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6.某实验小组进行“探究凸透镜成像的规律”的实验,操作如下。
甲
乙
(1)实验前,调整烛焰和光屏的中心与凸透镜的光心在同一高度。
(2)正确测出凸透镜的焦距$f$,当物距$u＜f$时,烛焰成正立、放大的虚像;当$u=f$时,(选填“能”或“不能”)观察到烛焰的像;当$u＞f$时,烛焰成(选填“正立的实像”“正立的虚像”“倒立的实像”或“倒立的虚像”)。同学们分析得出:像的虚实由大小关系决定。
(3)当蜡烛、凸透镜和光屏处于图甲所示位置时,恰好在光屏上成清晰的像,此时光屏上所成像的特点与(选填“照相机”“放大镜”或“投影仪”)的原理相同。
(4)若仅将图甲中的凸透镜换成焦距相同、直径较小的凸透镜,则光屏上所成的像与原来相比(选填“变小”“变暗”或“变不完整”)了。
(5)若仅将图甲中凸透镜换成直径大小相同、焦距稍小的凸透镜,则需将光屏(选填“向左”或“向右”)移动才能成清晰的像。
(6)如图乙所示,凸透镜的焦距为10 cm,保持光屏位置不变,让蜡烛和凸透镜分别以4 cm/s和2 cm/s的速度,同时沿光具座匀速向左运动,经过2.5 s,光屏上成清晰、(选填“放大”“等大”或“缩小”)的像。
甲
乙
(1)实验前,调整烛焰和光屏的中心与凸透镜的光心在同一高度。
(2)正确测出凸透镜的焦距$f$,当物距$u＜f$时,烛焰成正立、放大的虚像;当$u=f$时,(选填“能”或“不能”)观察到烛焰的像;当$u＞f$时,烛焰成(选填“正立的实像”“正立的虚像”“倒立的实像”或“倒立的虚像”)。同学们分析得出:像的虚实由大小关系决定。
(3)当蜡烛、凸透镜和光屏处于图甲所示位置时,恰好在光屏上成清晰的像,此时光屏上所成像的特点与(选填“照相机”“放大镜”或“投影仪”)的原理相同。
(4)若仅将图甲中的凸透镜换成焦距相同、直径较小的凸透镜,则光屏上所成的像与原来相比(选填“变小”“变暗”或“变不完整”)了。
(5)若仅将图甲中凸透镜换成直径大小相同、焦距稍小的凸透镜,则需将光屏(选填“向左”或“向右”)移动才能成清晰的像。
(6)如图乙所示,凸透镜的焦距为10 cm,保持光屏位置不变,让蜡烛和凸透镜分别以4 cm/s和2 cm/s的速度,同时沿光具座匀速向左运动,经过2.5 s,光屏上成清晰、(选填“放大”“等大”或“缩小”)的像。
答案
解：
(2) 不能；倒立的实像；物距和焦距
(3) 投影仪
(4) 变暗
(5) 向左
(6) 等大
(2) 不能；倒立的实像；物距和焦距
(3) 投影仪
(4) 变暗
(5) 向左
(6) 等大
解析
【分析】
本题围绕凸透镜成像规律展开，需结合凸透镜成像的条件、不同物距对应的成像特点，以及透镜更换时的成像变化规律分析：
1. 明确u=f时的成像情况，u＞f时的成像类型，以及像的虚实的决定因素；
2. 计算图甲中物距和像距，判断成像特点，对应生活中的光学仪器原理；
3. 分析更换不同参数凸透镜时，像的亮度、像距的变化；
4. 第(6)问需计算运动后蜡烛和透镜的位置，得出物距，结合焦距判断成像特点。
【解析】
(2) 当物距u=f时，凸透镜折射光线后平行射出，无法会聚成像，因此不能观察到烛焰的像；当u＞f时，根据凸透镜成像规律，烛焰成倒立的实像；由此可知，像的虚实由物距和焦距的大小关系决定。
(3) 图甲中，凸透镜在40cm刻度处，蜡烛在25cm刻度处，物距u=40cm-25cm=15cm；光屏在70cm刻度处，像距v=70cm-40cm=30cm，此时u＜v，成倒立、放大的实像，该特点与投影仪的原理相同。
(4) 换成焦距相同、直径较小的凸透镜，透镜的会聚能力不变，成像的大小和位置不变，但通光量减少，因此光屏上的像会变暗。
(5) 换成直径相同、焦距稍小的凸透镜，透镜的会聚能力增强，像距会减小，因此需将光屏向左移动才能成清晰的像。
(6) 已知焦距f=10cm，初始时蜡烛在25cm，凸透镜在40cm，光屏在70cm。经过t=2.5s，蜡烛向左移动的距离s烛=4cm/s×2.5s=10cm，蜡烛位置为25cm-10cm=15cm；凸透镜向左移动的距离s透=2cm/s×2.5s=5cm，凸透镜位置为40cm-5cm=35cm；此时物距u=35cm-15cm=20cm，满足u=2f=2×10cm=20cm，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、等大的实像。
