資源簡介

專題08 光學實驗
一、探究光的反射規律 實驗目的探究光的反射規律實驗裝置實驗器材平面鏡1個，激光筆1個，帶刻度的硬紙光屏1個，水槽一個，支架1對，夾子1個實驗步驟（1）按要求組裝器材。將平面鏡水平放置，然后把一塊標有刻度的白色硬紙板豎直放置在平面鏡上； （2）用激光筆射出一束激光，用筆記下入射光線和反射光線的位置，并在刻度光屏上讀出入射角和反射角的度數，記錄在表格中。 （3）重復實驗兩次。改變入射光的方向，多測幾組入射角和發射角，并將有關數據填入下表。 （4）將光屏向前或向后折，觀察反射光線。 （5）整理器材。實驗結論（1）在反射現象中，入射光線、反射光線、法線在同一平面內； （2）入射光線和反射光線分居法線兩側； （3）反射角等于入射角。 （4）反射過程中光路是可逆的。注意事項（1）應在光線較暗的室內進行實驗，以便于觀察實驗現象； （2）實驗時，紙板必須與平面鏡垂直，否則在紙板上看不到反射光； （3）實驗過程中嚴禁將激光對著人眼，以防灼傷眼睛； （4）通過鏡面對入射光的反射作用，可以看出鏡子有改變光路的作用； （5）本實驗時一個歸納性實驗，改變入射光的方向多次實驗的目的是為了得到多組實驗數據，從而得出普遍規律，避免實驗結論的偶然性。
二、探究平面鏡成像的特點 實驗目的探究平面鏡成像的特點實驗裝置實驗器材兩支完全一樣的蠟燭、一塊玻璃板、一個光屏、火柴、刻度尺實驗步驟（1）將玻璃板垂直置于桌面，在玻璃板的一 側立一支點燃的蠟燭，透過玻璃板觀察其另一側面的蠟燭的像。 （2）將光屏放在像的位置，不透過玻璃板，直接觀察光屏上有無像。 （3）將相同的未點燃的蠟燭放在像的位置，觀察像與蠟燭的大小關系。 （4）移到蠟燭的位置，觀察其像的大小有無變化。 （5）量出蠟燭和像到玻璃板的距離。實驗結論平面鏡成像特點： （1）像和物大小相等； （2）像到鏡面的距離和物到鏡面的距離相等； （3）像和物的連線與鏡面互相垂直； （4）平面鏡所成像是虛像。實驗要求及原因（1）為了使觀察到的像更為清晰，實驗最好在較暗的環境中進行； （2）實驗中用玻璃板代替平面鏡，目的是便于觀察和確定像的位置，并比較物像的大小關系，原因是玻璃板既能反射光又能透過光，即透過玻璃板能看到未點燃的蠟燭，也能看到點燃的蠟燭所成的像； （3）實驗應選用較薄的玻璃板。因為玻璃板的前后表面可以各成一個像，當玻璃板較厚時，兩個像有較大的錯位，難以確定像的位置； （4）實驗中，玻璃板要豎直立在水平桌面上。若玻璃板沒有豎直放置，則未點燃的蠟燭和點燃的蠟燭將不能完全重合； （5）實驗中，使用兩支完全相同的蠟燭，目的是比較像與物體的大小關系； （6）用點燃的蠟燭做實驗的優點是所成的像比較亮，便于觀察； （7）白紙用于標注玻璃板的位置、蠟燭以及蠟燭的像的位置，刻度尺用于測量蠟燭以及蠟燭的像到玻璃板的距離； （8）改變蠟燭與玻璃板的距離進行多次實驗，是為了尋找普遍規律。
三、探究光折射的特點 實驗目的探究光折射的特點實驗裝置實驗器材光源（激光筆）、水槽、一個可折疊的光屏、一塊玻璃磚。實驗步驟1．如圖所示，讓光從空氣進入水中，觀察折射光線、入射光線、法線之間的位置關系； 2．比較折射角與入射角的大小； 3．改變入射角的大小，觀察折射角的變化情況； 4．換用玻璃磚，將上面的實驗過程重復一次； 5．讓光從水中斜射到空氣中，觀察入射角和折射角的變化。實驗結論光的折射規律： 1．光在折射時，折射光線、入射光線、法線在同一平面內，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側； 2．當光從空氣斜射入水中（或其他介質）時，折射光線向法線方向偏折，折射角小于入射角；當入射角增大時，折射角也隨之增大； 3．當光線從水或其他介質斜射入空氣中時，折射光線遠離法線，折射角大于入射角； 4．當光從空氣垂直射入水中或其他介質中時，其傳播方向不變； 5．在光的折射現象中，光路是可逆的。
四、探究凸透鏡成像的規律 實驗目的凸透鏡成像，像的大小、正倒、虛實跟物距有什么關系？實驗裝置實驗器材帶刻度的光具座、蠟燭、光屏、透鏡（焦距在10～20 cm之間）、刻度尺．見實驗裝置圖．實驗步驟1．先測出透鏡的焦距：讓凸透鏡在陽光下來回移動，找著最小、最亮的點，用刻度尺量出亮點與凸透鏡的距離，這就是這個凸透鏡的焦距． 2．實驗探討像的大小、正倒、虛實跟物距的關系： （1）把透鏡放在光具座標尺中央，從透鏡的位置開始在左右兩邊的標尺上用粉筆標出等于焦距和2倍焦距的位置。 （2）點燃蠟燭，調整它們的高度，使燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度． （3）把蠟燭放在離凸透鏡盡量遠的位置上，調整光屏到透鏡的距離，使燭焰在屏上成一個清晰的像，觀察像的大小、正倒，測出蠟燭與凸透鏡、凸透鏡與光屏間的距離．把數據記錄在表格中． （4）繼續把蠟燭向凸透鏡靠近，觀察像的變化是放大還是縮小，是正立還是倒立，蠟燭與凸透鏡、凸透鏡與光屏的距離測出，將數據記錄在表格中． （5）當蠟燭到一定位置上時，光屏沒有像，用眼睛直接對著凸透鏡觀察蠟燭的像，把蠟燭與凸透鏡、像與凸透鏡的距離，像是放大還是縮小的，像的正倒，填入表格中。實驗結論見下表注意事項1．光具座的長度有限，做實驗時最好選用焦距較小的凸透鏡； 2．凸透鏡最好放在光具座的中間位置，便于調節物距和像距； 3．調整燭焰、透鏡、光屏三者的中心在同一高度，目的是讓燭焰的像成在光屏的中央； 4．調整光屏時，不可再調整凸透鏡的位置，否則會引起物距的變化； 5．判斷燭焰的像是否最清晰的方法：光屏在某位置時，向前或向后移動光屏，像都會變模糊，則此位置即為像最清晰的位置； 6．同一個物距范圍內，要換不同的物距進行實驗，這是為了排除偶然因素，使實驗結論更具普遍性。
