一、初二物理光的折射透镜实验易错压轴题（难）
1．小兰利用如图所示的装置做实验研究凸透镜成像规律。设u为烛焰至透镜的距离，v为光屏上得到最清晰的像时，光屏至透镜的距离。小兰调整u，测量相对应的v，部分实验数据如下表所示。根据表中数据可知
u/cm6030201513…
v/cm1215203045…
(1)此凸透镜的焦距f=_________cm；
(2)如果u=16cm，光屏上能得到烛焰的_________的像；（选填“放大”或“缩小”）
(3)设想光具座足够长，u足够大，则v的值接近_________cm；（选填“0”、“5”或“10”）
(4)若透镜的下半部以黑布遮住则看到烛焰的像会变_________；（选填“亮”或“暗”）
(5)完成上述实验后小兰发现了一个中空的平行玻璃砖，中空部分的形状犹如一个凸透镜，如图所示。如果有一束平行光从左侧垂直入射玻璃砖，从右侧出射之后，是_________（选填“会聚”或“发散”）光束。请说明你判断的理由_________（可画图辅助说明）。
【答案】10 放大 10 暗发散可将此玻璃砖看成两个玻璃凹透镜A、B的组合，如图所示。
平行光束通过两个凹透镜时，先后经历了两次发散过程，因而出射光是发散的
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]由表格知，当u=20cm，v=20cm时，凸透镜成的是等大的实像，而
2f=20cm
所以凸透镜的焦距
f=10cm
(2)[2]u=16cm时，f (3)[3]据凸透镜的成像特点，成实像时物距越远，则像距离越小。而u足够大时，v会逐渐靠近焦点，但不会越过焦点，所以v的值接近10cm。 (4)[4]若透镜的下半部以黑布遮住，则看到的像会暗，因为黑布遮住了部分射入透镜的光线。 (5)[5][6]因为平行玻璃砖中间是空的，则此玻璃砖相当于两个凹透镜的组合（具体见下图）， 平行光束通过两个凹透镜时，先后经历了两次发散过程，因而出射光是发散的。 2．用如图所示的装置做“探究凸透镜成像规律”实验。 (1)图甲中一束平行光射向凸透镜，光屏上得到一个最小、最亮的光斑。则该凸透镜的焦距为__________cm； (2)图乙中烛焰在光屏上恰好成一清晰的像(未画出) ①若在图乙中烛焰和凸透镜之间合适位置放一眼镜的镜片，将光屏向右移动适当距离才能再次看到清晰的像。说明该眼镜对光线具有_________(选填“发散”或“会聚”)作用，是_______________(选填“近视”或“远视”)眼镜； ②若在图乙中将蜡烛移到35cm刻度线处，则将光屏移动到_______cm刻度线处，可以再次看到清晰的像，此时的像是_________(选填“放大”“缩小”或“等大”)的。日常生活中，________(选填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这一原理制成的； ③若在图乙所示位置的基础上，保持蜡烛位置不动，将凸透镜和光屏同时向右移动相同的距离后，光屏上______________(能或不能)看到清晰的像； ④若将图乙中的凸透镜换成焦距为25cm凸透镜，保持蜡烛和凸透镜在原来位置不变，在光具座上移动光屏，_______(能或不能)找到一个位置，使像清晰的呈现在光屏上。(光具座总长100cm) 【答案】10.0 发散近视 80 放大投影仪不能不能 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]图甲中一束平行光射向凸透镜，光屏上得到一个最小、最亮的光斑；根据焦点的定义光斑即焦点处，由图可知凸透镜位于30.0cm处，光屏位于40.0cm处，则该凸透镜的焦距为10.0cm。 (2)[2][3]图乙中烛焰在光屏上恰好成一清晰的像，此时物距为30cm，大于两倍焦距，像距15cm，在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立缩小的实像；若在图乙中烛焰和凸透镜之间合适位置放一眼镜的镜片，将光屏向右移动适当距离才能再次看到清晰的像，说明该眼镜对光线具有发散作用延迟聚焦，是凹透镜制成的近视眼镜。 [4][5][6]若在图乙中将蜡烛移到35cm刻度线处，此时物距为15cm，根据光的可逆性，像距调整至30cm，即将光屏移动到80cm刻度线处，可以再次看到清晰的像，此时的像是倒立放大的实像；日常生活中，投影仪、幻灯机、电影放映机就是利用这一原理制成的。[7]若在图乙所示位置的基础上，保持蜡烛位置不动，将凸透镜和光屏同时向右移动相同的距离后，光屏与透镜间的距离不变，但物距增大，故光屏上不能看到清晰的像。 [8]若将图乙中的凸透镜换成焦距为25cm凸透镜，保持蜡烛和凸透镜在原来位置不变，此时物距在1倍焦距和2倍焦距之间，使像清晰的呈现在光屏上，则像距应大于2倍焦距即50cm，应在光具座上移动光屏至刻度值上100cm以外，而图中刻度尺最大量程不足，故不能找到这个位置。 3．小明在做“探究凸透镜成像规律”的实验时，器材安装合理，实验操作规范。在图示位置时，烛焰恰好在光屏上成清晰的像。 （1）这个像是倒立、_____的实像（选填“放大”或“缩小”），它的成像原理与_____（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机”）相同。 （2）若保持蜡烛位置不变，将凸透镜向右移动 5cm，则为了能在光屏上再成清晰的像，应将光屏向右移动_____（选填“小于、等于”或“大于”）5cm，此时像的大小比刚才的像要_____一些（选填“大”或“小”）。 （3）小明为了研究近视眼的成因，在凸透镜左侧附近放置一近视眼镜（图中未画出），这时需要将光屏向_____（选填“左”或“右”）移动才能在光屏上成清晰的像。 【答案】缩小照相机小于小右 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1][2]由图可知，成像时，像距小于物距，所以成一个倒立、缩小的实像；照相机就是利用这个原理制成的。 (2)[3][4]将凸透镜向右移动5cm，物距变大，导致像变小，像距也变小，所以光屏向右移动的距离小于5cm。 (3)[5]近视眼镜是凹透镜，对光线有发散作用，所以戴上近视眼镜能使像向后移动，所以要想成清晰的像，就要让光屏向右移动。 4．下面是小丽同学探究“凸透镜成像规律”的实验。 (1)实验时，将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，调节烛焰、凸透镜和光屏的高度，使三者的中心在__________； (2)将蜡烛、凸透镜和光屏放在如图所示的位置上，光屏上恰好承接到一个倒立、等大的实像，这个凸透镜的焦距为__________cm； (3)将蜡烛移动到25cm刻度线处，小丽应向________（选填“左”或“右”）适当移动光屏，光屏上能承接到一个倒立、_________（选填“放大”或“缩小”）的实像。生活中的__________（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是应用这一原理制成的； (4)小丽将自己的眼镜摘下，放在烛焰与凸透镜之间合适的位置，只向右适当移动蜡烛，在光屏上再次得到了一个清晰的像，说明小丽戴的是___________（选填“近视”或“远视”）眼镜。 【答案】同一高度上10左缩小照相机远视 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]实验时，将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在光具座上，调节烛焰、凸透镜和光屏的高度，使三者的中心在同一高度上，这样能使烛焰的像成在光屏的中心。 (2)[2]光屏上恰好承接到一个倒立、等大的实像，说明这时物距等于像距等于2倍的焦距，由图可知，这时物距和像距都是20cm，故凸透镜的焦距为10cm。 (3)[3][4][5]将蜡烛移动到25cm刻度线处，这时物距为25cm，大于2倍焦距，根据凸透镜的成像规律，像距应该在凸透镜另一侧的焦距与2倍焦距之间，故小丽应向左适当移动光屏，光屏上能接收到一个清晰的倒立、缩小的实像，根据这个原理可以制成照相机。(4)[6]向右适当移动蜡烛，物距变小，根据凸透镜的成像规律，像距会变大，小丽将自己的眼镜摘下，放在烛焰与凸透镜之间合适的位置，在光屏上再次得到了一个清晰的像，说明小丽的眼镜对光线起到的是会聚作用，故小丽的眼镜为远视镜（凸透镜）。 5．在“探究凸透镜成像规律”的实验时，调节光具座上依次排列的蜡烛、凸透镜和光屏，使它们的中心大致在同一高度，进行了如图所示实验。 (1)该凸透镜的焦距是______cm； (2)现将蜡烛移动距凸透镜30cm处，则在光屏上得到一个______、倒立的实像，现将蜡烛靠近凸透镜5cm，保持凸透镜、光屏位置不变，可在烛焰和凸透镜之间插入一个适当的 ______透镜，也能在光屏上得到一个清晰的像。 【答案】10.0 缩小凸 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点，所以从图中可以看到，该凸透镜的焦距是 f== 40.0cm-30.0cm10.0cm 该凸透镜的焦距是10.0cm。 (2)[2]现将蜡烛移动距凸透镜30cm处，这时物距大于两倍焦距，根据凸透镜的成像规律可知，在光屏上得到一个缩小、倒立的实像。 [3]现将蜡烛靠近凸透镜5cm，这时物距变小，还是大于两倍焦距，根据凸透镜的动态成像 规律，物体靠近，则像远离凸透镜，这时清晰的像在光屏后方，为了也能在光屏上得到一个清晰的像，可在烛焰和凸透镜之间插入一个适当凸透镜，凸透镜有会聚作用，这样清晰的像会靠近凸透镜。 6．小莉同学用焦距为10 cm 的凸透镜做“探究凸透镜成像规律”的实验。 (1)实验过程中，当蜡烛与凸透镜的距离如图甲所示时，在光屏上可得到一个清晰的像，若保持蜡烛和光屏的位置不变，移动透镜至______cm 处，光屏上能再次呈现清晰的像； (2)实验中将凸透镜从图甲处逐渐远离蜡烛，物距u 随时间t 的变化图像如图乙所示，则如图丙所示的图像中，像距v 随时间t 的大致变化图像正确的是______； (3)如图丁所示，保持蜡烛的位置不变，移动透镜至16 cm 处，人眼能观察到蜡烛的像，像是图戊中的____ （选填“A ”“B ”“C ”或“D ”）。 