專題07 光學(xué)實(shí)驗(yàn)探究（原卷版）

專題07光學(xué)實(shí)驗(yàn)探究【解題技巧】光的實(shí)驗(yàn)探究一般分為光的反射、平面鏡成像、折射與凸透鏡成像。（1）光的反射規(guī)律①光的反射定律：三線共面，兩線分居等②實(shí)驗(yàn)操作時(shí)光屏豎直放置且共面，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)光的反射定律③光路可逆，特殊光路角度時(shí)（垂直鏡面）的分析（2）平面鏡成像注意操作步驟，以及選用器材注意點(diǎn)：①選擇兩根完全一樣的蠟燭是為了比較像與物體的大小關(guān)系。②移動(dòng)玻璃板后面的蠟燭B都無法與蠟燭A的像完全重合，可能是由于玻璃板與桌面不垂直。③如何測(cè)量物與像之間的位置，用直線畫出鏡面所在的位置，拿掉鏡子連接兩個(gè)蠟燭所在的點(diǎn)，測(cè)量并比較.（3）光的折射①折射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)

②折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)

③折射角隨著入射角的增大而増大,減小而減小

④當(dāng)光從空氣斜射入其他透明介質(zhì)中時(shí),折射角小于入射角;當(dāng)光從其他透明介質(zhì)斜射入空氣中時(shí),折射角大于入射角

⑤當(dāng)光垂直射向介質(zhì)表面時(shí),傳播方向不改變

⑥在折射規(guī)律中光路是可逆的

（4）凸透鏡成像規(guī)律(1)從②移動(dòng)到③,u>2f,成的是倒立縮小到實(shí)像,此時(shí)到像距f<v<2f,可以看出物體的移動(dòng)范圍可以從2f到無窮遠(yuǎn),而像距只能在f,2f之間來回移動(dòng),在相同時(shí)間內(nèi),物體的移動(dòng)距離大于像

即u>2f,f<v<2f,此時(shí)v物>V像

并且在移動(dòng)過程中像越來越小,越來越靠近焦點(diǎn),所以當(dāng)物體是勻速遠(yuǎn)離2f時(shí)候,像的速度會(huì)越來越慢

(2)從②移動(dòng)到①,f<u<2f,v>2f,成的是倒立放大的實(shí)像,物體只能在f,2f之間來回移動(dòng),而像能從2f移動(dòng)到無窮遠(yuǎn),所以在相同時(shí)間內(nèi),像的移動(dòng)距離要大于物體

即f<u<2,v>2f,此時(shí)v物<V像

并且在移動(dòng)過程中像越來越大,越來越遠(yuǎn)離2f,所以當(dāng)物體是勻速靠近焦點(diǎn)的時(shí)候,像的速度越來越快

【例題精析】一．光的反射現(xiàn)象1．圖1是利用激光測(cè)轉(zhuǎn)的原理示意圖，圖中圓盤可繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，盤邊緣側(cè)面上有一小段涂有很薄的反光材料。當(dāng)盤轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，接收器可以接收到反光涂層所反射的激光束，并將所收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，在示波器顯示屏上顯示出來（如圖2所示）。（1）若圖2中示波器顯示屏橫向的每大格（5小格）對(duì)應(yīng)的時(shí)間為5.00×10﹣2s，則圓盤的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)/s（保留3位有效數(shù)字）。（2）若測(cè)得圓盤直徑為10.20cm，則可求得圓盤側(cè)面反光涂層的長(zhǎng)度為cm（保留3位有效數(shù)字）。二．平面鏡成像的特點(diǎn)、原理、現(xiàn)象及其實(shí)驗(yàn)方案2．利用如圖所示的裝置探究平面鏡成像的特點(diǎn)，其中A和B是兩支完全相同的蠟燭。實(shí)驗(yàn)序號(hào)1234物距u/cm4567像距v/cm4567（1）將點(diǎn)燃的蠟燭A豎直放置在玻璃板的前面，能看到玻璃板后A的像，然后將蠟燭B放在玻璃板后面移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)B恰能與A的像重合，說明像與物的大?。ㄟx填“相等”或“不相等”）。（2）如圖所示，分別測(cè)出蠟燭A、B到玻璃板的距離u和v，改變蠟燭A到玻璃板的距離，多次實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)得出：像距物距（選填“大于”、“等于”或“小于”）。（3）將蠟燭B取走，在B的原位置豎放一塊光屏，光屏上不能呈現(xiàn)A的像，說明平面鏡所成的像是像（選填“虛”或“實(shí)”）。（4）本實(shí)驗(yàn)采用玻璃板代替平面鏡，是因?yàn)椴ＡО迩懊婕饶芸吹紸的像，又能看到玻璃板后面的蠟燭B，便于確定像的（選填“位置”或“虛實(shí)”）。（5）為了使像顯得更加明亮，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的光線應(yīng)相對(duì)較（選填“亮”或“暗”）。3．小華利用如圖1裝置探究平面鏡成像特點(diǎn)（1）他實(shí)驗(yàn)時(shí)用玻璃板代替平面鏡豎立在水平桌面上。在玻璃板前放置棋子A，將完全相同的棋子B放在玻璃板后并移動(dòng)，人眼一直在玻璃板的前側(cè)觀察，但他發(fā)現(xiàn)觀察到A的像“重影”很明顯，而影響到確定A的像的位置，你解決這一問題的辦法是：

