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2.（科学探究[西安二模]小明同学喜欢阅读，他在墨家著作《墨经·经下》中读到“二临鉴（平面镜）而立，景到（影倒）”，在西汉刘安的《淮南万毕术》中读到“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣……”。在五代时期名士谭峭所著《化书》中读到“以一镜照形，以余镜照影。……是形也与影无殊，是影也与形无异”。诸多著作对平面镜成像的描述勾起他探究的欲望。
【问题】平面镜成像有何特点呢？
【证据】小明同学利用
所示装置进行探究。
(1)选用两根完全相同的蜡烛A、B是为了比较像与物的
(2)为确定像的虚实，需在蜡烛B位置放一个光屏，并在图乙中的
(3)小明为了更好地研究像与物的位置关系，采用了彩色LED光源进行实验，现有“A、F、M、T、V、X”六种字母形状的光源供选择，你认为最佳选择是
【解释】……
【交流】
(4)小明完成实验后，采用厚玻璃板做实验，发现蜡烛A在玻璃板上有两个像，移动蜡烛B分别找到两个像的位置如图丙所示，测得两个像到平面镜的距离$ L_1 = 1\ \mathrm{cm} $、$ L_2 = 1.4\ \mathrm{cm} $，由此可知玻璃板的厚度为
(5)（结合日常生活）根据实验的经验可知，如果白天在较暗的室内照镜子，为了更清楚看到自己的容貌，人应该让
【问题】平面镜成像有何特点呢？
【证据】小明同学利用
所示装置进行探究。(1)选用两根完全相同的蜡烛A、B是为了比较像与物的
大小
关系；改变蜡烛A到镜面的距离，移动镜后的蜡烛B，发现B总能与A的像完全重合，说明平面镜成像的大小与物体到镜面的距离无关
（填“有关”或“无关”）。(2)为确定像的虚实，需在蜡烛B位置放一个光屏，并在图乙中的
③
（填数字序号）处观察光屏上是否有像。(3)小明为了更好地研究像与物的位置关系，采用了彩色LED光源进行实验，现有“A、F、M、T、V、X”六种字母形状的光源供选择，你认为最佳选择是
F
（填字母）。【解释】……
【交流】
(4)小明完成实验后，采用厚玻璃板做实验，发现蜡烛A在玻璃板上有两个像，移动蜡烛B分别找到两个像的位置如图丙所示，测得两个像到平面镜的距离$ L_1 = 1\ \mathrm{cm} $、$ L_2 = 1.4\ \mathrm{cm} $，由此可知玻璃板的厚度为
0.2
cm。(5)（结合日常生活）根据实验的经验可知，如果白天在较暗的室内照镜子，为了更清楚看到自己的容貌，人应该让
脸
（填“镜子”“脸”或“镜子和脸”）朝向窗户。答案
2.【证据】(1)大小；无关 (2)③ (3)F 【交流】(4)0.2 (5)脸
【点拨】【证据】(1)选用两根完全相同的蜡烛A、B，当B与A的像重合时，可知像与物大小相等，故是为了比较像与物的大小关系；改变蜡烛A到镜面的距离，移动镜后的蜡烛B，发现B总能与A的像完全重合，说明平面镜成像的大小与物体到镜面的距离无关。(2)虚像不能成在光屏上，为确定像的虚实，需在B位置放一个光屏，并在图乙中的③处观察光屏上是否有像。(3)小明为了更好地研究像与物的位置关系，还要研究左、右颠倒的情况，故要选用左、右不对称的字母，最佳选择是字母F。【交流】(4)根据题意可知，$L_1$和$L_2$之差应该是两块玻璃的厚度，所以玻璃的厚度是$\frac{1}{2}×(L_2-L_1)=\frac{1}{2}×(1.4\ \mathrm{cm}-1\ \mathrm{cm})=0.2\ \mathrm{cm}$。(5)根据实验的经验可知，如果白天在较暗的室内照镜子，为了更清楚看到自己的容貌，脸要反射较多的光线，故人应该让脸朝向窗户。
