【备考2023】浙教版科学“冲刺重高”压轴训练（十三）：光学实验探究【word，含答案】

1.如图所示是小明”探究光的反射规律”的实验装置，在平面镜上放置一块白色硬纸板，纸板由可以绕接缝O转折的E、F两分组成。
（1）若想探究光反射时，反射光线与入射光线是否在同一平面内，具体的实验操作 　 　。
（2）硬纸板在E、F共面（不绕折）情况下，小明先让一束光贴着纸板射到O点，可是在纸板F面上没有反射光线的径迹，原因可能是 　 　。
（3）实验结束后，同组的小明和小刚都想从镜子中看到对方的眼睛，而不想让对方看到自己的眼睛，结果他俩谁都没有能做到，你认为没有能做到的原因是 　 　。
2．在“探究光的折射特点”实验中：
（1）如图甲，小明将一束激光射至P点，形成一个光斑，向水槽内慢慢注水，水槽底部光斑的位置将 　 　（选填“不动”或“向左移动”或“向右移动”），这说明光从空气斜射入水中时，传播方向 　 　（选填“会”或“不会”）发生偏折。
（2）如图乙，小明继续探究“光从空气射入水中时的折射特点”，他使用可折转的光屏，是为了研究折射光线、入射光线和法线是否 　 　。如图丙，他将光沿着AO方向射向水面上的O点，光在水中沿着OB方向射出，调整激光笔使入射光逐步偏向法线，折射光也逐步偏向法线，说明光从空气斜射入水中时，入射角减小，折射角随之 　 　（选填“增大”或“减小”或“不变”）。当光沿着NO方向射入时，此时折射角为 　 　度。
3．小明在探究“光反射时的规律”时将一块平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板竖直地放在平面镜上，纸板可沿虚线ON折叠。
（1）该实验选用纸板的目的是 　 　；
（2）如图甲，使一束光贴着纸板沿某一个角度射到O点，经平面镜反射后沿另一个方向射出，请在图甲中画出入射光线AO的反射光线；
（3）若将硬纸板绕ON折转如图乙所示，将F板向后折一定的角度后 　 　（选填“能”或“不能”）看见反射光线，此时反射光线、入射光线和法线 　 　（选填“在”或“不在”）同一平面内；
（4）图甲中，如果将光线逆着AO反射光线方向射向平面镜O点时，此时光线会沿着OA方向射出，这说明 　 　；
（5）实验中还能从甲平面镜中看到入射光线AO所成的像CO（图中未画出），当入射角i等于43°时，∠AOC＝　 °，由此说明平面镜所成的像与物体关于 　 　对称。
4．下面是小明在研究光的反射规律时的主要步骤：
实验次数 入射角∠i 反射角∠r
1 30° 30°
2 42° 42°
3 60° 60°
（1）请根据如图所示实验装置，把下面的操作按正确顺序排列出来：　 　.
A.改变光束的入射方向，再重做一次。换另一种颜色的笔，记录光的径迹。
B.取下纸板，用量角器测量ON两侧的入射角∠i和反射角∠r，并记入表中。
C.把一个平面镜放在水平桌面上，再把用NOE和NOF两块纸板连接成一张纸ENF竖直地立在平面镜上，纸板上的轴线ON垂直于镜面，如图（甲）所示。
D.让一束光贴着纸板沿某角度入射到O点，经平面镜反射，沿另一个方向射出，在纸板上用笔描出入射光和反射光的径迹。
（2）正确实验所测得的数据如表所示，分析表中的数据所得的结论是 　 　。
（3）在实验中，如果让光逆着反射光路的方向射到平面镜，那么反射光恰好与入射光路重合，这说明在反射时，光路是 　 　。
5.为完成“探究平面镜成像特点”实验，小芳选择了如图所示的实验装置。
（1）小芳把点燃的蜡烛A放在玻璃板前，还要在玻璃板的后面放一支外形相同但没有点燃的蜡烛B，小芳应在 　　（选填“A”或“B”）蜡烛一侧观察玻璃板中的像；
（2）当把蜡烛靠近玻璃板时，蜡烛在玻璃板所成像的大小将 　　（选填“变大”“不变”或“变小”）；
（3）如图所示，仅将玻璃板由图中甲的位置水平向右平移至乙的位置时，蜡烛A的成像情况是 　　（选填字母代号）。
A.蜡烛成像仍在B处
B.蜡烛成像在B处右侧
C.蜡烛无法通过玻璃板成像
6．如图1所示，是某同学在做“平面镜成像特点”实验装置。请你运用所学知识完成下面的问题。
（1）M是一块平板玻璃，此实验用玻璃板代替平面镜的目的是：　 　。
（2）刻度尺的作用是便于比较物体与像 　 　的关系。
（3）实验时选择两根完全相同的蜡烛A和B，点燃蜡烛A，用B替代点燃蜡烛A的像，若观察到两者完全重合，可以说明 　 　。
