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④⑥⑤

1
10
B
物距

水透镜
光屏


【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
【分析】
我们可以按照实验逻辑一步步推导:首先回忆凸透镜成像实验的基本布局,蜡烛、凸透镜、光屏三者必须按顺序排列,凸透镜要放在蜡烛和光屏中间,就能确定水透镜的放置位置;接下来本实验要探究水透镜凸起程度对成像的影响,根据控制变量法的要求,要固定其他可能影响结果的变量,只改变水透镜的凸起程度,所以需要保持物距不变;然后水透镜凸起程度越大,折光能力越强,光线会聚的位置就离透镜越近,自然像距会变小;最后结合人眼的结构对应实验元件,再结合近视眼的基础成因知识点,就能填出剩下的空。
【解析】
1. 【证据】(2):凸透镜成像实验中,三个元件的摆放顺序为蜡烛、凸透镜、光屏,凸透镜必须位于蜡烛和光屏之间,因此水透镜要放在中间的B滑块上。
2. 【证据】(4):本实验的变量是水透镜的凸起程度,根据控制变量法,需要保持物距(蜡烛到水透镜的距离)不变,仅改变水透镜的凸起程度,才能探究凸起程度对成像的影响。
3. 【解释】:水透镜凸起程度增加时,折光能力变强,光线会提前会聚,在物距不变的情况下,清晰的像距离水透镜更近,因此像距变小。
4. 【交流】(1):本实验模拟人眼的成像过程,水透镜负责折射光线,和人眼的晶状体功能一致,用来模拟晶状体;光屏用来承接烛焰的实像,和人眼承接像的视网膜功能一致,用来模拟视网膜。
5. 【交流】(2):近视眼观察远处景物时,晶状体的凸起程度比正常眼睛更大,折光能力过强,远处景物的光线还没到达视网膜就会聚形成像,也就是像成在视网膜的前方,因此无法看清远处物体。
【答案】
【证据】(2)B (4)物距 【解释】小 【交流】(1)水透镜 光屏 (2)大 前
【知识点】
凸透镜成像规律,近视眼成因,控制变量法
【点评】
本题是结合水透镜创新实验考察透镜相关基础知识点的题目,既覆盖了凸透镜成像常规实验的操作规范,又把实验和人眼结构、近视形成原理结合起来,引导学生用控制变量的思路理解物理规律,整体侧重对基础概念的理解,能帮助学生把透镜成像的知识点和生活中的近视现象关联起来。
【难度系数】
0.7