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四、实验探究题(每空4分,共36分)
13[中]小华用如图所示的器材探究凸透镜成像规律,已知凸透镜的焦距为10.0 cm。
实验序号 物距/cm 像的大小 像的正倒 光屏到凸透镜的距离/cm
① 50.0 缩小 倒立 12.5
② 30.0 缩小 倒立 15.0
③ 20.0 等大
倒立 20.0
④ 15.0 放大 倒立 30.0
⑤ 12.5 放大 倒立 50.0
⑥ 9.0 光屏上没有像
⑦ 7.0 光屏上没有像
(1)组装并调整器材,使烛焰、光屏的中心位于凸透镜的
(2)小华按照实验方案完成各操作步骤,将观测到的现象和数据记录在表格中,分析表中信息可得:
①当物距
②成实像时,随着物距的减小,像的大小逐渐
(3)在第⑥、⑦两次实验中小华无论怎样移动蜡烛、凸透镜和光屏,都不能在光屏上观察到烛焰的像,于是她认为:“物距小于一倍焦距时,物体通过凸透镜不能成像。”这个结论并不严谨,为得出正确的结论,她应该增加的一步操作是:取下光屏,
(4)将一个镜片放在烛焰和凸透镜之间后,光屏上的像变模糊了,向右移动光屏,光屏上再次出现清晰的像,则所加的镜片属于
13[中]小华用如图所示的器材探究凸透镜成像规律,已知凸透镜的焦距为10.0 cm。
实验序号 物距/cm 像的大小 像的正倒 光屏到凸透镜的距离/cm
① 50.0 缩小 倒立 12.5
② 30.0 缩小 倒立 15.0
③ 20.0 等大
倒立 20.0④ 15.0 放大 倒立 30.0
⑤ 12.5 放大 倒立 50.0
⑥ 9.0 光屏上没有像
⑦ 7.0 光屏上没有像
(1)组装并调整器材,使烛焰、光屏的中心位于凸透镜的
主光轴
上。(2)小华按照实验方案完成各操作步骤,将观测到的现象和数据记录在表格中,分析表中信息可得:
①当物距
大于二倍
焦距时,成倒立、缩小的实像;②成实像时,随着物距的减小,像的大小逐渐
变大
。(3)在第⑥、⑦两次实验中小华无论怎样移动蜡烛、凸透镜和光屏,都不能在光屏上观察到烛焰的像,于是她认为:“物距小于一倍焦距时,物体通过凸透镜不能成像。”这个结论并不严谨,为得出正确的结论,她应该增加的一步操作是:取下光屏,
从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像
。(4)将一个镜片放在烛焰和凸透镜之间后,光屏上的像变模糊了,向右移动光屏,光屏上再次出现清晰的像,则所加的镜片属于
凹
透镜,用来矫正近视眼
。答案
13.(1)主光轴 (2)①大于二倍 ②变大 (3)从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像 (4)凹 近视眼
【解析】(1)探究凸透镜成像规律的实验中,为了使像成在光屏中央,组装并调整器材时应使烛焰、光屏的中心位于凸透镜的主光轴上。(2)根据焦距和表格中的信息,可得到的结论是:①当物距大于二倍焦距时,成倒立、缩小的实像;②成实像时,随着物距的减小,像距变大,像变大。(3)凸透镜成像中,物距等于焦距时,不能成像;而物距小于焦距时,成正立、放大的虚像,且物像同侧,所以应该增加的一步操作是:取下光屏,从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像。(4)将一个镜片放在烛焰和凸透镜之间后,光屏上的像变模糊了,向右移动光屏,光屏上再次出现清晰的像,说明该透镜对光线有发散作用,为凹透镜,可用于矫正近视眼。