實驗結論 物距（u）像距（v）正倒大小虛實應用特點物、像的位置關系u＞2f2f＞v＞f倒立縮小實像照相機、攝像機﹣物像異側u＝2fv＝2f倒立等大實像精確測焦儀成像大小的分界點物像異側2f＞u＞fv＞2f倒立放大實像幻燈機、電影、投影儀﹣物像異側u＝f﹣﹣﹣不成像強光聚焦手電筒成像虛實的分界點﹣u＜fv＞u正立放大虛像放大鏡虛像在物體同側，且在物體之后物像同側
模型1 探究光沿直線傳播的條件
在研究光的傳播路徑時，小明做了下面幾個小實驗：
（1）圖1中，為了顯示激光在空氣中傳播路徑，可以采取的方法是　 　，圖2中為了顯示激光在水中的傳播路徑，可以在水中加入少量的　 　 ；
（2）小明在玻璃缸中加入清水，沿缸壁輕輕注入濃糖水，不攪拌，從側壁水平照射激光，看到缸內光的路徑是彎折的（圖3），當攪拌缸中的水后，觀察到光是沿直線傳播的，說明光沿直線傳播的條件是 　 　；
（3）我國古代學者對“光沿直線傳播”的現象曾做過許多研究，例如戰國時期的《墨經》中就有小孔成像的解釋，如圖4所示：
①小孔成的像是　 　（填“正立”或“倒立”）的 　 　（選填“實”或“虛”）像；
②若將小孔由圓形改為三角形，則所成的像的形狀　 　（選填“改變”或“不變”）。
【答案】（1）在空氣中噴灑煙霧；牛奶或咖啡；（2）光在同種均勻介質中才沿直線傳播；（3）①倒立；實；②不變。
【解答】解：（1）光在空氣中是沿直線傳播的，但傳播路徑不容易直接觀察，在空氣中噴灑煙霧，有利于觀察光的傳播路徑；將激光射入混有少量牛奶或咖啡并攪拌均勻的水中，可利用光的漫反射顯示出光的傳播路徑；
（2）當向盛有清水的玻璃缸沿缸壁輕輕注入濃糖水時，玻璃缸內的液體就變的不均勻了，越深密度越大，光線在里面傳播時就會發生折射，形成如圖所示的現象；當攪拌缸中的水后，玻璃缸內的液體就會變得均勻了，觀察到光的路線呈直線，說明光在同種均勻介質中才沿直線傳播；
（3）①由于小孔所成的像是由實際光線會聚而成的，因此小孔成的像是倒立的實像，這是光的直線傳播造成的；②小孔所成的像是物體本身的像，與小孔的形狀無關，所以若將小孔由圓形改為三角形，則所成的像的形狀不變。
【變式練1】盛水的玻璃水槽中，倒入了較多的白砂糖；第二天，讓一束激光射入水中，拍攝到如圖所示的照片。
（1）圖中光的傳播路徑是　 　（填“直”或“曲”）線；請你對這種現象作出原因分析：　 　。
（2）有人說“光總是沿直線傳播的”，通過這個實驗現象的觀察，你認為，這個結論能否成立？　 　。如果由你作出關于光是否是直線傳播的結論，你將怎樣表述？寫出你的表述：　 　。
【答案】（1）曲；糖水不均勻；（2）不成立；光在同一種均勻介質中沿直線傳播。
【解答】解：（1）光必須在同一種均勻的介質中才是沿直線傳播的，糖水的密度如果不均勻，光在糖水中傳播路徑就不是直線；因此圖中光的傳播路徑是曲線。（2）光沿直線傳播是有條件的，光在同種均勻介質中是沿直線傳播的，因此通過這個實驗現象可知，這個結論不成立，正確表述為：光在同種均勻介質中是沿直線傳播的。
【變式練2】如圖是研究光的傳播規律的小實驗：
（1）圖甲中，為了顯示激光在空氣中傳播路徑，可以在光的傳播路徑下點蚊香。圖乙中，為了顯示激光中水中的傳播路徑，可以在水中加入少量的　 　，可以得出光在均勻的液體中是沿直線傳播的。
A．食用油或牛奶 B．牛奶或咖啡 C．咖啡或食用油
（2）要得出“光沿直線傳播的”這一普遍結論，還需要再做一個光在　 　中傳播的實驗。
A．酒精 B．玻璃磚 C．木塊
（3）實驗結束后某同學發現在玻璃缸中盛上清水，沿缸壁輕輕注入濃糖水，從側壁水平照射激光，看到缸內光的路線如圖丙所示，當攪拌缸中的水后，觀察到光的路線呈直線，說明光沿直線傳播的條件是　 　 。
【答案】（1）B；（2）B；（3）在同種均勻介質中。
【解答】答：（1）由于食用油和水是不相溶的，所以不能加入食用油；將激光射入混有少量牛奶或咖啡并攪拌均勻的水中，可利用光的漫反射顯示出光的傳播路徑；故選B；
（2）前面已經用氣體和液體做了實驗，為了獲得普遍的規律，還需要研究光在固體中的傳播路徑，由于玻璃磚是透明的，故還需要再做一個光在玻璃磚中的傳播實驗；酒精和水都是液體，不適合再實驗，而木塊不是透明的介質，無法進行實驗；故選B；
（3）當向盛有清水的玻璃缸沿缸壁輕輕注入濃糖水時，玻璃缸內的液體就變的不均勻了，越深密度越大，光線在里面傳播時就會發生折射，形成如圖所示的現象；當攪拌缸中的水后，玻璃缸內的液體就會變得均勻了，觀察到光的路線呈直線，說明光在同種均勻介質中才沿直線傳播。