（答出一種方法即可）。（2）排除了上述情況的干擾后，他繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察到B與A的像完全重合，由此可得結(jié)論：像與物的大小。（3）為了探究平面鏡成像的虛實(shí)情況，小華將一張白卡片豎直放在B所在的位置，在玻璃板后側(cè)觀察到白卡片上沒有A的像，說明平面鏡成的像是像。（4）改變A的位置，重復(fù)（2）中步驟并分別測(cè)出A和B到玻璃板的距離，記錄在如表中。序號(hào)123A到玻璃板的距離/cm4.006.008.00B到玻璃板的距離/cm4.006.008.00分析表中數(shù)據(jù)，可以得到結(jié)論：。（5）如圖2將棋子放在豎立的玻璃板前40cm處，以5cm/s的水平速度向平面鏡勻速靠近，則經(jīng)過2s后棋子與像的距離為cm．若將玻璃板放置成與水平面成45°角，將會(huì)觀察到棋子運(yùn)動(dòng)的方向與像運(yùn)動(dòng)的方向互相。三．光的折射規(guī)律的應(yīng)用4．如圖甲所示，小明在探究光折射現(xiàn)象時(shí)，將一束入射角為50°的光線斜射入杯中，在杯底形成光斑，然后逐漸往杯中加水，觀察杯底光斑的位置變化．他對(duì)實(shí)驗(yàn)中光偏折程度的差異產(chǎn)生了興趣．為了定量反映這種差異，他將“折射角與入射角的比值”定義為“偏折比”．根據(jù)所學(xué)知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，小明對(duì)影響“偏折比”大小的因素提出如下猜想：猜想1：與液體深度有關(guān)猜想2：與液體種類有關(guān)猜想3：與入射光的顏色有關(guān)（1）圖甲實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得折射角為35°，則此時(shí)的“偏折比”為．加水過程中，杯底光斑將向（填“左”或“右”）移動(dòng)．（2）你認(rèn)為猜想1（選填“正確”或“不正確”），理由是：．（3）為了探究猜想2，小明只將圖甲中的水換成油，當(dāng)油的深度小于水的深度（如圖乙所示），杯底光斑位置恰與圖甲實(shí)驗(yàn)時(shí)光斑位置重合．對(duì)比可知：在相同條件下，油對(duì)光的“偏折比”比水對(duì)光的“偏折比”（選填“大”或“小”）．（4）為了探究猜想3，小明用圖甲裝置先后入射紅、藍(lán)色激光，杯底光斑位置如圖丙所示，則光的“偏折比”大．（5）將一束激光穿過如圖丁所示的玻璃磚，若光在玻璃磚上表面折射時(shí)的“偏折比”為0.8，則光在下表面折射時(shí)的“偏折比”為．5．小文在探究光的折射規(guī)律時(shí)，將光從空氣分別射入玻璃和水中，其實(shí)驗(yàn)過程如下：實(shí)驗(yàn)一：將光從空氣射入玻璃中（1）將半圓形玻璃磚放在標(biāo)有角度的圓盤上，如圖1所示；（2）將一束激光從空氣射向玻璃磚的圓心O處，激光在O處發(fā)生折射，記錄入射角和折射角；（3）逐漸增大入射角，重復(fù)步驟（2）。實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)如表格一所示：表格一實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234入射角i0°30°45°60°玻璃中折射角r0°17°24°30°實(shí)驗(yàn)二：將光從空氣射入水中（1）將標(biāo)有角度的圓盤按圖2所示安放；（2）將一束激光從空氣射向水面O處，激光在O處發(fā)生折射，記錄入射角和折射角；（3）逐漸增大入射角，重復(fù)步驟（2）。