一、初二物理光的折射透镜实验易错压轴题（难）
1．在探究光的折射规律时，从水面上方看水中的物体变浅了.为了确定水中物体所成像的位置，某学习小组进行了如下探究:
u/mm306090120150180
v/mm23456790113134
A．把一个小灯泡a放在水中某处，观察灯泡所成像的位置。
B．将另一个相同的小灯泡b放在水面上方，调整其位置，使它的像与灯泡a的像重合。C．用刻度尺测量灯泡b到水面的距离。
（1）测量时，把刻度尺的零刻度线对准灯泡b，水面处对应的刻度如图甲所示，则灯泡b 到水面的距离为_____cm。
（2）灯泡a的像到水面的距离与灯泡b到水面的距离一定相等，理由是:_______
（3）测量时，如果直接将刻度尺竖直插入水中，使看到的零刻度线与灯泡a的像重合，则刻度尺在水面处的示数表示_________。
（4）某小组实验时，每次都从灯泡a的正上方观察，测得灯泡a到水面距离u和灯泡a的像到水面距离v的对应关系如上表所示。根据表中数据，请在图乙坐标中描点作出v-u关系图线。
（___________）
由图线可知，v与u成______(选填“正比”、“反比”)。
【答案】8.20 像与物到镜面的距离相等灯泡a的深度
正比
【解析】
【详解】
(1)[1]从图甲可以看到，灯泡b到水面的距离为8.20cm；
(2)[2]根据平面镜的成像规律可知，灯泡b到水面的距离大小等于灯泡b的像到水面的距离，而灯泡b的像与灯泡a的像是重合的，所以灯泡a的像到水面的距离与灯泡b到水面的距离一定相等；
(3)[3]测量时，如果直接将刻度尺竖直插入水中，使看到的零刻度线与灯泡a的像重合，因为光的折射，刻度尺的零刻度线真实位置应该是在灯泡a的位置，所以刻度尺在水面处的示数表示灯泡a的深度；
(4)[4]根据表中数据，在坐标中描点作出v-u关系图线，如下图所示；
[5]由图线可知，v与u成正比。
2．在探究“凸透镜成像规律”的实验中.
(1)如图甲, 平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则凸透镜的焦距
f=_____cm.
(2)如图乙，光屏上呈现清晰的像素，此像的性质是_____的实像.若保持蜡烛和光屏位置不变，移动透镜至_____刻度线处，光屏上能再次呈现清晰的像.
(3)如图丙，保持蜡烛位置不变，移动透镜至16cm刻度线处，则人眼在图中____处能观察到烛焰的像.
(4)如图丁，在烛焰和凸透镜之间放一副眼镜，发现光屏上的像由清晰变模糊了，将光屏远离透镜移动适当距离后光屏上再次呈现清晰的像，则该眼镜是_____眼镜（近视/远视）.【答案】10.0 倒立放大 40 B 近视
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由图甲结合凸透镜焦点的定义可知，焦点到凸透镜的距离为20.0cm-10.0cm=10.0cm，即凸透镜的焦距为f=10.0cm；
（2）由图乙知，当蜡烛在刻度尺的10cm处，u=15cm，2f＞u＞f，由成像规律知，凸透镜成倒立放大的实像，此时v=55cm-25cm=30cm，根据折射中光路可逆可知，保持蜡烛和光屏位置不变，当u=30cm时，即凸透镜移动至40cm刻度线处，在屏上能再次呈现清晰的像；
（3）保持蜡烛位置不变，移动透镜至16cm刻度线处，此时u=16cm-10cm=6cm，u＜f
时，凸透镜成正立放大的虚像，光屏上接不到，透过凸透镜观察蜡烛看到正立放大的虚像；虚像与成像物体同侧，所以应从B处观察；
（4）将一副眼镜放在蜡烛和凸透镜之间，结果，光屏上原来清晰的像变模糊了，将光屏远离透镜移动适当距离后光屏上再次呈现清晰的像，，说明延后成像了，即像距增大了，说明此透镜对光线有发散作用，故放置的是凹透镜，这种眼镜是用来矫正近视眼的．
3．在学完凸透镜成像规律后，小滨选择了一块焦距未知的凸透镜，对凸透镜成像特点作了进一步探究．
（1）为了测量凸透镜焦距，他让一束平行光正对射向该透镜，调节光屏位置直到光屏上得到一个_____的光斑，测得凸透镜的焦距是10cm．
（2）为了使像能成在光屏的中央，应先调节好蜡烛和光屏的高度，使它们的中心跟凸透镜的中心大致在_____．