【變式練3】為了研究光是怎樣傳播的，小華和他的實驗小組進行了以下實驗：
（1）用激光筆射出一束光，小華卻只看到墻上出現的光斑，沒有看到光傳播的路線，同組的小李告訴他，應該讓室內環境更　 　（選填“亮”或“暗”）些，才容易看到光路。經過改進后，他們看到光在空氣中是沿直線傳播的。
（2）接著他們讓光分別射向水中、玻璃中，發現都是沿直線傳播的。而細心的小明還發現，光從空氣斜射向水或玻璃中時，在交界處傳播方向稍有偏折，這是光的　 　 現象。
（3）小華于是得出結論：光總是沿直線傳播的。而小李覺得總有些不妥，但又無法說服小華，于是找到老師來解決。老師用漏斗向水中慢慢注入海波溶液，觀察到光路發生了彎曲；用玻璃棒攪拌均勻后，光路又變成了直線。所以小華把結論改為：光在 　 中是沿直線傳播的。
【答案】（1）暗；（2）折射；（3）同種均勻介質。
【解答】答：（1）用激光筆射出一束光，如果室內的環境較暗的話，激光筆的光線相對會明亮一些，能顯示出光的傳播路徑；
（2）光從空氣斜射向水或玻璃中時，光線會在交界處傳播方向稍有偏折，這是光的折射現象；
（3）用玻璃棒攪拌均勻后，介質變成了同種均勻介質，所以光路又變成了直線。所以小華把結論改為：光在同種均勻介質中是沿直線傳播的。
模型2 探究光反射時的規律
（2023 仙桃）用如圖的裝置探究“光的反射定律”。平面鏡M水平放置，附有量角器的白紙板由E、F兩部分構成，始終豎直立在M上，可以繞ON翻折。
（1）如圖甲，E、F在同一平面上，讓入射光AO射向鏡面，量角器上顯示入射角和反射角的大小，可得出∠r 　 　∠i（選填“＞”、“＜”或“＝”）；
（2）改變入射光的方向，再測幾組入射角和反射角，這樣做的目的是 　 　；
（3）若光沿BO入射，經M反射后沿OA射出。這表明，在光的反射現象中，光路是 　 　的；
（4）如圖乙，把F向前或向后翻折，則在F上 　 　（選填“能”或“不能”）看到反射光，這說明反射光線、入射光線和法線在 　 　。
【答案】（1）＝；（2）多次實驗，得到普遍規律：（3）可逆；（4）不能；同一平面內。
【分析】（1）光反射時，反射角等于入射角；
（2）為避免實驗的偶然性，應多做幾次試驗，然后才可以得出結論；
（3）在光的反射現象中光路是可逆的；
（4）反射光線、入射光線和法線是在同一平面內的，若將紙板F向后折，則在光屏上不能看到反射光線。
【解答】解：（1）如圖甲，E、F在同一平面上，讓入射光AO射向鏡面，量角器上顯示入射角和反射角的大小，可得出∠r＝∠i；
（2）本實驗是探究規律的，改變入射光的方向，再測幾組入射角和反射角，進行多次實驗的目的是：避免偶然性，得出普遍規律；
（3）如果讓光線逆著OB的方向射向鏡面，這時的入射角為原來的反射角，根據光的反射定律，反射角等于入射角，這時的反射角為原來的入射角，所以會發現光線原路OA返回，也就是在反射現象中，光路是可逆的；
（4）以法線ON為軸線，把紙板F向后緩慢旋轉，這時不能看到反射光線OB，因為紙板沒有和反射光線、法線在同一平面上，所以不能看到反射光線OB．因此這樣做的目的是為了探究反射光線、入射光線、法線是否在同一平面內。
名師點撥：本題考查光的反射定律實驗的有關內容，主要考查學生對實驗過程中出現問題的應對能力，就是為了鍛煉學生的動手、動腦的能力。掌握基礎知識認真分析即可正確解題。
【變式練1】小明用如圖所示的裝置探究光反射時的規律，將平面鏡放在水平桌面上，紙板ENF豎直地立在平面鏡上。下列說法正確的是（　　）
A．為了便于觀察，紙板ENF最好用光滑的白色紙板
B．若紙板與平面鏡不垂直，則不能在紙板上同時看到入射光EO和反射光OF
C．把紙板NOF向后折，在紙板上看不到反射光線，說明反射光線與入射光線不在法線兩側
D．圖中所示的入射角為46°
【答案】B
【解析】A、為了看清楚紙板上的光路，紙板材質應是較粗糙，光線射在上面發生了漫反射，反射光線射向各個方向，無論從哪個角度看，都能看得清楚，故A錯誤；B、法線在紙板上，法線與鏡面垂直，入射光線、法線、反射光線在同一平面內，如果紙板與平面鏡不垂直，則鏡面的法線不在紙板上，入射光沿紙板照射后，反射光線不在紙板上，則我們在紙板上看不到反射光線，不是反射現象消失了，故B正確；C、入把半面紙板NOF向前折或向后折，這時，在NOF上看不到反射光線，說明反射光線、入射光線和法線在同一平面內，反射光線與入射光線在法線兩側，故C錯誤；D、已知入射光線與鏡面的夾角為46°，所以入射角為90°﹣46°＝44°，而反射角等于入射角，所以反射角也是44°，故D錯誤。
【變式練2】（2023 齊齊哈爾）小明利用如圖裝置探究光反射時的規律。
（1）如圖1所示，實驗時，把一個平面鏡放在水平桌面上，再把白色紙板ENF（右側可繞ON翻折）豎直地立在平面鏡上，紙板上的直線ON應　 　于鏡面。使一束光貼著紙板沿某一角度射到O點，光在紙板上發生　 　（選填“鏡面”或“漫”）反射，呈現徑跡。光經平面鏡反射，沿另一個方向射出。
（2）改變光束入射的角度，多做幾次，換用不同顏色的筆記錄每次光的徑跡。取下紙板，用量角器測量ON兩側的∠i和∠r，是為了　 　；根據實驗結論可知：當入射光EO與平面鏡夾角為50°時，反射角為　　 。