【解析】(1)探究凸透镜成像规律的实验中,为了使像成在光屏中央,组装并调整器材时应使烛焰、光屏的中心位于凸透镜的主光轴上。(2)根据焦距和表格中的信息,可得到的结论是:①当物距大于二倍焦距时,成倒立、缩小的实像;②成实像时,随着物距的减小,像距变大,像变大。(3)凸透镜成像中,物距等于焦距时,不能成像;而物距小于焦距时,成正立、放大的虚像,且物像同侧,所以应该增加的一步操作是:取下光屏,从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像。(4)将一个镜片放在烛焰和凸透镜之间后,光屏上的像变模糊了,向右移动光屏,光屏上再次出现清晰的像,说明该透镜对光线有发散作用,为凹透镜,可用于矫正近视眼。
解析
【分析】
本题围绕凸透镜成像规律的实验展开，需结合实验操作要求、成像规律及透镜应用分析：
1. 第(1)问：实验中需让像成在光屏中央，需调整烛焰、光屏中心与凸透镜中心在同一高度，即凸透镜的主光轴上；
2. 第(2)问：已知焦距f=10cm，二倍焦距2f=20cm，结合表格数据，物距大于20cm时成倒立缩小实像；成实像时，遵循“物近像远像变大”的规律，物距减小则像变大；
3. 第(3)问：物距小于一倍焦距时成虚像，虚像无法在光屏呈现，且虚像与物体在透镜同侧，需透过透镜观察；
4. 第(4)问：放入镜片后需右移光屏才得到清晰像，说明光线被发散，对应凹透镜，用于矫正近视眼。
【解析】
(1) 探究凸透镜成像规律的实验中，为使像成在光屏中央，需调整烛焰、光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，故填主光轴；
(2) ①已知焦距f=10cm，二倍焦距2f=20cm，表格中物距大于20cm时成倒立、缩小的实像，因此当物距大于二倍焦距时，成倒立缩小实像；②成实像时，根据表格数据，物距减小，像距增大，像的大小逐渐变大；
(3) 物距小于一倍焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像，虚像无法在光屏上呈现，且虚像与物体在透镜的同侧，因此需取下光屏，从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像；
(4) 放入镜片后，需向右移动光屏才能得到清晰的像，说明该镜片对光线有发散作用，属于凹透镜；近视眼是由于晶状体折光能力过强，像成在视网膜前方，需用凹透镜发散光线矫正，因此该镜片用来矫正近视眼。
【答案】
(1)主光轴 (2)①大于二倍 ②变大 (3)从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像 (4)凹 近视眼
【知识点】
凸透镜成像规律、透镜的应用、实验操作要点
【点评】
本题为凸透镜成像规律的实验探究题，综合考察实验操作规范、成像规律应用及透镜矫正作用，属于中等难度的实验题，需学生熟练掌握实验细节与成像规律知识。
【难度系数】
0.6
本题围绕凸透镜成像规律的实验展开，需结合实验操作要求、成像规律及透镜应用分析：
1. 第(1)问：实验中需让像成在光屏中央，需调整烛焰、光屏中心与凸透镜中心在同一高度，即凸透镜的主光轴上；
2. 第(2)问：已知焦距f=10cm，二倍焦距2f=20cm，结合表格数据，物距大于20cm时成倒立缩小实像；成实像时，遵循“物近像远像变大”的规律，物距减小则像变大；
3. 第(3)问：物距小于一倍焦距时成虚像，虚像无法在光屏呈现，且虚像与物体在透镜同侧，需透过透镜观察；
4. 第(4)问：放入镜片后需右移光屏才得到清晰像，说明光线被发散，对应凹透镜，用于矫正近视眼。
【解析】