（3）当把点燃的蜡烛和光屏移至图甲所示位置，光屏上_____（选填“能”或“不能”）成像．若把点燃的蜡烛向右移至光具座的35cm刻度时，向_____（选填“左”或“右”）移动光屏会得到一个倒立、_____的实像；_____就是利用这一成像规律工作的．此时，风一吹，烛焰向左偏，则光屏上成的像向_____偏．
（4）细心的小滨发现实验时间一长，光屛上的像会向上移动，为了使像呈在光屏的中央，应将光屏向_____移动．
（5）小明用此光具座模拟人眼看远近不同物体的情况，当人眼看清眼前30cm处的物体时，凸透镜的位置、形状如图乙所示．如果将物体移至眼前50cm处，保持透镜（晶状体）、光屏（视网膜）之间距离不变，则应该换上更_____（选填“薄”或“厚”）的凸透镜（凸透镜直径大小相同），才能在光屏上得到清晰的像．
【答案】最小、最亮同一高度能右放大投影仪（幻灯机等）右上薄
【解析】
【分析】
（1）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚在主光轴上一点，这点是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离是凸透镜的焦距；
（2）在实验中，为使像能成在光屏的中心，应调整烛焰、凸透镜和光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度；
（3）凸透镜成像规律：物距小于焦距成正立放大虚像．应用是放大镜；
物距大于一倍焦距小于二倍焦距成倒立放大实像，像距大于二倍焦距；
物距等于二倍焦距成倒立等大实像，像距等于二倍焦距；
物距大于二倍焦距成倒立缩小实像，像距大于一倍焦距小于二倍焦距；
根据“物近像远像变大，物远像近像变小”判断光屏移动的方向并判断像大小的变化，凸透镜成像时，2f＞u＞f，成倒立、放大的实像，投影仪等依据的是这一原理；凸透镜成像不仅左右相反、而且要上下相反；
（4）凸透镜成的实像是倒立的，但过光心的光线传播方向不变，像与物体的变化方向恰好相反；
（5）薄凸透镜的焦距大于厚凸透镜的焦距，然后根据凸透镜的成像规律进行分析解答．【详解】
（1）让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，这点是凸透镜的焦点；
（2）为使像能成在光屏的中央，应调整凸透镜、光屏和烛焰，使三者的中心大致在同一高度处；
（3）当把点燃的蜡烛和光屏移至图甲所示位置，此时u=v=2f，光屏上得到倒立、等大的实像；
由“物近像远像变大”可知，当把点燃的蜡烛由图甲所示位置向右移至光具座的35cm刻度时，此时物距u=50cm﹣35cm=15cm，则f＜u＜2f，应向右移动光屏，会得到一个倒立、放大的实像，投影仪、幻灯机等就是利用这一成像规律工作的；
由“凸透镜成像左右相反”可知，烛焰向左偏，则光屏上成的像向右偏；
（4）蜡烛在燃放中不断缩短，向下移动，光屏上的像向上移动，要使像能够成在光屏中央，可向上移动光屏；
（5）由题意可知，物体远离凸透镜即物距变大时，像距不变，说明凸透镜的焦距变大，而薄凸透镜的焦距大于厚凸透镜的焦距，故更换的应是薄凸透镜．
4．在“探究凸透镜成像的规律”实验中：
(1)实验前，必须在光具座上将烛焰、凸透镜、光屏三者的中心调整到___________；
(2)图甲中的凸透镜相当于眼睛的晶状体，光屏相当于眼睛的___________；
(3)正确安装并调节好实验装置后，小芳同学在图甲所示的光屏上看到了烛焰清晰的像，则她看到的是___________（填“倒立”或“正立”）、___________（填“放大”或“缩小”）的实像；
(4)若保持蜡烛和凸透镜的位置不变，把光屏向右移动一小段距离后，要想在光屏上再次得到清晰的像，可在蜡烛与凸透镜之间放一个焦距合适的___________（填“近视”或“远视”）眼镜；
(5)某小组实验时对图甲中的装置进行了改进，将蜡烛换成“F”形的LED灯，并在光屏上贴方格纸，如图乙所示，请写出改进后的装置的一个优点：_________________；
(6)为了方便从不同角度观察光屏上的像，光屏应选用较___________（填“粗糙”或“光滑”）的白色硬纸板。
【答案】同一高度视网膜倒立缩小近视实验现象更明显、便于观察、减少了污染等粗糙
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]实验前，必须将烛焰、凸透镜、光屏三者的中心调整到同一高度处，这样烛焰的像才能成在光屏的中心。
