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第13课时 波(声和光)
声现象
例1 下列四幅图的描述中,错误的是( )
A.图甲:在太空中的宇航员只能用无线电才能对话,说明真空不能传声
B.图乙:手在小提琴上不同位置按弦,主要目的是改变音色
C.图丙:道路两旁的隔音墙是在传播过程中减弱噪声
D.图丁:B超检查身体应用声能传递信息
【解析】手在小提琴上不同位置按弦,这主要是为了改变声音的音调,故B错误。
1.如图所示的四个声现象中,哪两个可以用相同的声学知识解释( )
A.甲和乙 B.乙和丙 C.丙和丁 D.甲和丁
2.如图所示,甲、乙、丙、丁是不同的声音先后输入到同一示波器上所显示的波形图,则下列说法中正确的是( )
A.丁声音最有可能是乐音
B.甲和丙声音的响度相同
C.乙和丙声音的音调相同
D.甲和乙声音的音调相同
3.某科学兴趣小组的同学在学完“声音的产生与传播”后,想体验一下声音的传播,找来一根空心的长铁管, 甲同学将耳朵贴在铁管的一端,乙同学敲一下铁管的另一端,甲同学听到两次敲打的声音。
(1)乙同学只敲打一次铁管,甲同学却听到两次敲打声,这是因
为____(填字母)。
A.有回声
B.声音在不同物质中的传播速度不同
(2)甲同学听到的第二次敲打声是通过_______传播的。
B
空气
4.在医院里我们经常看到如图所示的“静”字,其目的是提醒
大家要注意控制好声音的_______(填“音调”“响度”或“音
色”),以免影响他人,这是在 _______减弱噪声。
响度
声源处
光的直线传播和物体的颜色
例2 如图所示,条形码是通过黑白相间的条纹来记录信息的。超市利用商品上的条形码来结算的时候涉及到许多科学知识。那么,关于涉及的科学知识,下列说法中正确的是( )
A.条形码的黑色区域反光比较强
B.条形码的各个区域对各种色光的反射能力相同
C.当红光照射到条形码上时,白色区域看起来是红色的
D.扫描仪获取条形码信息,是利用了条形码对光的折射
【解析】条形码黑白相间的条纹中,白色条纹能够反射所有色光,黑色条纹不反射光,故A、B错误;因为白色反射所有色光,当红光照射到条形码上时,白色区域看起来是红色的,故C正确;扫描仪获取条形码信息,利用了条形码对光的反射,故D错误。
例3 如图所示,在桌面上放一张白纸作光屏,把一张中心有小孔的硬纸片放在白炽灯和光屏之间,并固定在支架上。
(1)闭合白炽灯开关,即可在光屏上看到灯丝的_____(填“虚”或
“实”)像,且像的开口处与灯丝的开口处方向_______(填“相
同”或“相反”),说明像是______(填“倒立”或“正立”)的。
若向上或向下移动小孔的位置,则在光屏上所成像的大小将
_______(填“不变”或“改变”)。
(2)若将小孔分别改为小正方形、矩形和三角形,则其成像形状
_______(填“不变”或“改变”),说明_____________________
___________________。
实
相反
倒立
改变
不变
像的形状与小孔形状无
关,由物体形状决定
【解析】(1)灯丝在白纸上成的像是小孔成像,像是实际光线会聚而成的,是实像,白纸上像的开口处与灯丝的开口处方向相反,说明所成的像是倒立的像;若向上或向下移动小孔的位置,则物距和像距发生改变,则在光屏上所成像的大小将改变。(2)若将小孔分别改为小正方形、矩形和三角形,则其成像形状不变,说明像的形状与小孔形状无关,由物体形状决定。
5.如图所示,奥运五环从左到右分别代表欧洲(蓝)、亚洲(黄)、非洲(黑)、大洋洲(绿)、美洲(红)。将绿光依次照射到奥运五环上,呈绿色的是( )