【答案】
(2) 不能；倒立的实像；物距和焦距
(3) 投影仪
(4) 变暗
(5) 向左
(6) 等大
【知识点】
凸透镜成像规律
【点评】
本题全面考查凸透镜成像规律的应用，涵盖成像条件、成像特点、透镜更换后的成像变化，以及结合运动计算物距的综合应用，需学生熟练掌握规律并灵活运用。
【难度系数】
0.5
本题围绕凸透镜成像规律展开，需结合凸透镜成像的条件、不同物距对应的成像特点，以及透镜更换时的成像变化规律分析：
1. 明确u=f时的成像情况，u＞f时的成像类型，以及像的虚实的决定因素；
2. 计算图甲中物距和像距，判断成像特点，对应生活中的光学仪器原理；
3. 分析更换不同参数凸透镜时，像的亮度、像距的变化；
4. 第(6)问需计算运动后蜡烛和透镜的位置，得出物距，结合焦距判断成像特点。
【解析】
(2) 当物距u=f时，凸透镜折射光线后平行射出，无法会聚成像，因此不能观察到烛焰的像；当u＞f时，根据凸透镜成像规律，烛焰成倒立的实像；由此可知，像的虚实由物距和焦距的大小关系决定。
(3) 图甲中，凸透镜在40cm刻度处，蜡烛在25cm刻度处，物距u=40cm-25cm=15cm；光屏在70cm刻度处，像距v=70cm-40cm=30cm，此时u＜v，成倒立、放大的实像，该特点与投影仪的原理相同。
(4) 换成焦距相同、直径较小的凸透镜，透镜的会聚能力不变，成像的大小和位置不变，但通光量减少，因此光屏上的像会变暗。
(5) 换成直径相同、焦距稍小的凸透镜，透镜的会聚能力增强，像距会减小，因此需将光屏向左移动才能成清晰的像。
(6) 已知焦距f=10cm，初始时蜡烛在25cm，凸透镜在40cm，光屏在70cm。经过t=2.5s，蜡烛向左移动的距离s烛=4cm/s×2.5s=10cm，蜡烛位置为25cm-10cm=15cm；凸透镜向左移动的距离s透=2cm/s×2.5s=5cm，凸透镜位置为40cm-5cm=35cm；此时物距u=35cm-15cm=20cm，满足u=2f=2×10cm=20cm，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、等大的实像。
【答案】
(2) 不能；倒立的实像；物距和焦距
(3) 投影仪
(4) 变暗
(5) 向左
(6) 等大
【知识点】
凸透镜成像规律
【点评】
本题全面考查凸透镜成像规律的应用，涵盖成像条件、成像特点、透镜更换后的成像变化，以及结合运动计算物距的综合应用，需学生熟练掌握规律并灵活运用。
【难度系数】
0.5
7.小王同学有一金属玩具,其材质可能是铜或表面镀铜的铁,已知$\rho_{铁}=7.9×10^{3}\ kg/m^{3}$、$\rho_{铜}=8.9×10^{3}\ kg/m^{3}$。他想通过测量密度来进行鉴别。器材:天平、砝码、量筒、烧杯以及细线和水。请帮他完成下列实验步骤。
(1)将天平放在水平桌面上,游码调到零刻度线处,发现指针静止在如图甲所示位置,则应将平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节,使指针指在分度盘的中线处。
(2)将玩具放在天平左盘,用镊子向右盘里加减砝码并移动游码,天平再次平衡时,所用砝码和游码的位置如图乙所示,玩具的质量为g。
(3)在烧杯中加入适量水,用细线吊着玩具浸没于水中,标记出水面位置,如图丙所示,然后取出玩具。
(4)往量筒中加入40 mL水,再将量筒中的水缓慢倒入烧杯,使烧杯中的水面上升至标记处,量筒中剩余水量如图丁所示。
(5)经过计算判断,该玩具的材质是。
(6)分析以上实验方案,小王测出的密度比真实值偏小,原因主要是实验中。
(1)将天平放在水平桌面上,游码调到零刻度线处,发现指针静止在如图甲所示位置,则应将平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节,使指针指在分度盘的中线处。
