5.2 拓展1：光學(xué)實(shí)驗(yàn)探究（原卷版）

1、如圖在探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中。

（1）如圖1，將蠟燭、凸透鏡、光屏放在光具座上，凸透鏡固定在50cm處，并調(diào)節(jié)燭焰、凸透鏡、光屏三者的中心在，當(dāng)蠟燭放在光具座30cm處，移動(dòng)光屏，光屏上得到倒立、等大的實(shí)像，則該凸透鏡的焦距f=cm；（2）當(dāng)蠟燭放在光具20cm處，移動(dòng)光屏，可以得到清晰地像。就是利用這一原理制成的（選填“照相機(jī)”、“投影儀”或“放大鏡”）。請(qǐng)?jiān)趫D2中完成其中一條光線(xiàn)的光路圖；（3）蠟燭越燒越短，在光屏上所成的像將向移動(dòng)（選填“上”或“下”）；（4）若將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)光屏，直到光屏上再次得到清晰的像。現(xiàn)將近視眼鏡鏡片取下，發(fā)現(xiàn)光屏上的像變模糊了。為了使屏上的像清晰，應(yīng)將光屏向（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）透鏡方向移動(dòng)。2、在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中：

（1）圖甲中光屏上所成的像是倒立（選填“放大”、“等大”或“縮小”）的實(shí)像，生活中（選填“照相機(jī)”、“投影儀”或“放大鏡”）利用這一原理制成。（2）如圖乙，線(xiàn)段AB為凸透鏡成像的物距倒數(shù)和像距倒數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則凸透鏡焦距為cm。（3）當(dāng)光屏上呈現(xiàn)清晰的像時(shí)，不改變圖甲中蠟燭和透鏡位置：①若將凸透鏡換成焦距相同鏡面較小的凸透鏡，再次做實(shí)驗(yàn)，光屏上所成的像與原來(lái)相比（選填“變小”、“變暗”或“變不完整”）了②若將凸透鏡換成鏡面大小相同焦距稍小的凸透鏡，再次實(shí)驗(yàn)，則需將光屏（選填“向左”或“向右”）移動(dòng)才能成清晰的像，光屏上所成的像與原來(lái)的像相比（選填“變大”、“不變”或“變小”）。3、如圖所示是“探究光反射時(shí)的規(guī)律”的部分實(shí)驗(yàn)裝置。（1）如圖甲所示，使紙板與水平桌面上的平面鏡；（2）在圖甲中，讓一束光貼著紙板A沿EO射向平面鏡上O點(diǎn)，觀(guān)察反射光線(xiàn)和對(duì)應(yīng)的入射光線(xiàn)。改變光束入射角度，多做幾次，描繪每次光的徑跡，量出入射角和反射角，記錄如下表（圖表）。比較反射角和入射角，可以得出結(jié)論，反射角（選填“大于”“等于”或“小于”）入射角；實(shí)驗(yàn)次數(shù)123入射角30°45°60°反射角30°45°60°（3）在圖甲中，如果讓光逆著OF的方向射向平面鏡，會(huì)看到反射光沿著OE方向射出。這表明，在反射現(xiàn)象中，光路是的；（4）實(shí)驗(yàn)中，從教室各個(gè)方向都能觀(guān)察到粗糙紙板表面反射的光線(xiàn)，這種反射屬于（選填“鏡面”或“漫”）反射；（5）在圖乙中，將紙板B沿PQ剪開(kāi)，把紙板B的上半部分向后折。實(shí)驗(yàn)時(shí)在紙板B上觀(guān)察到現(xiàn)象，由此說(shuō)明反射光線(xiàn)、入射光線(xiàn)與法線(xiàn)在（選填“同一”或“不同”）平面內(nèi)。4、小科用如圖所示的裝置探究“光的反射定律”，將平面鏡置于水平桌面上，再把一張紙板ENF豎直地立在平面鏡上，紙板上的直線(xiàn)ON垂直于鏡面。