A.欧洲环 B.亚洲环
C.大洋洲环 D.非洲环
6.如图所示,将一束太阳光投射到玻璃三棱镜上,在棱镜后侧光屏上的范围内观察到不同颜色的光,则( )
A.A处应是紫光
B.只有AB之间有光
C.将照相底片放到AB范围B处的外侧,底片不会感光
D.将温度计放到AB范围A处的外侧,会看到温度计示数上升较快
7.小明和小红利用易拉罐、半透明塑料薄膜和钉子制作一个简易“针孔相机”,方法如下:在空易拉罐底部的中央,用钉子戳一个小孔;将易拉罐的顶部剪去后,蒙上一层半透明塑料薄膜,如图所示。
(1)为了确保人眼能看到物体清晰的像,要注意以下几点:
①所开的小孔要尽可能_____(填“大”或“小”)。
②简易“针孔相机”的_______(填“薄膜”或“小孔”)对准外
面 _____(填“较暗”或“较亮”)的物体。
(2)制作成功后,他们正确用简易“针孔相机”观察蜡烛,看到
的是_____(填“倒立”或“正立”)的像。他们将“针孔相机”
远离蜡烛,看到所成的像将 _____(填“变大”或“变小”)。
小
小孔
较亮
倒立
变小
(3)若易拉罐底部的小孔形状是三角形,则他们在塑料薄膜上看
到的像是____(填字母)。
A.三角形光斑 B.圆形光斑
C.蜡烛的正立像 D.蜡烛的倒立像
D
8.在探究光斑的形状与孔的大小关系时,小华在地面上铺一张白纸,将边长为3厘米且刻有等边三角形小孔的纸板置于距地面1米处不变,用另一张卡片覆盖在三角形孔上,遮住孔的一部分,如图所示。让太阳光透过小孔,地面上出现亮斑,缓慢向左移动覆盖的卡片,改变通光孔的大小。当小孔足够小时,此时光斑形状是圆形,继续移动覆盖的卡片,减小通光孔的大小,白纸形成的光斑大小如何变化?并说明判断的理由。
答:不变;小孔成像是由于光的直线传播形成的,小孔成像现象中像的形状与孔的大小、形状无关,形状取决于太阳的形状,大小取决于小孔到太阳及白纸的距离。
光的反射和平面镜成像
例4 如图所示为“探究光的反射定律”的实验装置,下列说法中不正确的是( )
A.可以用来探究光路是可逆的
B.用白屏是为了显示光的传播路径
C.只适用于探究镜面反射的反射定律
D.可探究入射光线、反射光线和法线是否共面
【解析】光的反射定律适用于所有光的反射现象,故C不正确。
例5 如图所示,在平面镜上方有一竖直挡板P,挡板左侧有一个点光源S,请作图表示在什么区域内可以看到被平面镜反射的由S发出的光线。
【解析】过点S沿挡板的最左端点画出一条光线,与镜面交于点C;过镜面作S的对称点S′,即发光点的像,连接S′与挡板的最右端点并延长,与平面镜交于点A,连接S′C并延长,则AB、CD之间的区域即为可以看到被平面镜反射的由S发出的光线的范围。
例6 小欢和小乐在实验室合作探究“平面镜成像规律”,据图回答下列问题:
(1)小乐将点燃的蜡烛A竖立在薄玻璃板前,并拿另一支外形相同
但不点燃的蜡烛B在薄玻璃板的后面移动,直到看到蜡烛B与蜡烛
A的像完全重合为止,如图甲所示。在完成上述操作时,实验室内
的光线应_____(填“强”或“弱”)一些;此时,从小欢的角度
看,蜡烛B与蜡烛A的像 _____(填“重合”或“不重合”)。
弱
重合
(2)小乐按如图乙所示进行实验探究,会因一处操作不当而难以得
出平面镜成像规律。写出操作不当之处:_____________________;
并在图乙中画出蜡烛A所成的像。
薄玻璃板未与白纸垂直
【解析】(1)为使成像更清晰,应在光线较暗的环境下进行实验。蜡烛所成像的位置与观察者的位置无关,故蜡烛B与蜡烛A的像仍重合。(2)在平面镜成像实验中,薄玻璃板应与白纸垂直,否则蜡烛B与蜡烛A的像不能重合,难以得出平面镜成像规律。