（3）讓光沿圖1中FO方向照射到鏡面，它會沿著OE方向射出。這表明：在光的反射現象中，光路是　 　的。
（4）如圖2所示，把紙板ENF右側繞ON向前折或向后折，在右側紙板上看不到反射光。這表明：在反射現象中，反射光線、入射光線和法線都在　 　內。
【答案】（1）垂直；漫；（2）尋找普遍規律；40°；（3）可逆；（4）同一平面。
【分析】（1）把一個平面鏡放在水平桌面上，再把一張可以繞ON翻折的紙板ABCD豎直地立在平面鏡上，紙板上的直線ON垂直于鏡面；
反射光線和法線的夾角是反射角；
漫反射也是光的反射的一種現象，也遵循光的反射定律；
（2）探究光的反射規律，多次改變入射角大小并測量對應的反射角，是為了尋找普遍規律；
入射光線與法線之間的夾角叫做入射角；反射光線與法線夾角叫反射角；
（3）根據入射光線和反射光線的位置互換進行實驗，觀察反射光線與原來入射光線的關系得出結論；
（4）反射光線、入射光線和法線在同一平面內。
【解答】解：（1）把一個平面鏡放在水平桌面上，再把一張可以繞ON翻折的紙板ABCD豎直地立在平面鏡上，紙板上的直線ON垂直于鏡面；
使一束光貼著紙板沿某一角度射到O點，光在紙板上發生漫反射，呈現徑跡；
（2）探究光的反射規律，多次改變入射角大小并測量對應的反射角，是為了尋找普遍規律；當EO與鏡面夾角為50°時，反射角的大小為90°﹣50°＝40°，所以入射角也等于40°；
（3）如果讓光線逆著FO的方向射向鏡面，這時的入射角為原來的反射角，根據光的反射定律，反射角等于入射角，這時的反射角為原來的入射角，所以會發現光線原路返回，也就是說，在反射現象中，光路是可逆的；
（4）由題意得，當顯示入射光線、反射光線的紙板在同一平面上時，入射光線、反射光線都能同時看見；當把顯示反射光線的紙板NOF向前折或向后折，這時在NOF上看不到反射光，說明反射光線、入射光線和法線在同一平面內。
【點評】此題主要通過實驗探究了光的反射定律。通過各個分實驗分別探究了兩角大小和三線之間的關系。實驗探究題是中考中必不可少的題目，要加強實驗教學，引導學生從實驗中分析現象，歸納總結規律。培養學生觀察、分析、概括能力。
【變式練3】（2023 眉山）同學們利用圖甲所示的器材（紙板F可繞ON翻折）探究光的反射定律。
（1）圖乙中，用激光筆沿AO方向入射，當入射光線與平面鏡夾角為60°時，入射角大小為　 　；再將紙板F繞ON向后折，紙板F上　 　（選填“有”或“沒有”）反射光線，這一步驟的目的是探究反射光線、入射光線、法線　 　。
（2）圖乙中，若讓另一束光線沿BO方向射向平面鏡，反射光線沿OA方向射出，這一現象說明　 　 。
（3）為了得到“反射角等于入射角”這一普遍規律，接下來的操作是改變　 　 ，多次實驗。
（4）圖丙中，保持入射光線AO不變，將平面鏡繞入射點旋轉，使入射角增大10°，則反射光線偏轉的角度為　　 。
【答案】（1）30°；沒有；在同一平面內；（2）在光的反射現象中，光路是可逆的；（ 3）入射角大小；（4）20°。
【分析】（1）入射角是入射光線與法線的夾角；
在光的反射現象中，反射光線、入射光線和法線在同一平面內；
（2）根據入射光線和反射光線的位置互換進行實驗，觀察反射光線與原來入射光線的關系得出結論；
（3）為了得出普遍結論，應進行多次實驗，測出多組實驗數據；
（4）根據反射角等于入射角分析若保持入射光線AO不變，將平面鏡繞入射點旋轉，使入射角增大10°，分析反射光線偏轉的角度。
【解答】解：（1）讓光線貼著紙板沿AO方向射向鏡面，根據AO與法線的夾角是入射角，即為90°﹣60°＝30°；
將紙板F繞ON向后折，紙板F上沒有反射光線，此現象說明了：在反射現象中，反射光線、入射光線和法線在同一平面內；
（2）如果讓光沿BO方向入射，反射光將沿OA方向射出，可知將反射光線改為入射光線，光路圖照樣成立，這表明：在光的反射現象中，光路是可逆的；
（3）只進行一次實驗，根據一次測量就得出實驗結論，實驗結論不具有普遍性，為了得出普遍結論，使結論符合客觀事實，應改變入射角大小，進行多次實驗，進行多次測量；
（4）保持入射光線AO不變，將平面鏡繞入射點旋轉，使入射角增大10°，此時入射角為：∠AON′＝30°+10°＝40°；
因為反射角等于入射角，所以轉動前入射光線與反射光線的夾角∠AOB＝30°+30°＝60°；
轉動后10°后，此時入射角∠AON′＝40°，因為反射角等于入射角，所以轉動后入射光線與反射光線的夾角∠AOB′＝40°+40°＝80°；
則反射光線偏轉的角度：∠BOB′＝∠AOB′﹣∠AOB＝80°﹣60°＝20°。
【點評】本題是探究光的反射定律實驗，關鍵是記住光的反射定律內容：反射光線、入射光線和法線都在同一平面內，反射光線、入射光線分居法線兩側，反射角等于入射角。
模型3 探究平面鏡成像的特點實驗
（2023 德州）某小組的同學用如圖甲所示器材完成了“探究平面鏡成像的特點”的實驗。
（1）實驗中用薄玻璃板代替平面鏡目的是：便于確定像的 　 　。
（2）實驗中應選擇與蠟燭①外形相同且 　 　（選填“已點燃”或“未點燃”）的蠟燭②，移動蠟燭②發現其恰好能與蠟燭①的像完全重合，說明像與物 　 　。