（1）硬紙板應(yīng)選擇（選填“光滑”或“粗糙”）的，它在實(shí)驗(yàn)中的作用是。（2）讓一束光貼著紙板E沿AO方向射向鏡面，在紙板F上可看到光線(xiàn)沿OB方向射出，則反射角在圖中應(yīng)表示為（用字母表示）。（3）小科用量角器測(cè)量出入射角和反射角的度數(shù)后，經(jīng)過(guò)比較，得出的結(jié)論是，這樣做（選填“合理”或“不合理”），理由是。（4）小科在進(jìn)行完上述步驟后，讓光束沿AO射入，接著又將紙板F分別向前、向后折，但是沒(méi)有在紙板F上觀(guān)察到反射光線(xiàn)，由此可得實(shí)驗(yàn)結(jié)論是。（5）為了驗(yàn)證“在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的”，小科應(yīng)該進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是。5、在探究光的折射規(guī)律實(shí)驗(yàn)中，某小組將光從空氣分別射入水和玻璃中，并記錄了如下數(shù)據(jù)：空氣中的入射角α0°30°45°60°水中的折射角γ0°22°32°40°玻璃中的折射角θ0°17°24°30°分析表中數(shù)據(jù)，可以得到一些規(guī)律：（1）當(dāng)光從一種介質(zhì)垂直射入到另外一種介質(zhì)時(shí)，光的傳播方向；（選填“改變”或“不變”）（2）光從空氣斜射入其他介質(zhì)時(shí)，折射角隨著入射角的增大而（選填“增大”或“減小”）；分析表中數(shù)據(jù)可知，光從空氣射入水中時(shí)，折射角（選填“可能”或“不可能”）達(dá)到90°；（3）當(dāng)光線(xiàn)以32°入射角從水中射向空氣時(shí)，折射角等于，依據(jù)是；（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，用塑料薄膜和水制成一個(gè)“水凸透鏡”，與外觀(guān)尺寸相同的玻璃凸透鏡相比，“水凸透鏡”的焦距更（選填“大”或“小”）。6、為了尋找光的色散現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，某同學(xué)進(jìn)行了如下探究：選用不同顏色的光(紅光、黃光和紫光)，分別以不同的人射角i從空氣射入玻璃磚中(如圖所示)，測(cè)出折射光線(xiàn)對(duì)應(yīng)的折射角r，結(jié)果如表所示。(已知：紅光在玻璃中的傳播速度最快，黃光次之，紫光最慢)實(shí)驗(yàn)次序紅光光源黃光光源紫光光源人射角i/折射角r/°入射角i/°折射角r/°人射角i/°折射角r/°12516.42515.72515.125030.75059.45028.237540.17538.37536.6(1)為了順利完成本探究，入射角i的角度不能等于。(2)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出規(guī)律：。①同種顏色的光從空氣斜射入玻璃磚時(shí)，折射角小于入射角，且隨著人射角的增大，折射角。②不同顏色的光從空氣中以相同的入射角斜射入玻璃磚時(shí)，。7、如圖所示為研究“平面鏡成像特點(diǎn)”的裝置，通過(guò)此裝置可探究像的大小、位置和物體的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)器材】透明玻璃板、白紙、兩支完全相同的蠟燭(m和n)、三角尺、刻度尺等。【實(shí)驗(yàn)步驟】①點(diǎn)燃蠟燭m，實(shí)驗(yàn)者在玻璃板(填“m”或“n”)側(cè)進(jìn)行觀(guān)察。