【答案】40 C D 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]如图甲所示时，物距小于像距，当2f u f <<，成倒立放大的实像，当2u f >，应用是照相机；而且此时15cm u =，像距30cm v =；若保持蜡烛和光屏位置不变，光屏上能再次呈现清晰的实像，根据折射现象中光路可逆，需要移动透镜至40cm 刻线处。 (2)[2]当物距大于焦距时凸透镜成的是实像；将蜡烛从略大于一倍焦距处逐渐远离凸透镜，当物体在一倍焦距到二倍焦距之间移动时，像距变化大于物距变化；当物体在二倍焦距以外移动时，像距变化小于物距变化。即像距先减小得快，后减小得慢。故图象为C图。(3)[3]凸透镜焦距为10cm，使蜡烛位置不变，移动透镜至16cm刻度线处，u=6cm，小于焦距，物距小于焦距成正立放大虚像，像是图戊中的D。 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 50.0cm 20.0cm 30.0cm u =-= 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．在用光具座研究凸透镜成像规律的实验中： （1）测量凸透镜的焦距如图甲所示，则该凸透镜的焦距约为_____。 （2）将蜡烛、凸透镜、光屏依次从左向右放在光具座上。点燃蜡烛后，调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在_____上。 （3）当烛焰距凸透镜30cm 时，移动光屏，可在光屏上得到一个倒立的_____（填“缩小”或“放大”）的像。拿走光屏，将蜡烛放在原光屏位置处，则此时光屏应放在原先放_____的位置才能成清晰的像，此现象说明凸透镜的光路是_____的。 （4）经实验发现，凸透镜成放大像与缩小像的分界点是图乙中的_____处。 【答案】10cm 同一高度 缩小 蜡烛 可逆 P 【解析】 【详解】 (1)[1]焦点到凸透镜的距离为 60cm-50cm 10cm = 所以凸透镜的焦距为10cm ； (2)[2]为使像能成在光屏的中央，应使凸透镜、光屏、烛焰的中心大致在同一高度处； (3)[3]当物距为30cm 时，物距大于二倍焦距，根据凸透镜成像的规律可知，此时成倒立缩小的实像； [4][5]当2u f >时，光屏上成倒立、缩小的实像，如果蜡烛和光屏互换位置，光屏上会得到倒立、放大的实像，说明凸透镜的光路是可逆的； (4)[6]焦点F 是虚像和实像的分界线，二倍焦距处是放大像和缩小像的分界线。由图可知此凸透镜放大像与缩小像的分界点是P 点。 10．如图所示，将透明的薄壁(厚度可忽略不计)方形水槽水平放置，固定在水槽底部的 激光笔沿图示方向发出一细光束，小彬通过缓慢改变水槽中的水量来探究光的传播现象． （1）如图水槽中未注水时可在侧壁上A处得到一个光点，注入一定量的水后，光点移至B θ选填“大于”“等处，这是由于光在水面处发生了光的______现象，此时入射角______角( 于”或“小于”)； （2）为使B处的光点移至C处，则应使水槽中的水量______，若BC间距离为2cm，则水 cm选填“>”“=”或“<”)； 面高度的变化量h△______2( （3）如图所示，小彬将激光笔移至虚线框内向水槽底部照射，为使光束第一次从水面射出后沿DE方向传播，则激光笔照射的方向应满足的条件是______，且激光笔照射在水槽底部的位置必须在区______(选填“①”②”或“③”)内． 【答案】折射小于增加>平行于DE② 【解析】 【分析】 【详解】 （1）[1][2]水槽中未加水水时，由于光的直线传播，激光射到侧壁上的A点；当水槽中加水时，光点下移到B点位置，这是由于光的折射现象引起的，当光从水中射入空气中时，折射角大于入射角，此时入射角小于角Q； （2）[3]入射角和折射角都不变，所以要使B处的光点移到C处，则应使水槽中的水量增加； [4]若BC间距离为2cm，因为两次的折射光线是平行的，光斑移动的竖直高度小于水面上升的高度，故水面高度的变化量大于2cm； （3）[5]光从空气中进入水中，再从水中射出到空气中，发生折射时，折射角一次减小，一次增大，最终的入射光线与折射光线是平行的，即激光笔照射的方向应满足的条件是：平行于DE； [6]且因为第一次折射进入水中时，折射角小于入射角，则激光笔应该与激光笔照射在水槽底部的位置必须在区②内． 【点睛】 重点是根据光的折射定律的应用，关键是记清楚光由空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角，反之折射角大于入射角，可根据光路可逆的特征进行记忆．
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