9.黑暗的房间里有两盏电灯,闭合开关后,只有一盏灯点亮,但人能看到未点亮的灯泡。以下对于“看到未点亮灯泡”所画的光路图,正确的是( )
10.下列是观察对岸的树木在水中倒影的光路图,正确的是( )
11.如图所示,一束光线AB射到由两个平面镜组成的直角镜上,经两次反射后射出的光线为CD。若将入射光线AB的入射角增加5°,则射出光线CD的反射角将( )
A.增加5°
B.减少5°
C.增加10°
D.减少10°
12.在“探究光反射的规律”时,小李进行了如图甲所示的实验。
(1)他先将平面镜平放在水平桌面上,再把白色硬纸板放在平面镜
上且与镜面保持_______,白色硬纸板表面应尽可能_______(填
“光滑”或“粗糙”)。
(2)小李让一束光EO贴着纸板射到平面镜上,在纸板上会看到反
射光线OF,然后将纸板绕ON向后折,如图乙所示,此时在NOF面
上_______(填“看得到”或“看不到”)反射光线,此时,反射
光_______(填“存在”或“不存在”)。
垂直
粗糙
看不到
存在
(3)为了进一步确定此时反射光线的位置,小李将纸板F沿PQ剪
开,将纸板的上半部分向后折,如图丙所示,发现在纸板右侧
的 _____(填“上部”或“下部”)会看到反射光线。此实验现
象说明反射光线、入射光线和法线_____(填“在”或“不在”)
同一平面内。
下部
在
13.通过玻璃门(如图甲)可简单地验证平面镜成像的某些规律。
(1)先在房间A的地砖拼接处放一标记物,然后到房间B,若实验
者及标记物的位置如图乙所示。为了让实验者所成的像落在标
记物上,他应向_____(填序号)方向移动。
(2)为了让成像更清晰,房间B要比房间A_____(填“亮”或
“暗”)。
(3)对本实验的相关评价,合理的有_____。
A.证明了平面镜所成的像是等大的虚像
B.利用地砖方便地确定像和物体的位置关系
C.巧妙利用生活中的物体进行实验,感受到科学就在我们身边
③
亮
BC
光的折射
例7 如图所示的现象中,由于光的折射形成的像是( )
【解析】A.小孔成像是由于光的直线传播形成的;BD.镜中花、水中的倒影属于平面镜成像,是由于光的反射形成的;C.露珠下叶脉的像属于光的折射现象,露珠起到了放大镜的作用。
例8 将一长方形玻璃砖沿对角线切开,并分开一段距离放置,如图所示。四条光线沿图示位置入射,能得到右边出射光线的只可能是 ( )
A.光线a
B.光线b
C.光线c
D.光线d
【解析】已知出射光线与最右边玻璃面垂直,因
此入射光线方向与出射光线方向相同;然后根据
光从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角画出
入射光线,再利用光从玻璃斜射入空气时,折射
角大于入射角画出入射光线;因为∠2=∠1,所以∠4=∠3,因此在左侧玻璃中的光线与最左侧玻璃面垂直,故最左侧的入射光线垂直于左侧的玻璃面,如解图所示,并且在b光线的下方,故入射光线只可能是c。
14.将一平面镜斜放在装有水的水槽中,有一束光线垂直射入水中,如图所示,请画出这束光线经平面镜反射后再由水中射入空气中的光路图。
15.科学家发现一种特殊的负折射材料。所谓“负折射”,是指当光线在界面发生折射时,折射光线与入射光线始终位于法线同一侧。当有一束光线射到负折射材料上时,正确的折射光路是( )
6.如图甲、乙、丙所示为在探究光的传播规律时的一组图片。