②移動(dòng)蠟燭n，當(dāng)蠟燭n與像完全重合時(shí)，在白紙上標(biāo)記蠟燭m和n所在的位置為點(diǎn)A和A'。改變蠟燭m的位置至Ｂ和C，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，使蠟燭與像完全重合，找到對(duì)應(yīng)像的位置為B'和C'。獲取三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖乙所示。③將白紙上AA'、BB'、CC'連接起來(lái)，測(cè)量出各點(diǎn)到玻璃板的距離?！痉治雠c討論】(1)選擇兩支完全相同的蠟燭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣做的目的是。(2)小科根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)提出：物體離平面鏡越近，所成像越大。你贊同他的觀(guān)點(diǎn)嗎?請(qǐng)從上述實(shí)驗(yàn)中找出事實(shí)證據(jù)進(jìn)行判斷：。8、光從空氣斜射入水和玻璃時(shí)都會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，但是水和玻璃的折射情況會(huì)相同嗎？為了探究這個(gè)問(wèn)題，小華選擇了光屏、透明玻璃磚、水槽、激光電筒等器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．他在光屏上畫(huà)出互相垂直的NN'和MM'兩條線(xiàn)段并相交于O點(diǎn)，如圖甲所示。（1）小華將玻璃磚的一個(gè)表面與MM'齊平放置，讓激光電筒發(fā)出的光線(xiàn)從A點(diǎn)到O點(diǎn)入射，他看到了如圖乙所示的光路（AO、OC為同一直線(xiàn)），你認(rèn)為出現(xiàn)光線(xiàn)OC是因?yàn)樗?，鑒于本實(shí)驗(yàn)的目的，此時(shí)最應(yīng)該記錄的兩條光線(xiàn)是。（2）接下來(lái)他要觀(guān)察光從空氣中進(jìn)入水中的情況，他將光屏豎直放入水槽中，（使線(xiàn)段MM'水平）并向水槽中慢慢注水至水面與MM'齊平，入射光線(xiàn)應(yīng)該從A點(diǎn)向O點(diǎn)射入，這是為了保證，其實(shí)本實(shí)驗(yàn)小華還考慮了入射光線(xiàn)所在一側(cè)的相同。（3）小華最終在光屏上記錄下了如丙所示的光路圖（OE為水中的折射光線(xiàn)），通過(guò)分析光路，你認(rèn)為玻璃和水這兩種介質(zhì)對(duì)光的偏折能力較強(qiáng)的是。（4）若用激光以相同的入射角分別從玻璃和水中斜射入空氣中，則射出的折射光線(xiàn)更遠(yuǎn)離法線(xiàn)。9、小科在做探究“凸透鏡成像的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中:（1）如圖甲所示，一束平行于凸透鏡主光軸的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)凸透鏡后，在光屏上形成了一個(gè)最小、最亮的光斑.由圖甲可知，凸透鏡對(duì)光線(xiàn)具有作用，該凸透鏡的焦距是cm。（2）點(diǎn)燃蠟燭后，調(diào)節(jié)燭焰中心、中心和光屏中心大致在同一高度，目的是.（3）如圖乙所示，小剛將蠟燭移到光具座上0cm刻度線(xiàn)處，向（選填“左”或“右”）移動(dòng)光屏，直到燭焰在光屏上成清晰的像，則該像是（選填“放大”“等大”或“縮小”）的實(shí)像；生活中的就是利用這個(gè)規(guī)律制成的.