(2)将玩具放在天平左盘,用镊子向右盘里加减砝码并移动游码,天平再次平衡时,所用砝码和游码的位置如图乙所示,玩具的质量为g。
(3)在烧杯中加入适量水,用细线吊着玩具浸没于水中,标记出水面位置,如图丙所示,然后取出玩具。
(4)往量筒中加入40 mL水,再将量筒中的水缓慢倒入烧杯,使烧杯中的水面上升至标记处,量筒中剩余水量如图丁所示。
(5)经过计算判断,该玩具的材质是。
(6)分析以上实验方案,小王测出的密度比真实值偏小,原因主要是实验中。
答案
解：
(1) 图甲中指针偏向分度盘左侧，应将平衡螺母向右调节，使指针指在分度盘的中线处。
(2) 玩具的质量为砝码总质量加游码对应刻度值：
$m=100\ \mathrm{g}+50\ \mathrm{g}+20\ \mathrm{g}+5\ \mathrm{g}+1.6\ \mathrm{g}=176.6\ \mathrm{g}$。
(5) 玩具的体积等于量筒中倒出的水的体积：
$V=40\ \mathrm{mL}-20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{cm}^3$，
玩具的测量密度：
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{176.6\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=8.83\ \mathrm{g/cm}^3=8.83×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$，
该密度值介于铁和铜的密度之间，因此该玩具的材质是表面镀铜的铁。
(6) 小王测出的密度比真实值偏小，原因主要是实验中取出玩具时，玩具表面沾有部分水，导致测得的玩具体积大于真实体积，根据$\rho=\frac{m}{V}$，质量测量准确，体积偏大，最终计算得到的密度偏小。
(1) 图甲中指针偏向分度盘左侧，应将平衡螺母向右调节，使指针指在分度盘的中线处。
(2) 玩具的质量为砝码总质量加游码对应刻度值：
$m=100\ \mathrm{g}+50\ \mathrm{g}+20\ \mathrm{g}+5\ \mathrm{g}+1.6\ \mathrm{g}=176.6\ \mathrm{g}$。
(5) 玩具的体积等于量筒中倒出的水的体积：
$V=40\ \mathrm{mL}-20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{cm}^3$，
玩具的测量密度：
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{176.6\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=8.83\ \mathrm{g/cm}^3=8.83×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$，
该密度值介于铁和铜的密度之间，因此该玩具的材质是表面镀铜的铁。
(6) 小王测出的密度比真实值偏小，原因主要是实验中取出玩具时，玩具表面沾有部分水，导致测得的玩具体积大于真实体积，根据$\rho=\frac{m}{V}$，质量测量准确，体积偏大，最终计算得到的密度偏小。
解析
【分析】
本题是密度测量的实验题，解题思路如下：①天平调平时，指针左偏说明左侧偏重，平衡螺母应向右调节；②测量质量时，总质量为砝码质量加游码对应刻度，需先明确标尺分度值（0.2g）；③利用等效替代法，倒出水的体积等于玩具体积；④计算密度后与铁、铜的密度对比，鉴别材质；⑤误差分析需考虑玩具取出时带水对体积测量的影响。
【解析】
(1) 天平调平：图甲中指针偏向分度盘左侧，说明左侧较重，应将平衡螺母向右调节，使天平平衡。
(2) 玩具质量：砝码总质量为$100\ \mathrm{g}+50\ \mathrm{g}+20\ \mathrm{g}+5\ \mathrm{g}=175\ \mathrm{g}$，游码对应刻度为$1.6\ \mathrm{g}$（标尺分度值为$0.2\ \mathrm{g}$），故玩具质量$m=175\ \mathrm{g}+1.6\ \mathrm{g}=176.6\ \mathrm{g}$。