【点拨】【证据】(1)选用两根完全相同的蜡烛A、B，当B与A的像重合时，可知像与物大小相等，故是为了比较像与物的大小关系；改变蜡烛A到镜面的距离，移动镜后的蜡烛B，发现B总能与A的像完全重合，说明平面镜成像的大小与物体到镜面的距离无关。(2)虚像不能成在光屏上，为确定像的虚实，需在B位置放一个光屏，并在图乙中的③处观察光屏上是否有像。(3)小明为了更好地研究像与物的位置关系，还要研究左、右颠倒的情况，故要选用左、右不对称的字母，最佳选择是字母F。【交流】(4)根据题意可知，$L_1$和$L_2$之差应该是两块玻璃的厚度，所以玻璃的厚度是$\frac{1}{2}×(L_2-L_1)=\frac{1}{2}×(1.4\ \mathrm{cm}-1\ \mathrm{cm})=0.2\ \mathrm{cm}$。(5)根据实验的经验可知，如果白天在较暗的室内照镜子，为了更清楚看到自己的容貌，脸要反射较多的光线，故人应该让脸朝向窗户。
解析
【分析】
本题围绕平面镜成像特点的探究实验展开，需结合实验原理、操作要点逐一分析各问题：
1. 选用相同蜡烛是利用等效替代法，目的是比较像与物的大小；改变物距时像始终与蜡烛B重合，说明像的大小不随物距变化。
2. 确定像的虚实需在像的位置放光屏，观察时要在蜡烛A侧的对应位置，虚像无法在光屏呈现。
3. 选择光源需考虑能否清晰观察像与物的左右关系，左右不对称的字母更适合。
4. 厚玻璃板的两个像由前后两个表面反射形成，两个像到镜面的距离差的一半为玻璃板厚度。
5. 照镜子时，脸朝向窗户可让脸反射更多光线，使成像更清晰。
【解析】
(1) 选用两根完全相同的蜡烛A、B，当镜后的蜡烛B与A的像完全重合时，可说明像与物大小相等，因此是为了比较像与物的大小关系；改变蜡烛A到镜面的距离，移动镜后的蜡烛B总能与A的像完全重合，说明像的大小不变，即平面镜成像的大小与物体到镜面的距离无关。
(2) 虚像不能呈现在光屏上，要确定像的虚实，需在蜡烛B位置放一个光屏，应在图乙中的③处观察光屏上是否有像，若光屏上无像，则说明成的是虚像。
(3) 为更好研究像与物的位置关系，尤其是像与物的左右颠倒情况，需选择左右不对称的字母，F是左右不对称的，因此最佳选择是F。
(4) 厚玻璃板的两个像分别由玻璃板前表面和后表面反射形成，前表面反射的像到镜面的距离为$L_1$，后表面反射的像到镜面的距离为$L_2$，玻璃板的厚度等于两个像到镜面距离之差的一半，即厚度$d=\frac{L_2-L_1}{2}=\frac{1.4\ \mathrm{cm}-1\ \mathrm{cm}}{2}=0.2\ \mathrm{cm}$。
(5) 要清楚看到自己的容貌，需让脸反射更多光线到平面镜上，因此人应该让脸朝向窗户，使脸被照亮，成像更清晰。
【答案】
(1)大小；无关 (2)③ (3)F (4)0.2 (5)脸
【知识点】
平面镜成像特点；虚像；平面镜成像实验
【点评】
本题是探究平面镜成像特点的实验题，考查实验器材选择、实验操作、结论推导及实际应用，注重对实验原理和过程的理解，属于基础实验题，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题围绕平面镜成像特点的探究实验展开，需结合实验原理、操作要点逐一分析各问题：
1. 选用相同蜡烛是利用等效替代法，目的是比较像与物的大小；改变物距时像始终与蜡烛B重合，说明像的大小不随物距变化。
2. 确定像的虚实需在像的位置放光屏，观察时要在蜡烛A侧的对应位置，虚像无法在光屏呈现。
3. 选择光源需考虑能否清晰观察像与物的左右关系，左右不对称的字母更适合。
4. 厚玻璃板的两个像由前后两个表面反射形成，两个像到镜面的距离差的一半为玻璃板厚度。
5. 照镜子时，脸朝向窗户可让脸反射更多光线，使成像更清晰。
【解析】
(1) 选用两根完全相同的蜡烛A、B，当镜后的蜡烛B与A的像完全重合时，可说明像与物大小相等，因此是为了比较像与物的大小关系；改变蜡烛A到镜面的距离，移动镜后的蜡烛B总能与A的像完全重合，说明像的大小不变，即平面镜成像的大小与物体到镜面的距离无关。
(2) 虚像不能呈现在光屏上，要确定像的虚实，需在蜡烛B位置放一个光屏，应在图乙中的③处观察光屏上是否有像，若光屏上无像，则说明成的是虚像。
