實驗5探究平面鏡成像時像與物的關(guān)系

實驗5探究平面鏡成像時像與物的關(guān)系基礎(chǔ)考點梳理1.實驗原理：光的反射2.實驗裝置圖3.實驗器材：透明薄玻璃板、刻度尺、光屏、兩支完全相同的蠟燭、火柴、白紙（或方格紙）、筆（1）用玻璃板替代平面鏡的目的：利用玻璃的透光性，便于確定像的位置（2）選擇較薄玻璃板的目的：避免出現(xiàn)重影，方便找到像的位置（3）選用兩支完全相同的蠟燭的目的：便于比較像與物的大小關(guān)系（4）刻度尺的作用：測量兩支蠟燭到玻璃板的距離（5）光屏的作用：檢驗是否能承接到像（6）白紙的作用：便于記錄像、物、平面鏡的位置，從而確定像與物到玻璃板的距離關(guān)系及像、物的連線與鏡面的關(guān)系4.實驗方法：等效替代法：①用較薄玻璃板代替平面鏡；②比較物與像的大小關(guān)系時，用未點燃的蠟燭等效代替點燃的蠟燭的像5.實驗環(huán)境：實驗應(yīng)在較暗的環(huán)境中進(jìn)行的目的：使實驗現(xiàn)象更明顯6.實驗過程（1）玻璃板要與水平桌面垂直放置的原因：若玻璃板傾斜一定角度，物體的像會上升到水平桌面的上方或下降到水平桌面的下方，不能使蠟燭的像和玻璃板后面的蠟燭完全重合，如下圖所示（2）代替像的蠟燭不能點燃的原因：若點燃，將會再產(chǎn)生一個像，不利于觀察蠟燭像的準(zhǔn)確位置（3）平面鏡成虛像的判斷：用光屏在像的位置承接不到點燃蠟燭的像，說明平面鏡成虛像（4）實驗中應(yīng)該在物的同側(cè)位置透過玻璃板觀察像的原因：平面鏡所成的像是反射光線的反向延長線會聚成的虛像（5）改變點燃蠟燭的位置進(jìn)行多次實驗的目的：使實驗結(jié)論具有普遍性7.實驗結(jié)論像和物體的大小相等；像和物體到平面鏡的距離相等；像和物體的連線與鏡面垂直；平面鏡成虛像.8.實驗評價（1）測得的像距和物距不相等的原因：①玻璃板與桌面不垂直；②玻璃板太厚；③測量誤差；④未點燃的蠟燭與點燃蠟燭的像沒有完全重合（2）實驗中無論怎樣移動蠟燭，都無法使像與物完全重合的原因：玻璃板沒有與水平桌面垂直放置9.實驗改進(jìn)（1）選擇透光性差一點的玻璃板（如茶色玻璃）的原因：使像更清晰（2）用LED燈代替蠟燭的原因：①亮度大，成像穩(wěn)定且明顯；②可避免蠟燭因燃燒變短而無法比較像與物的關(guān)系；③更環(huán)保（3）用方格紙比白紙更好的原因：能更方便、更準(zhǔn)確地確定像與物的位置典型例題賞析實驗結(jié)論：（1）物體通過平面鏡成的是虛像；（2）像與物體的大小相同；（3）像與物體到平面鏡的距離相等；（4）像與物的連線與鏡面垂直；總述：像與物體關(guān)于平面鏡對稱．1.在探究“平面鏡成像特點”的實驗中，小明用到了帶底座的玻璃板（薄厚不同的兩塊玻璃板）、白紙、兩支蠟燭A和B、筆、光屏，請回答下列問題．（1）除圖甲中所示的器材外，實驗還需要的測量工具是刻度尺；小勇選擇的兩支蠟燭應(yīng)滿足的條件是完全相同。（2）用透明玻璃板替代平面鏡是便于確定像的位置和比較像與物的大小關(guān)系，為了更好地完成實驗，最好選用茶色（選填“茶色”或“無色”）玻璃板．（3）如圖甲先將一張白紙鋪在水平桌面上，在白紙中間畫一條直線MN，把帶支架的?。ㄟx填“厚”或“薄”）玻璃板沿直線MN垂直放置在白紙上．若要檢驗玻璃板的放置是否符合要求，你的方法是：用直角三角板的一條直角邊水平放置，將另外一條直角邊貼近玻璃板，若三角板的豎直直角邊和玻璃板貼合，則說明玻璃板是垂直的。要點1.玻璃板的選取要求：實驗時，玻璃板的前后兩個面會形成兩個不重合的像，玻璃板越薄，兩個像越接近重合，更容易確定像的位置．（4）實驗時將未點燃（選填“點燃”或“未點燃”）的蠟燭B豎立在玻璃板后面移動，在蠟燭B（選填“A”或“B”）一側(cè)從多個方向觀察，直到蠟燭B看上去與蠟燭A的像完全重合，這說明物與像的等大，此位置即為像的位置，記錄兩支蠟燭的位置，將對應(yīng)點連接，并測量點到平面鏡的距離．