2. ★★ 某兴趣小组利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成形状可改变的水透镜进行以下探究实验。
(1)在探究“凸透镜对光的作用”时,先在图甲的两个透明长方体玻璃容器中喷入蚊香烟雾,然后将水注入橡皮膜制成水透镜,再将其放在两个玻璃容器之间,如图甲所示。让一束光沿水平方向射入玻璃容器,经水透镜折射后光（填“偏离”或“偏向”）主光轴。如果此时再向水透镜中注水,改变水透镜的凸起程度,折射光偏折的程度（填“改变”或“不改变”）。上述实验在玻璃容器中喷入蚊香烟雾的目的是。

甲
(2)图乙中,若烛焰清晰的像成在光屏上方,为使像成在光屏中央,应将水透镜（填“向上”或“向下”）移动。

乙
(3)保持水透镜的形状不变,依次改变蜡烛的位置,并移动光屏,使光屏上呈现清晰的像,记录数据如表所示。

根据表中数据可推断此水透镜的焦距为cm,推断的依据是。
(4)某同学移动蜡烛、水透镜和光屏至图丙所示位置时,恰能在光屏上看到清晰的（填“放大”“等大”或“缩小”）的像,若仅将蜡烛与光屏位置对调,则在光屏上（填“能”或“不能”）看到清晰的像。

丙

2.(1)偏向；改变；显示光路 (2)向下 (3)5.0；物距等于2倍焦距时成倒立、等大的实像，像距等于物距 (4)放大；能

【分析】
本题围绕可变水透镜（凸透镜）的探究实验展开，需结合凸透镜的基本性质、成像规律及光路可逆原理分析各小问：
1. 第(1)问：水透镜是凸透镜，凸透镜对光有会聚作用，故折射光偏向主光轴；注水使透镜凸起程度变大，焦距变小，偏折能力改变；喷蚊香烟雾是利用烟雾反射光，显示光路便于观察。
2. 第(2)问：像在光屏上方，根据“过光心的光线传播方向不变”，需将水透镜向下移动，使像移至中央。
3. 第(3)问：利用凸透镜成像规律中“物距等于2倍焦距时，像距等于2倍焦距，成等大实像”，找到表格中物距与像距相等的数据，计算焦距。
4. 第(4)问：根据物距和像距的关系判断成像性质，再结合光路可逆原理分析对调后的成像情况。
【解析】
(1) 水透镜相当于凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用，因此入射光经水透镜折射后偏向主光轴；向水透镜中注水，透镜凸起程度增大，对光的偏折能力改变，故折射光偏折程度改变；玻璃容器中喷入蚊香烟雾，烟雾颗粒可反射光线，从而清晰显示光的传播路径，便于观察实验现象。
(2) 根据凸透镜成像时“过光心的光线传播方向不变”，当烛焰的像成在光屏上方时，需将水透镜向下移动，使像向下移动至光屏中央。
(3) 凸透镜成像规律表明：当物距u=2f时，成倒立、等大的实像，此时像距v=2f。观察实验数据，找到物距与像距相等的一组，则2f=10.0cm，解得焦距f=5.0cm，推断依据为：物距等于2倍焦距时成倒立、等大的实像，像距等于物距。
(4) 图丙中，物距小于像距，根据凸透镜成像规律，当f＜u＜2f时，成倒立、放大的实像；根据光路可逆原理，仅将蜡烛与光屏位置对调后，光屏上仍能呈现清晰的像。
【答案】
2.(1)偏向；改变；显示光路 (2)向下 (3)5.0；物距等于2倍焦距时成倒立、等大的实像，像距等于物距 (4)放大；能
【知识点】
凸透镜对光的作用；凸透镜成像规律；光路可逆
【点评】
本题以可变水透镜为载体，综合考查凸透镜的基本性质、成像规律及光路可逆的应用，属于光学基础实验题，侧重考查学生对实验原理和规律的理解与运用，难度适中。
【难度系数】
0.6

