1 [2024淮北期末]在“探究凸透镜成像规律”的实验中，各小组使用如图所示的实验装置，并用相同焦距的凸透镜进行实验。

（1）小青所在的小组实验操作规范，测量准确，该小组实验记录如下表，请你根据表中的信息，求出该小组所使用的凸透镜的焦距$f=$cm。
|实验序号|物距$u$/cm|像距$v$/cm|像的性质|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|1|12.0|24.0|倒立、放大的实像|
|2|16.0|0|倒立、等大的实像|
|3|20.0|13.3|倒立、缩小的实像|
|4|30.0|10.9|倒立、缩小的实像|
（2）小青所在的小组在完成实验后，保持凸透镜的位置不变，若将蜡烛移至距凸透镜24 cm处时，则需将光屏移至距凸透镜cm处才能在光屏上得到清晰的像。
（3）小青所在的小组在完成实验后，保持烛焰、凸透镜和光屏的位置不变，将一个不透明的小圆纸片贴在凸透镜中央，则在另一侧的光屏上（选填“能”或“不能”）得到完整的像。
（4）小青所在的小组在完成实验后，保持烛焰、凸透镜和光屏的位置不变，换用一个口径相同但是焦距较短的凸透镜，为了还能在光屏上得到清晰的像，可以在蜡烛和凸透镜之间放置一个（选填“凸透镜”或“凹透镜”）。

1.（1）8.0 （2）12.0 （3）能 （4）凹透镜

【分析】
本题围绕凸透镜成像规律展开，分四小问分析：
（1）求焦距需利用凸透镜成像规律中“物距等于2倍焦距时成倒立等大实像”的特点，找到表格中成等大实像的物距即可算出焦距；
（2）利用光路可逆原理，结合已知焦距，找到对应物距的像距；
（3）凸透镜成像是物体各部分光线经透镜不同区域折射会聚，遮挡中央不影响像的完整性；
（4）焦距更短的凸透镜会聚能力更强，像会前移，需用发散透镜推迟会聚，使像成在原光屏上。
【解析】
（1）根据凸透镜成像规律：当物距$ u = 2f $时，成倒立、等大的实像。由表格实验序号2可知，物距$ u = 16.0\ \mathrm{cm} $时成倒立等大实像，因此$ 2f = 16.0\ \mathrm{cm} $，解得$ f = 8.0\ \mathrm{cm} $。
（2）已知焦距$ f = 8.0\ \mathrm{cm} $，当蜡烛移至距凸透镜$ 24\ \mathrm{cm} $处时，物距$ u = 24\ \mathrm{cm} $。根据光路可逆原理，实验序号1中物距$ 12.0\ \mathrm{cm} $对应像距$ 24.0\ \mathrm{cm} $，因此当物距为$ 24\ \mathrm{cm} $时，像距为$ 12.0\ \mathrm{cm} $，故光屏需移至距凸透镜$ 12.0\ \mathrm{cm} $处。
（3）凸透镜成像是物体发出的光经透镜所有区域折射后会聚形成的，即使遮挡透镜中央，物体其他部分的光线仍可通过透镜边缘折射，最终在光屏上形成完整的像，仅像的亮度会降低，因此填“能”。
（4）换用口径相同但焦距更短的凸透镜，其对光线的会聚能力更强，像会成在原光屏的前方。为使像仍成在原光屏上，需在蜡烛和凸透镜之间放置对光线有发散作用的凹透镜，推迟光线的会聚，使像后移至原光屏位置，因此填“凹透镜”。
【答案】
（1）8.0；（2）12.0；（3）能；（4）凹透镜
【知识点】
凸透镜成像规律、光路可逆、透镜的作用
【点评】
本题考查凸透镜成像规律的综合应用，涵盖焦距计算、光路可逆原理、透镜对光线的作用等核心知识点，要求学生熟练掌握凸透镜成像的基本规律，理解成像本质，难度适中，属于期末考查的基础题型。
【难度系数】
0.6

2 新素养 科学思维 近视程度不同的同学需要戴
焦距不同的眼镜。为了探究近视眼的矫正过程，组装了如图甲所示的实验装置，其中“F”光源代替可视物体，光屏模拟视网膜。选用如图乙所示的2号凸透镜模拟晶状体，打开“F”光源，调节各个元件的位置，直到光屏上呈现倒立、缩小的清晰的像，正常眼睛的视物模型便组装完成。请回答下列问题：

（1）模拟近视眼视物情况，选择图乙中的（选填序号）号透镜替代2号透镜安装在光具座上后，光屏上的像变模糊。
（2）用如图丙所示的水透镜模拟近视眼矫正视力，应将水透镜置于光具座上的（选填“A”“B”或“C”）点，缓慢调节水透镜中的水量，当水透镜形成焦距合适的透镜时，光屏上呈现清晰的像，近视眼的成像情况得到改善。

第2题图丙
（3）更换焦距更小的凸透镜模拟近视程度更严重的眼睛的晶状体，为了改善光屏上的成像情况，实验时需要用注射器（选填“抽取”或“注入”）更多的水。
（4）根据上述实验，近视程度更严重的同学应选择焦距更大还是更小的透镜来矫正呢？，请结合透镜对光的作用来分析选择的理由：。

2.（1）3 （2）B 凹 （3）抽取 （4）更小 近视程度更严重的同学，其眼睛晶状体焦距更小，对光的会聚能力更强，故需用对光发散能力更强、焦距更小的凹透镜来矫正

【分析】
要解答本题，需先明确近视眼的成因：晶状体过厚，折光能力过强，焦距变小，导致远处物体的像成在视网膜前方；矫正近视眼需利用凹透镜对光的发散作用，使像后移到视网膜上。再结合实验装置中透镜的凸度与焦距的关系、各元件的位置作用，逐一分析每个问题：
1. 模拟近视眼需选择焦距更小的透镜，对比乙图中透镜的凸度，3号透镜更凸，焦距更小，符合近视眼晶状体的特点；
2. 矫正时水透镜应放置在晶状体原位置（B点），近视眼需用凹透镜矫正；
3. 近视程度更严重时，需更强的发散作用，结合水透镜的调节操作，对应抽取水的操作；
4. 结合透镜对光的作用，分析不同近视程度所需矫正透镜的焦距特点。
【解析】
（1）近视眼的晶状体折光能力强，焦距小于正常眼，乙图中3号透镜比2号更凸，焦距更小，因此选择3号透镜；
（2）矫正近视眼时，水透镜应置于晶状体的位置，即光具座的B点；近视眼需用对光有发散作用的凹透镜矫正，因此形成焦距合适的凹透镜；
（3）更换焦距更小的凸透镜模拟更严重的近视，需用凹透镜增强发散效果，实验时用注射器抽取更多水，调整水透镜的状态；
（4）近视程度更严重的同学，晶状体焦距更小，对光的会聚能力更强，需用对光发散能力更强、焦距更小的凹透镜矫正，因此应选择焦距更小的透镜。
【答案】
（1）3 （2）B 凹 （3）抽取 （4）更小 近视程度更严重的同学，其眼睛晶状体焦距更小，对光的会聚能力更强，故需用对光发散能力更强、焦距更小的凹透镜来矫正
【知识点】
透镜及其应用、近视眼的成因与矫正
【点评】
本题通过实验探究近视眼的矫正过程，将物理知识与实际视力问题结合，考查学生对透镜焦距、会聚发散作用及近视眼矫正原理的理解，体现了科学思维的应用，难度适中。
【难度系数】
0.5