（3）將蠟燭①遠離玻璃板，像的大小將 　 　（選填“變大”、“變小”或“不變”）。
（4）如圖乙，將玻璃板傾斜，蠟燭①的像將 　 　（選填“仍然”或“不再”）與蠟燭①關于鏡面對稱。
【答案】（1）位置和大小；（2）未點燃；大小相同；（3）不變；（4）仍然。
【分析】（1）平面鏡成像的特點：物體在平面鏡中所成的像是虛像，像和物體的大小相等，它們的連線垂直于鏡面，它們到鏡面的距離相等，根據成像的特點分析實驗操作的要求；
（2）為了比較像和物的大小關系，選取兩個相同的蠟燭，用未點燃的蠟燭②，在玻璃板后面移動，與蠟燭①的像完全重合；平面鏡所成的像是虛像，人眼應該透過玻璃板觀察蠟燭①的像；
（3）平面鏡成的像與物大小相同，和物到鏡的距離無關；
（4）平面鏡成像時，像與物關于鏡面對稱。
【解答】解：（1）因為玻璃板是透明的，能在觀察到A蠟燭像的同時，還可以透過玻璃清楚的看到放在后面的B蠟燭，便于確定像的位置和大小；
（2）實驗中，用另一支未點燃的蠟燭②代替點燃蠟燭①的像；平面鏡所成的像是虛像，人眼一直應該在蠟燭①這一側觀察，直至蠟燭②與蠟燭①的像完全重合，說明像與物大小相同；
（3）平面鏡成的像與物大小相同，與物體到鏡面的距離無關，所以將蠟燭遠離玻璃板，像的大小將不變；
（4）將玻璃板傾斜，蠟燭①的像將仍然與蠟燭①關于鏡面對稱。
名師點撥：本題考查探究平面鏡成像的一些細節要求，培養學生動手操作實驗的能力并能根據實驗現象得出正確結論，動手操作實驗時，能根據實驗現象得出正確的結論，提高實驗能力。
【變式練1】（2023 長春）在“探究平面鏡成像的特點”實驗中：
（1）用玻璃板代替平面鏡的目的是 　 　。
（2）將白紙鋪在水平桌面上，再將玻璃板 　 　放在白紙上，把點燃的蠟燭A放在玻璃板前面，如圖所示。將未點燃的蠟燭B在玻璃板后面移動，直到跟蠟燭A的像完全重合，說明平面鏡所成的像與物體大小 　 　。
（3）將光屏放在蠟燭A的像的位置，直接觀察光屏，光屏上沒有呈現蠟燭A的像，說明平面鏡所成的像是 　 　。
【答案】（1）便于確定像的位置；（2）垂直；相等；（3）虛像。
【分析】（1）玻璃板有透光性，既能成像，也能確定像的位置；
（2）若玻璃板沒有垂直放在白紙上，則成的像偏高或偏低，導致實驗無法完成；根據實驗操作現象及將A、B大小完全相同分析；
（3）虛像不能成在光屏上。
【解答】解：（1）玻璃板有透光性，既能成像，也能確定像的位置，用玻璃板代替平面鏡的目的是便于確定像的位置。
（2）將白紙鋪在水平桌面上，再將玻璃板垂直放在白紙上，把點燃的蠟燭A放在玻璃板前面，如圖所示。將未點燃的蠟燭B在玻璃板后面移動，直到跟蠟燭A的像完全重合，則B蠟燭與A蠟燭的像大小相等，又蠟燭A、B大小完全相同，說明平面鏡所成的像與物體大小相等。
（3）虛像不能成在光屏上，將光屏放在蠟燭A的像的位置，直接觀察光屏，光屏上沒有呈現蠟燭A的像，說明平面鏡所成的像是虛像。
【點評】探究平面鏡成像的特點，考查對器材的要求及對操作過程的理解。
【變式練2】（2023 綏化）如圖是“探究平面鏡成像特點”的實驗裝置。
（1）實驗時玻璃板必須 　 　放置在水平桌面上。
（2）實驗中為了便于比較像與物的大小關系，應選擇兩支 　 　的蠟燭，在玻璃板一側點燃蠟燭A，在另一側將未點燃的蠟燭B放到蠟燭A像的位置，發現它們完全重合，這說明像與物的大小 　 　。
（3）移去蠟燭B，在其位置上豎立一光屏，直接觀察光屏，不能看到蠟燭A的像，這說明平面鏡成的是 　 　像。（選填“實”或“虛”）
（4）岸邊的樹木在水中的像看上去是“倒立”的，請解釋產生這一現象的原因 　 　。
【答案】（1）豎直；完全相同；（2）相等；（3）虛；（4）水面相當于平放的平面鏡，像是光的反射形成的，像與物體關于鏡面對稱。
【分析】（1）（2）實驗時玻璃板豎直放置，采用兩個完全相同的蠟燭，一支蠟燭放在玻璃板的前面并點燃，另一支放在玻璃板的后面，當玻璃板后面的蠟燭和玻璃板前面的蠟燭的像完全重合時，可以確定像的位置，同時也可以比較物像大小關系；
（3）平面鏡成的像是反射光線的反向延長線會聚形成的虛像。
（4）平面鏡成像是光的反射，像與物體關于鏡面對稱。
【解答】解：（1）為了使得像成在桌面上，實驗時玻璃板必須豎直放置在水平桌面上。
（2）實驗中為了便于比較像與物的大小關系，應選擇兩支完全相同的蠟燭，在玻璃板一側點燃蠟燭A，在另一側將未點燃的蠟燭B放到蠟燭A像的位置，發現它們完全重合，這說明像與物的大小相等。
（3）虛像不能呈現在光屏上，移去蠟燭B，在其位置上豎立一光屏，直接觀察光屏，不能看到蠟燭A的像，這說明平面鏡成的是虛像；
（4）岸邊的樹木在水中的像看上去是“倒立”的，這是由于水面相當于平放的平面鏡，像是光的反射形成的，像與物體關于鏡面對稱，因而看上去是倒影。
【點評】本題考查平面鏡成像的探究及其拓展，屬于中檔題，有一定的難度。
【變式練3】（2023 陜西）如圖，是“探究平面鏡成像時像與物的關系”的實驗裝置。
實驗序號 1 2 3 4 5
物到平面鏡的距離/cm 5.50 8.00 10.20 12.00 15.10
