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24. (10分)核心素养 科学探究 (2025·苏州多校二模)图甲中，“插槽”可插入不同的光学元件，“内筒”固定，“外筒”可左右横向移动，外筒上的“半透明薄膜”可作光屏.图乙中光学元件分别是①凸透镜、②平面镜、③钻有小孔的遮光板.点燃蜡烛进行实验：
(1)在图甲插槽中插入某光学元件后，同学们在A处观察，左右移动外筒，像的大小不变，说明插入的是
(2)在图甲插槽插入光学元件①，恰能在半透明薄膜上看到烛焰清晰的像，该像是
(3)当插入某光学元件后，在半透明薄膜上看到了清晰的倒立的像，向左移动外筒，像始终清晰，则插入的光学元件是
(1)在图甲插槽中插入某光学元件后，同学们在A处观察，左右移动外筒，像的大小不变，说明插入的是
②
(填“①”“②”或“③”).(2)在图甲插槽插入光学元件①，恰能在半透明薄膜上看到烛焰清晰的像，该像是
放大
(填“放大”或“缩小”)的像；为了能在半透明薄膜上看到更大的像，应将蜡烛靠近
(填“靠近”或“远离”)插槽方向移动，并同时调节半透明薄膜的位置.(3)当插入某光学元件后，在半透明薄膜上看到了清晰的倒立的像，向左移动外筒，像始终清晰，则插入的光学元件是
③
(填“①”“②”或“③”)，此过程中像的亮度将变亮
(填“变亮”“变暗”或“不变”).答案
24. (1)② (2)放大 靠近 (3)③ 变亮
解析:(1)平面镜成正立、等大的虚像.同学们在A处能观察到像,且左右移动外筒,像的大小不变,说明该像为平面镜所成的虚像,插入的是平面镜②.(2)由甲图可知,烛焰到凸透镜的距离小于凸透镜到半透明薄膜的距离,即$u＜v$,此时成的像为倒立、放大的实像.为了在移动烛焰的过程中,让像变大,根据凸透镜成像规律“成实像时,物近像远像变大”可知,只要让烛焰靠近凸透镜,同时让半透明薄膜远离凸透镜,就可以实现上述要求.
(3)半透明薄膜上看到了清晰的倒立的像,说明成的是实像,向左移动外筒,像始终清晰,说明只改变像距,像的清晰程度不会发生改变,说明这是小孔成像现象,则插入的光学元件是钻有小孔的遮光板,故选③.向左移动外筒,成的像将会变小,则相同的面积上会聚的光变多,故成的像会变亮.
解析:(1)平面镜成正立、等大的虚像.同学们在A处能观察到像,且左右移动外筒,像的大小不变,说明该像为平面镜所成的虚像,插入的是平面镜②.(2)由甲图可知,烛焰到凸透镜的距离小于凸透镜到半透明薄膜的距离,即$u＜v$,此时成的像为倒立、放大的实像.为了在移动烛焰的过程中,让像变大,根据凸透镜成像规律“成实像时,物近像远像变大”可知,只要让烛焰靠近凸透镜,同时让半透明薄膜远离凸透镜,就可以实现上述要求.
(3)半透明薄膜上看到了清晰的倒立的像,说明成的是实像,向左移动外筒,像始终清晰,说明只改变像距,像的清晰程度不会发生改变,说明这是小孔成像现象,则插入的光学元件是钻有小孔的遮光板,故选③.向左移动外筒,成的像将会变小,则相同的面积上会聚的光变多,故成的像会变亮.
解析
【分析】
本题考查平面镜成像、凸透镜成像规律、小孔成像的特点，需结合各光学元件的成像规律逐一分析：
(1) 要判断插入的光学元件，需明确各元件成像特点：平面镜成等大虚像，像大小不随像距变化；凸透镜成实像时大小随物距、像距改变；小孔成像大小也随像距变化，题目中移动外筒像大小不变，对应平面镜的特点；
(2) 插入凸透镜时，根据物距与像距的关系判断成像性质，再利用凸透镜成实像时“物近像远像变大”的规律调整蜡烛位置；
(3) 薄膜上成倒立实像且移动外筒像仍清晰，说明是小孔成像，再结合小孔成像的亮度变化规律判断亮度。
【解析】
(1) 平面镜成正立、等大的虚像，像的大小与物体到平面镜的距离无关，因此左右移动外筒时像的大小不变，故插入的是②；
(2) 图甲中，烛焰到凸透镜（插槽处）的距离（物距$u$）小于凸透镜到半透明薄膜的距离（像距$v$），根据凸透镜成像规律，当$u＜v$时，成倒立、放大的实像；凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大，因此要得到更大的像，应将蜡烛靠近插槽方向移动，同时调节半透明薄膜的位置；
(3) 半透明薄膜上成倒立的实像，且向左移动外筒时像始终清晰，说明是小孔成像现象，因此插入的是③；向左移动外筒，半透明薄膜靠近小孔，像变小，相同面积上会聚的光更多，因此像的亮度变亮。
【答案】
(1)②；(2)放大；靠近；(3)③；变亮
【知识点】
