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不变
4
仍然
A
烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心不在同一高度
缩小
漫反射
放大
投影仪
C
远离
实验现象更明显、便于观察、减少了污染
【分析】
本题围绕“探究平面镜成像的特点”实验展开,需结合实验原理和操作要求逐一分析各问题:
1. 玻璃板透明,可同时观察到蜡烛①的像和后方的蜡烛②,便于确定像的位置,这是实验选择玻璃板而非平面镜的核心原因;
2. 实验中选未点燃的蜡烛②,避免其火焰干扰对蜡烛①像的观察;蜡烛②与蜡烛①的像完全重合,说明像与物大小相等;光屏无法承接像,证明平面镜成的是虚像;
3. 平面镜成像的本质是像与物关于镜面对称,当蜡烛①位置不变时,像相对于玻璃板的位置不会改变,因此小华移动自身时,像的位置不变;
4. 根据平面镜成像特点,像距等于物距,玻璃板向蜡烛①靠近2cm,蜡烛①到玻璃板的距离减少2cm,像到玻璃板的距离也减少2cm,因此蜡烛②需向玻璃板移动4cm才能再次重合;
5. 平面镜成像的对称性是关于镜面本身,与玻璃板是否倾斜无关,因此像仍然与蜡烛①关于镜面对称;
6. 研究像与物的左右位置关系,需选择左右不对称的模型,才能通过像与模型的左右对比得出结论,故应选A选项。
【解析】
(1) 实验中用薄玻璃板代替平面镜,是因为玻璃板透明,能在观察到蜡烛①像的同时,看到后方的蜡烛②,便于确定像的位置;
(2) 实验应选择与蜡烛①外形相同且未点燃的蜡烛②,避免点燃的蜡烛火焰干扰对像的观察;移动蜡烛②使其与像完全重合,说明像与物大小相等;光屏无法承接像,说明平面镜成的是虚像;
(3) 平面镜成像中,像与物关于镜面对称,物的位置不变时,像相对于玻璃板的位置不变,因此小华向右移动时,像的位置不变;
(4) 玻璃板向蜡烛①靠近2cm,蜡烛①到玻璃板的距离减少2cm,像到玻璃板的距离也减少2cm,蜡烛②需向玻璃板移动4cm,才能使蜡烛②再次与蜡烛①的像重合;
(5) 平面镜成像的对称性是关于镜面,与玻璃板是否倾斜无关,因此蜡烛①的像仍然与蜡烛①关于镜面对称;
(6) 研究像与物的左右位置关系,需选择左右不对称的模型,A选项的模型左右不对称,可达到实验目的,故选A。
【答案】
24.(1)便于确定像的位置 (2)未点燃 大小相等 虚
(3)不变 (4)4 (5)仍然 (6)A
【知识点】
平面镜成像特点、实验探究平面镜成像、虚像的特点
【点评】
本题是平面镜成像实验的基础考查题,涵盖实验操作要点、成像特点的应用等核心内容,需熟练掌握实验原理和操作细节,属于常规实验题。
【难度系数】
0.5
【分析】
本题围绕凸透镜成像规律的实验展开,需结合实验操作要点、成像规律、透镜光学性质等逐一分析各小问:
1. 光屏无法承接像的常见原因:烛焰、凸透镜、光屏三者中心不在同一高度,导致像无法成在光屏上;或物距小于焦距成虚像(虚像不能用光屏承接);或物距等于焦距不成像,结合实验常规场景,最典型原因是三者中心不在同一高度。
2. 判断像的性质需计算物距,结合焦距用凸透镜成像规律判断;不同角度看到像的原因是反射类型,光屏粗糙表面发生漫反射。
3. 保持蜡烛和光屏不动移动透镜,利用光路可逆性,判断新物距范围确定像的性质和应用。
4. 挡住透镜部分区域时,透镜各部分仍能折射光线,像完整但亮度变化。
5. 近视眼镜是凹透镜,对光线有发散作用,像会后移,需调整光屏位置。
6. 改进装置的优点可从光源稳定性、亮度、环保等角度分析。
【解析】
(1) 点燃蜡烛后移动光屏始终得不到像,最典型的原因是烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心不在同一高度,导致像无法成在光屏上(也可能是物距小于焦距成虚像、物距等于焦距不成像,结合实验常规操作,该原因最常见)。
(2) 由图甲得物距$ u = 50\mathrm{cm} - 20\mathrm{cm} = 30\mathrm{cm} $,已知凸透镜焦距$ f=10\mathrm{cm} $,则$ u>2f $,根据凸透镜成像规律,此时成倒立、缩小的实像;光屏表面粗糙,能从不同角度看到像,是因为发生了漫反射。
(3) 保持蜡烛和光屏位置不动,移动凸透镜,根据光路可逆性,当新物距等于原来的像距(原像距$ v=70\mathrm{cm}-50\mathrm{cm}=20\mathrm{cm} $),新像距等于原物距时,再次成清晰像。此时新物距$ u'=20\mathrm{cm} $,满足$ f<u'<2f $,成倒立、放大的实像,该原理应用于投影仪。
(4) 挡住透镜上半部分,透镜下半部分仍能折射烛焰光线,烛焰每个点的光线仍有部分通过透镜会聚成像,因此光屏上会看到蜡烛完整的像,但通过的光线减少,像的亮度变暗,故选C。
(5) 近视眼镜是凹透镜,对光线有发散作用,会使光线延迟会聚,像的位置向远离透镜方向移动,因此需将光屏向远离透镜方向移动,才能再次得到清晰的像。
(6) 将蜡烛换成F形LED灯的优点:LED灯亮度高,实验现象更明显;或F形光源便于比较像与物的大小关系;或减少蜡烛燃烧的污染等(写出一个合理即可)。
【答案】
(1) 烛焰中心、凸透镜光心、光屏中心不在同一高度
(2) 缩小;漫反射
(3) 放大;投影仪
(4) C
(5) 远离
(6) 实验现象更明显、便于观察、减少了污染(合理即可)
【知识点】
凸透镜成像规律、光的漫反射、透镜的应用
【点评】
本题全面考查“凸透镜成像规律”实验的核心知识点,涵盖实验操作注意事项、成像规律应用、透镜性质、实验改进等内容,是光学部分的重点考点,要求学生熟练掌握实验原理,具备分析实验现象的能力。
【难度系数】
0.6