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多次实验排除偶然性
光从空气斜射入水中,
折射角小于入射角(合理即可)
45
增加
大于

与DE方向平行
12
点燃

放大镜

【分析】
这道题围绕光的折射特点探究实验展开,解题思路如下:
1. 第一小问:首先明确初中物理实验多次测量的两类目的,本实验是探究规律类实验,因此多次改变入射角是为了得到普遍规律,排除单次实验的偶然性;分析表格的入射、折射角数据,对比即可得到折射角和入射角的大小关系;再利用光路可逆的特点,反向推导对应的折射角数值。
2. 第二小问:结合光的折射规律,当水面高度变化时,入射点位置改变,且入射角不变时折射角也不变,折射光线彼此平行,据此分析光斑移动方向对应的水面变化,再通过几何关系对比水面变化量和光斑移动距离的大小。
3. 第三小问:利用光路可逆和折射光线与入射光线的平行关系(薄壁厚度可忽略,两次折射后光线平行),判断入射点所在区域和入射光线的方向。
【解析】
(1)本实验是探究光的折射的普遍规律,多次改变入射角进行实验,是为了通过多组数据排除实验的偶然性,得到具有普遍性的规律;分析表格数据可以发现,光从空气斜射入水中时,折射角始终小于入射角,且折射角随入射角的增大而增大;根据光路可逆原理,当光从空气以45°入射角射入水中时,对应的折射角为32°,因此当光以32°的入射角从水中射入空气中时,对应的折射角为45°。
(2)水槽中注入水后,光从空气斜射入水中发生折射,折射角小于入射角。要让侧壁上的光斑从B移动到位置更靠下的C,需要让入射点沿入射光方向向左侧移动,因此需要增加水槽中的水面高度;由于折射光线是斜向竖直侧壁的,由几何关系可知,竖直方向上水面的升高量,大于沿侧壁方向的B、C两点的距离。
(3)要让光束最终沿DE方向射出水面,结合光的折射规律和光路可逆特点,光从水中斜射入空气时折射角大于入射角,因此激光笔照射水槽底部的位置必须在②区域内;由于水槽薄壁厚度可忽略,光线经过两次折射后出射光线与入射光线平行,因此激光笔射出的入射光的方向应与DE方向平行。
【答案】
(1)多次实验排除偶然性;光从空气斜射入水中,折射角小于入射角(合理即可);45
(2)增加;大于
(3)②;与DE方向平行
【知识点】
光的折射规律
光路可逆原理
多次实验的目的
【点评】
本题是光的折射实验的综合应用题,既考查了基础实验操作目的、规律总结,又结合几何场景考查了光斑移动的动态分析,对学生的规律应用能力要求较高,其中水面变化量和光斑移动距离的大小对比是易错点。
【难度系数】
0.5
【分析】
这道题围绕凸透镜成像规律的实验展开,我们可以逐问梳理思路:
1. 第一问:凸透镜正对太阳光时,焦点处会聚光线温度最高,白纸被烤焦的时间最短,找到图乙中t最小对应的s值,就是凸透镜的焦距。
2. 第二问:调整烛焰、凸透镜、光屏三者中心在同一高度时,必须先点燃蜡烛,才能确定烛焰的中心位置,保证像成在光屏中央。
3. 第三问:先计算物距,蜡烛在45cm刻度、透镜在50cm刻度时,物距u=5cm,小于焦距,此时成正立放大的虚像,对应放大镜原理;虚像虽然不能被光屏承接,但可以作为拍摄对象被照相机成像。
4. 第四问:物距由近到远变化时,先满足u<f,成正立的虚像,物距越大虚像越大;当u>f后,成倒立的实像,物距越大实像越小,按照这个规律排序,结合题目给出的后续③①②,就能推出前面的顺序。
5. 第五问:蜡烛燃烧变短,烛焰向下移动,根据过光心的光线传播方向不变,像会向光屏上方移动。
6. 第六问:要探究凸透镜成像上下、左右都颠倒的特点,需要选择上下、左右都不对称的字母,统计符合要求的数量即可。
7. 第七问:根据凸透镜成像公式1/f=1/u +1/v,当u=v=2f时,1/u=1/v,找到图中横纵坐标相等的点,就能算出焦距。
【解析】
(1)平行太阳光经凸透镜会聚到焦点,焦点处温度最高,白纸烤焦耗时最短。由图乙可知s=12cm时烤焦时间最短,该位置为焦点,因此凸透镜焦距f=12cm。
(2)调整三者中心在同一高度时,需要先点燃蜡烛确定烛焰中心,因此应点燃蜡烛。
(3)凸透镜在50cm刻度处,蜡烛移到45cm刻度处时物距u=5cm<f,此时成正立、放大的虚像,对应放大镜的成像原理;虚像可作为实际拍摄对象,因此照相机能拍到烛焰的像。
(4)物距由近到远时:首先u<f,成正立虚像,物距越小虚像越小,先出现较小的正立像④,再出现较大的正立像⑥;当f<u<2f时,成倒立放大的实像⑤,后续物距继续增大依次得到③①②,因此前面的排序为④⑥⑤。
(5)蜡烛不断缩短,烛焰向下移动,过透镜光心的光线传播方向不变,因此光屏上的像会向上移动。
(6)要验证凸透镜成像上下、左右均颠倒的特点,需要选用上下、左右都不对称的字母,4个字母中仅1个符合要求,因此数量是1。
(7)根据凸透镜成像公式1/f=1/u+1/v,当u=v时u=v=2f,由图己的1/u-1/v关系可得f=10cm。
【答案】
(1)12 (2)点燃 (3)虚;放大镜;能 (4)④⑥⑤ (5)上 (6)1 (7)10
【知识点】
凸透镜成像规律,焦距测量,实验操作
【点评】
本题是凸透镜成像实验的综合考查题,覆盖了焦距特殊测量、实验操作细节、成像规律应用、非常规1/u-1/v图像分析多个考点,其中照相机能否拍摄虚像、不对称光源的选择属于易错题,需要学生理解成像的本质,整体考点设置全面,区分度较好。
【难度系数】
0.6