要點2.等效替代法的應(yīng)用：（1）比較像與物的大小關(guān)系：用外形相同、未點燃的蠟燭B替代點燃的蠟燭A.（2）確定像的位置：用未點燃的蠟燭B代替點燃蠟燭A的像．（5）在完成上述步驟后小明發(fā)現(xiàn)，像和蠟燭位置的連線垂直于玻璃板，小明認(rèn)為自己已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了平面鏡成像的規(guī)律：平面鏡所成的像與物體關(guān)于鏡面對稱。你認(rèn)為小明對這一規(guī)律的總結(jié)過程是否科學(xué)合理？不合理，原因是實驗次數(shù)太少，結(jié)論不具普遍性。（6）小王提議改變蠟燭A到平面鏡的距離，仿照（4）問步驟多次實驗，每次物和像的位置記錄在白紙上，連接物點和對應(yīng)的像點如圖乙所示，由此可得出的結(jié)論是：像與物到平面鏡的距離相等，且它們的連線垂直玻璃板．若實驗中沒有尺子，為了探究物、像與鏡面MN′的位置關(guān)系，接下來的操作是將每一組對應(yīng)點沿著MN邊對折，觀察每一組對應(yīng)點是否重合。（7）想要判斷蠟燭A的像是實像還是虛像，你的辦法是將玻璃板后方放置一塊光屏，此時應(yīng)從蠟燭B（選填“A”或“B”）的這一側(cè)觀察成像情況．要點3.實像和虛像的區(qū)別：實像能在光屏上呈現(xiàn)；虛像不能在光屏上呈現(xiàn)，只能透過玻璃板看到．（8）（玻璃板平移、傾斜）（2021荊州）小明和同組小芳還進(jìn)行了下列的操作：①小明僅將玻璃板從圖丙的1位置向右平移至2位置時，蠟燭A的成像情況是A（填字母）.A.蠟燭成像仍在B處B.蠟燭成像在B處右側(cè)C.蠟燭無法通過玻璃板成像要點4.像的位置與鏡面位置的關(guān)系：平面鏡成像時，像與物體關(guān)于平面鏡對稱，找出物體關(guān)于鏡面的對稱點即可判斷像的位置．②（2020蘇州改編）小芳將玻璃板繞底邊向蠟燭A一側(cè)傾斜如圖丁，此時蠟燭A的像應(yīng)是A2（選填“A1”“A2”或“A3”），大小變化情況是______.（9）（厚玻璃板）（2022揚(yáng)州）另一小組用5mm的厚玻璃板進(jìn)行實驗，將蠟燭A放在玻璃板前方，觀察到A有兩個像，在玻璃板后方放置蠟燭B，使之與蠟燭A較亮的像重合，在白紙上記下蠟燭A和B的位置如圖戊所示，此時物到鏡面的距離為AC（選填“AC”或“AD”），像到鏡面的距離為BC（選填“BD”或“BC”）．可沿MN（選填“MN”或“PQ”）方向移動蠟燭A多次實驗，尋找普遍規(guī)律．（10）（裝置改進(jìn)）（蘇科八上圖改編）實驗完成后老師提出用方格紙和棋子進(jìn)行實驗如圖己．①與圖甲裝置相比優(yōu)點是可以直接讀出物距和像距的大?。▽懗鲆粭l即可）.②在較暗的環(huán)境中實驗時，發(fā)現(xiàn)棋子的像較暗時，不易辨識，聯(lián)系日常照鏡子的經(jīng)驗，解決方法是照亮棋子（選填“照亮棋子的像”或“照亮棋子”）.要點5.成更亮的像的方法：物體要成更亮的像，必須要有足夠的光線射向平面鏡.2．為了探究平面鏡成像特點，小柯將一塊玻璃板（如圖甲）豎直架在水平臺面上，再取兩根完全相同的蠟燭A和蠟燭B，分別豎直置于玻璃板兩側(cè)，進(jìn)行實驗。