實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)如表格二所示：表格二實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234入射角i0°30°45°60°水中折射角r0°22°35°40°（1）當(dāng)光從空氣垂直入射到其他透明介質(zhì)中時(shí)，傳播方向；（2）當(dāng)光從空氣斜射入玻璃或水中時(shí)，折射角（選填“大于”“等于”或“小于”）入射角；（3）當(dāng)光以相同的入射角斜射入不同的透明介質(zhì)中時(shí)，折射角（選填“相等”或“不相等”）。（4）如圖3所示，有一束光線斜射入盛水的容器中，在容器底部形成光斑，保持入射光的方向不變，逐漸放掉容器中的水，容器底部的光斑將A、向右移動(dòng) B、向左移動(dòng) C、保持不動(dòng) D、無法判斷。6．下表是光在幾種介質(zhì)中傳播時(shí)的速度，而圖（a）是光在幾種介質(zhì)中發(fā)生折射時(shí)的光路圖。（1）分析表中的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：光在不同介質(zhì)中的傳播速度一般。（填“相同”或“不同”）（2）分析表中的數(shù)據(jù)和光路圖，可以得出的結(jié)論是：光從傳播速度大的介質(zhì)斜射入傳播速度小的介質(zhì)中時(shí)，折射角入射角；（填“＜”、“＞”或“＝”）（3）由分析的結(jié)論可知，光從水中斜射入玻璃中，折射角入射角。（填“＜”、“＞”或“＝”）（4）現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中常用超聲波來?yè)羲槿梭w內(nèi)的結(jié)石，超聲波從空氣中斜射入人體后也發(fā)生類似光一樣的折射現(xiàn)象。如圖（b）所示，超聲波進(jìn)入人體擊碎結(jié)石時(shí)，入射點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的（填“左側(cè)”或“右側(cè)”）四．光學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究7．在探究光的折射規(guī)律時(shí)，從水面上方看水中的物體變淺了，為了確定水中物體所成像的位置，某學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了如下探究：（1）A．把一個(gè)防水小燈泡a放在水中某處，觀察燈泡所成像的位置。B．將另一個(gè)相同的小燈泡b放在水面上方，調(diào)整其位置，使它的像與重合。C．用刻度尺測(cè)量燈泡b到水面的距離即為a的像到水面的距離。（2）測(cè)量時(shí)，把刻度尺的零刻度線對(duì)準(zhǔn)燈泡b，水面處對(duì)應(yīng)的刻度如右圖所示，則燈泡b到水面的距離為cm。（3）燈泡a的像到水面的距離與燈泡b到水面的距離一定相等，依據(jù)是。（4）測(cè)量時(shí)，如果直接將刻度尺豎直插入水中，使看到的零刻度線與燈泡a的像重合，則刻度尺在水面處的示數(shù)表示（選填“a到水面的距離”或“a的像到水面的距離”）。（5）某小組實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次都從燈泡a的正上方觀察，測(cè)得燈泡a到水面的距離u和燈泡a的像到水面的距離v的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：30.060.090.0120.0150.0180.023.045.067.090.0113.0134.0根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D乙坐標(biāo)中描點(diǎn)作出v﹣u的關(guān)系圖線。由圖線可知，v和u的定量關(guān)系是v＝0.75u。（6）根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，看起來1.2m深的水坑，其實(shí)際深度可達(dá)m，因此看起來不太深的水也不能貿(mào)然下去，以免危險(xiǎn)！8．