（4）若在M后面挡一张黑纸，通过M 　　（选填“仍能”或“不能”）看到蜡烛A的像。
7.小明同学用“F”型电子光源、凸透镜和光屏做探究凸透镜成像规律的实验。
（1）图甲中，小明给光屏标上刻度，其目的是 　 。
（2）实验时，在光屏上得到清晰的像，如图乙。小明把光源向左移动一段距离，若保持凸透镜的位置不变，为了在光屏上再次得到清晰的像，他的操作是 　 　。
（3）实验中，小明记录的数据如下表所示：
组别 1 2 3 4 5 6
物距u/厘米 42 37 30 25 20 x
像距v/厘米 20 25 30 37 42 /
小明在做第6次实验时，无论怎样移动光屏，都不能在光屏上得到像，则x的范围是 　 。
8．在“探究凸透镜成像规律”的实验中，将凸透镜固定在光具座上50cm刻线处。
（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，凸透镜的焦距为 　 　cm。
（2）将光屏和点燃的蜡烛分别放在凸透镜的两侧，如图乙所示。为了找到烛焰清晰的像，小明应将光屏向 　 　移动（选填“左”或“右”）。
（3）小明将光屏移到某一位置时，光屏上呈现烛焰清晰的像，则该像是 　 　像（选填“实”或“虚”）。
（4）小明将点燃的蜡烛移动到光具座上35cm刻线处，移动光屏可以再次在光屏上观察到烛焰清晰的像，这一实验现象可以说明 　 　的成像特点（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）。
9.小叶在实验室利用光具座研究凸透镜成像规律。
（1）图甲所示，一个点光源A通过凸透镜后在光屏B点处成了一个清晰像，F是该凸透镜的焦点。根据透镜的性质，画出图中两条光线通过凸透镜后的光线。
（2）当小叶将三个元件移动到图乙所示位置时，光屏中心出现了清晰的像，则光屏上像的性质为　 　。
（3）在图乙所示中，保持蜡烛和光屏不动，将凸透镜移至　 刻度处时，可以再次得到一个清晰的像。
10．某实验小组同学用如图所示的装置探究凸透镜成像的规律，已知凸透镜的焦距为10cm。
（1）实验前将烛焰、凸透镜和光屏的中心调至同一高度，目的：　 　。
（2）如图所示，蜡烛与透镜位置不动，移动光屏后，光屏上呈现一个清晰的像，此时成的是 　 　像（填“放大”或者“缩小”或者“等大”）。
（3）在（2）小问中，得到清晰的像后，为模拟近视眼，可将凸透镜向 　 　边移动少许。
（4）随着蜡烛不断地燃烧，原来光屏中心的像“跑”到光屏上方，这时要让像重新回到光屏中心，下列哪些操作可行？　 　（填序号）。
A.蜡烛上调 B.透镜下调 C.光屏下调
11．小强同学探究凸透镜成像的规律如图装置，凸透镜的焦距是10cm。
（1）点燃蜡烛后，应调节烛焰、光屏，使它们的中心在凸透镜的 　 　上，
（2）将实验器材按图中甲位置放置后，光屏上成清晰的像，应用此规律工作的是
　 　（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”）。实验一段时间后，光屏上的像“跑”到图乙所示的位置，若要像重新回到光屏中央，应将凸透镜向 　 　移（选填“上”或“下”）；
（3）如图甲保持凸透镜和光屏的位置不变，换用焦距为30cm的凸透镜继续实验，下列说法正确的是 　 　。
A.向左移动蜡烛，可以在光屏上得到烛焰缩小的清晰的实像
B.向左移动蜡烛，可以在光屏上得到烛焰放大的清晰的实像
C.向右移动蜡烛，可以在光屏上得到烛焰放大的清晰的实像
D.无论怎样移动蜡烛，在光屏上都得不到烛焰的清晰的像
（4）小金同学进一步探究：如图丙所示，凸透镜的焦距为10cm，保持光屏位置不变，让蜡烛和凸透镜分别以2cm/s和1cm/s的速度从图示位置同时匀速向左运动，经过 　 　s，光屏上成清晰的像。
（5）图丁是2021年12月9日“天宫课堂”中，航天员王亚平为大家直播演示“神奇的太空小水球”实验，如图丁是通过水球成 　（选填“实”或“虚”）像的瞬间。随后，王亚平向水球里注射一个气泡，神奇的一幕发生了，水球里竟然形成了一正一反的两个人像，如图戊，注入气泡后，中间部分相当于两个 　 　组成的（选填“平面镜”“凸透镜”或“凹透镜”）。
参考答案
1.解：（1）若想探究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内，可以把纸板B向后（或向前）弯折，观察纸板B上是否有反射光线。如果没有，则说明三条光线是在同一平面内的；