（1）在實驗中，小柯透過玻璃板看到了蠟燭A的2個清晰的像，如圖甲，他用未點燃（“點燃”或“未點燃”）的蠟燭B找到了這兩個像，繼續(xù)進(jìn)行實驗探究，這里用到了替代法（“控制變量法”、“轉(zhuǎn)換發(fā)”或“替代法”）；（2）小柯按照圖中的測量方法，改變蠟燭A的位置，認(rèn)真測量并記錄了一些數(shù)據(jù)如表：物距u（cm）5.06.07.08.0像距v（cm）4.55.56.57.5分析實驗數(shù)據(jù)，然后得出像距小于物距的結(jié)論，你認(rèn)為他的測量錯誤的原因是：物距是A到玻璃前面的板的距離，而像距是像到玻璃后面的板的距離，所以測量出的像距小于物距；（3）小柯把蠟燭放在A1、A2、A3三個不同的位置多次實驗如圖乙，這樣做的目的是B；A．減小誤差B．避免偶然性（4）如果玻璃板沒有垂直在紙上，而是如圖丙所示傾斜，蠟燭A的像應(yīng)是A2（“A1”、“A2”“A3”）；（5）小柯在像處放一張白紙做光屏，不透過（“透過”或“不透過”）玻璃板，觀察光屏。若光屏上不能看見蠟燭的像，說明：平面鏡成虛像；（6）小柯在實驗中將玻璃板豎直向上提2cm，則蠟燭的像豎直向上移動A。A．0cmB．1cmC．2cmD．4cm【解答】解：（1）在探究平面鏡成像的實驗中，用未點燃的蠟燭來代替點燃的蠟燭A的像，以便確定像的位置，這是利用了代替法。若蠟燭B也點燃，不易判斷A的像的位置。（2）由圖甲知，物距是A到玻璃前面的板的距離，而像距是像到玻璃后面的板的距離，所以測量出的像距小于物距，像距應(yīng)是像到玻璃前面的板的距離。（3）圖乙中，通過多次實驗，記錄多次物距與像距，可避免實驗的偶然性，得到具有普遍性的結(jié)論，故A不符合題意，B符合題意。故選B。（4）圖丙中，玻璃板傾斜放置，據(jù)平面鏡成像中，像與物的連線與鏡面垂直，所以像成A2處。（5）平面鏡成像是光的反射形成的，透過玻璃觀察，有反射光線進(jìn)入人眼，仍能觀察到像，所以要觀察光屏上是否有像，應(yīng)不透過玻璃板直接觀察光屏。（6）實驗中將玻璃板豎直向上提起，蠟燭的位置不變，則像的位置不變，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。故答案為：（1）未點燃；替代法；（2）物距是A到玻璃前面的板的距離，而像距是像到玻璃后面的板的距離，所以測量出的像距小于物距；（3）B；（4）A2；（5）不透過；（6）A。3．寧寧對有關(guān)光學(xué)實驗進(jìn)行了回顧和思考：（1）如圖所示，把一個小平面鏡豎直立在白紙上，在白紙上畫出一條垂直于鏡面的法線ON，用激光筆沿著白紙表面讓光斜射到平面鏡上，觀察反射光。①讓光沿著白紙的表面照射，這樣做的目的是顯示光路。②讓光沿AO方向照射在平面鏡的O點，a圖能觀察到反射光OB，而b圖卻看不到反射光OB，這說明反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)。（2）某小組的同學(xué)在“探究平面鏡成像的特點”時，將點燃的蠟燭A放在玻璃板的一側(cè)，看到玻璃板后有蠟燭A的像（如圖甲）。①此時用另一個完全相同的蠟燭B在玻璃板后的紙面上來回移動，發(fā)現(xiàn)無法讓它與蠟燭A的像完全重合，你分析出現(xiàn)這種情況的原因可能是玻璃板沒有垂直于紙面。②解決上面的問題后，蠟燭B與蠟燭A的像能夠完全重合，說明像與物的大小相等。③圖乙是他們經(jīng)過三次實驗后，在白紙上記錄的像與物對應(yīng)點的位置，他們利用和處理這張“白紙”上的信息得出了實驗的結(jié)論是：a、像與物的連線與鏡面垂直；b、像與物分別到鏡面的距離相等。【解答】解：（1）①讓光沿著白紙的表面照射，白紙能反射光，形成光路，這樣實驗效果更明顯。②以法線ON為軸線，把紙板F向后緩慢旋轉(zhuǎn)，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，所以不能看的反射光線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(nèi)。