(5) 玩具体积：量筒原有水$40\ \mathrm{mL}$，剩余$20\ \mathrm{mL}$，则倒出水的体积$V=40\ \mathrm{mL}-20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{cm}^3$，即玩具体积为$20\ \mathrm{cm}^3$。计算密度：$\rho=\frac{m}{V}=\frac{176.6\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=8.83\ \mathrm{g/cm}^3=8.83×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$，该密度介于铁和铜的密度之间，故材质为表面镀铜的铁。
(6) 误差原因：取出玩具时，玩具表面沾有部分水，导致向烧杯中倒入的水体积比玩具真实体积大，测得的体积偏大，根据$\rho=\frac{m}{V}$，质量测量准确，体积偏大，因此测出的密度比真实值偏小。
【答案】
(1) 右；(2) 176.6；(5) 表面镀铜的铁；(6) 取出玩具时，玩具表面沾有部分水，导致测得的体积偏大
【知识点】
天平的使用、密度的计算、密度鉴别物质、实验误差分析
【点评】
本题考查密度测量的基础实验，涵盖天平调节与读数、体积的等效替代测量、密度计算及物质鉴别，同时分析了实验误差，注重对实验原理和操作细节的理解，是初中物理的典型实验题。
【难度系数】
0.6
本题是密度测量的实验题，解题思路如下：①天平调平时，指针左偏说明左侧偏重，平衡螺母应向右调节；②测量质量时，总质量为砝码质量加游码对应刻度，需先明确标尺分度值（0.2g）；③利用等效替代法，倒出水的体积等于玩具体积；④计算密度后与铁、铜的密度对比，鉴别材质；⑤误差分析需考虑玩具取出时带水对体积测量的影响。
【解析】
(1) 天平调平：图甲中指针偏向分度盘左侧，说明左侧较重，应将平衡螺母向右调节，使天平平衡。
(2) 玩具质量：砝码总质量为$100\ \mathrm{g}+50\ \mathrm{g}+20\ \mathrm{g}+5\ \mathrm{g}=175\ \mathrm{g}$，游码对应刻度为$1.6\ \mathrm{g}$（标尺分度值为$0.2\ \mathrm{g}$），故玩具质量$m=175\ \mathrm{g}+1.6\ \mathrm{g}=176.6\ \mathrm{g}$。
(5) 玩具体积：量筒原有水$40\ \mathrm{mL}$，剩余$20\ \mathrm{mL}$，则倒出水的体积$V=40\ \mathrm{mL}-20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{mL}=20\ \mathrm{cm}^3$，即玩具体积为$20\ \mathrm{cm}^3$。计算密度：$\rho=\frac{m}{V}=\frac{176.6\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=8.83\ \mathrm{g/cm}^3=8.83×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$，该密度介于铁和铜的密度之间，故材质为表面镀铜的铁。
(6) 误差原因：取出玩具时，玩具表面沾有部分水，导致向烧杯中倒入的水体积比玩具真实体积大，测得的体积偏大，根据$\rho=\frac{m}{V}$，质量测量准确，体积偏大，因此测出的密度比真实值偏小。
【答案】
(1) 右；(2) 176.6；(5) 表面镀铜的铁；(6) 取出玩具时，玩具表面沾有部分水，导致测得的体积偏大
【知识点】
天平的使用、密度的计算、密度鉴别物质、实验误差分析
【点评】
本题考查密度测量的基础实验，涵盖天平调节与读数、体积的等效替代测量、密度计算及物质鉴别，同时分析了实验误差，注重对实验原理和操作细节的理解，是初中物理的典型实验题。
【难度系数】
0.6