（2）实验中纸板应与镜面垂直，否则在纸板F面上就看不到反射光线；因此硬纸板在E、F共面（不绕折）情况下，小明先让一束光贴着纸板射到O点，可是在纸板F面上没有反射光线的径迹，原因可能是纸板与平面镜不垂直；
（3）因为光发生反射时，光路是可逆的，所以小明和小刚都能从镜子中看到对方的眼睛，而不想让对方看到自己的眼睛是做不到的。
故答案为：（1）把纸板F向后（或向前）弯折，观察纸板F上是否有反射光线；（2）纸板与平面镜不垂直；（3）反射时，光路是可逆的。
2．解：（1）光由空气斜射入水中，在空气和水的分界面处会发生折射，并且折射角会小于入射角，即折射光线相对于入射光线会向左偏折，所以水槽底部光斑的位置将向左移动，说明光从空气斜射入水中时，传播方向会发生改变；
（2）小明继续探究“光从空气射入水中时的折射特点”，若将纸板右半部分绕MN向后翻转任意角度，会发现纸板上无折射光线呈现，这是为了探究折射光线、入射光线和法线是否在同一平面内；
入射光线和法线的夹角是入射角，折射光线和法线夹角是折射角，图丙中入射光逐步偏向法线，折射光也逐步偏向法线，说明入射角减小，折射角也减小；
当光沿着NO方向射入时会沿ON′方向射出，此时光线垂直入射不改变传播方向，则此时入射角和折射角都等于0度。
故答案为：（1）向左移动；会；（2）在同一平面内；减小；0。
3．解：（1）可绕ON转动的纸板的目的是显示光路；
（2）反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，为43°，如图：
（3）当F板向后折转一定的角度时，则呈现反射光线的F板和呈现入射光线的E板不在同一平面内，所以在F板上不能看到反射光线；但是此时反射光线的位置不发生变化，反射光线和入射光线仍然在同一平面内；
（4）图甲中，如果将光线逆着AO反射光线方向射向平面镜O点时，此时光线会沿着OA方向射出，这说明在光的反射现象中，光路是可逆的；
（5）实验中还能从甲平面镜中看到入射光线AO所成的像CO（图中未画出），当入射角i等于43o时，入射光线与镜面的夹角为，90°﹣43°＝47°，入射光线AO所成的像CO与镜面的夹角也是47°，∠AOC＝47°+47°＝94°，由此说明平面镜所成的像与物体关于镜面是对称的。
故答案为：（1）显示光路；（2）如图；（3）不能；在；（4）在光的反射现象中，光路是可逆的；（5）94 ；镜面。
4．解：（1）研究光的反射规律，要先布好器材，做出第一组入射光线和反射光线，然后改变入射角再做出第二组，最后取下纸板获得数据，并将数据填入表中进行分析，所以顺序是CDAB；
（2）根据表中的数据可以得出的结论是：在光的反射现象中，反射角等于入射角；
（3）如果让光逆着反射光路的方向射到平面镜，那么反射光恰好与入射光路重合，这说明在反射时，光路是可逆的。
故答案为：（1）CDAB；（2）在光的反射现象中，反射角等于入射角；（3）可逆的。
5.解：（1）实验时，小芳同学应在A这一侧观察蜡烛A经玻璃板所成的像；
（2）当把蜡烛靠近玻璃板时，由于像的大小与物体大小相同，蜡烛在玻璃板所成像的大小将不变；
（3）平面镜所成的像与物关于平面镜对称，蜡烛A位置不变，将平面镜平移，平面镜仍在原来像与成像物体对称轴上，像的位置不变，故选A。
故答案为：（1）A；（2）不变；（3）A。
6．解；（1）实验中用透明的玻璃板代替平面镜，在物体的一侧能看到物体的像，同时透过玻璃板也能观察到代替物体的另一个物体，便于确定像的位置；
（2）在实验中用到刻度尺，但尺并不是测量像、物的大小用的，而是测像到镜的距离、物到镜的距离，然后比较二者关系用的；
（3）蜡烛A的像和未点燃的蜡烛完B全相同，说明平面镜所成的像和物体大小相等；
（4）平面镜成像的原理是光的反射，若在M后面挡一张黑纸，通过M仍能看到蜡烛A的像。
故答案为：（1）便于确定像的位置；（2）到玻璃板的距离；（3）平面镜所成的像和物体大小相等；（4）仍能。
7.解：（1）小明在光屏标上刻度其目的是便于比较像与物大小的关系；
（2）小明把光源向左移动一段距离，则物距变大，像距应变小，将光屏向凸透镜靠近，即向左移动，直到光屏上出现清晰的实像；
（3）由表格数据可知，当u＝v＝30cm时，成倒立等大的实像，则2f＝30cm，即f＝15cm，