像到平面鏡的距離/cm 5.50 8.10 10.20 12.10 15.10
（1）將一張方格紙放在水平桌面上，再將茶色玻璃板 　 　放置在方格紙上。
（2）實驗時，使用兩個相同的棋子，是為了便于比較像和物的 　 　關系。
（3）在玻璃板前放一個棋子A，將另一個相同的棋子B放到玻璃板后，使棋子B與棋子A在玻璃板后所成的像重合，此時，棋子B的位置就是棋子A的像的位置。將光屏豎直放在棋子B的置，從光屏上不能直接觀察到棋子A的像，說明平面鏡所成的像是 　 　像。
（4）多次改變棋子A的位置，并記錄棋子A的像的位置，用刻度尺測出每次像和物到平面鏡的距離，實驗數據如表所示。分析數據可知，平面鏡成像時，像和物到平面鏡的距離　　。
【答案】（1）垂直；（2）大小；（3）虛；（4）相等。
【分析】（1）像與物關于玻璃板對稱，玻璃板的擺放角度要能夠使后面的棋子與前面棋子的像完全重合；（2）選取兩個完全相同棋子的目的是比較像與物的大小關系；（3）光屏能承接實像，光屏不能承接虛像；（4）分析像與物到鏡面的距離，進行比較，得出結論。
【解答】解：（1）如果玻璃板不垂直，后面的棋子與前面棋子的像不在同一高度上，怎樣操作都不會重合的，也就無法比較像與物的大小關系，因此應將茶色玻璃垂直放置在方格紙上；
（2）兩個完全相同棋子，大小相同，后面的棋子又和前面棋子的像完全重合，這樣就證明了像與物大小相同，所以兩個完全相同棋子是為了比較像與物大小關系用的。
（3）移去棋子B，將白卡片放在棋子B的位置上，人眼應該直接觀察光屏上的像是否存在即可，由于平面鏡所成的像是虛像，所以光屏上不會出現像；
（4）分析表中的信息可得出平面鏡成像的特點：像和物到平面鏡的距離相等。
【點評】本題研究平面鏡成像規律，考查對器材的要求、操作過程及成像規律的運用。
模型4 探究光的折射特點實驗
（2023 赤峰）探究光折射時折射角與入射角的關系，如圖所示，使一束光從甲介質斜射入乙介質，測量并記錄入射角和折射角大小；改變光束射向O點的角度，進行多次實驗，數據如表所示：
實驗次數 1 2 3 4
入射角 10° 20° 30° 40°
折射角 15.1° 30.7° 48.6° 73.8°
（1）光從甲介質斜射入乙介質發生折射時，折射角　 　入射角；折射角隨著入射角的增大而　 　。
（2）做完第4次實驗后，同學們又使一束光從乙介質中以73.8°的入射角射入甲介質，測得折射角恰好為40°，這說明在折射現象中，　 　。
【答案】（1）大于；增大；（2）光路是可逆的。
【分析】（1）分析表格數據回答問題；（2）將折射光線和入射光線的位置互換進行實驗，觀察折射光線與原來入射光線的關系得出光路的可逆性。
【解答】解：（1）分析表格數據，得出結論是：光從甲介質斜射入乙介質發生折射時，折射角大于入射角；折射角隨著入射角的增大而增大；
（2）使一束光從乙介質中以73.8°的入射角射入甲介質，測得折射角恰好為40°，對照表格數據可說明在光的折射現象中，光路是可逆的。
名師點撥：此題考查光的折射定律，熟練掌握光的折射規律，并能與實際現象相結合，是解答的關鍵。
【變式練1】小華利用如圖所示的實驗裝置做“探究光的反射規律和折射特點”實驗。在實驗中，她用激光筆發出一束光從空氣射向水面，多次改變入射光的方向，記錄的實驗數據如表。
（1）通過分析實驗數據，小華歸納出：在反射現象中，反射角等于入射角。關于光的折射現象，你能歸納出的結論是　 　（寫出一條即可）。
（2）從表中的實驗數據可推知：本實驗中，若讓光從水射向空氣，當入射角為46.5°時，則光在空氣中的折射角為　 　 。
∠AON/° 0 15 30 45 60 75 80
∠CON/° 0 15 30 45 60 75 80
∠BOM/° 0 11 22 32 40.5 46.5 47.5
【答案】（1）光從空氣入射到水中，折射角小于入射角（或折射角隨入射角的增大而增大）；（2）75°。
【解答】解：（1）當光從空氣斜射入水中時，折射角小于入射角（或折射角隨入射角的增大而增大）；
（2）根據光路可逆的特點，當從空氣斜射入水中，入射角為75°，折射角為46.5°；若讓光從水中斜射入空氣中，當入射角為46.5°，則折射角為原來的入射角為75°。
【變式練2】（2023 攀枝花）某同學利用半圓形玻璃磚和量角器探究光的反射和折射規律，玻璃磚和量角器按如圖所示放置，圓心重合在O點。入射光線AO沿圖示位置從玻璃磚內射向玻璃磚和空氣的分界面。
（1）請在圖中作出入射光線AO的反射光線和折射光線。
（2）若入射光線AO繞O點順時針轉動5°，則反射角的大小為 　 　。
【答案】（1）如圖所示；（2）40°。
【分析】（1）光的反射定律的內容：反射光線與入射光線、法線在同一平面上；反射光線和入射光線分居在法線的兩側；反射角等于入射角。可歸納為：“三線共面，兩線分居，兩角相等”；由光的折射規律可知，折射光線、入射光線、法線在同一平面內，折射光線和入射光線分居法線的兩側，且當光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角；
（2）入射角是入射光線和法線的夾角；首先計算出入射角的大小，然后根據反射角等于入射角計算。
