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31.如图,小明在老师指导下探究凸透镜成像的规律。
(1)实验前需将蜡烛、凸透镜、光屏的中心调整到
(2)多次改变物距$u$和像距$v$绘制出图甲的$v－u$图像,则凸透镜的焦距为
(3)点燃蜡烛,当蜡烛位于如图乙所示位置时,在光屏上成清晰的像,则该像为倒立、
(4)随着实验的进行,蜡烛由于燃烧逐渐变短,为了使像完整的成在光屏的中央,应该将透镜向
(5)图乙中若固定凸透镜,将蜡烛移到20.0 cm刻度线处,仍要在光屏上得到一个清晰的像,则光屏应向
(1)实验前需将蜡烛、凸透镜、光屏的中心调整到
同一高度
;在较暗
(填“较暗”或“较亮”)环境中进行实验。(2)多次改变物距$u$和像距$v$绘制出图甲的$v－u$图像,则凸透镜的焦距为
10.0 cm
。(3)点燃蜡烛,当蜡烛位于如图乙所示位置时,在光屏上成清晰的像,则该像为倒立、
放大
(填“放大”“等大”或“缩小”)的像,生活中投影仪
(填“照相机”“投影仪”或“放大镜”)就是利用这样的成像原理工作的。(4)随着实验的进行,蜡烛由于燃烧逐渐变短,为了使像完整的成在光屏的中央,应该将透镜向
下
(填“上”或“下”)调节;实验中,小明把一小团橡皮泥粘在凸透镜上,这时光屏上的像变暗
(填“变暗”“变残缺”或“无变化”)。(5)图乙中若固定凸透镜,将蜡烛移到20.0 cm刻度线处,仍要在光屏上得到一个清晰的像,则光屏应向
左
(填“左”或“右”)移动到65.0 cm
处。答案
31.(1) 同一高度 较暗
31.(2) 10.0 cm
31.(3) 放大 投影仪
31.(4) 下 变暗
31.(5) 左 65.0 cm
31.(2) 10.0 cm
31.(3) 放大 投影仪
31.(4) 下 变暗
31.(5) 左 65.0 cm
解析
【分析】
本题考查凸透镜成像规律的实验探究，需结合实验操作要求、成像规律逐一分析问题：
1. 实验前调整三者中心在同一高度，目的是让像成在光屏中央；较暗环境能减少外界光线干扰，使像更清晰。
2. 凸透镜成像中，当物距u=2f时，像距v=2f，此时u=v，据此结合图甲可计算焦距。
3. 图乙中先确定物距，结合已知焦距判断成像性质，对应生活中的应用。
4. 蜡烛变短会使像上移，需调节透镜位置；粘橡皮泥在透镜上，透镜仍能成完整像，仅光线减少。
5. 蜡烛移动后物距变化，根据成像规律判断像距变化，结合透镜公式计算光屏位置。
【解析】
(1) 实验前需将蜡烛、凸透镜、光屏的中心调整到同一高度，确保像成在光屏中央；在较暗环境中进行实验，可减少外界光线干扰，使蜡烛的像更清晰。
(2) 由凸透镜成像规律，当u=2f时，v=2f，此时u=v。观察图甲，当u=20.0cm时，v=20.0cm，因此2f=20.0cm，解得焦距f=10.0cm。
(3) 图乙中，物距u=50.0cm -35.0cm=15.0cm，已知f=10.0cm，满足f＜u＜2f，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、放大的实像，生活中投影仪利用该原理工作。
(4) 蜡烛燃烧变短，像向上偏移，为使像回到光屏中央，应将透镜向下调节；将橡皮泥粘在凸透镜上，凸透镜透光部分减少，但仍能成完整的像，仅透过的光线减少，因此光屏上的像变暗。
(5) 蜡烛移到20.0cm刻度线处，物距u'=50.0cm -20.0cm=30.0cm，根据凸透镜成像公式$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$，代入f=10.0cm、u'=30.0cm，得$\frac{1}{v}=\frac{1}{10.0}-\frac{1}{30.0}=\frac{2}{30.0}$，解得v=15.0cm，因此光屏应向左移动，位置为50.0cm+15.0cm=65.0cm处。
【答案】
(1) 同一高度；较暗
(2) 10.0 cm
(3) 放大；投影仪
(4) 下；变暗
(5) 左；65.0 cm
【知识点】
凸透镜成像规律；实验操作；透镜成像应用
【点评】
本题围绕凸透镜成像规律实验展开，涵盖实验操作、焦距计算、成像特点及调节等核心知识点，属于基础实验题，需学生熟练掌握凸透镜成像规律及实验细节。
【难度系数】
0.7
本题考查凸透镜成像规律的实验探究，需结合实验操作要求、成像规律逐一分析问题：
1. 实验前调整三者中心在同一高度，目的是让像成在光屏中央；较暗环境能减少外界光线干扰，使像更清晰。