平面镜成像、凸透镜成像规律、小孔成像
【点评】
本题结合实验装置考查常见光学元件的成像特点，需准确掌握各元件的成像规律，尤其是凸透镜成实像的规律和小孔成像的特点，是光学部分的基础应用题型。
【难度系数】
0.5
本题考查平面镜成像、凸透镜成像规律、小孔成像的特点，需结合各光学元件的成像规律逐一分析：
(1) 要判断插入的光学元件，需明确各元件成像特点：平面镜成等大虚像，像大小不随像距变化；凸透镜成实像时大小随物距、像距改变；小孔成像大小也随像距变化，题目中移动外筒像大小不变，对应平面镜的特点；
(2) 插入凸透镜时，根据物距与像距的关系判断成像性质，再利用凸透镜成实像时“物近像远像变大”的规律调整蜡烛位置；
(3) 薄膜上成倒立实像且移动外筒像仍清晰，说明是小孔成像，再结合小孔成像的亮度变化规律判断亮度。
【解析】
(1) 平面镜成正立、等大的虚像，像的大小与物体到平面镜的距离无关，因此左右移动外筒时像的大小不变，故插入的是②；
(2) 图甲中，烛焰到凸透镜（插槽处）的距离（物距$u$）小于凸透镜到半透明薄膜的距离（像距$v$），根据凸透镜成像规律，当$u＜v$时，成倒立、放大的实像；凸透镜成实像时，物距减小，像距增大，像变大，因此要得到更大的像，应将蜡烛靠近插槽方向移动，同时调节半透明薄膜的位置；
(3) 半透明薄膜上成倒立的实像，且向左移动外筒时像始终清晰，说明是小孔成像现象，因此插入的是③；向左移动外筒，半透明薄膜靠近小孔，像变小，相同面积上会聚的光更多，因此像的亮度变亮。
【答案】
(1)②；(2)放大；靠近；(3)③；变亮
【知识点】
平面镜成像、凸透镜成像规律、小孔成像
【点评】
本题结合实验装置考查常见光学元件的成像特点，需准确掌握各元件的成像规律，尤其是凸透镜成实像的规律和小孔成像的特点，是光学部分的基础应用题型。
【难度系数】
0.5
25. (14分)图甲是一台激光雕刻机,工作时,电动机M带动横杆沿框架前后移动,电动机N带动激光头在横杆上左右移动,在金属表面灼烧出各种图形.
(1)激光照射在金属表面,能灼烧金属,说明光具有
(2)激光照射金属时,落在金属表面的光斑越小,形成的线条就越细,所以激光头中安装了
(3)如图乙所示,开始时光斑在A点,设定雕刻时间为2 s.若只启动电动机M,让横杆以3 cm/s的速度匀速向后移动,能雕刻出线段AC;若只启动电动机N,能雕刻出长8 cm的线段AB.现让两个电动机同时工作.
①雕刻出线段AD,激光头移动的速度为多少?
②若要雕刻出线段AE,则应该如何调整电动机速度?
(1)激光照射在金属表面,能灼烧金属,说明光具有
能量
,金属表面因吸收热量发生熔化
(填物态变化名称)并汽化.(2)激光照射金属时,落在金属表面的光斑越小,形成的线条就越细,所以激光头中安装了
凸
透镜来会聚光斑大小.(3)如图乙所示,开始时光斑在A点,设定雕刻时间为2 s.若只启动电动机M,让横杆以3 cm/s的速度匀速向后移动,能雕刻出线段AC;若只启动电动机N,能雕刻出长8 cm的线段AB.现让两个电动机同时工作.
①雕刻出线段AD,激光头移动的速度为多少?
②若要雕刻出线段AE,则应该如何调整电动机速度?
答案
25. (1)能量 熔化 (2)凸 (3)①$5\ \mathrm{cm/s}$ ②保持电动机N的速度不变,增大电动机M的速度
解析:(1)因为激光照射到金属表面能灼烧金属,金属吸收激光的热量,发生熔化,说明光具有能量.
(2)因为凸透镜对光具有会聚作用,所以在激光头中安装了凸透镜.
(3)①由$v=\frac{s}{t}$得,$AC$的长度$AC=vt=3\ \mathrm{cm/s}×2\ \mathrm{s}=6\ \mathrm{cm}$.
由几何关系得
$AD=\sqrt{AC^2+AB^2}=\sqrt{(6\ \mathrm{cm})^2+(8\ \mathrm{cm})^2}=10\ \mathrm{cm}$.
因设定雕刻时间为2 s,则激光头移动的速度为
$v'=\frac{s'}{t}=\frac{AD}{t}=\frac{10\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{s}}=5\ \mathrm{cm/s}$.
②要雕刻出图乙中的线段$AE$,$AE$的长度大于$AD$的长度,雕刻时间不变,前后移动的长度增大,左右移动的长度不变,则要保持电动机N的速度不变,增大电动机M的速度.
解析:(1)因为激光照射到金属表面能灼烧金属,金属吸收激光的热量,发生熔化,说明光具有能量.