（2）①實驗時玻璃板要豎直放置，即垂直于桌面，如果不豎直，不論怎樣移動后面的蠟燭都不可能與前面蠟燭的像完全重合，就無法比較像與物的大小。②實驗時玻璃板要豎直放置，即垂直于桌面，如果不豎直，不論怎樣移動后面的蠟燭都不可能與前面蠟燭的像完全重合，就無法比較像與物的大小。③本實驗是探究、驗證平面鏡成像的特點，所成的像是虛像；像和物體各對應(yīng)點的連線與平面鏡垂直；像和物體各對應(yīng)點到平面鏡間距離相等。他們下一步應(yīng)該連接像與物的對應(yīng)點，判斷連線與鏡面是否垂直；通過歸納處理即可得出如下結(jié)論：物和像的連線與鏡面垂直，物體和像到鏡面的距離相等。故答案為：（1）①顯示光路；②反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；（2）①玻璃板沒有垂直于紙面；②像與物的大小相等；③a、像與物的連線與鏡面垂直；b、像與物分別到鏡面的距離相等。4．如圖甲所示，小明用兩支相同的蠟燭A、B、玻璃板、白紙、筆、火柴、刻度尺來探究平面鏡成像特點。（1）實驗中采用透明薄玻璃板代替平面鏡豎直放置在水平桌面上，目的是為了便于確定像的位置；（2）將點燃的蠟燭A豎直放在玻璃板前，未點燃（填“點燃”或“未點燃”）蠟燭B豎直在玻璃板后面移動，眼睛在蠟燭A（填“A”或“B”）一側(cè)觀察，直至蠟燭B與蠟燭A的像完全重合，說明像與物體大小相等。（3）改變蠟燭A的位置，進(jìn)行三次實驗。用直線將物和對應(yīng)像的位置連接起來（如圖乙），發(fā)現(xiàn)蠟燭A的像與蠟燭A到鏡面的距離相等，且它們的連線與鏡面垂直。（4）實驗時小明為了使成像更清晰，他選用了鍍膜玻璃，且鍍膜靠近蠟燭B（填“A”或“B”）一側(cè)?！窘獯稹拷猓海?）實驗時要把玻璃板豎直放置在水平桌面上；透明的玻璃板，可以觀察到玻璃板的另一側(cè)。即在觀察到A蠟燭像的同時。也能觀察到蠟燭B，確定像的位置；（2）在豎立的玻璃板前點燃蠟燭A，拿未點燃的蠟燭B豎直在玻璃板后面移動，人眼一直在玻璃板的前側(cè)（A側(cè)）觀察，直至它與蠟燭A的像完全重合，說明像與物大小相等，這種確定像與物大小關(guān)系的方法是等效替代法；（3）改變蠟燭A的位置，進(jìn)行三次實驗。用直線將物和對應(yīng)像的位置連接起來，如圖乙所示，發(fā)現(xiàn)像與物到平面鏡的距離相等，且它們的連線與鏡面垂直；（4）平面鏡成像原理是光的反射，因此用一面鍍了膜的玻璃板做實驗時，鍍膜的一面應(yīng)該朝向B，靠近B，一側(cè)放置，一面鍍膜的玻璃板反射能力比較強(qiáng)，成像比較清晰，便于測量物距和像距。故答案為：（1）像的位置；（2）未點燃；A；相等；（3）相等；（4）B。5．在“探究平面鏡成像的特點”實驗中：（1）琳琳同學(xué)準(zhǔn)備了白紙、玻璃板、光屏和A、B兩只完全相同的蠟燭，還需要的測量工具是刻度尺；（2）在玻璃板前放置點燃的蠟燭A，拿蠟燭B在玻璃板后面移動，人眼應(yīng)在玻璃板的A一側(cè)（選填“A一側(cè)”或“B一側(cè)”）觀察，使蠟燭B與蠟燭A的像完全重合，實驗中發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動蠟燭B也不能與蠟燭A的像完全重合，造成這種現(xiàn)象的原因是玻璃板沒有與紙面垂直放置；（3）要判斷所成的像是實像還是虛像，下列操作方法正確的是A；（填序號）A.將光屏放在未點燃蠟燭位置，直接觀察光屏上是否成像B.將光屏放在點燃蠟燭的位置，直接觀察光屏上是否成像C.將光屏放在未點燃蠟燭位置，透過玻璃板觀察光屏上是否成像（4）小芳改進(jìn)了實驗，將玻璃板和蠟燭下面的白紙換成方格紙重復(fù)上述（2）的做法，其主要目的是便于便于探究像和物與平面鏡的位置關(guān)系；（5）按照正確的實驗方法，改變蠟燭A的位置，測量并記錄了一組數(shù)據(jù)，如表所示：物距u（cm）5.06.07.08.0像距v（cm）4.55.56.57.5然后得出像距小于物距的結(jié)論，錯誤原因在于像距測量錯誤，忽略了玻璃板的厚度?！