专题 11　光学实验 类型一　　光的反射定律和折射规律 1.探究光的反射定律。 (1)如图甲所示,先将平面镜 A 放在水平桌面上,再将硬纸板 B　　　　放置在平面镜 A 上,让激光紧贴硬纸板 B 射向 O 点。 (2)为了显示光路,纸板的表面应　　　(选填“光滑”或“粗糙”)些,在纸板上标出刻度是为了方便测量　　　的大 小。 (3)多次改变入射光线的方向,测得几组数据如下表所示,由此可得出,反射角与入射角大小 (选填“相等”或 “不相等”)。 序号 入射角 反射角 1 30° 30° 2 45° 45° 3 60° 60° (4)接下来老师进行了如下演示,先用加湿器使整个教室充满雾气,将平面镜放在一个能转动的水平圆台上,在 柱 M 上固定一红色激光笔,使其发出的光垂直射向平面镜上的 O'点,其作用是显示　　　的位置,然后打开固 定在柱 N 上的绿色激光笔,使绿色激光射向 O'点,出现了如图乙所示的情景,老师沿水平方向缓慢转动圆台,当 我们观察到　　　　　　　　　　　　　时,可判断反射光线、入射光线和法线在同一平面内。 2.[2019·杭州富阳模拟]如图甲所示,是小斌在探究光的折射现象中有关“光路的可逆性”时观察到的现象,小斌 想,光由玻璃斜射入空气时,入射角小于折射角,那么若逐渐增大入射角,折射光线会消失吗? 【猜想】入射角增大到一定的角度时,折射光线将会消失,再继续增大时只会发生反射现象。 【进行实验】 利用如图乙所示的装置进行实验。不断改变入射角,观察反射光线和折射光线的变化,并读出入射角、反射角、 折射角记录在实验表格内。 【收集证据】入射角、反射角、折射角大小记录如下表。 入射角/° 0 10 20 30 40 41.2 41.8 42 反射角/° 0 10 20 30 40 41.2 41.8 42 折射角/° 0 15.2 30.9 48.6 74.6 81.1 90 / 【分析论证】 (1)分析表中数据可知,入射角的增加量　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)折射角的增加量;当入射角增大到 °,折射光线就消失了,只剩下　　　　光线,在物理上把这种现象称为光的全反射,折射角变为 90°时的入射角, 叫临界角。 (2)光在不同介质中传播速度不同,如光在空气中的速度非常接近 c(c=3×108 m/s),光在水中的速度约为 3 2 c,光在玻璃中的速度约为 c,把传播光速较大的介质称为光疏介质,传播光速较小的介质称为光密介 4 3 质,根据数据分析可知,发生全反射的条件是: ① 光由　　　　介质斜射入　　　　介质; ② 入射角　　　　临界角。 【交流评估】为了使实验结论更科学,将玻璃更换为水重复上述实验。 【拓展应用】(3)光导纤维就是根据这一原理将光从纤维的一端“导”到另一端。请在图乙中画出光射入光纤维 内芯后的大致光路图。 类型二　　平面镜成像 3.[2019·杭州拱墅一模]小乐在探究“平面镜成像特点”时,完成如下操作。 (1)在竖立的玻璃板前点燃蜡烛 M,移动蜡烛 N 直到与蜡烛 M 的像完全重合,如图甲所示,看见它们重合是由于 光的　　　　　　　　(选填“反射” “折射”或“反射和折射”)。 (2)图乙是记录的实验结果,获得此实验结果的操作是 　。 由此实验结果可以得到的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 4.[2019·杭州上城一模]为探究平面镜成像规律,小金进行了实验: (1)小金应选择　　　　(选填“平面镜”或“玻璃板”)作为实验材料之一,以便观察到其后方的蜡烛,更好地确定像 的位置等。 (2)小金按图甲进行实验,将蜡烛靠近(1)中所选的材料一段距离,像的大小　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)小金做了三次实验,获得像与物的位置关系如图乙所示,接下来的处理是 　,从而得出平面镜成像 规律。 类型三　　凸透镜成像规律 5.[2021·宁波期末]在某次探究凸透镜成像规律的实验中: (1)小明想知道实验中所用透镜的焦距,做了如图甲所示实验,让镜面垂直于阳光,在透镜下面放上白纸与镜面 平行,测出透镜与白纸间距 s(单位 cm)与对应的白纸被烤焦的时间 t(单位 min),绘出如乙所示的图像,可判断 该透镜的焦距 f 为　　　　cm。 (2)实验前要调整烛焰的焰心、凸透镜的中心和光屏的中心,使它们位于　　　　　　,如果实验中固定好透镜 和蜡烛后,发现无论如何移动光屏,光屏上只有一个与透镜大小几乎相同的光斑,其原因可能是　　　　　　　 。 (3)实验过程中,燃烧的蜡烛在不断缩短,导致光屏上的像向　　　　(选填“上”或“下”)移动,为了使烛焰的像能 成在光屏中央,在不更换实验器材的情况下,请写出一种可行的方法:　　　　　　　　　　　　。 (4)如图丙所示,把一个焦距为 15 cm 的凸透镜固定在 50 cm 刻度线位置,蜡烛固定在 15 cm 刻度线位置时, 光屏应在　　　　(选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)区域内左右移动,才能在光屏上得到清晰的　　　　(选填“倒立”或“正 立”)的实像。 (5)小明在实验中将蜡烛从略大于一倍焦距处逐渐远离凸透镜,该过程中像的大小将　　 (选填“变大”“变小”或 “等大”),物距 u 随时间 t 的变化图像如图(a)所示,则像距 v 与 t 的大致变化关系为图(b)中的　　(选填 “A”“B”“C”或“D”)。 6.不同的凸透镜对光的折射程度可能是不相同的,即每一个凸透镜的焦距不一定相同,那么凸透镜的焦距与什 么因素有关呢?小雷进行了探究实验,并将实验结果记录在下表中。 次数 材料 截面直径/cm 凸起程度 焦距/cm 1 玻璃 3 较小 2 玻璃 3 较大 5 3 水晶 3 较小 4 4 水晶 5 较小 4 (1)如图甲所示是他第一次测量凸透镜焦距的情景,此凸透镜的焦距为　　　　cm。 (2)请你分析表中的实验数据,由 1、2 次的实验可得出的结论是 　。 (3)小雷回想起白光经三棱镜后,光屏上自上而下出现了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的色带,如图乙所示,受 此启发,产生了一个问题:用红光、紫光测凸透镜的焦距是否相同?于是他分别用红光和紫光平行于同一个凸透 镜的主光轴射入进行了实验,你认为　　　　光射入时测出凸透镜的焦距大。 (4)小雷又进行了“探究凸透镜成像规律”的实验,若其像成在光屏的左上角,如图丙所示,应将凸透镜向　　　　 (选填“右下”“左上”“右上”或“左下”)调节,使像成在光屏的中央;当烛焰向透镜靠近时,光屏应向　　　　(选填“靠 近”或“远离”)透镜的方向移动才能得到清晰的像。 (5)小雷又发现他和同学使用相同焦距的凸透镜进行实验时,从各组汇报数据中发现,当物距均为 12.0 cm 时, 有三个小组所测像距分别为 23.0 cm、24.0 cm、26.0 cm。若他们的数据差别不是因为长度测量误差导 致的,你认为出现这种情况的操作原因是 　。 7.[2020·绍兴]在“探究凸透镜成像规律”的实验中。 (1)某次实验过程中,小敏移动光屏直到出现清晰的像,此时蜡烛、透镜和光屏在光具座上位置如图甲所示,此 时成的是倒立、　　　　的实像。 甲 (2)若通过移动透镜,使光屏上再次成清晰的像,透镜应该移到　　　cm 刻度线处。 (3)实验一段时间后,原来成在光屏中央的像“跑”到图乙所示的位置。下列操作可以让像重新回到光屏中央的 有　　　　。(选填序号) ① 光屏上移一段距离;② 蜡烛下移一段距离;③ 透镜下移一段距离。 (4)研究好成像规律后,小敏模拟了近视和远视的矫正。图丙中,小敏给透镜 A 戴上“眼镜”(凸透镜 B),光屏上刚 好出现清晰的像,摘下“眼镜”后,光屏上的像变模糊,如图丁所示。若要通过移动蜡烛使光屏上的像再次清晰,应 将蜡烛向　　　　(选填“靠近”或“远离”)透镜方向移动一段距离。 8.如图所示,自制水滴显微镜,探究显微镜的工作原理。 器材:焦距较长的凸透镜(f=30 cm)一个,滴管一个,废录音带盒一个,清水,白纸,细盐粉,头发丝,昆虫翅膀等。 (1)小水滴可看作一个焦距很小的　　　　镜,本实验以小水滴作为显微镜的　　　　镜,它与被观察物体的间 距为 10~15 mm,如图甲所示。 (2)透过这个小水滴,应该能看到一个与原来方向相反的、放大了的箭头(如果不是这样,需要调整水滴与箭头 间的距离,或者改变水滴的直径),这是通过小水滴所成的一个　　　　(选填“虚”或“实”)像。 (3)透过这个小水滴,如果看到一个与原来方向相同的、放大的箭头,在不调整水滴与箭头间的距离时,应该把 水滴变　　　　(选填“厚”或“薄”),直至成一个与原来方向相反的、放大了的箭头。如果废录音带盒的厚度是 12 mm,那么最终水滴凸透镜的焦距范围在　　　　以内。 (4)使凸透镜成为　　　　(选填“物”或“目”)镜,与小水滴的距离小于凸透镜的焦距,通过凸透镜去观察小水滴, 使箭头、小水滴、凸透镜在同一　　　　上,并且保持凸透镜是　　　　的,且眼睛不要离太近,边观察、边微 微调节凸透镜的位置,即可看到箭头被放大的　　　　(选填“虚”或“实”)像。如图乙所示,比图甲中通过小水滴 观察到的箭头要　　　　(选填“大”或“小”)得多,看到的箭头相对于原来的箭头是　　　　(选填“正立”或“倒 立”)的。如果箭头顺时针转动,箭头的像将沿　　　　(选填“顺”或“逆”)时针转动;如果要看到箭头更大的像,应 把凸透镜略微向　　　　(选填“上”或“下”)移动。 (5)再用这个显微镜观察头发丝、细盐粉,昆虫翅膀花纹的像。 (6)若用眼镜代替凸透镜,在家里完成上述实验,应该选用　　　　(选填“近视”或“远视”)眼镜。 答案 1.(1)垂直 (2)粗糙　反射角和入射角 (3)相等 (4)法线　反射的绿光挡住红光和入射的绿光 2.(1)小于　41.8　反射 (2)① 光密　光疏　②≥ (3)如图所示 3.(1)反射和折射 (2)首先在平面镜所在位置画直线,然后确定蜡烛 M 的位置,并在此位置标 A;移动蜡烛 N,直到与蜡烛 M 的像完 全重合,并在蜡烛 N 位置标 A';改变蜡烛 M 的位置,同上确定 B、B',C、C' 像距等于物距,像、物连线与平面镜垂直 4.(1)玻璃板 (2)不变 (3)连接物点和对应的像点,并判断连线与镜面是否垂直,像点和物点到镜面的距离是否相等 5.(1)12 (2)同一高度　 蜡烛在焦点处 (3)上　将光屏上移(合理即可) (4)Ⅱ　倒立 (5)变小　C 6.(1)10.0 (2)材料、截面直径相同时,凸透镜凸起程度越大,焦距越小 (3)红 (4)右下　远离 (5)没有找到最清晰的像时就开始测量像距了 7.(1)放大 (2)45 (3)①③ (4)远离 8.(