【解答】解：（1）首先做出法線，根據反射角等于入射角，在法線右側做出反射光線，
光從玻璃斜射入空氣中時，折射光線向遠離法線方向偏折。
（2）由圖可知，原來入射角為45°，若入射光線AO繞O點順時針轉動5°，則入射角為45°﹣5°＝40°，根據反射角等于入射角可知，反射角也為40°。
【點評】本題還考查了光的反射定律和光的折射規律，首先要熟記光的反射定律的內容，并要注意入射角與反射角的概念。
【變式練3】某同學在做探究光的折射特點實驗，如圖是光從空氣射入水中時的光路，實驗中發現，入射光線、折射光線和法線在同一平面內，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側。通過實驗還得到如表數據，分析表中數據，可得出結論：
（1）光從空氣斜射到水面時，將同時發生 　 　和折射現象；
（2）光從空氣斜射到水面時，折射角隨入射角的變化關系是：　 　 ，且折射角 　 　（大于/等于/小于）入射角。當光從空氣垂直射到水面時，折射角等于 　 　 （填度數）。該同學根據上述實驗中的發現和結論總結出了光的折射特點。
入射角α 0° 15° 30° 45° 60°
反射角β 0° 15° 30° 45° 60°
折射角γ 0° 11.3° 22.1° 35.4° 40.9°
（3）這個實驗中，亮度最亮的是 　 　（填“入射光線”、“反射光線”或“折射光線”）。
【答案】（1）反射；（2）折射角隨入射角的增大而增大；小于；0°；（3）入射光線。
【解答】解：（1）光從空氣斜射到水面時，將同時發生反射和折射現象；
（2）由表中數據可知，光從空氣斜射到水面時，當入射角不斷增大時，折射角也隨之增大，故折射角隨入射角的變化關系是：折射角隨入射角的增大而增大，且折射角小于入射角；當光從空氣垂直射到水面時，折射光線與法線重合，故折射角等于0°。
（3）當入射光線從一種介質斜射入另一種介質時，會發生折射，同時也發生反射，反射光和折射光都是來自于入射光，故入射光最強。
【點評】此題主要考查了光的折射規律，光從空氣斜射入水或其他介質中時，折射角小于入射角，折射角隨入射角的改變而改變，在折射現象中光路是可逆的。
模型5 探究凸透鏡成像的規律
（2023 青島）在第一次天宮授課中，王亞平制作了一個懸在空中的水球，透過水球看到了她倒立、縮小的像，如圖甲所示。老師告訴小海這個水球相當于一個凸透鏡，小海利用圖乙所示器材進行探究，將焦距為10cm的凸透鏡固定在50cm刻度線處。
（1）當小海將蠟燭和光屏移至圖乙所示位置時，燭焰恰好在光屏的中心成清晰的倒立、縮小的像，這個像是 　 　（選填“實”或“虛”）像，此時物距u與焦距f的關系是 　 　（選填“u＞2f”、“f＜u＜2f”或“u＜f”）。
（2）當小海將蠟燭移至35cm刻度線處時，應向 　 　移動光屏，才能在光屏上成清晰的倒立、　 　（選填“放大”、“等大”或“縮小”）的像。
（3）依據上述實驗規律，小海判定：透過水球看到王亞平倒立、縮小的像時，她到水球球心的距離u與水球透鏡焦距f的關系滿足 　 　（選填“u＞2f”、“f＜u＜2f”或“u＜f”）。
（4）凸透鏡在生活中有許多應用，請列舉一例：　 　。
【答案】（1）實；u＞2f；（2）右；放大；（3）u＞2f；（4）照相機。
【分析】（1）（3）根據u＞2f，成倒立、縮小的實像；
（2）根據2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的實像；
（4）凸透鏡在生活中有許多應用，例如：照相機、投影儀和放大鏡等。
【解答】解：（1）實像可以用光屏承接，故燭焰恰好在光屏的中心成清晰的倒立、縮小的像，這個像是實像；根據u＞2f，成倒立、縮小的實像，此時物距u與焦距f的關系是u＞2f；
（2）當小海將蠟燭移至35cm刻度線處，此時物距2f＞u＝50cm﹣35cm＝15cm＞f，根據2f＞u＞f，v＞2f，成倒立、放大的實像，故應向右移動光屏，才能在光屏上成清晰的倒立、放大的實像；
（3）透過水球看到王亞平倒立、縮小的像，根據u＞2f，成倒立、縮小的實像，故她到水球球心的距離u與水球透鏡焦距f的關系滿足u＞2f；
（4）凸透鏡在生活中有許多應用，例如：照相機、投影儀和放大鏡等。
名師點撥：此題考查了凸透鏡成像規律的探究及應用，關鍵是熟記成像規律的內容，并做到靈活運用。
【變式練1】（2023 臨沂）在探究凸透鏡成像規律的實驗中，當蠟燭、凸透鏡和光屏的位置如圖所示時，光屏上恰能承接到燭焰清晰的像。下列判斷正確的是（　　）
A．實驗用凸透鏡的焦距為15.0cm
B．光屏上的像是燭焰放大的實像
C．僅將凸透鏡左移不能再次成像
D．僅將光屏右移可模擬近視眼成像
【答案】D
【分析】當u＞2f，f＜v＜2f，u＞v時，凸透鏡成倒立縮小的實像；在光的折射中，光路是可逆的；近視眼成像時，像成在視網膜的前方。
【解答】解：AB、由圖可知u＝30.0cm，v＝15.0cm，光屏上承接到清晰的像，u＞v，成倒立、縮小的實像；u＝30.0cm＞2f，f＜v＝15.0cm＜2f，由此可得7.5cm＜f＜15cm，故AB錯誤；C、僅將凸透鏡左移，根據光路可逆可知，光屏上能得到倒立、放大的實像，故C錯誤；D、近視眼成像時，像成在視網膜的前方，將光屏右移可模擬近視眼成像，故D正確。故選：D。