(1) 探究凸透镜成像规律的实验中，为使像成在光屏中央，需调整烛焰、光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，故填主光轴；
(2) ①已知焦距f=10cm，二倍焦距2f=20cm，表格中物距大于20cm时成倒立、缩小的实像，因此当物距大于二倍焦距时，成倒立缩小实像；②成实像时，根据表格数据，物距减小，像距增大，像的大小逐渐变大；
(3) 物距小于一倍焦距时，凸透镜成正立、放大的虚像，虚像无法在光屏上呈现，且虚像与物体在透镜的同侧，因此需取下光屏，从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像；
(4) 放入镜片后，需向右移动光屏才能得到清晰的像，说明该镜片对光线有发散作用，属于凹透镜；近视眼是由于晶状体折光能力过强，像成在视网膜前方，需用凹透镜发散光线矫正，因此该镜片用来矫正近视眼。
【答案】
(1)主光轴 (2)①大于二倍 ②变大 (3)从原来光屏那一侧透过透镜看能否观察到烛焰的像 (4)凹 近视眼
【知识点】
凸透镜成像规律、透镜的应用、实验操作要点
【点评】
本题为凸透镜成像规律的实验探究题，综合考察实验操作规范、成像规律应用及透镜矫正作用，属于中等难度的实验题，需学生熟练掌握实验细节与成像规律知识。
【难度系数】
0.6
14[2026 四川成都期中,中]跨学科实践课上,创新实验小组的同学们开展“自制手机投影仪”的项目化学习活动。
【项目名称】自制手机投影仪
【项目材料】凸透镜若干、纸板、胶水、胶带、剪刀等。
【项目设计】同学们设计了如图1所示的方案,将纸板制成了纸盒,将手机固定到纸盒内,将凸透镜固定在圆孔上。
【项目实施】
(1)用剪刀裁剪纸板并用胶水固定,制作一个长50 cm、宽20 cm、高20 cm的长方体纸盒,如图2所示。
(2)选择焦距合适的凸透镜。同学们测出了三块凸透镜的焦距分别是10 cm、15 cm、25 cm。若手机和凸透镜相距20 cm,为了能在白墙上得到清晰、放大的像,可选择焦距为
(3)最后,打开手机屏幕上的画面,盖上顶部纸板,就可以在白墙上看到手机画面的投影。
(4)对自制手机投影仪进行调试:小刚同学建议选择光滑的白板作为屏幕,而小海同学建议选择白墙作为屏幕。你赞成谁的建议?请说明理由:
(5)小明想用这个自制手机投影仪投出更大的图像,小明将自制手机投影仪远离了屏幕,此时图像模糊了,小明应该怎么做,才能使屏幕上的像变清晰?
【项目名称】自制手机投影仪
【项目材料】凸透镜若干、纸板、胶水、胶带、剪刀等。
【项目设计】同学们设计了如图1所示的方案,将纸板制成了纸盒,将手机固定到纸盒内,将凸透镜固定在圆孔上。
【项目实施】
(1)用剪刀裁剪纸板并用胶水固定,制作一个长50 cm、宽20 cm、高20 cm的长方体纸盒,如图2所示。
(2)选择焦距合适的凸透镜。同学们测出了三块凸透镜的焦距分别是10 cm、15 cm、25 cm。若手机和凸透镜相距20 cm,为了能在白墙上得到清晰、放大的像,可选择焦距为
15
cm的凸透镜。将手机和选好的凸透镜用胶带固定在纸盒上。(3)最后,打开手机屏幕上的画面,盖上顶部纸板,就可以在白墙上看到手机画面的投影。
(4)对自制手机投影仪进行调试:小刚同学建议选择光滑的白板作为屏幕,而小海同学建议选择白墙作为屏幕。你赞成谁的建议?请说明理由:
赞成小海的建议,因为光照在白墙上会发生漫反射,人在各个方向都能清晰观影
。(5)小明想用这个自制手机投影仪投出更大的图像,小明将自制手机投影仪远离了屏幕,此时图像模糊了,小明应该怎么做,才能使屏幕上的像变清晰?