图中O点为半圆形透明玻璃砖的圆心,入射光线沿半径方向射向分界面MN。实验过程中逐渐改变入射方向,同时记录入射角、反射角和折射角的度数(“/”表示光线消失)如表所示:
实验次序 1 2 3 4 5 6 7
入射角/° 20 25 30 35 40 50 60
反射角/° 20 25 30 35 40 50 60
折射角/° 31 39.3 48.2 59.3 74.2 / /
(1)当入射角为55°时,在分界面MN上发生的现象遵循光的_____
定律。
(2)小明同学通过分析上述实验结果,得出结论:在光从玻璃射向
空气的过程中,只有入射角等于或大于50°时,折射光线才开始
消失。你同意他的说法吗?若同意,请说明理由;若不同意,请
改进实验方法。___________________________________________
_________________。
反射
不同意,应该在入射角为40°~50°之间多增加
几组实验进行探究
(3)如图丁所示,光从空气射向玻璃,当入射角为50°时,此时折
射光线_______(填“会”或“不会”)消失。请在图中作出此时发
生在分界面上的光现象。
不会
透镜
例9 如图所示为一个魔术箱,魔术箱顶部的中央有一条窄缝,使激光笔产生的激光束从左侧的小孔射入,从右侧小孔射出。将一块遮光板从顶部的窄缝插入箱中,发现遮光板并没有挡住激光束的传播。下列几种设计方案中错误的是( )
【解析】平行主光轴的光线经凹透镜后会发散,且反向延长后经过焦点,由图C知这种方案是不可实现的。
17.下列光路图中,正确的是( )
18.如图所示为物体AB及像A′B′的位置,请根据凸透镜成像规律,在图中画出凸透镜及其焦点F的大致位置。
19.如图所示,F1、F2分别为凹透镜和凸透镜的焦点,且两透镜的左焦点重合,请画出图中光线经透镜折射后的完整光路。
凸透镜成像
例10 将一发光体分别放在甲、乙凸透镜前不同距离处。分别调整光屏到透镜的距离都得到清晰的像,且光屏到透镜的距离恰好相等。通过甲透镜成缩小的像,通过乙透镜成等大的像。由此可推断,下列选项中正确的是( )
A.甲成的是实像,乙成的是虚像
B.乙的焦距等于光屏到透镜的距离
C.甲的焦距大于乙的焦距
D.发光体离甲透镜的距离小于离乙透镜的距离
【解析】通过甲透镜成缩小的像,通过乙透镜成等大的像,甲成倒立、缩小的实像,乙成倒立、等大的实像,故A错误;根据凸透镜成像规律,u=2f,成倒立、等大的实像,则乙的焦距等于光屏到透镜的距离的一半,故B错误;光屏到透镜的距离恰好相等,说明像距相同,通过甲透镜成缩小的像,像距2f>v>f,通过乙透镜成等大的像,像距v=2f,则甲的焦距大于乙的焦距,故C正确;由C可知,甲的焦距大于乙的焦距,已知通过甲透镜成缩小的像,u>2f,通过乙透镜成等大的像,u=2f,则发光体离甲透镜的距离大于离乙透镜的距离,故D错误。
例11 梁老师上课时拿着水晶球,让同学们透过它看远处倒立的建筑物的像,如图甲所示,引起同学们对凸透镜成像的兴趣。接着老师让大家一起探究“凸透镜成像的规律”,给同学们准备了凸透镜、凹透镜、光具座、蜡烛、光屏、火柴盒各一个。
(1)小涛在挑选透镜时,把两个透镜A、B分别正对太阳光,在光屏
上出现了如图乙所示的光斑,你认为他应该选择____(填字母)透
镜来进行实验。
B
(2)为了使烛焰的像出现在光屏的中央,应调整烛焰、凸透镜和
光屏,使烛焰和光屏的中心在 _________________。
(3)如图丙所示,若烛焰在光屏上成倒立、等大的像,则凸透镜
的焦距f为_______厘米。
凸透镜的主光轴上
10.0