无论怎样移动光屏，都不能在光屏上得到像，，可能是因为物距小于焦距，成了虚像，不能成在光屏上，也有可能物体在焦点上，不能成像，故此时物距x≤f＝15cm。
故答案为：（1）便于比较像与物大小的关系；（2）将光屏向左移动，直到光屏上出现清晰的实像；（3）x≤15cm。
8．解：（1）平行光线经过凸透镜后会聚于一点，这一点就是焦点。焦点到光心的距离是焦距，根据图示中光屏在刻度尺上的位置，可以读出该凸透镜的焦距是40.0cm﹣30.0cm＝10.0cm；
（2）当蜡烛位于0刻度线处，凸透镜位于50cm刻度线时，此时的物距为50cm，凸透镜的焦距为10cm，物距大于二倍焦距，像距在一倍焦距和二倍焦距之间，所以应将光屏向左移动，才能在光屏上呈现清晰的像；
（3）能被光屏接收到的像是实像；
（4）把烛焰放在距凸透镜35cm刻度处处时，即2f＞u＞f时，由凸透镜成像规律可知，成倒立放大的实像，投影仪就是利用此原理制成的。
故答案为：（1）10.0；（2）左；（3）实；（4）投影仪。
9.解：（1）光屏上的像是实像，是由实际光线会聚而成的；来自A点的光经透镜折射后成像在光屏的B点，所以将两个入射点与B点连接起来即可得到相应的折射光线，如图所示：
（2）由图乙可知，物距u＜v，且光屏中心出现了清晰的像，由凸透镜成像规律可知，此时成倒立、放大的实像；
（3）由图知，蜡烛在刻度尺的10cm处，u＝25cm﹣10cm＝15cm，v＝70cm﹣25cm＝45cm；
根据光在折射时光路的可逆性可知，保持蜡烛和光屏位置不变，当物距等于原来的像距，即u′＝45cm时，即凸透镜移动至10cm+45cm＝55cm刻度线处，在光屏上能再次呈现清晰的像。
故答案为：（1）见上图；（2）倒立、放大的实像；（3）55cm。
10．解：（1）实验前，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）如图所示，此时物距u＝50cm﹣17cm＝33cm，v＝70cm﹣50cm＝20cm，物距大于像距，u＞2f，光屏上呈现倒立、缩小的实像；
（3）近视眼的成因是像成在了视网膜的前方，即像在光屏的前方，保持蜡烛和光屏位置不变，可将凸透镜向右移动少许；
（4）实验一段时间后，蜡烛变短，像移动到光屏的上方，根据过光心的光线传播方向不变，要让像重新回到光屏中央，可将蜡烛向上移动、将光屏向上移动、将凸透镜向下移动，能让像重新回到光屏中心的操作是AB。
故答案为：（1）使像成在光屏的中央；（2）缩小；（3）右；（4）AB。
11．解：（1）如图，烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度，要调节凸透镜和光屏的中心，使之与烛焰的中心大致在同一高度，像才能成在光屏的中央位置；
（2）由图可知，此时物距为15cm，位于一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立、放大的实像，应用为投影仪；实验一段时间后，原来成在光屏中央的像“跑”到光屏的上方，根据穿过光心的光线方向不变，若要像重新回到光屏中央，可将凸透镜向下移动；
（3）由甲图可知，在甲图中物距为40.0cm﹣25.0cm＝15.0cm，像距为70.0cm﹣40.0cm＝30.0cm，换用焦距为30cm的凸透镜后，光屏恰好位于新凸透镜的右侧焦点上，所以无论怎样移动蜡烛，在光屏上都得不到烛焰的清晰的像，故选：D。
（4）由丙图可知，物距u＝15cm，像距v＝15cm，
保持光屏位置不变，让蜡烛和凸透镜分别以2cm/s和1cm/s的速度，同时匀速向左运动，
则t秒时，物距u′＝15cm+（2cm/s﹣1cm/s）t＝15cm+1cm/s×t，
像距v′＝15cm+1cm/s×t，
则可知在移动过程中，要能在不动的光屏上成像，物距必须等于像距，
由凸透镜成像规律可知此时成倒立等大的实像，
所以此时u′＝v′＝2f＝20cm，即15cm+t×1cm/s＝20cm，解得t＝5s；
（4）水球具有中间厚、边缘薄的特点，则水球相当于一个凸透镜，所以可以看到王亚平的倒立、缩小的实像；
向水球里注射一个气泡，由图可知，中间部分相当于两个凹透镜，凹透镜成正立、缩小的虚像，所以水球里形成了一正一反的两个人像。
故答案为：（1）同一高度；（2）投影仪；下；（3）D；（4）5；（5）实；凹透镜。
光学实验探究