(2)[2]眼睛看物体时，晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏。
(3)[3][4]由图知，像距小于物距，此时成倒立、缩小的实像。
(4)[5]把光屏向右移动一小段距离，要想在光屏上再次得到淸晰的像，应使像向右移动，则需在凸透镜和蜡烛之间放置适当的凹透镜，近视眼镜是一个凹透镜。
(5)[6]蜡烛换成LED灯的优点：实验现象更明显、便于观察、减少了污染等；光屏换成带有方格光屏的优点：便于比较像的大小。
(6)[7]为了方便从不同角度观察光屏上的像，应该使光线发生漫反射，即光屏应选用较粗糙的白色硬纸板。
5．做“探究凸透镜成像规律”的实验。如图所示，一束平行光射向凸透镜，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑，该凸透镜的焦距是____________cm。
(1)点燃的蜡烛、凸透镜、光屏三者在光具座上的位置如图之所示，则烛焰的像将成在光屏的_______（选填“上方”或“下方”）；
(2)调整好蜡烛的高度后，图乙中烛焰在光屏上成一清晰的像（未画出），则该像是倒立、______的实像；
(3)图乙中，若把蜡烛移到42cm刻度线处，此时需要在A点处向______（选填“左”或“右”）观察，才能看到烛焰的像。
【答案】10 上方放大左
【解析】
【分析】
【详解】
[1]一束平行光射向凸透镜，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑，即凸透镜的焦点，焦点到凸透镜的距离即为凸透镜的焦距，如图甲所示，该凸透镜的焦距
f=40cm-30cm=10cm
(1)[2]如图乙所示，蜡烛焰心、透镜、光屏三者的中心不在同一高度上，蜡烛焰心低于透镜、光屏的中心，光线经凸透镜折射后成像在光屏的上半部分。
(2)[3]如图乙所示物距小于像距，且在光屏上能够得到实像，故此时物距大于一倍焦距且小于两倍焦距，在光屏上成倒立、放大的实像。
(3)[4]若把蜡烛移到42cm刻度线处，此时物距
u=50-42cm=8cm
此时物距小于一倍焦距，在光屏上成正立、放大的虚像，光屏承接不到，只能在凸透镜的右侧看向凸透镜才能看到像，即此时需要在A点处向左观察，才能看到烛焰的像。
6．探究凸透镜成像的规律：
(1)实验所用凸透镜的焦距为10cm。某次实验情形如图甲所示，此时光屏上恰好得到烛焰清晰的像，则物距u=______cm，烛焰的像应为图乙中的______，生活中的______就是利用这一原理工作的。
(2)在图甲所示实验情形下，紧靠凸透镜加放另一透镜，发现光屏上的像变模糊。保持蜡烛和凸透镜的位置不变，只将光屏向右移动又重新得到清晰的像，则所加的透镜为______。【答案】30 C 照相机凹透镜
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]由图甲可知，凸透镜在50cm刻度处，蜡烛在20cm刻度处，则物距
u=50cm-20cm=30cm
[2][3]由图可知，物距大于像距，且光屏上成清晰的像，此时成的是倒立、缩小的实像，所以烛焰的像应该是图乙中的C，生活中照相机是利用这一原理工作的。
(4)[4]保持蜡烛和凸透镜的位置不变，只将光屏向右移动又重新得到清晰的像，即相对于没加透镜之前像距变大了，说明成像光线被扩散了，所以加的透镜为凹透镜。
7．在探究“凸透镜成像规律”的实验中，下表是小明同学实验时记录的几组数据：
实验次数物距u/cm像距v/cm
13015
22020
31530
(1)依次将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏放在光具座上，调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在相同_______上；
(2)若图中光屏上成烛焰清晰的像，那么此像是______（选填“放大”或“缩小”）的；
(3)当光屏上得到一个倒立、缩小的像时，保持透镜的位置不变，要使屏上的像变大，应将蜡烛________透镜，并将光屏_______透镜（选填“靠近”或“远离”）；