(4)实验时,蜡烛由于燃烧而变短了一点,此时,像会成在光屏
的_____(填“上”或“下”,下同)半部分,如果想让像成在光
屏中央,那么应将透镜向_____移动。
(5)如图丁所示,若切除凸透镜中间的阴影部分后,把剩余部分
重新结合在一起,然后将蜡烛放在P点,则蜡烛能成_____个像。
上
下
两
【解析】(1)A透镜光斑的中间比较暗,B透镜中间出现亮斑,所以A透镜对光线具有发散作用,是凹透镜,B透镜对光线具有会聚作用,是凸透镜,所以要选择B透镜探究“凸透镜成像的规律”。(2)为了使烛焰的像出现在光屏的中央,应调整烛焰、凸透镜和光屏,使烛焰和光屏的中心在凸透镜的主光轴上。(3)如图丙所示,烛焰在光屏上成倒立、等大的像,则u=v=2f=50.0厘米-30.0厘米=20.0厘米,凸透镜的焦距f=10.0厘米。(4)蜡烛燃烧变短,根据过凸透镜光心的光线传播方向不变可知,像成在了光屏
的上方,为了使像仍成在光屏中央,可以将透镜向下移动或将光屏向上移动。(5)因为凸透镜中间厚,边缘薄,切去部分后相当于两个透镜,光心位置改变了,上面的像下移、下面的像上移,将错位成两个像。
20.将一蜡烛放在装有水的烧瓶前,调整蜡烛和烧瓶至如图所示位置,在墙壁上得到清晰的像。该像的性质是( )
A.缩小的虚像
B.放大的虚像
C.缩小的实像
D.放大的实像
21.马路上的一种球形交通摄像头能拍清楚几百米远的物体。如图所示为这种摄像头成像的示意图,镜头与屏的位置都不变,两者间距很小。图中O是透镜的光心,E是主光轴与屏的交点,M是线段OE的中点,被跟踪的汽车前车牌在靠近摄像头时总能在屏上成清晰的像。在车驶近摄像头的过程中( )
A.透镜的焦距不变且右侧焦点一定在O点与M点之间
B.透镜的焦距不变且右侧焦点一定在M点与E点之间
C.透镜的焦距变化且右侧焦点一定在O点与M点之间
D.透镜的焦距变化且右侧焦点一定在M点与E点之间
22.凸透镜成像实验中,移动物体到某位置时,能在光屏上成清晰缩小的像,则下列能成立的是( )
①如果将物体靠近凸透镜,仍要在光屏上得到像,光屏必须远离凸透镜,且光屏移动距离先大于后小于物体移动距离 ②同时移动物体与光屏,且移动距离相同,有可能在光屏上成清晰缩小的像 ③换用焦距较小的凸透镜后,仍要在光屏上得到清晰的像,如果只移动光屏,必须靠近凸透镜 ④保持物体和光屏位置不变,移动凸透镜,一定可以在光屏上得到另一个清晰的像
A.①③ B.②④ C.②③ D.③④
23.小宇在做“探究凸透镜成像规律”实验,其实验装置的示意图如图甲所示。a、b、c、d、e是主光轴上的五个点,F点和2F点分别是凸透镜的焦点和二倍焦距点。
(1)在a、b、c、d、e这五个点中:
①把烛焰放在____点上,可以成正立、放大的虚像,像与物在
凸透镜的_____(填“同”或“异”)侧。
e
同
②把烛焰放在____点上,光屏上所成的像最小,放在____点上,
光屏上所成的像最大。
③把烛焰放在 _____点上是属于照相机的成像原理。
④把烛焰放在 _____点上是属于投影仪的成像原理。
⑤当蜡烛从a点逐渐向d点移动的过程中,要得到清晰的像,光
屏必须逐渐 _____(填“靠近”或“远离”)透镜,并且得到的
像会逐渐 _____(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)根据图乙中画出的该凸透镜物距u和像距v的关系图像可知,
该凸透镜的焦距为______厘米。
a
d
a、b
c、d
远离
变大
7.5
人眼球的作用及视力矫正
