與作圖相結(jié)合的光學(xué)實(shí)驗(yàn)題考題解析

初中物理教研核心團(tuán)隊(duì)

[原題呈現(xiàn)]

例（2020·沈陽(yáng)·第22題）安安和康康在老師指導(dǎo)下完成“探究凸透鏡成像的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所用凸透鏡的焦距為f=10 cm。他們把凸透鏡固定在光具座上50 cm處，調(diào)節(jié)蠟燭的燭焰與凸透鏡和光屏的中心在同一高度。

（1）如圖1甲所示，若此時(shí)他們想在實(shí)驗(yàn)中能用光屏承接到燭焰的實(shí)像，光屏應(yīng)在______（選填“50～60 cm”、“60～70 cm”或“70～100 cm”）范圍內(nèi)移動(dòng)。

（2）他們保持凸透鏡位置不變，把蠟燭放在30 cm刻度線處，調(diào)整光屏到透鏡的距離，則會(huì)在光屏上看到燭焰______（選填“放大”、“縮小”或“等大”）、倒立的像。

（3）他們想模擬投影儀的成像原理，康康應(yīng)在步驟（2）的基礎(chǔ)上將蠟燭向________（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）凸透鏡的方向移動(dòng)，同時(shí)調(diào)節(jié)光屏的位置，使?fàn)T焰在光屏上成清晰的像。

（4）他們保持凸透鏡的位置不變，同時(shí)取下光屏，直接用眼睛觀察凸透鏡成像的各種情況?？悼狄苿?dòng)蠟燭使它從零刻度線處逐漸靠近凸透鏡，同時(shí)安安從透鏡的右側(cè)透過(guò)透鏡觀察燭焰的像，如圖1乙是安安整理并記錄看到的像的情況，根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)，判斷最先看到的像的編號(hào)是______（選填代表像編號(hào)的數(shù)字）。

（5）請(qǐng)?jiān)趫D1丙中完成從燭焰發(fā)出的一束光通過(guò)透鏡的光路。

[考點(diǎn)分析]

“探究凸透鏡成像的規(guī)律”是中考典型光學(xué)實(shí)驗(yàn)，此題考查了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中光屏的擺放——凸透鏡成倒立縮小實(shí)像時(shí)，光屏怎樣移動(dòng)可以承接到清晰的像;在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中判斷物距等于2倍焦距的成像特點(diǎn);投影儀的成像原理;不用光屏直接觀察蠟燭移動(dòng)過(guò)程中像的變化情況;光學(xué)作圖。本題既考查了實(shí)驗(yàn)技能，又考查了實(shí)驗(yàn)過(guò)程和方法。

[試題解析]

（1）由圖知蠟燭到透鏡距離為40 cm > 2f，此時(shí)像距范圍為f < v < 2f，因此光屏在60～70 cm范圍內(nèi)移動(dòng)可以承接到清晰的像;（2）把蠟燭放在30 cm刻度線處，此時(shí)物距等于2倍焦距，應(yīng)成等大實(shí)像;（3）依據(jù)投影儀的成像原理為f < u < 2f確定蠟燭移動(dòng)方向;（4）不用光屏直接觀察蠟燭移動(dòng)過(guò)程中的像依次為12453;（5）過(guò)焦點(diǎn)的光經(jīng)凸透鏡將平行于主光軸射出。

答案：（1）60～70cm （2）等大（3）靠近 （4）1 （5）如圖2

[方法歸納]

初中階段常考的光學(xué)探究實(shí)驗(yàn)共三個(gè)，分別是：探究光的反射定律（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)1）;探究平面鏡成像規(guī)律（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)2）;探究凸透鏡成像規(guī)律（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)3）。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)都涉及與作圖題的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)1可以利用反射定律作圖;實(shí)驗(yàn)2可以利用平面鏡成像規(guī)律作圖，也可以同時(shí)利用反射定律、成像規(guī)律、像的成因作圖;實(shí)驗(yàn)3可以利用凸透鏡對(duì)光的作用（過(guò)光心的光傳播方向不變，平行于主光軸的光過(guò)焦點(diǎn)）作圖，也可以同時(shí)利用凸透鏡對(duì)光的作用、成像規(guī)律、像的成因作圖。需要在情境中讀懂已知條件選取合適的方法。另外，這三個(gè)實(shí)驗(yàn)的作圖都可以利用光路可逆的原理。

[拓展訓(xùn)練]

在“探究光的反射規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，將平面鏡放在水平桌面上，再把一個(gè)可以沿ON向前、向后折的紙板垂直放置在平面鏡上。

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)讓光貼著紙板入射是為了_______。

（2）如圖3甲所示，讓一束光貼著紙板沿EO射到O點(diǎn)，當(dāng)紙板的左、右部分在同一平面內(nèi)時(shí)，會(huì)在紙板的右半部分看到反射光線沿著OF方向射出;若將紙板的右半部分沿著ON向后折去，如圖3乙所示，此時(shí)在紙板的右半部分_______（選填“能”或“不能”）看到反射光線，這說(shuō)明_______。

（3）為了得到反射角與入射角大小關(guān)系的普遍規(guī)律，正確的做法是_______。

（4）如圖3丙所示是某次實(shí)驗(yàn)時(shí)的入射光，請(qǐng)根據(jù)本實(shí)驗(yàn)所得規(guī)律在圖中畫出反射光線并標(biāo)出反射角大小。

參考答案：1. （1）顯示光路 （2）不能 反射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi) （3）改變?nèi)肷浣谴笮。啻沃貜?fù)前面的實(shí)驗(yàn)步驟 （4）如圖4