【點評】本題考查凸透鏡成像規律，需熟練記憶，并靈活應用。
【變式練2】（2023 沈陽）在“探究凸透鏡成像的規律”的實驗中，選用的凸透鏡焦距為10cm，將實驗器材調節好，把點燃的蠟燭放在距凸透鏡較遠的地方，然后逐漸移近，觀察燭焰成像情況并記錄物距和像距。
（1）蠟燭、凸透鏡、光屏在光具座上的位置如圖1所示，此時燭焰的像成在光屏的中央，燭焰的像是倒立、　 　的實像；若只將凸透鏡調高，則光屏上燭焰的像會向 　 　移動；
（2）如圖1，保持凸透鏡的位置不變，將蠟燭移動到光具座上30cm刻度處，移動光屏直到光屏上再次出現清晰的像，則像移動的距離 　 　（填“大于”、“等于”或“小于”）蠟燭移動的距離；
（3）實驗中，小麗觀察到圖2中的物點S的虛像S'，請根據凸透鏡成像原理，在圖中完成物點S發出的光線a經過凸透鏡后的折射光線；
（4）畢業典禮上，小麗想拍攝教學樓的全景，但她所在的位置只能拍攝到教學樓的一部分，由于無法改變拍攝位置，她只能通過改變照相機鏡頭焦距使像變小，從而拍攝到全景。小麗的照相機鏡頭相當于一個焦距可變的凸透鏡，為了拍攝到全景，她應該調節照相機鏡頭的焦距，使其適當　 　（填“變大”或“變小”）。
【答案】（1）縮小；上；（2）小于；（3）見解答圖；（4）變小。
【分析】（1）根據u＞2f，成倒立、縮小的實像；根據過光心的光線傳播方向不變分析回答；
（2）根據u＝v＝2f，成倒立、等大的實像，據此分析；
（3）根據物體發出的光線經過凸透鏡折射后好像是從其像點發出的，據此作圖；
（4）凸透鏡焦距變小，相當于增大物距，減小像距。
【解答】解：（1）蠟燭、凸透鏡、光屏在光具座上的位置如圖1所示，此時物距u＝50cm﹣15cm＝35cm＞2f，根據u＞2f，成倒立、縮小的實像；
若只將凸透鏡調高，根據過光心的光線傳播方向不變可知，光屏上燭焰的像會向上移動；
（2）如圖1，保持凸透鏡的位置不變，將蠟燭移動到光具座上30cm刻度處，此時物距u＝50cm﹣30cm＝20cm＝2f，根據u＝v＝2f，成倒立、等大的實像，即像距v＝2f＝20cm，則蠟燭移動的距離為30cm﹣15cm＝15cm，光屏移動的距離為70cm﹣65cm＝5cm，故像移動的距離小于蠟燭移動的距離；
（3）物體發出的光線經過凸透鏡折射后好像是從其像點發出的，如下圖所示：
；
（4）為了拍攝到全景，她應該將照相機鏡頭的焦距變小，因凸透鏡焦距變小，相當于增大物距，減小像距，像隨之變小。
【點評】此題考查了凸透鏡成像規律的探究及應用，關鍵是熟記成像規律的內容，并做到靈活運用。
【變式練3】（2023 朝陽）某實驗小組在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中：
（1）實驗前要調整燭焰、透鏡和光屏的中心大致在　 　，目的是使像成在光屏的中央。
（2）移動蠟燭和光屏到如圖所示位置，光屏上出現了燭焰清晰的像（像未畫出），生活中的　 　（選填“照相機”、“投影儀”或“放大鏡”）就是這一成像原理的應用。
（3）實驗過程中，小明同學不小心用手指指尖觸摸到了凸透鏡，這時光屏上
　　 （選填“會”或“不會”）出現指尖的像。
（4）實驗一段時間后，蠟燭燃燒變短。要使像仍然成在光屏的中央，應將光屏向　 　移動。
（5）另外一個實驗小組用由幾個發光二極管做成的“F”字樣的發光體代替蠟燭進行實驗，你認為其好處是　 　（寫出一點即可）。
【答案】（1）同一高度；（2）投影儀；（3）不會；（4）上；（5）可以增加物體的亮度，使成像更清晰
【分析】（1）探究凸透鏡成像的實驗時，調整燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心大致在同一高度（主光軸上），像才能呈在光屏的中心；
（2）當f＜u＜2f時，凸透鏡成倒立、放大的實像，應用為投影儀；
（3）u＜f時，凸透鏡成正立、放大的虛像；
（4）實驗一段時間后，蠟燭變短了，根據過光心不改變方向分析；
（5）二極管比燭焰的亮度更大，并且形狀更特別，在研究時更容易理解倒立實像的含義。并且二極管發光比較環保安全。蠟燭在燃燒時會消耗而變短，同時遇到風會晃動。
【解答】解：（1）將蠟燭、凸透鏡和光屏依次放在光具座上，點燃蠟燭后，為了使像成在光屏的中央，應該調整燭焰、透鏡和光屏的中心大致在同一高度；
（2）由圖可知，此時物距小于像距，凸透鏡成倒立、放大的實像，應用為投影儀；
（3）用手指指尖觸摸到了凸透鏡，手指處于凸透鏡的1倍焦距以內，故此時成虛像，不能成在光屏上，所以在光屏上不能看到手指尖的像；
（4）蠟燭變短了，光屏上的像會向上移動，要使像成在光屏的中央，根據過光心不改變方向，凸透鏡向下移動，或光屏向上移動；
（5）發光二極管比燭焰的亮度更大、更環保，更容易看出倒立實像不僅是上下相反、而且是左右相反；同時蠟燭燃燒有火焰，不如發光二極管安全；火焰在有風的時候會晃動，同時蠟燭會越燒越短，而二極管不會。

展開更多......

收起↑