大約兩千四百年前，我國(guó)的學(xué)者墨翟和他的學(xué)生做了世界上第一個(gè)小孔成像的實(shí)驗(yàn)，解釋了小孔成像的原理。在“制作小孔成像觀察儀”活動(dòng)中，小光同學(xué)將圓筒插人易拉罐中做成如圖甲的儀器（圓筒能在易拉罐中前后移動(dòng)）。（1）為了更清楚地觀察像，通常選擇（選填：“較暗”或“較亮”）的物體作為觀察對(duì)象，同時(shí)需要將光屏放在（選填：“較暗”或“較亮”）的環(huán)境中。因此，制作觀察儀時(shí)，用半透明塑料薄膜制成的光屏應(yīng)放在圓筒的（填“A”或“B”）端。（2）實(shí)驗(yàn)中，物體通過小孔所成的像是（選填：“正立”或“倒立”）的（選填：“實(shí)像”或“虛像”），像的形狀與（選填：“小孔”或“物體”）相同。小孔成像的現(xiàn)象可以用的知識(shí)來解釋，請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出物體AB通過小孔在光屏上成像的光路圖。（3）用制成的小孔成像觀察儀觀察物體時(shí)，保持物體和小孔間的距離不變，移動(dòng)圓筒，使光屏遠(yuǎn)離小孔，則光屏上像的大小將（選填“變大”、“變小”或“不變”）。9．小華為小明表演了一個(gè)“水火相融”的小魔術(shù)。她先將一塊透明的茶色薄玻璃板豎直放置在水平桌面上，桌面就被分割成如圖所示的甲、乙兩個(gè)區(qū)域，然后再用一塊不透明的擋板將乙區(qū)域分割成前后兩部分。接著小華在甲區(qū)域內(nèi)放置了一個(gè)盛滿水的燒杯，且里面豎直浸沒著一支蠟燭A，最后在乙區(qū)域擋板后面的特定位置放置了蠟燭B．準(zhǔn)備就緒后，小華將乙區(qū)域已準(zhǔn)備號(hào)的蠟燭B點(diǎn)燃，并悄悄地將擋板拉開一個(gè)縫隙MN，讓小明在乙區(qū)域的P點(diǎn)觀察蠟燭A．奇跡出現(xiàn)了：蠟燭A竟然在水中燃燒?。?）為保證實(shí)驗(yàn)成功，小華所選取的A、B兩根蠟燭應(yīng)滿足的條件是；（2）某同學(xué)發(fā)現(xiàn)看到蠟燭A的像不清晰，于是他將蠟燭B也點(diǎn)燃，用來增加像的亮度。他這樣做（填“能”或“不能”）使看到的像更清晰。（3）在蠟燭A的位置確定后，為了不借助刻度尺而較準(zhǔn)確地確定蠟燭B的位置，小華應(yīng)該在點(diǎn)燃蠟燭B以后，在（選填“甲區(qū)”或“乙區(qū)”）觀察，同時(shí)不斷調(diào)節(jié)蠟燭B的位置，使與蠟燭A完全重合為止；（4）根據(jù)所學(xué)光學(xué)知識(shí)分析，“小華悄悄地將擋板拉開”這一步操作的目的是什么？。10．探究透明物體、不透明物體的顏色，小明做了如下實(shí)驗(yàn)：（1）如圖甲所示，讓太陽(yáng)透過硬紙板的圓孔，將紅色透明塑料薄膜蒙在硬紙板的圓孔上，在下方白紙上看到的顏色是。（2）如圖乙所示，讓太陽(yáng)光穿過紙板的狹縫射到三棱鏡上，經(jīng)三棱鏡分解后的彩色光帶通過藍(lán)色玻璃板，在白紙上觀察到的光帶顏色是。（3）仍用圖乙實(shí)驗(yàn)裝置，用綠色的紙屏直接吸收經(jīng)棱鏡色散后的彩色光帶，觀察到紙屏上出現(xiàn)的顏色是。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：透明物體的顏色是它能的顏色；不透明體的顏色跟被它反射的色光的顏色，吸收跟物體顏色（選填“相同”或“不相同”）的色光。五．凸透鏡成像規(guī)律及其探究實(shí)驗(yàn)11．小明同學(xué)利用圖示裝置來研究凸透鏡成像。（1）實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)整燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心在，目的是。（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，在光屏上得到了一個(gè)清晰的像，但像的位置偏高，你解決的方法是將光屏

