一、初二物理光的折射透镜实验易错压轴题（难）
1．如图是“探究凸透镜成像规律”的装置示意图，其中凸透镜焦距为10cm。
(1)蜡烛和凸透镜置于图示位置，调节光屏位置，光屏上会出现清晰的________（选填“放大”“等大”或“缩小”）的像，据此规律可制成______；若用课本挡住了凸透镜的上半部分，光屏上蜡焰的像会________；
(2)保持蜡烛和光屏位置不动，将凸透镜逐渐向____移动，光屏上能成清晰缩小的像。
(3)将蜡烛、凸透镜分别放在图中45cm、50cm的位置，蜡焰所成的像是______（选填“放大”或“缩小”）的像，这时眼睛应该在___________侧观察蜡焰的像。
【答案】放大投影仪变暗右放大凸透镜右侧
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1][2]由图可知，此时的物距为15cm，物距与焦距的关系
2f>u>f
成倒立、放大的实像，其应用是投影仪。
[3]遮住凸透镜的上半部，物体上任一点射向凸透镜的下半部，经凸透镜折射后，照样能会聚成像，像的大小不发生变化，折射光线减少，会聚成的像变暗。
(2)[4]保持蜡烛和光屏位置不动，将凸透镜逐渐向右移动，当物距等于原来的像距时，根据光的可逆性，光屏上能成清晰缩小的像。
(3)[5][6]将蜡烛、凸透镜分别放在图中45cm、50cm的位置，此时物距为5cm，物距小于焦距，成正立、放大的虚像，像与物体在凸透镜的同一侧，眼睛应该在右侧透过凸透镜观察烛焰的像。
2．在做“观察水的沸腾”实验，用所学知识回答下面问题：
（1）甲、乙、丙三个实验小组的同学用相同规格的实验器材如图装置进行实验．三组同学都根据自己的实验数据描绘了图象（如图），其中______（填a、b、c中的两个）两条图线描绘的是“初温相同质量不同的水”的加热情况．由图象还可以判断水面上方的气压
_____（填“大于”“等于”或“小于”）一个标准大气压．
（2）在光具座上，蜡烛、凸透镜、光屏三者位于如图所示位置时，光屏上出现蜡烛清晰的
像．当不移动凸透镜，只将蜡烛和光屏平位置互换，则光屏上________（填“能”或“不能”）收集到蜡烛的像．
【答案】a、b 小于能
【解析】
【详解】
（1）根据图2可知，a、b、c沸点相同，其中a、b初温相同，到沸腾时的时间不同，则两条图线描绘的是“初温相同质量不同的水”的加热情况。
由图象还可以得出，此时水的沸点是98℃，由液体的沸点跟气压的关系可知，此时水面上方的气压小于一个标准大气压。
（2）已知物距大于像距，与凸透镜成像规律可知，得到倒立、缩小是实像。将调光屏和蜡烛的位置，根据光路可逆的特点知，则光屏上会成一个倒立、放大的实像。即能成清晰的像。
3．实验室常用蜡烛完成以图光学实验：
（1）图甲为小孔成像示意图，该现象可以用______来解释。
（2）图乙为探究平面镜成像特点的实验装置，若蜡烛A到玻璃板距离为10cm，则蜡烛的像B与蜡烛A之间的距离为______cm；若在像和玻璃板之间放置一个不透明的挡板，从蜡烛A一侧观察玻璃板，______（填“能”或“不能”）看到蜡烛所成的像。
（3）图丙为探究凸透镜成像规律的实验装置。当蜡烛、凸透镜和光屏处于图示位置时，可在光屏上得到清晰的像。保持凸透镜位置不变，将蜡烛向右移动到35cm刻度线处，此时可将光屏向______（选填“左”或“右”）移动适当距离能再次得到清晰的倒立、______的实像；若不移动光屏，可在烛焰和透镜之间放置一个适当的______透镜（选填“凸”或“凹”）也能在光屏上得到一个清晰的像。
【答案】光的直线传播 20 能右放大凸
【解析】
【详解】
第一空．图甲为小孔成像示意图，这属于光的直线传播现象，可以用光的直线传播来解释；
第二空．图乙为探究平面镜成像特点的实验装置，若蜡烛A到玻璃板距离为10m，根据平面镜物像到平面镜的距离相等，蜡烛A的像到玻璃板的距离也是10cm，则蜡烛的像B与蜡烛A之间的距离为10cm+10cm=20cm；
第三空．平面镜所成的像是虚像，虚像是不能成在光屏上的，但玻璃板仍会出现平面镜成像现象，用不透明的挡板在玻璃板后面挡住蜡烛B，在蜡烛A一侧观察，玻璃板后将仍能观察到蜡烛A的像。
第四空．蜡烛到凸透镜的距离为20cm时，光屏上呈现一个倒立等大的像，则2f=20cm，所以f=10cm，将蜡烛向右移动到35cm刻度线处，由物近像远像变大可知，此时需将光屏向右移动适当距离才能再次呈现清晰地像；
第五空．因焦距为10cm，当蜡烛位于35cm刻度线处，物距为50cm-35cm=15cm，大于一倍焦距小于二倍焦距，可以在光屏上得到一个清晰的倒立、放大的实像；
第六空．若不移动光屏的位置，由物近像远像变大可知，此时像落在光屏的右侧，为了使像提前会聚，重新成在光屏上，因此需在烛焰和透镜之间放置一个适当的凸透镜；
4．某同学做“探究凸透镜成像规律”的实验，当烛焰、凸透镜、光屏位于如图所示的位置时光屏上出现了烛焰清晰的像：
(1)该同学看到光屏上所成的像是一个烛焰_________（选填“放大”“缩小”或“等大”）的像；
(2)若将蜡烛向右移动少许，光屏应向_________移动才能再次成清晰的像，此像的大小比刚才的像要_________（选填“大”或“小”）一些；
(3)若蜡烛和光屏保持图示位置不变，将透镜向左移动_________cm可以在光屏上再次形成清晰的像。