（4）在第（3）問(wèn)的基礎(chǔ)上，小剛將蠟燭移到光具座上35cm刻度線(xiàn)處，在凸透鏡的位置不變時(shí)，要在光屏上成清晰的像，光屏應(yīng)向（選填“遠(yuǎn)離”或“靠近”）凸透鏡的方向移動(dòng)，直到燭焰在光屏上成清晰的像，則該像是（選填“倒立”或“正立”）的實(shí)像；生活中的就是利用這個(gè)規(guī)律制成的.

（5）小剛將蠟燭移到光具座上45cm刻度線(xiàn)處，小剛從凸透鏡的右側(cè)通過(guò)凸透鏡可以看到燭焰（選填“倒立”或“正立”）的像，此時(shí)（選填“能”或“不能”）在光屏上接收到清晰的像.生活中就是利用這個(gè)規(guī)律制成的.

（6）實(shí)驗(yàn)時(shí)，蠟燭隨著燃燒而變短，光屏上的像將向（選填“上”或“下”）移動(dòng)，此時(shí)應(yīng)將光屏向（選填“上”或“下”）移動(dòng)，才能使像成在光屏的中間.

（7）在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)光屏上出現(xiàn)倒立、放大的像時(shí)，小王用不透光的物體擋住凸透鏡的左半部，此時(shí)光屏上的像將（）A.像的大小、形狀不變，像的亮度變暗B.像的左半部消失C.像的右半部消失D.像縮小一半（8）小宇同學(xué)所在的小組對(duì)上述實(shí)驗(yàn)裝置用由幾個(gè)發(fā)光的二極管做成一個(gè)“F”字樣的發(fā)光體，你認(rèn)為這樣做的好處是（寫(xiě)出一點(diǎn)）.

（9）小明換用另一只凸透鏡安裝在光具座50cm刻度線(xiàn)處，將蠟燭移到光具座上20cm刻度線(xiàn)處，移動(dòng)光屏到80cm處，剛好得到一清晰的像，由此判斷此像應(yīng)是立、（選填“放大”“縮小”或“等大”）的實(shí)像；此凸透鏡的焦距是cm.（10）小明又將蠟燭移到光具座15cm刻度線(xiàn)處，移動(dòng)光屏得到一個(gè)清晰的像，由此判斷此像應(yīng)是立、（選填“放大”“縮小”或“等大”）的（選填“實(shí)”或“虛”）像；生活中的就是利用這個(gè)規(guī)律制成的；此時(shí)若將蠟燭與光屏的位置互換，則（選填“能”或“不能”）得到清晰的像.

（11）在第（10）問(wèn)的基礎(chǔ)上，小明在凸透鏡前放置一只老花鏡，此時(shí)應(yīng)將光屏向（選填“左”或“右”）移動(dòng)，才能在光屏上得到清晰的像.

10、如圖所示，在“探究光的反射定律”的實(shí)驗(yàn)中，平面鏡M放在平板上，EF是兩塊粘接起來(lái)的硬紙板，可繞垂直鏡面的接縫ON轉(zhuǎn)動(dòng)。（1）如圖甲所示，當(dāng)EF在同一平面上時(shí)，讓入射光線(xiàn)AO沿紙板E射向平面鏡M，在F上可看到反射光線(xiàn)OB，測(cè)出入射角和反射角的大??；多次改變?nèi)松涔饩€(xiàn)的方向，再測(cè)出入射角和反射角的大小，多次實(shí)驗(yàn)的目的是為了。（2）在做完（1）的實(shí)驗(yàn)后，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，若將一束光貼著紙板F沿BO射到O點(diǎn)，光將沿著圖中的OA方向射出，因?yàn)?。?）如圖乙所示，以法線(xiàn)ON為軸線(xiàn)，把紙板F向后緩慢旋轉(zhuǎn)，在紙板F上將看不到反射光線(xiàn)OB，由此可知，光的反射定律的結(jié)論之一是。（4）通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們得出“反射角等于入射角”的結(jié)論。如圖丙所示，小明把一束光從一種介質(zhì)射向另一介質(zhì)，光發(fā)生了反射與折射，請(qǐng)利用上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)論判斷圖中折射角的大小為。11、在“探究光從空氣斜射入水和油時(shí)，哪種液體對(duì)光的折射本領(lǐng)強(qiáng)”的實(shí)驗(yàn)中，小明提出如下實(shí)驗(yàn)方案：先讓一束入射光從空氣直接斜射入透明的空水槽中，記錄下光斑位置（如圖甲所示），接著分別倒人適量的水和油（如圖乙所示），再用光分別斜射人水和油中，記錄對(duì)應(yīng)的光斑位置，再通過(guò)分析就可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（1）如圖乙所示，小明已經(jīng)完成了在水中的實(shí)驗(yàn)，要實(shí)現(xiàn)探究目標(biāo)，畫(huà)出油中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的示意圖。（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，同學(xué)們?cè)谒鄣撞抠N上一把自制的紙質(zhì)刻度尺，這樣做的目的是。（3）某小組的同學(xué)根據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)后，所記錄的兩次光斑的相對(duì)位置如圖丙所示，經(jīng)分析可知：在空水槽的實(shí)驗(yàn)中光斑的位置應(yīng)該在水和油實(shí)驗(yàn)中光斑的