(3) 为更好研究像与物的位置关系，尤其是像与物的左右颠倒情况，需选择左右不对称的字母，F是左右不对称的，因此最佳选择是F。
(4) 厚玻璃板的两个像分别由玻璃板前表面和后表面反射形成，前表面反射的像到镜面的距离为$L_1$，后表面反射的像到镜面的距离为$L_2$，玻璃板的厚度等于两个像到镜面距离之差的一半，即厚度$d=\frac{L_2-L_1}{2}=\frac{1.4\ \mathrm{cm}-1\ \mathrm{cm}}{2}=0.2\ \mathrm{cm}$。
(5) 要清楚看到自己的容貌，需让脸反射更多光线到平面镜上，因此人应该让脸朝向窗户，使脸被照亮，成像更清晰。
【答案】
(1)大小；无关 (2)③ (3)F (4)0.2 (5)脸
【知识点】
平面镜成像特点；虚像；平面镜成像实验
【点评】
本题是探究平面镜成像特点的实验题，考查实验器材选择、实验操作、结论推导及实际应用，注重对实验原理和过程的理解，属于基础实验题，难度适中。
【难度系数】
0.7
3. ★★ 小明在做“探究凸透镜成像规律”实验时，所用的器材有:带刻度尺的光具座、凸透镜、光屏、蜡烛和火柴等。
(1)将一束平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小、最亮的光斑时停止移动光屏(如图甲所示),可测出凸透镜的焦距是
(2)小明在某次实验中,将蜡烛、凸透镜、光屏放在光具座上如图乙所示的位置,光屏上呈现清晰的像(像未画出),如果此时撤去光屏,小明在光屏的位置(如图乙所示)
(3)将图乙中的透镜换成焦距为7 cm的凸透镜,仍按图中位置放置,光屏上烛焰的像变模糊;只将光屏向
(4)(新定义)如图丙所示,记录下每次成清晰的实像的物距u、像距v、物像间距$ L(u+v) $,绘制出如图丁所示的图像(f为焦距),查阅资料发现,在物理学中,有一个凸透镜成像的“新概念”:放大率 $ n=\frac{A'B'}{AB}=\frac{v}{u} $;
①当物距 $ u=1.5f $,烛焰成清晰的实像时,放大率为
②移动蜡烛成清晰的实像时,蜡烛与光屏间的距离的最小值为
③经分析,图中的a值为
(1)将一束平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小、最亮的光斑时停止移动光屏(如图甲所示),可测出凸透镜的焦距是
10.0
cm。(2)小明在某次实验中,将蜡烛、凸透镜、光屏放在光具座上如图乙所示的位置,光屏上呈现清晰的像(像未画出),如果此时撤去光屏,小明在光屏的位置(如图乙所示)
能
(填“能”或“不能”)直接看到烛焰的像。(3)将图乙中的透镜换成焦距为7 cm的凸透镜,仍按图中位置放置,光屏上烛焰的像变模糊;只将光屏向
左
(填“左”或“右”)移动适当距离,光屏上重新出现烛焰清晰的像;若不移动光屏,在蜡烛和凸透镜之间放置一个度数适当的近视
(填“近视”或“远视”)眼镜片,光屏上也会重新出现烛焰清晰的像。(4)(新定义)如图丙所示,记录下每次成清晰的实像的物距u、像距v、物像间距$ L(u+v) $,绘制出如图丁所示的图像(f为焦距),查阅资料发现,在物理学中,有一个凸透镜成像的“新概念”:放大率 $ n=\frac{A'B'}{AB}=\frac{v}{u} $;
①当物距 $ u=1.5f $,烛焰成清晰的实像时,放大率为
2
;②移动蜡烛成清晰的实像时,蜡烛与光屏间的距离的最小值为
$4f$
;③经分析,图中的a值为
$3f$
。答案
3.(1)10.0 (2)能 (3)左；近视 (4)①2 ②$4f$ ③$3f$