3. 小明学习了凸透镜后，进行了课外的探究他将一可变色的点光源、横截面积为 S 的圆形凸透镜和光屏(面积足够大)放在光具座上，如图甲所示，调节它们的高度，使点光源、凸透镜光心和光屏中心在同一水平直线上
[图1
(1)小明固定凸透镜的位置，将光源调为蓝色光，从紧贴凸透镜的位置缓慢向外移动，直至光屏上呈现一个与透镜面积等大的蓝色光斑则此时点光源恰好位于凸透镜的 处；再向右移动光屏，蓝色光斑的面积将 （填“变大 ” “变小 ”或 “不变 ”
(2在上述实验的基础上，小明只将光源调为红色光，则光屏上光斑的面积将 （填 “变大 ” “变小 ”或 “不变 ”，他需将点光源向 （填 “左 ”或 “右 ”移动一些才能在光屏上再次呈现与透镜面积等大的红色光斑，此时点光源的位置如图甲所示，则此时该凸透镜的焦距为 cm；若此时将光屏从图示位置移动至70 cm刻度线处，光屏上光斑周围出现了一个暗环此暗环是如何形成的呢？请教老师后知道：暗环是透镜外侧沿直线传播的光与透镜折射的光在光屏上形成的无光区，装置的截面图如图乙所示，请你算出此时暗环的面积为 （设圆形凸透镜的横截面积为 S，请用含字母 S 的式子表示）

3.(1)焦点；不变 (2)变大；左；20.0；3S 【点拨】(1)因为光斑和凸透镜是等大的，说明折射光线平行于主光轴，这时点光源刚好在焦点上。再向右移动光屏，因折射光线是平行的，故蓝色光斑的面积将不变。(2)由于红光的偏折程度比蓝光小，此时是发散的光，则光屏上光斑的面积变大，故需要将点光源向远离透镜即左侧移动一些才能在光屏上再次呈现与透镜面积等大的红色光斑。由题图甲可知，焦距为50.0 cm－30.0 cm＝20.0 cm。由于光源到透镜和光屏到透镜的距离都是20 cm，凸透镜正好相当于大三角形的中位线，设透镜高度为D，则圆环大圆的直径就是2D，半径是D；小圆的直径就是D，半径是$\frac{D}{2}$，则暗环的面积$S'=π D^2-π(\frac{D}{2})^2=\frac{3}{4}π D^2$，而透镜的横截面积$S=π(\frac{D}{2})^2=\frac{1}{4}π D^2$，所以暗环的面积$S'=\frac{3}{4}π D^2=3S$。

【分析】
要解决本题，需结合凸透镜的光学性质、不同色光的偏折特点及几何相似规律分析：
1. 第一问：从凸透镜焦点发出的光线经折射后平行于主光轴，此时光屏上光斑与透镜等大；平行光线传播时无会聚/发散，移动光屏光斑大小不变。
2. 第二问：红光偏折程度小于蓝光，焦距更大，原焦点位置对红光来说光线发散，光斑变大；要让红光折射后平行，需将点光源左移至红光的焦点；焦距为光心到焦点的距离；暗环面积利用相似三角形，透镜为中位线，结合面积差推导。
【解析】
(1) 根据凸透镜的光学性质，从焦点发出的光线经凸透镜折射后平行于主光轴，因此当光屏上呈现与透镜面积等大的光斑时，点光源恰好位于凸透镜的焦点处；由于折射光线是平行光线，平行光线传播过程中不会发生会聚或发散，因此向右移动光屏，蓝色光斑的面积不变。
(2) ① 凸透镜对红光的偏折程度小于蓝光，焦距更大，原蓝光的焦点位置对红光来说，光线经透镜后发散，故光屏上光斑面积变大；要使红光经透镜后折射光线平行，需将点光源向左移动（远离透镜，到达红光的焦点）。② 由题图可知，凸透镜光心到焦点的距离为$50.0\ \mathrm{cm} - 30.0\ \mathrm{cm} = 20.0\ \mathrm{cm}$，即焦距为$20.0\ \mathrm{cm}$。③ 设凸透镜直径为$D$，根据相似三角形，暗环外侧大圆直径为$2D$，内侧小圆直径为$D$；暗环面积为大圆面积减小圆面积：$S' = π(\frac{2D}{2})^2 - π(\frac{D}{2})^2 = \frac{3}{4}π D^2$；而透镜横截面积$S = π(\frac{D}{2})^2 = \frac{1}{4}π D^2$，故$S' = 3S$。
【答案】
(1)焦点；不变 (2)变大；左；20.0；3S
【知识点】
凸透镜的焦点、凸透镜对光的作用、相似三角形的应用
【点评】
本题结合凸透镜光学特性，考查不同色光的焦距差异及几何相似的应用，需掌握凸透镜特殊光线规律，难度中等。
【难度系数】
0.5