1﹣5或7﹣10中折射角随入射角的变化关系，可以得到的初步结论是：光从水或玻璃斜射入空气时，折射角随入射角的增大而；③分析比较表一和表二中的数据可知：当入射角相同时，光从水中斜射入空气的折射角（选填“大于”、“小于”、“等于”）光从玻璃斜射到空气的折射角。因此，光从其他介质斜射入空气时，折射角的大小还跟有关；④从表一、表二数据中，他发现光从水或玻璃斜射入空气时，当入射角增大到一定程度，就不再有折射光线。如果光从玻璃斜射入空气中，折射光线恰好消失时的入射角为a，为了得到a的大小，应该在入射角为的范围内继续实验。五．探究光折射的特点（共5小题）12．在探究光的折射规律实验中，某小组同学将光分别射入水和玻璃中，并记录了如下数据。请分析表中的数据，可以得出：空气中的入射角i0°30°45°60°水中的折射角r0°22°32°40°玻璃中的折射角β0°17°24°30°（1）当光从一种介质垂直射入到另一种介质时，光的传播方向（选填“不变”或“改变”）。（2）当光从空气斜射入水或玻璃中时，入射角增大，折射角（选填“增大”或“减小”），且折射角入射角。由此可猜想，光从空气斜射入其他介质时，折射角（选填“可能”或“不可能”）达到90°。（3）在光的折射现象中，光路也是可逆的，则可猜想：光从水斜射入空气中时，入射角为32°，折射角应为°。（4）从表中数据中还能得出：不同介质对光的折射本领是不同的。可猜想：当光从水中斜射入玻璃中时，折射角入射角。13．某小组同学在研究光的折射规律时，记录的实验数据如表所示：序号传播路径入射角折射角序号传播路径入射角折射角1空气到水30°20°6空气到玻璃30°18°245°30°745°25°360°45°860°38°4水到空气20°30°9玻璃到空气25°45°530°45°1038°60°请仔细观察并分析上表的实验数据，归纳实验结论。①分析实验序号1、2或3（或6、7或8）可以得出的初步结论是：当光从一种介质斜射入另一种介质时，；②分析比较实验序号1、2和3（或6、7和8）中折射角随入射角的变化关系，可得出的初步结论是：当光从空气斜射入其它介质时，。③分析比较实验序号1、2或3（或6、7或8）中折射角与入射角的大小关系，可得出的初步结论是：当。④分析实验序号1与4或2与5或8与10中的数据，可以发现。14．某小组探究光的折射规律中折射角和入射角的大小关系，小组合作完成以下实验。让激光以不同的入射角分别从空气斜射入玻璃和水，观察光线偏折的方向，测量入射角大小及对应的折射角大小，记录在表格中。表一：当光从空气斜射入玻璃入射角折射角角度大小比较23°15°折射角小于入射角36°23°折射角小于入射角51°31°折射角小于入射角表二：当光空气斜射入水入射角折射角角度大小比较23°18°折射角小于入射角36°27°折射角小于入射角51°37°折射角小于入射角根据表格中的数据可得到初步结论：①当光从空气斜射入玻璃或水时，折射角入射角。（选填“大于”、“等于”或“小于”）②当入射光线逐渐远离法线时，入射角，折射角。（均选填“增大”或“减小”）③（选填“玻璃”或“水”）对光的折射本领强。15．某小组同学探究光的折射规律，他们分别测量并记录了光从空气斜射入玻璃和光从玻璃斜射入空气时的入射角和折射角，实验数据如表一、表二所示。表一：光从空气斜射入玻璃中实验序号入射角（度）折射角（度）1201323019340254503156035表二：光从玻璃斜射入空气中实验序号入射角（度）折射角（度）61320719308254092845103355①分析比较实验序号1～5可得：当光从空气斜射入玻璃时，折射角入射角；分析比较实验序号6～10可得：当光从玻璃斜射入空气时，折射角入射角。（均选填“大于”或“小于”）②分析比较实验序号1与6或2与7或3与8可得：当。③他们增大入射角继续研究，表三为光从空气斜射入玻璃时的实验数据，表四中的入射角为当光从玻璃斜射入空气时拟进行实验的数据。