2. 凸透镜成像中，当物距u=2f时，像距v=2f，此时u=v，据此结合图甲可计算焦距。
3. 图乙中先确定物距，结合已知焦距判断成像性质，对应生活中的应用。
4. 蜡烛变短会使像上移，需调节透镜位置；粘橡皮泥在透镜上，透镜仍能成完整像，仅光线减少。
5. 蜡烛移动后物距变化，根据成像规律判断像距变化，结合透镜公式计算光屏位置。
【解析】
(1) 实验前需将蜡烛、凸透镜、光屏的中心调整到同一高度，确保像成在光屏中央；在较暗环境中进行实验，可减少外界光线干扰，使蜡烛的像更清晰。
(2) 由凸透镜成像规律，当u=2f时，v=2f，此时u=v。观察图甲，当u=20.0cm时，v=20.0cm，因此2f=20.0cm，解得焦距f=10.0cm。
(3) 图乙中，物距u=50.0cm -35.0cm=15.0cm，已知f=10.0cm，满足f＜u＜2f，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、放大的实像，生活中投影仪利用该原理工作。
(4) 蜡烛燃烧变短，像向上偏移，为使像回到光屏中央，应将透镜向下调节；将橡皮泥粘在凸透镜上，凸透镜透光部分减少，但仍能成完整的像，仅透过的光线减少，因此光屏上的像变暗。
(5) 蜡烛移到20.0cm刻度线处，物距u'=50.0cm -20.0cm=30.0cm，根据凸透镜成像公式$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$，代入f=10.0cm、u'=30.0cm，得$\frac{1}{v}=\frac{1}{10.0}-\frac{1}{30.0}=\frac{2}{30.0}$，解得v=15.0cm，因此光屏应向左移动，位置为50.0cm+15.0cm=65.0cm处。
【答案】
(1) 同一高度；较暗
(2) 10.0 cm
(3) 放大；投影仪
(4) 下；变暗
(5) 左；65.0 cm
【知识点】
凸透镜成像规律；实验操作；透镜成像应用
【点评】
本题围绕凸透镜成像规律实验展开，涵盖实验操作、焦距计算、成像特点及调节等核心知识点，属于基础实验题，需学生熟练掌握凸透镜成像规律及实验细节。
【难度系数】
0.7
五、综合题(第32题7分,第33题8分,共15分)
32.如图所示为一种身高测量仪,其顶部的感应器竖直向下发射超声波信号,经下方物体反射后返回,被感应器接收。
(1)已知感应器从发出信号到接收信号的时间越长,测量精度越高。设计者采用超声波感应器而不采用红外线感应器的理由是
(2)在月球上能否使用这种身高测量仪并说明理由:
(3)已知感应器距测高台的高度为2.5 m,空气中的声速取340 m/s,某同学站上测高台,感应器记录信号从发射到接收所经历的时间为$5×10^{-3}\ \mathrm{s}$,则该同学的身高为多少米？
32.如图所示为一种身高测量仪,其顶部的感应器竖直向下发射超声波信号,经下方物体反射后返回,被感应器接收。
(1)已知感应器从发出信号到接收信号的时间越长,测量精度越高。设计者采用超声波感应器而不采用红外线感应器的理由是
光的传播速度远远大于声音的传播速度,在短距离内红外线感应器从发出信号到接收信号的时间几乎为0
。(2)在月球上能否使用这种身高测量仪并说明理由:
不能,月球表面是真空状态,而声音不能在真空中传播
。(3)已知感应器距测高台的高度为2.5 m,空气中的声速取340 m/s,某同学站上测高台,感应器记录信号从发射到接收所经历的时间为$5×10^{-3}\ \mathrm{s}$,则该同学的身高为多少米？
答案
32.(1) 光的传播速度远远大于声音的传播速度,在短距离内红外线感应器从发出信号到接收信号的时间几乎为0
32.(2) 不能,月球表面是真空状态,而声音不能在真空中传播
32.(3) 同学站上测高台,由$v=\frac{s}{t}$可得,感应器信号从发射到接收所传播的路程:$s=vt=340\ \mathrm{m/s}×5×10^{-3}\ \mathrm{s}=1.7\ \mathrm{m}$,感应器与同学头顶的距离:$s'=\frac{1}{2}s=\frac{1}{2}×1.7\ \mathrm{m}=0.85\ \mathrm{m}$,则该同学的身高:$h=2.5\ \mathrm{m}-0.85\ \mathrm{m}=1.65\ \mathrm{m}$。
32.(2) 不能,月球表面是真空状态,而声音不能在真空中传播