(2)因为凸透镜对光具有会聚作用,所以在激光头中安装了凸透镜.
(3)①由$v=\frac{s}{t}$得,$AC$的长度$AC=vt=3\ \mathrm{cm/s}×2\ \mathrm{s}=6\ \mathrm{cm}$.
由几何关系得
$AD=\sqrt{AC^2+AB^2}=\sqrt{(6\ \mathrm{cm})^2+(8\ \mathrm{cm})^2}=10\ \mathrm{cm}$.
因设定雕刻时间为2 s,则激光头移动的速度为
$v'=\frac{s'}{t}=\frac{AD}{t}=\frac{10\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{s}}=5\ \mathrm{cm/s}$.
②要雕刻出图乙中的线段$AE$,$AE$的长度大于$AD$的长度,雕刻时间不变,前后移动的长度增大,左右移动的长度不变,则要保持电动机N的速度不变,增大电动机M的速度.
解析
【分析】
本题结合激光雕刻的实际场景，分三小问考查相关物理知识：
1. 第(1)问：激光灼烧金属体现光的能量属性，金属吸热从固态变为液态属于熔化，据此填空；
2. 第(2)问：会聚光斑需用对光有会聚作用的透镜，凸透镜符合要求，据此填空；
3. 第(3)问：两个电动机带动激光头沿垂直方向匀速运动，合位移是分位移的矢量和。①先算电动机M移动的距离，结合已知AB长度用勾股定理得合位移，再由速度公式求合速度；②分析AE与AD的长度差异，确定分运动的速度调整方式。
【解析】
(1) 激光能灼烧金属，说明光具有能量；金属吸收热量由固态变为液态，发生熔化，再进一步汽化，故填：能量；熔化。
(2) 凸透镜对光有会聚作用，可减小光斑大小，因此激光头中安装凸透镜，故填：凸。
(3) ① 电动机M带动横杆移动的距离（AC的长度）：$AC = v_M t = 3\ \mathrm{cm/s} × 2\ \mathrm{s} = 6\ \mathrm{cm}$。
由几何关系，合位移AD的长度：$AD = \sqrt{AC^2 + AB^2} = \sqrt{(6\ \mathrm{cm})^2 + (8\ \mathrm{cm})^2} = 10\ \mathrm{cm}$。
激光头移动的合速度：$v = \frac{AD}{t} = \frac{10\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{s}} = 5\ \mathrm{cm/s}$。
② 线段AE比AD长，雕刻时间不变，说明沿电动机M方向的位移需增大，沿电动机N方向的位移不变，因此应保持电动机N的速度不变，增大电动机M的速度。
【答案】
(1) 能量；熔化 (2) 凸 (3) ① $5\ \mathrm{cm/s}$；② 保持电动机N的速度不变，增大电动机M的速度
【知识点】
光的能量、物态变化、凸透镜的会聚作用、速度的计算
【点评】
本题将物理知识应用于实际场景，考查基础知识点与运动合成的理解，难度适中，需掌握分运动与合运动的关系。
【难度系数】
0.6
本题结合激光雕刻的实际场景，分三小问考查相关物理知识：
1. 第(1)问：激光灼烧金属体现光的能量属性，金属吸热从固态变为液态属于熔化，据此填空；
2. 第(2)问：会聚光斑需用对光有会聚作用的透镜，凸透镜符合要求，据此填空；
3. 第(3)问：两个电动机带动激光头沿垂直方向匀速运动，合位移是分位移的矢量和。①先算电动机M移动的距离，结合已知AB长度用勾股定理得合位移，再由速度公式求合速度；②分析AE与AD的长度差异，确定分运动的速度调整方式。
【解析】
(1) 激光能灼烧金属，说明光具有能量；金属吸收热量由固态变为液态，发生熔化，再进一步汽化，故填：能量；熔化。
(2) 凸透镜对光有会聚作用，可减小光斑大小，因此激光头中安装凸透镜，故填：凸。
(3) ① 电动机M带动横杆移动的距离（AC的长度）：$AC = v_M t = 3\ \mathrm{cm/s} × 2\ \mathrm{s} = 6\ \mathrm{cm}$。
由几何关系，合位移AD的长度：$AD = \sqrt{AC^2 + AB^2} = \sqrt{(6\ \mathrm{cm})^2 + (8\ \mathrm{cm})^2} = 10\ \mathrm{cm}$。
激光头移动的合速度：$v = \frac{AD}{t} = \frac{10\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{s}} = 5\ \mathrm{cm/s}$。
② 线段AE比AD长，雕刻时间不变，说明沿电动机M方向的位移需增大，沿电动机N方向的位移不变，因此应保持电动机N的速度不变，增大电动机M的速度。
【答案】
(1) 能量；熔化 (2) 凸 (3) ① $5\ \mathrm{cm/s}$；② 保持电动机N的速度不变，增大电动机M的速度
【知识点】
光的能量、物态变化、凸透镜的会聚作用、速度的计算
【点评】
本题将物理知识应用于实际场景，考查基础知识点与运动合成的理解，难度适中，需掌握分运动与合运动的关系。
【难度系数】
0.6