窘獯稹拷猓海?）在“探究平面鏡成像的特點”實驗中要測量物體和所成像到平面鏡的距離，根據(jù)已給出的實驗器材判斷還缺少的測量工具是刻度尺；（2）根據(jù)平面鏡成像屬于光的反射，實驗時，將方格紙平鋪在水平桌面上，在玻璃板前放置點燃的蠟燭A，將完全相同未點燃的蠟燭B放在玻璃板后并移動，人眼應(yīng)在蠟燭A一側(cè)觀察蠟燭A所成的像；實驗時，玻璃板應(yīng)與紙面垂直放置，否則成的像偏高或偏低，實驗中無論怎樣移動蠟燭B，都不能與蠟燭A的像重合，原因可能是玻璃板沒有與水平桌面垂直放置；（3）平面鏡所成的像是虛像，所以不會出現(xiàn)在光屏上，所以應(yīng)將光屏放在未點燃蠟燭位置，直接觀察光屏上是否成像，若成像，則說明是實像，若不成像，則說明是虛像，故選A；（4）若將玻璃板和蠟燭下面的白紙換成方格紙進(jìn)行實驗，這種做法的優(yōu)點是便于探究像和物與平面鏡的位置關(guān)系；（5）測量時把A的像到玻璃板靠近蠟燭B的一面的距離作為像距，像距測量錯誤，忽略了玻璃板的厚度。故答案為：（1）刻度尺；（2）A一側(cè)；玻璃板沒有與紙面垂直放置；（3）A；（4）便于探究像和物與平面鏡的位置關(guān)系；（5）像距測量錯誤，忽略了玻璃板的厚度。6．小明用如圖甲所示器材探究平面鏡成像的特點，其中蠟燭A、B完全相同。（1）小明移動蠟燭B，當(dāng)蠟燭B與蠟燭A的像完全重合時，移去蠟燭B，在其位置上放一光屏，光屏上不能（選填“能”或“不能”）承接到蠟燭A的像。（2）實驗中小明發(fā)現(xiàn)蠟燭A的像不清晰，于是他將蠟燭B也點燃，用來增加像的亮度，這樣不能（選填“能”或“不能”）使看到的像更清晰。（3）小亮認(rèn)為：物體離平面鏡越近，成的像越大。為了證實自己的想法，他選取了薄透明平板玻璃、相同的短蠟燭A和B、相同的長蠟燭C和D等器材，進(jìn)行了如下實驗：①如圖乙所示，將蠟燭A放在玻璃前面20cm處，將蠟燭B放在玻璃后面適當(dāng)位置，觀察到其與蠟燭A的像完全重合。②如圖丙所示，將蠟燭C放在玻璃前面10cm處，將蠟燭D放在玻璃后面適當(dāng)位置，觀察到其與蠟燭C的像完全重合。③由蠟燭D比B長，得出蠟燭C的像比A的像也長，進(jìn)而證明了“物體離平面鏡越近，成的像越大”的結(jié)論。小亮認(rèn)為他通過實驗證明了自己的錯誤想法，請指出實驗中出現(xiàn)的問題：沒有控制蠟燭的長度相同?！窘獯稹拷猓海?）移去蠟燭B，在原位置放一光屏，從光屏一側(cè)看，光屏上卻看不到蠟燭A的像，說明平面鏡成的是虛像；（2）在實驗中，用一支相同的蠟燭放在玻璃板的另一側(cè)，是為了確定像的位置和比較像的大小，若將另一側(cè)的蠟燭點燃，結(jié)果使得玻璃后面太亮，更不容易看清反射光，所以像會更不清晰；（3）據(jù)平面鏡成像特點可知，平面鏡所成像的大小與物體大小有關(guān)，而小亮在實驗中，將蠟燭C放在玻璃前面10cm處，改變了蠟燭到鏡面的距離，但由于沒有控制蠟燭的長度不變，所以導(dǎo)致他得出“物體離平面鏡越近，成的像越大”的錯誤結(jié)論。故答案為：（1）不能；（2）不能；（3）沒有控制蠟燭的長度相同。7．小紅同學(xué)為了探究“平面鏡成像特點”，所用的實驗器材有：5mm厚單面鍍膜的玻璃板、支架、兩個相同的跳棋、白紙和刻度尺。實驗裝置如圖甲所示。?（1）使用玻璃板代替平面鏡的目的是：便于確定像的位置；在白紙上畫一條直線，將玻璃板垂直立在白紙上，使玻璃板有鍍膜那一面的下邊線與直線重合；（2）在同樣實驗環(huán)境下，單面鍍膜玻璃板比普通玻璃板成像更清楚，主要原因是：鍍膜增