表三：光从空气斜射入玻璃中实验序号入射角（度）折射角（度）116537127039138041148942表四：光从玻璃斜射入空气中实验序号入射角（度）折射角（度）1540165017601870小王分析了表三的数据，结合之前得到的实验结论，认为表四中实验序号中拟定的入射角会找不到折射光线，理由是。16．小杰同学探究光从空气射入不同介质发生折射时的一些规律，他将一束光从空气射入水中发生折射的实验数据记录于下表：实验序号12345入射角i10°20°30°40°50°折射角r7.9°15.4°21.5°26.3°33.5°（1）分析实验序号1（或2或3或4或5）中折射角与入射角的大小关系，得出初步结论是：；（2）分析实验序号1与2与3与4与5中折射角与入射角的变化关系，得出初步结论是：；（3）该同学在得出以上结论后想要继续研究光在其他透明介质的分界面折射时有什么规律。表中是光在几种不同介质中的传播速度，如图1是光在这几种介质中发生折射的光路：介质水玻璃冰空气酒精光速（m/s）2.25×1082.0×1082.30×1083.0×1082.2×108①综合分析表中的数据和图1中的光路图可以得出的结论是：当光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质中时，折射角入射角。（选填“大于”或“小于”或“等于”）②如图2所示，根据上述结论，光从玻璃斜射向酒精后经过了点A，那么激光光源的入射点应在。（选填“O点左侧”或“O点处”或“O点右侧”）六．探究凸透镜成像的规律（共8小题）17．在焦距为5厘米、10厘米或15厘米的凸透镜中选择一个置于光具座的B点处，如图所示。在光具座上将蜡烛、光屏分别置于透镜两侧，调整透镜和光屏的高度，使它们的中心与烛焰的中心在高度，为了使烛焰的像能成在光屏。将蜡烛置于A点，在CD间移动光屏时，可看到一个清晰的像，则实验所用透镜的焦距可能是厘米。保持蜡烛与光屏的位置不变，为了得到另一种性质的像。可将凸透镜向移动（选填“左”或“右”）。18．某小组同学在“探究凸透镜成像的规律”实验中，为了研究物距变化时，像距变化的情况，他们在光具座上固定焦距为10厘米的凸透镜，按表中的物距u依次进行实验，每次都使光屏上烛焰的像最清晰，并将相应的像距ν记录在表一中。为了进一步探究像距ν变化与物距u变化之间的关系，他们分别对实验序号前四次和后四次实验进行适量的运算，并将结果分别记录在表二中。表一：f＝10厘米实验序号u（厘米）。ν（厘米）112.060.0214.035.0316.026.7418.022.5520.018.3622.017.2724.016.3826.015.6表二：f＝10厘米序号u2﹣u1（厘米）v1﹣v2（厘米）12.025.022.08.332.04.242.01.152.00.962.00.7①分析比较表一中实验序号1与2与3与4数据中的物距u、像距ν与焦距f二倍焦距2f大小关系及相关条件，可得出的初步结论是：同一凸透镜，当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，。②分析比较表一中实验序号数据中的物距u、像距ν与焦距f、二倍焦距2f大小关系及相关条件，可得出的初步结论是：同一凸透镜，当物距大于二倍焦距时，像距大于一倍焦距小于二倍焦距。③请进一步综合分析比较表一和经运算后得到表二中的数据，物距u变化时，像距v的变化情况及相关条件，并归纳得出结论。（a）分析比较表二中序号1与2与3，可以初步得出：同一凸透镜，当物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，；（b）分析比较表二中序号4与5与6，可以初步得出：同一凸透镜，当物距大于二倍焦距时，。19．小安在做“探究凸透镜成像规律”的实验时，有焦距分别为25厘米、12厘米、10厘米和8厘米的四个凸透镜。他选取其中一个固定在光具座上50厘米刻度处，如图所示。（1）将点燃的蜡烛放置在光具座上20厘米刻度线处，移动光屏到70厘米刻度线处，蜡烛在光屏上成清晰的像，此时物距为厘米，像比物体（选填“大”或“小”），所用透镜焦距的大小是厘米。