移動(dòng)（填“向上”或“向下”）（3）如圖1所示，當(dāng)凸透鏡位于光具座A處時(shí)，恰好在光屏上成清晰的像，所成像的性質(zhì)是；利用這一規(guī)律可制成（選填“照相機(jī)”或“幻燈機(jī)”）；蠟燭燃燒一段時(shí)間后，燭焰的像將位于光屏中心的方；（4）在保持（2）中蠟燭和光屏位置不變的情況下，將凸透鏡向右移到B處（圖中未標(biāo)出），光屏上再次成清晰的像，成的是（選填“放大”、“縮小”或“等大”）的像；（5）在上述探究活動(dòng)中，若已知蠟燭與光屏間的距離為L(zhǎng)0＝45cm，與凸透鏡第一次所在位置A間的距離為L(zhǎng)＝15cm，如圖2所示，則該透鏡焦距f15cm（選填“＞”“＜”或“＝”），透鏡先后兩次所在位置A、B之間的距離S＝cm（6）最后小明用不透光的紙板遮擋住凸透鏡的上半邊，然后前后移動(dòng)光屏，他（填“能”或“不能”）在光屏上看到完整的像。12．生活中使用的相機(jī)大多安裝有可調(diào)節(jié)焦距的變焦鏡頭。小華在使用照相機(jī)拍攝景物時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鏡頭的焦距改變時(shí)像的大小也會(huì)隨之改變。于是，他猜想：“凸透鏡成實(shí)像時(shí)，像的高度h與凸透鏡的焦距f有關(guān)”。實(shí)驗(yàn)桌上有如下器材：高度不同的發(fā)光體A、B，焦距分別為5cm、10cm的凸透鏡兩個(gè)，刻度尺、光具座和光屏。請(qǐng)你利用上述器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證小華的猜想。要求：（1）寫出實(shí)驗(yàn)步驟；（2）畫出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。13．在做“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中：（1）小莉?qū)⑼雇哥R正對(duì)太陽(yáng)光，在透鏡的另一側(cè)移動(dòng)光屏，在距透鏡12cm處，屏上呈現(xiàn)出最小最亮的光斑，則此凸透鏡的焦距約是cm。（2）小莉同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)燭焰在光屏上的像如圖1所示，若要使?fàn)T焰在光屏中心成像，只調(diào)節(jié)光屏，應(yīng)將光屏向（選填“上”、“下”、“左”、“右”）移動(dòng)。（3）若將燭焰移至距凸透鏡15cm處，移動(dòng)光屏，使?fàn)T焰在屏上清晰的像，（選填“照相機(jī)”、“投影儀”或“放大鏡）就是應(yīng)用這一原理制成的。（4）小莉同學(xué)將自己的近視眼鏡鏡片放在了蠟燭與凸透鏡（靠近凸透鏡）之間，移動(dòng)透鏡和光屏，直到在光屏上得到了一個(gè)倒立縮小的清晰的像。將近視眼鏡鏡片取下，發(fā)現(xiàn)光屏上的像變模糊了。①為了使屏上的像重新變得清晰，在不移動(dòng)蠟燭和凸透鏡位置的前提下，應(yīng)將光屏向

（左/右）移動(dòng)。②圖2下列四個(gè)選項(xiàng)中，能正確表示小莉同學(xué)近視眼成像和矯正情況的是B。A．乙甲B．丙甲C．乙丁D．丙丁實(shí)驗(yàn)次序物距u/cm物高H/cmv﹣f/cm像高h(yuǎn)/cm13085422081083158201641383024（5）小剛用另一凸透鏡探究“凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)”時(shí)，所用實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，物體的高度H，像高h(yuǎn)，凸透鏡的焦距為f，物距為u，像距為v，像到焦點(diǎn)的距離為v﹣f，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)如表，又對(duì)像到焦點(diǎn)距離（即v﹣f）與有關(guān)的量進(jìn)行了分析，根據(jù)上表格可知，小剛所用凸透鏡的焦距f＝cm．請(qǐng)你在圖4中描繪出h與（v﹣f）的圖象，并寫出像的高度h/cm與像到焦點(diǎn)距離（v﹣f）/cm的