32.(3) 同学站上测高台,由$v=\frac{s}{t}$可得,感应器信号从发射到接收所传播的路程:$s=vt=340\ \mathrm{m/s}×5×10^{-3}\ \mathrm{s}=1.7\ \mathrm{m}$,感应器与同学头顶的距离:$s'=\frac{1}{2}s=\frac{1}{2}×1.7\ \mathrm{m}=0.85\ \mathrm{m}$,则该同学的身高:$h=2.5\ \mathrm{m}-0.85\ \mathrm{m}=1.65\ \mathrm{m}$。
解析
【分析】
首先，第(1)问需对比超声波与红外线的传播速度差异：红外线属于光，传播速度极快，短距离测量时信号往返时间几乎为0，难以精确测量；超声波速度较慢，相同距离下信号往返时间更长，能提升测量精度，因此选用超声波感应器。第(2)问，超声波传播需要介质，月球表面为真空，真空无法传声，故不能使用该测量仪。第(3)问，利用速度公式计算信号往返总路程，再除以2得到感应器到同学头顶的距离，最后用感应器到测高台的总高度减去该距离，即可得到同学身高。
【解析】
(1) 红外线属于光，传播速度远大于超声波，在短距离测量时，红外线感应器的信号往返时间几乎为0，无法精确测量；而超声波在相同距离下信号往返时间更长，能提高测量精度，因此选用超声波感应器。
(2) 超声波的传播需要介质，月球表面是真空状态，声音不能在真空中传播，所以不能使用这种身高测量仪。
(3) 根据速度公式 $ v = \frac{s}{t} $，信号从发射到接收的总路程：
$ s = vt = 340\ \mathrm{m/s} × 5 × 10^{-3}\ \mathrm{s} = 1.7\ \mathrm{m} $
由于信号是往返传播，感应器到同学头顶的距离为总路程的一半：
$ s' = \frac{1}{2}s = \frac{1}{2} × 1.7\ \mathrm{m} = 0.85\ \mathrm{m} $
同学的身高为感应器到测高台的高度减去感应器到头顶的距离：
$ h = 2.5\ \mathrm{m} - 0.85\ \mathrm{m} = 1.65\ \mathrm{m} $
【答案】
(1) 光的传播速度远远大于声音的传播速度，在短距离内红外线感应器从发出信号到接收信号的时间几乎为0
(2) 不能，月球表面是真空状态，而声音不能在真空中传播
(3) 1.65米
【知识点】
声的传播条件、速度公式应用、超声波特点
【点评】
本题结合身高测量仪的实际应用，考察声的传播特性、速度公式的计算，将物理知识与生活场景结合，注重知识的实际运用，难度适中。
【难度系数】
0.5
首先，第(1)问需对比超声波与红外线的传播速度差异：红外线属于光，传播速度极快，短距离测量时信号往返时间几乎为0，难以精确测量；超声波速度较慢，相同距离下信号往返时间更长，能提升测量精度，因此选用超声波感应器。第(2)问，超声波传播需要介质，月球表面为真空，真空无法传声，故不能使用该测量仪。第(3)问，利用速度公式计算信号往返总路程，再除以2得到感应器到同学头顶的距离，最后用感应器到测高台的总高度减去该距离，即可得到同学身高。
【解析】
(1) 红外线属于光，传播速度远大于超声波，在短距离测量时，红外线感应器的信号往返时间几乎为0，无法精确测量；而超声波在相同距离下信号往返时间更长，能提高测量精度，因此选用超声波感应器。
(2) 超声波的传播需要介质，月球表面是真空状态，声音不能在真空中传播，所以不能使用这种身高测量仪。
(3) 根据速度公式 $ v = \frac{s}{t} $，信号从发射到接收的总路程：
$ s = vt = 340\ \mathrm{m/s} × 5 × 10^{-3}\ \mathrm{s} = 1.7\ \mathrm{m} $
由于信号是往返传播，感应器到同学头顶的距离为总路程的一半：
$ s' = \frac{1}{2}s = \frac{1}{2} × 1.7\ \mathrm{m} = 0.85\ \mathrm{m} $
同学的身高为感应器到测高台的高度减去感应器到头顶的距离：
$ h = 2.5\ \mathrm{m} - 0.85\ \mathrm{m} = 1.65\ \mathrm{m} $
【答案】
(1) 光的传播速度远远大于声音的传播速度，在短距离内红外线感应器从发出信号到接收信号的时间几乎为0
(2) 不能，月球表面是真空状态，而声音不能在真空中传播
(3) 1.65米
【知识点】
声的传播条件、速度公式应用、超声波特点
【点评】
本题结合身高测量仪的实际应用，考察声的传播特性、速度公式的计算，将物理知识与生活场景结合，注重知识的实际运用，难度适中。
【难度系数】
0.5