【点拨】(1)平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚在主光轴上一点，该点是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离是凸透镜的焦距，所以凸透镜的焦距$f=50.0\ \mathrm{cm}-40.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。(2)由图乙可知，此时物距小于像距，根据凸透镜成实像时，物距小于像距，成倒立、放大的实像，因为在光屏处所成的像是实像，有实际光线会聚在这个位置，所以小明在光屏的位置能直接看到烛焰的像。(3)将图乙中的透镜换成焦距为7 cm的凸透镜，凸透镜焦距变小，对光的会聚能力变强，会将光提前会聚成像，可以将光屏向左移动适当距离，光屏上重新出现烛焰清晰的像；若不移动光屏，此时像成在光屏的前方，可以在蜡烛和凸透镜之间放置凹透镜(近视眼镜片)，使光在进入凸透镜前变得发散，成的像向右移动，正好落在光屏上。(4)①由图丁可知，当$u=1.5f$时，$L=4.5f$，则$v=L-u=4.5f-1.5f=3f$，故$n=\frac{v}{u}=\frac{3f}{1.5f}=2$；②蜡烛与光屏间的距离即$L=u+v$，由图丁知，最小值为$4f$；③当$u=1.5f$时，$L=4.5f$，$v=3f$，由光路可逆知，当$u'=3f$时，$v'=1.5f$，$L=u'+v'=3f+1.5f=4.5f$，故$a=3f$。
【点拨】(1)平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚在主光轴上一点，该点是凸透镜的焦点，焦点到光心的距离是凸透镜的焦距，所以凸透镜的焦距$f=50.0\ \mathrm{cm}-40.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。(2)由图乙可知，此时物距小于像距，根据凸透镜成实像时，物距小于像距，成倒立、放大的实像，因为在光屏处所成的像是实像，有实际光线会聚在这个位置，所以小明在光屏的位置能直接看到烛焰的像。(3)将图乙中的透镜换成焦距为7 cm的凸透镜，凸透镜焦距变小，对光的会聚能力变强，会将光提前会聚成像，可以将光屏向左移动适当距离，光屏上重新出现烛焰清晰的像；若不移动光屏，此时像成在光屏的前方，可以在蜡烛和凸透镜之间放置凹透镜(近视眼镜片)，使光在进入凸透镜前变得发散，成的像向右移动，正好落在光屏上。(4)①由图丁可知，当$u=1.5f$时，$L=4.5f$，则$v=L-u=4.5f-1.5f=3f$，故$n=\frac{v}{u}=\frac{3f}{1.5f}=2$；②蜡烛与光屏间的距离即$L=u+v$，由图丁知，最小值为$4f$；③当$u=1.5f$时，$L=4.5f$，$v=3f$，由光路可逆知，当$u'=3f$时，$v'=1.5f$，$L=u'+v'=3f+1.5f=4.5f$，故$a=3f$。
解析
【分析】
本题围绕凸透镜成像规律展开，需逐步分析各小问：
1. 测焦距：平行光正对凸透镜，会聚的最小最亮光斑到透镜的距离为焦距，从图甲读取刻度计算即可。
2. 实像的观察：实像是实际光线会聚形成的，撤去光屏后，在像的位置仍有会聚的光线，所以能直接看到像。
3. 焦距变小的影响：焦距越小，透镜会聚能力越强，像距变小，光屏需左移；若不移动光屏，需用凹透镜（近视眼镜）发散光线，使像后移到光屏上。
4. 新概念应用：根据图丁的$L(u+v)$图像，结合凸透镜成像规律及光路可逆，计算放大率、最小间距和$a$值。
【解析】
(1) 平行于主光轴的光线经凸透镜后会聚在主光轴上一点，该点为焦点，焦点到透镜光心的距离为焦距。由图甲可知，透镜在$40.0\ \mathrm{cm}$刻度处，光屏在$50.0\ \mathrm{cm}$刻度处，因此焦距$f=50.0\ \mathrm{cm}-40.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。
(2) 图乙中，物距$u=25\ \mathrm{cm}-10\ \mathrm{cm}=15\ \mathrm{cm}$，像距$v=55\ \mathrm{cm}-25\ \mathrm{cm}=30\ \mathrm{cm}$，此时$f＜u＜2f$，成倒立、放大的实像。实像是实际光线会聚而成的，撤去光屏后，在光屏位置仍有会聚的光线，因此能直接看到烛焰的像。