(4)若第4次实验物距为5cm时，成像的特点是_____________________。
【答案】高度放大靠近远离正立、放大、虚像
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]点燃蜡烛后，调节凸透镜和光屏的高度，使它们的中心与烛焰中心大致在相同高度上。
(2)[2]物体到凸透镜的距离是物距，像到凸透镜的距离是像距，如图，物距小于像距，成倒立、放大的实像。
(3)[3][4]光屏上得到一个倒立缩小的实像时，保持透镜的位置不变，要使屏上的像变大些，应减小物距，增大像距，即应将蜡烛靠近透镜，光屏远离透镜移动。
(4)[5]由表格第2次数据
u＝v＝2f＝20cm
解得
f＝10cm
若第4次实验物距为5cm，则
u′＝5cm＜f
根据凸透镜成像特点所成像为：正立、放大的虚像。
8．小华进行“探究凸透镜成像规律”的实验。如图所示，实验桌上备有带支架的蜡烛、光屏、凸透镜A、凸透镜B、平行光光源（接通电源后可发出平行光）、光具座等器材。
(1)根据图甲所示，该凸透镜A的焦距是f A=_____cm。
(2)如图乙，实验时，需要把凸透镜A、光屏和蜡烛烛焰的中心调到_____。
(3)如图乙，小华把凸透镜A固定在光具座上50cm刻度线处，将蜡烛移至光具座上20cm 刻度线处，移动光屏，直到烛焰在在光屏上成清晰的像，则该像是_____（选填“放大”、“等大”或“缩小”）的实像，此成像特点常应用在_____（选填“放大镜”“照相机”或“幻灯机”）上。
(4)保持蜡烛位置不变，小华用焦距f B为12cm的凸透镜B替换凸透镜A，将凸透镜B固定在光具座上50cm刻线处，若想在光屏上得到清晰的像，光屏向_____（选填“左”或
“右”）移动。
【答案】10cm 同一水平高度缩小照相机右
【解析】
【分析】
(1)根据凸透镜焦点和焦距的定义进行判断．焦点到凸透镜光心的距离即为焦距。
(2)为使像成在光光屏中央，应把蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛，将烛焰、凸透镜、光屏三者中心调到同一高度上。
(3)掌握凸透镜成像的规律及应用，知道照相机是根据当物距大于2倍焦距时，成缩小倒立实像的原理制成的。
(4)物距大小不变，但是凸透镜的焦距变小，会聚能力变强，相当于物距增大，根据凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大进行判断。
【详解】
(1)[1]由图甲可知，平行光光源发出平行于透镜主光轴的平行光照射到凸透镜A上，在透镜另一侧移动光屏直到光屏上的光斑最小，则最小的光斑即为焦点，焦点到凸透镜光心的距离为10.0cm，所以凸透镜的焦距f A=10.0cm。
(2)[2]把蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛，将烛焰、凸透镜、光屏三者中心调到同一高度上，其目的是使像成在光屏中央。
(3)[3][4]如图乙所示，保持凸透镜A位置不变，将点燃的蜡烛放在光具座上20cm刻线处时，此时物距
u=-=
50.0cm20.0cm30.0cm
则物距大于2倍焦距，移动光屏，此时应该能成一个倒立、缩小的实像，照相机是根据这个原理制成的。
(4)[5]保持蜡烛与凸透镜在如图所示的位置不变，用焦距f B为12cm的凸透镜B替换凸透镜A，凸透镜的焦距变大，对光线的会聚能力变弱，像距要增大，则光屏要向右移动靠近凸透镜。
9．某物理兴趣小组利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成凹、凸形状可改变的水透镜，并利用水透镜探究“透镜成像”，如图所示。
(1)图甲中，从形状上可以判别此时的水透镜是_____（凹/凸）透镜；研究小组对水透镜中继续注入少许水，发现焦点左移，抽出少许水后，焦点右移；并测得了水透镜的多个焦距值；这一现象说明水透镜的凸出程度越大，水透镜的焦距越_____（大/小）。
(2)如图乙，在光具座上固定好蜡烛和水透镜，此时物距为_____cm，移动光屏到如图的位置获得了一个清晰的像，这个像是倒立_____（放大/缩小）的实像。
(3)保持蜡烛和水透镜的位置不变，利用甲图装置测量水透镜的焦距，并在乙图中进行透镜成像实验，获得多组数据如下：