（2）如果想在光屏上得到更大的像，以下操作可行的有。（选填编号）A．保持蜡烛和光屏位置不变，将透镜向左移动B．保持透镜和光屏位置不变，更换焦距为8厘米的透镜并向右移动蜡烛C．保持透镜和蜡烛位置不变，更换焦距为25厘米的透镜并向右移动光屏20．小红通过实验探究得到凸透镜成实像的规律，进一步处理数据，她计算了部分成实像情况中的“发光物体与光屏之间的距离L”，并将其（即“物屏距离L”）添加在下表的最后一列中。凸透镜的焦距f为10厘米实验序号物距u（厘米）像距v（厘米）成像情况物屏距离L（厘米）13514缩小4923015缩小4532020等大4041530放大4551435放大4961260放大72①分析比较实验序号1﹣6的数据中物屏距离L随物距u的变化关系及相关条件，可得出的初步结论：同一凸透镜成实像时，。②小红进一步分析比较表中的“物屏距离L”和“成像情况”并进行了相关思考。（a）分析比较实验序号的数据中物屏距离L相等时的成像情况。可得出的初步结论：在成实像的情况下，物屏距离L确定后，移动凸透镜，可以在光屏上得到一次放大的像和一次缩小的像。（b）小红认为：“物屏距离L”在一定条件时，移动凸透镜，但光屏上只能成一次像。你是否认同该观点？若认同，写出该条件：若不认同，写出理由。。③小红在综合思考后，认为：“物屏距离L”只有满足一定条件时，移动凸透镜。才能在光屏上成像。于是，她除了用现有的凸透镜进行实验外，还换用了其它凸透镜进行研究。若换用焦距为15厘米的凸透镜进行研究请你综合表中数据、现象和凸透镜成实像的规律，分别预设两个“物屏距离L”的值L1、L2，要求：当发光物体与光屏之间的距离为L1时，移动凸透镜，能在光屏上成两次像。L1为。当发光物体与光屏之间的距离为L2时，移动凸透镜，不能在光屏上成像。L2为，21．小王用凸透镜、蜡烛、光屏和光具座等器材，探究凸透镜成像的规律。实验桌上现有A、B两个凸透镜，其中凸透镜A的焦距为50cm，凸透镜B的焦距为10cm。光具座上标尺的刻度范围如图所示。①小王想探究凸透镜成像的规律，应选用（选填“A”或“B”）凸透镜。②实验时首先要使烛焰的中心、凸透镜和光屏的中心大致在。③小王在图的光具座上，不断改变蜡烛与透镜间的距离，并移动光屏进行实验，所获得的实验数据如右表所示。分析实验数据可知：实验次序物体到凸透镜的距离u/cm光屏上像到凸透镜的距离v/cm光屏上像的大小16012缩小23015缩小32020等大41530放大51260放大从实验序号可以看出，当成实像时，物体到凸透镜的距离越短，光屏上像的大小就越大；同一凸透镜，成实像时，像距v随物距u的增大而；当物距等于焦距时，凸透镜成等大的实像。④有些同学认为小王的实验过程不够全面，提出了多种看法。其中甲同学认为他只记录了像的大小，没有记录像的正倒，所以他的记录不够全面；乙同学认为他只通过一块凸透镜成像的情况，要得出凸透镜的成像规律，欠普遍性；丙同学认为他只研究凸透镜成实像的情况，没有研究凸透镜成虚像的情况，欠完整。你认为这些看法正确的是（可填“甲”、“乙”、“丙”）。22．如图甲所示，一束平行光经过一个凸透镜，调节光屏的位置直到在光屏上得到一个最小、最亮的光斑，小明用此凸透镜做“探究凸透镜成像规律”的实验，并用蜡烛作光源，实验装置如图乙所示。（1）该凸透镜的焦距为厘米；（2）实验前，要调整凸透镜和光屏的高度，使它们的中心与烛焰中心大致在上；（3）当蜡烛、凸透镜和光屏位于图乙中刻度对应的位置时，光屏上得到一个清晰的像，该像是一个倒立、（选填“放大”或“缩小”）的（选填“虚”或“实”）像，此时所成的像与（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）所成的像性质相同。若拿一张黑纸，把凸透镜遮去一半，则光屏上的像（选填字母）。A、像变不完整，只有原来的一半B、像还是完整的像，且跟原来没什么区别C、像还是完整的像，但比原来要暗一些（4）保持凸透镜位置不变，将图乙中的蜡烛移至44厘米刻度线处，则移动透镜右侧光屏，在光屏上（选填“能”或“不能”）找到像，因为此时凸