(3) 换成焦距为$7\ \mathrm{cm}$的凸透镜，焦距变小，会聚能力变强，像会成在光屏前方，所以需将光屏向左移动才能接到清晰的像；若不移动光屏，需在蜡烛和凸透镜之间放置凹透镜（近视眼镜片），凹透镜对光线有发散作用，使像向后移动到光屏上。
(4) ①当$u=1.5f$时，由图丁知$L=4.5f$，则$v=L-u=4.5f-1.5f=3f$，放大率$n=\frac{v}{u}=\frac{3f}{1.5f}=2$；②由图丁可知，$L(u+v)$的最小值为$4f$，即蜡烛与光屏间的最小距离为$4f$；③根据光路可逆，当$u=1.5f$时，$v=3f$，$L=4.5f$，因此当$L=4.5f$时，对应的另一个物距$a=3f$。
【答案】
(1)$10.0$；(2)能；(3)左；近视；(4)①$2$；②$4f$；③$3f$
【知识点】
凸透镜成像规律；焦距测量；实像特点；凹透镜作用
【点评】
本题综合考查凸透镜成像规律的应用，涵盖焦距测量、实像观察、焦距变化对成像的影响及新概念的应用，需学生熟练掌握成像规律和光路可逆原理，是凸透镜实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
本题围绕凸透镜成像规律展开，需逐步分析各小问：
1. 测焦距：平行光正对凸透镜，会聚的最小最亮光斑到透镜的距离为焦距，从图甲读取刻度计算即可。
2. 实像的观察：实像是实际光线会聚形成的，撤去光屏后，在像的位置仍有会聚的光线，所以能直接看到像。
3. 焦距变小的影响：焦距越小，透镜会聚能力越强，像距变小，光屏需左移；若不移动光屏，需用凹透镜（近视眼镜）发散光线，使像后移到光屏上。
4. 新概念应用：根据图丁的$L(u+v)$图像，结合凸透镜成像规律及光路可逆，计算放大率、最小间距和$a$值。
【解析】
(1) 平行于主光轴的光线经凸透镜后会聚在主光轴上一点，该点为焦点，焦点到透镜光心的距离为焦距。由图甲可知，透镜在$40.0\ \mathrm{cm}$刻度处，光屏在$50.0\ \mathrm{cm}$刻度处，因此焦距$f=50.0\ \mathrm{cm}-40.0\ \mathrm{cm}=10.0\ \mathrm{cm}$。
(2) 图乙中，物距$u=25\ \mathrm{cm}-10\ \mathrm{cm}=15\ \mathrm{cm}$，像距$v=55\ \mathrm{cm}-25\ \mathrm{cm}=30\ \mathrm{cm}$，此时$f＜u＜2f$，成倒立、放大的实像。实像是实际光线会聚而成的，撤去光屏后，在光屏位置仍有会聚的光线，因此能直接看到烛焰的像。
(3) 换成焦距为$7\ \mathrm{cm}$的凸透镜，焦距变小，会聚能力变强，像会成在光屏前方，所以需将光屏向左移动才能接到清晰的像；若不移动光屏，需在蜡烛和凸透镜之间放置凹透镜（近视眼镜片），凹透镜对光线有发散作用，使像向后移动到光屏上。
(4) ①当$u=1.5f$时，由图丁知$L=4.5f$，则$v=L-u=4.5f-1.5f=3f$，放大率$n=\frac{v}{u}=\frac{3f}{1.5f}=2$；②由图丁可知，$L(u+v)$的最小值为$4f$，即蜡烛与光屏间的最小距离为$4f$；③根据光路可逆，当$u=1.5f$时，$v=3f$，$L=4.5f$，因此当$L=4.5f$时，对应的另一个物距$a=3f$。
【答案】
(1)$10.0$；(2)能；(3)左；近视；(4)①$2$；②$4f$；③$3f$
【知识点】
凸透镜成像规律；焦距测量；实像特点；凹透镜作用
【点评】
本题综合考查凸透镜成像规律的应用，涵盖焦距测量、实像观察、焦距变化对成像的影响及新概念的应用，需学生熟练掌握成像规律和光路可逆原理，是凸透镜实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