实验次数焦距f/cm像距v/m 1
f
/m-1
1
v
/m-1
115.060.0 6.7 1.7
212.030.08.3 3.3
320.010.0 5.0
48.013.012.57.5
5 5.0 6.720.015.0
A．表格中，第3次实验时水透镜的焦距是_____cm。根据表中数据可得：当凸透镜成实像时，物距不变，像的大小跟_____有关。
B．作出1
v
和
1
f
的关系图像。
（________）
C．根据上述数据和图像，写出v和f的关系是v=_____。
【答案】凸 大 20.0 放大 10 焦距
15f f
- 【解析】
【详解】
(1)[1]由图甲知，该水透镜中间厚，边缘薄，为凸透镜；
[2]注入少许水，发现焦点左移，焦点到凸透镜的距离变小，可知焦距变小；抽出少许水后，焦点右移，焦点到凸透镜的距离变大，可知焦距变大；这一现象说明水透镜的凸出程度越大，水透镜的焦距越小。
(2)[3]由图乙知，蜡烛到凸透镜的距离为20.0cm ，则物距为20.0cm ；
[4]由图可知，像距大于物距，此时成倒立放大的实像；
(3)[5]A ．由第三组数据可知， -1110m f
=，则f =0.1m=10cm ； [6]由数据知，物距不变，凸透镜的焦距改变，像距改变，说明像的大小改变，可知当凸透镜成实像时，物距不变，像的大小与焦距有关；
[7]B ．根据表格中的数据，描点并连线，如图所示：
；
[8]C ．由图像可知，1v
与1f 成正比例关系，设11k b v f =+，分别将3、5组数据代入得： 510k b =?+---①，
15=20k b ?+---②，
联立①②解得：k =1，b =-5；可得
115v f
=-， 进一步可得：
15f v f
=- 。
10．同学们在探究“凸透镜成像规律”的实验中。
（1）如图甲所示，先让平行光正对着凸透镜照射，左右移动光屏，直到光屏上出现一个最小最亮的光斑，测得凸透镜的焦距，然后组装并调整实验器材，使烛焰和光屏的中心位于___________上，进行实验，
（2）小强同学经过规范操作，准确测量，实验记录如下表： 序号 物距u /cm
像距v /cm 像的性质 1
45.0 22.5 a 2
30.0 30.0 倒立、等大、实像 3
20.0 60.0 b 4 6.0 / 正立、放大、虚像
表格中有几项内容漏写了，请你帮助填补：
a___________；
b___________。
（3）在进行第三次实验时如图乙所示，如果此时撤去光屏，人眼在如图所示的位置_______(选填“能”或“不能”)直接看到烛焰的实像。
（4）在进行第三次实验时，若保持凸透镜的位置不变，小明同学取了一副近视眼镜放在蜡烛与凸透镜之间，观察到光屏上的像变模糊了，此时要使光屏上成清晰的像，应该将光屏向_____(选填“左”或“右”)移动。
（5）在各组汇报数据时，有两个小组使用的凸透镜焦距都是15.0cm ，物距都是25.0cm 时，所测像距分别为37.5cm ，36. 6cm.他俩讨论后认为:数据出现差别的原因不是测量像距时的误差所致，而是由于实验时的操作引起的.请你写出数据出现差别的原因
___________。
【答案】凸透镜的主光轴 倒立、缩小、实像 倒立、放大、实像 能 右 没有前后移动
光屏寻找到最清晰的像
【解析】
【详解】
(1)[1]为了保证烛焰所成的像呈现在光屏的正中央，应该使烛焰、光屏的中心位于凸透镜的主光轴上；
(2)[2]由表格中第二行数据可知，物距等于像距为30cm，则凸透镜的焦距为15cm，第一行中物距大于两倍焦距，所以a中填倒立、缩小的实像；
[3]第三行中物距大于一倍焦距且小于两倍焦距，所以b中填倒立、放大的实像；
(3)[4]第三次实验中成的是倒立缩小的实像，右侧的光屏能够承接，撤掉光屏，人眼的视网膜相当于光屏，能够接收到烛焰的实像；
(4)[5]近视眼是因为晶状体比较厚，折光能力比较强，光线会聚在视网膜的前面，所以需要用凹透镜对光发散一下，所以当将一副近视眼镜放在蜡烛与凸透镜之间，光线的会聚点会落在光屏的右边，此时要使光屏上成清晰的像，应该将光屏向右移动；
(5)[6]在做凸透镜成像实验时，我们需要让物体在光屏上成清晰的像时，记录物距、像距等相关数据，所以像距记录有差别，原因是因为没有左右移动光屏使像清晰后记录数据。