【答案】缩小右大 25
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]由图知，物体和所成的像在凸透镜的两侧，而物距u=40cm，像距v=15cm，即u>v，所以光屏上所成的像是缩小的。
(2)[2][3]由凸透镜的成像规律知，当物距变小时，像距要变大，才能再次在光屏上得到清晰的像，而像的大小要比移动前的要大一些。
(3)[4]根据光路可逆，若蜡烛与光屏不动，只移动透镜，要想再次成清晰的像，须让此时的物距为15cm，像距为40cm，那么凸透镜就应该移动到25cm处。
5．小徐同学用焦距f为10厘米的凸透镜、高度为3厘米的发光体、光屏和光具座等做“验证凸透镜成实像的规律”实验。实验中，所测得的物距u、像距v以及所成像的像高h 分别记录在表中：
(1)根据实验序号1~6数据，分析比较像距v、像高h随物距u的变化情况，可得出的初步结论是：同一凸透镜成实像时，物距u变小，____________；
(2)根据实验序号1~6数据，分析比较像距v、物距u的大小及发光体高度和像高h情况，可得出的初步结论是：
①同一凸透镜成缩小的实像时，________________；
②同一凸透镜成放大的实像时，________________；
(3)分析比较实验序号1~6数据中像距v与物距u的比值及像高h与物高的比值，可得出的初步结论是：凸透镜成实像时，___________；
(4)根据表中信息，可以提出了一个猜想：“当物距u等于某一值时，可能会成等大的实像”。为了验证这一猜想，可以在本实验中将物体置于离凸透镜___________厘米的范围中进行实验。
【答案】像距v变大，像高h变大物距u大于像距v物距u小于像距v像距v与物距u的比值等于像高h与物高的比值 25.0~16.6
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]根据实验序号1~6数据可以看出，同一凸透镜成实像时，物距u变小时，像距变大，像变大。
(2)①[2]根据表格可以看出，同一凸透镜成缩小的实像时，物距大于像距。
②[3]根据表格可以看出，同一凸透镜成放大的实像时，物距小于像距。
(3)[4]分析比较实验序号1~6数据中像距v与物距u的比值及像高h与物高的比值，凸透镜成实像时，像距v与物距u的比值等于像高h与物高的比值。
(4)[5]第三次实验像高小于物体的高度，第四次实验像高大于物体，所以要得到等大的像物
体离凸透镜应该大于16.6cm 小于25.0cm 。
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．如图在探究“凸透镜成像规律”的实验中：
（1）蜡烛、凸透镜（焦距为10cm）光屏依次放在光具座上，要使烛焰的像能呈在光屏的中央，需要调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在________上；
（2）①将点燃的蜡烛放置在光具座上20cm刻度线处，移动光屏到65cm刻度线处，蜡烛在光屏上成清晰的像，该像是________（填“倒立”或“正立”）的________（填“缩小”或“等大”或“放大”）的实像；________（选填“照相机”或“幻灯机”）就是利用这一成像特点制成；
②保持透镜位置不变，如果想在光屏上得到更大的清晰的像，应进行的操作是：
________；
③保持透镜位置不变，若将图中点燃的蜡烛和光屏互换位置，则在光屏上________成像（选填“能”或“不能”）。
【答案】同一高度倒立缩小照相机蜡烛往透镜方向移动，同时光屏往远离透镜方向移动能
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]要使烛焰的像能呈在光屏的中央，需要调节烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度上。
(2)[2][3][4]由题意可知，物距大于两倍焦距，像距大于一倍焦距，小于两倍焦距，根据凸透镜的成像规律可知，这时所成的清晰像是倒立、缩小的实像；照相机就是利用这一成像特点制成的。
[5]根据凸透镜的动态成像规律，如果想在光屏上得到更大的清晰的像，应进行的操作是：蜡烛往透镜方向移动，同时光屏往远离透镜方向移动，这时清晰的像会越来越大。
[6]在互换位置之前，成倒立、缩小的实像，互换位置之后，物距小于两倍焦距、大于一倍焦距，而像距大于两倍焦距，根据光路的可逆性，这时成倒立、放大的实像。在光屏上是能成像的。
8．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。
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．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，
-11
10m 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1
f 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
11
5v f
=-， 进一步可得：
15f
v f
=
- 。