将手机靠近凸透镜(合理即可)
。答案
14.(2)15 (4)赞成小海的建议,因为光照在白墙上会发生漫反射,人在各个方向都能清晰观影 (5)将手机靠近凸透镜(合理即可)
【解析】(2)2f＞u＞f时成倒立、放大的实像,由题知手机和凸透镜相距20 cm,为了能在白墙上得到清晰、放大的像,可选择焦距为15 cm的凸透镜。(4)若用光滑的白板作为屏幕,白板表面会发生镜面反射,而选择白墙作为屏幕,白墙表面粗糙,发生的是漫反射,各个方向的人都能清晰观影,故赞成小海的建议。(5)将自制手机投影仪远离了屏幕,相当于增大像距,结合凸透镜成实像的规律可知,物近像远像变大,故应将手机靠近凸透镜。
【解析】(2)2f＞u＞f时成倒立、放大的实像,由题知手机和凸透镜相距20 cm,为了能在白墙上得到清晰、放大的像,可选择焦距为15 cm的凸透镜。(4)若用光滑的白板作为屏幕,白板表面会发生镜面反射,而选择白墙作为屏幕,白墙表面粗糙,发生的是漫反射,各个方向的人都能清晰观影,故赞成小海的建议。(5)将自制手机投影仪远离了屏幕,相当于增大像距,结合凸透镜成实像的规律可知,物近像远像变大,故应将手机靠近凸透镜。
解析
【分析】
本题围绕自制手机投影仪的项目化实践展开，需结合凸透镜成像规律、光的反射类型等知识解题。思路如下：
1. 第(2)问：利用凸透镜成倒立放大实像的条件，结合已知物距推导符合要求的焦距；
2. 第(4)问：区分镜面反射和漫反射的特点，判断哪种屏幕能让不同方向的人清晰看到像；
3. 第(5)问：依据凸透镜成实像时“物近像远像变大”的规律，分析像距变化后物距的调整方法。
【解析】
(2) 凸透镜成倒立、放大实像的条件是：物距满足 $ f ＜ u ＜ 2f $。已知手机与凸透镜的距离（物距）$ u = 20\ \mathrm{cm} $，代入条件得 $ f ＜ 20\ \mathrm{cm} ＜ 2f $，解得 $ 10\ \mathrm{cm} ＜ f ＜ 20\ \mathrm{cm} $，因此选择焦距为15 cm的凸透镜。
(4) 光滑白板表面平整，光照射时发生镜面反射，仅特定方向能看到像；白墙表面粗糙，光照射时发生漫反射，各个方向的人都能清晰看到像，故赞成小海的建议。
(5) 投影仪成实像时遵循“物近像远像变大”规律，当投影仪远离屏幕（像距增大），要使像重新清晰，需减小物距，即应将手机靠近凸透镜。
【答案】
(2)15；(4)赞成小海的建议，因为光照在白墙上会发生漫反射，人在各个方向都能清晰观影；(5)将手机靠近凸透镜（合理即可）
【知识点】
凸透镜成像规律、光的漫反射、镜面反射
【点评】
本题结合自制投影仪的实践场景，考查光学知识的实际应用，注重理论联系实际，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕自制手机投影仪的项目化实践展开，需结合凸透镜成像规律、光的反射类型等知识解题。思路如下：
1. 第(2)问：利用凸透镜成倒立放大实像的条件，结合已知物距推导符合要求的焦距；
2. 第(4)问：区分镜面反射和漫反射的特点，判断哪种屏幕能让不同方向的人清晰看到像；
3. 第(5)问：依据凸透镜成实像时“物近像远像变大”的规律，分析像距变化后物距的调整方法。
【解析】
(2) 凸透镜成倒立、放大实像的条件是：物距满足 $ f ＜ u ＜ 2f $。已知手机与凸透镜的距离（物距）$ u = 20\ \mathrm{cm} $，代入条件得 $ f ＜ 20\ \mathrm{cm} ＜ 2f $，解得 $ 10\ \mathrm{cm} ＜ f ＜ 20\ \mathrm{cm} $，因此选择焦距为15 cm的凸透镜。
(4) 光滑白板表面平整，光照射时发生镜面反射，仅特定方向能看到像；白墙表面粗糙，光照射时发生漫反射，各个方向的人都能清晰看到像，故赞成小海的建议。
(5) 投影仪成实像时遵循“物近像远像变大”规律，当投影仪远离屏幕（像距增大），要使像重新清晰，需减小物距，即应将手机靠近凸透镜。
【答案】
(2)15；(4)赞成小海的建议，因为光照在白墙上会发生漫反射，人在各个方向都能清晰观影；(5)将手机靠近凸透镜（合理即可）
【知识点】
凸透镜成像规律、光的漫反射、镜面反射
【点评】
本题结合自制投影仪的实践场景，考查光学知识的实际应用，注重理论联系实际，难度适中。
【难度系数】
0.6