例12 小丽同学做了如下光学实验:戴眼镜凝视书中的两条平行黑线,并慢慢靠近,直至不能清楚地看到这两条黑线为止,摘下眼镜后又能看清这两条黑线。小丽同学可能患有的眼睛疾病与矫正方法,与下列图形相符合的是 ( )
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
【解析】配戴眼镜凝视图中两条平行黑线,将眼睛慢慢靠近,直至不能清楚看到这两条线为止,由于眼睛构成的光学系统成的是倒立、缩小的实像,在上述过程中,物距减小,则像距增大,即“不能清楚看到这两条线”是由于像落在视网膜后方,摘下眼镜后又能看清这两条黑线,说明这个眼镜对光线有发散作用,由近视眼的成因及其矫正可知,该同学可能患有近视,应配戴由凹透镜制成的眼镜进行矫正。
例13 6月6日全国“爱眼日”。为普及科学用眼,预防各种眼科疾病,提高青少年眼健康水平,学校定期对学生进行全面的眼科检查。小科希望通过自制的水凸透镜来模拟晶状体探究“眼睛的成像规律”。
(1)小科将蜡烛、水凸透镜和光屏安装至如图所示位置,恰能在光
屏上得到一个清晰的像,则这个像是一个_____(填“放大”“缩
小”或“等大”)的实像。
缩小
(2)在如图所示的实验场景下,小科把自己的眼镜给水凸透镜“戴
上”,当从水凸透镜中抽出适量的水后,他发现像再次变清晰
了,由此判断小科戴的是_______(填“近视”或“远视”)眼镜。
小科这种情况,还可通过角膜塑形镜,改变厚度均匀的透明眼角
膜弧度,实现视力的矫正,经过一段时间的治疗,小科的眼角膜
应该呈现哪种形态?____(填字母)。
远视
C
(3)小科经过进一步的思考,觉得透镜对光的偏折能力可能与液体
的种类有关。于是利用以上装置,保持透镜的凸起程度不变,先
后在透镜中注入酒精和煤油,观察光线经不同液体透镜折射后的
偏折程度,在此探究过程中保持液体透镜的凸起程度相同的原因
是 _____________。
(4)若要用此装置探究平面镜成像规律,除了把水凸透镜换成薄玻
璃板外,还需将光屏换成 _____________________。
控制单一变量
等大的、未点燃的蜡烛
【解析】(1)图中物距大于像距,成缩小的实像。(2)从水凸透镜中抽出适量水后,水凸透镜的焦距变大,说明小科的眼镜有会聚作用,则戴的是远视眼镜。远视眼成像在视网膜后,可通过减小眼球折光系统的焦距,使成像在视网膜上,故小科治疗后的眼角膜形态为图C。
24.司机对信号灯的关注是行车安全的重要环节。下列叙述中错误的是( )
A.如果信号灯光线过强,司机观察信号灯时瞳孔会变小
B.要看清远处的信号灯,睫状肌会放松,晶状体会变薄
C.信号灯光线经过角膜、晶状体和玻璃体,最后到达视网膜
D.信号灯会在视网膜上成倒立、缩小的实像,并在此形成视觉
25.为满足特殊人群的需求,有一种眼镜的镜片可以改变(如图甲),它的改变是通过在透明的薄膜中注入或抽出光学液体来实现。图乙是某人看远处物体时的成像情况,此时该人的视力缺陷和矫正时应选择的镜片是( )
A.近视眼,镜片Ⅰ
B.近视眼,镜片Ⅱ
C.远视眼,镜片Ⅰ
D.远视眼,镜片Ⅱ
26.“小眼镜”成为“大关切”,有人大代表曾建议要高度重视
近视低龄化问题。
(1)如图甲所示,正常人眼看远近不同的物体时能实现自动变焦,
使物体都成像在_________上,看清近处物体时的焦距_______
(填“大于”“等于”或“小于”)看清远处物体时的焦距。
视网膜
小于
(2)如图乙所示为全飞秒激光近视手术示意图,手术时,在眼角膜
上削去一部分并从切口取出,从而使角膜形成一个 _______(填
“凸透镜”或“凹透镜”)的形状,达到矫正近视的目的,但也有
一定的后遗症。
凹透镜