第四章 专题训练 光现象实验探究
1．小乐与几位同学做手影游戏时发现，手影大小经常在改变。影子的大小与哪些因素有关？他猜想：影子的大小可能与光源到物体的距离有关，他们借助如图1所示的实验装置来探究影子高度与光源到物体距离的关系。实验中，把手电筒正对黑板擦由近及远先后放在距离黑板擦不同位置，保持其他因素不变，分别测量影子在墙面上的高度，记录数据如下表。
手电筒到黑板擦距离L/cm 20 30 40 50 60 70
黑板擦影子高度H/cm 20 17 14.5 13.5 13 12.6
（1）分析数据他们发现：若保持其他因素不变，当手电筒由近处逐渐远离黑板擦时，影子的高度随之 ___________（选填“减小”、“不变”或“增大”）；
（2）为了进一步发现其中的规律，他们根据数据绘制了影子高度H随手电筒到黑板擦距离L变化的图像（如图所示），由图2可知，当手电筒到黑板擦的距离L=45cm时，影子的高度H大致是 ___________cm；
（3）当手电筒距离黑板擦较远时，观察图像的变化趋势发现，影子变小得 ___________（选填“快”或“慢”）；当手电筒距离黑板擦足够远时，影子大小将 ___________（选填“减小”、“不变”或“增大”）。
2． 中华文化源远流长，早在2000多年前的《墨经》中记载了小孔成像的实验。“景到，在午有端，与景长，说在端。”意思是物体的像之所以倒转，是由于屏上有一点状小孔，入射光线在孔中相交的缘故，如图甲所示。
为了探究小孔成像现象，小明找一个空的易拉罐，用钉子在易拉罐底部的中央敲一个小孔，将易拉罐的顶部用剪刀剪去后，蒙上一层半透明的塑料薄膜，用橡皮筋固定住。将点燃的蜡烛置于小孔前的适当位置，观察并研究小孔成像的特点，如图乙所示。
（1）如果易拉罐底部小孔是三角形，则小明在半透明塑料薄膜上看到的像是___________；
A．三角形光斑
B．烛焰的正立像
C．烛焰的倒立像
（2）炎炎夏日，小明看到阳光透过树叶的缝隙在地上留下许多大小不同的圆形光斑（如图丙所示），这是___________（选填“太阳”、“树叶的缝隙”或“树叶”）的___________（选填“实”或“虚”）像，光斑大小不同的原因是树叶缝隙到地面的距离___________（选填“不同”、“相同”）。
3．在探究光的反射定律实验中，如图所示，平面镜M平放在平板上，E、F是两个粘起来的硬纸板，可绕垂直于镜面的接缝ON转动。
实验次序 入射角 反射角
1 30° 30°
2 45°
3 60° 60°
（1）如图乙所示，把半面纸板F向前或向后折，________（选填“能”或“不能”）看到反射光线，说明反射光线与入射光线及法线ON在________；
（2）在探究过程中，小明得到了表所示的数据：小明实验过程中，漏记了一个数据，这个数据是________；
（3）如果让光线逆着OB的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OA方向射出，这表明：________；
（4）分析上述实验数据，你得到的结论是：________。
4．如图甲所示，是芳芳用来探究光反射时“反射光线与入射光线位置关系”的实验装置，将一块平面镜放在水平桌面上，再把一块沿着虚线ON（虚线垂直纸板下边缘）可以折转的白色硬纸板垂直放置在平面镜上。
（1）实验时让光贴着纸板入射是利用光的 __（选填“镜面反射”或“漫反射”）以便显示光路。
（2）调试好实验装置，接下来芳芳操作过程及观察到的现象如下：
I．第一步：如图乙所示，将一束光贴着垂直于镜面的纸板A沿着EO射向O点，纸板B上会显示出反射光束OF；只将纸板B沿着ON虚线向后折转一定角度，如图丙所示，在B板上看不到反射光；将纸板倾斜如图丁所示，在B板上看不到反射光，然后将纸板沿着ON虚线或纸板下边缘转动任意角度，重复上述操作，现象不变，由此现象得出的结论是：_______。
II．第二步：面对纸面方向，将入射光束EO沿顺时针方向转动，逐渐靠近竖直方向时，发现反射光束OF也随着逐渐靠近竖直方向；当入射光束EO垂直平面镜时（与虚线ON重合），只发现一条光束；当入射光束EO继续转动时，发现反射光束OF出现在左侧并逐渐远离竖直方向，由此现象得出的结论是：_____。
III．为了更精确描述反射光线与入射光线的位置关系，芳芳同学测量了入射光线和反射光线与法线之间的夹角即入射角和反射角，如下表所示，从表格中可以得出结论是_____。本次实验中在得出反射角与入射角大小关系时，多次改变入射角大小，是为了____（选填“减小实验误差”“得出普遍规律”）。
实验次数 入射角 反射角
1 20° 20°
2 30° 30°
3 45° 45°
4 60° 60°
（3）若沿着FO的方向射向镜面，如图乙所示，则反射光线________（填序号）
A．不沿着OE的方向射出
B．沿着OE的方向射出
5．在“探究光的反射规律”时：
（1）小李将平面镜平放在水平桌面上，再把白色硬纸板放在平面镜上且与镜面保持 ___________，白色的硬纸板表面应尽可能 ___________（选填“光滑”或“粗糙”）；
（2）小李让一束光EO贴着纸板射到平面镜上，在纸板上会看到反射光线OF
，然后将纸板绕ON向后折，如图乙所示，此时在NOF面上 ___________（选填“看到”或“看不到”）反射光线，为了进一步确定此时反射光线的位置，小李将纸板沿PQ剪开，将纸板的上半部分向后折，如图丙所示，发现在纸板右侧的 ___________（选填“上部”或“下部”）会看到反射光线。让光线贴着纸板沿EO方向射向镜面，反射光线沿OF方向射出，多次改变入射光线EO与ON的夹角进行实验，测量记录入射角和反射角如表格所示，分析此数据得出的结论是 ___________。多次改变入射角进行实验是为了 ___________；
入射角 30° 40° 60°
反射角 30° 40° 60°
（3）当入射角变大时，反射光线 ___________（选填“远离”或“靠近”）法线ON；
（4）如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会看到反射光线沿着OE方向射出，这表明 ___________。
6．在校园科技节活动中，小明观看了“隔着玻璃吹蜡烛”的魔术。表演者介绍图中的道具后旋转平台，使玻璃板一侧正对观众，分两步完成了操作：①用两个打火机同时“点燃”两支蜡烛；②在玻璃板正对观众的一侧吹A蜡烛。观众看到两支蜡烛同时被“吹灭”。小明利用道具，和同学们一起探究其中的奥秘：
（1）用两个打火机同时点燃两支蜡烛，然后模仿表演者吹A蜡烛，结果只吹灭了A蜡烛。和同学讨论后，认为：表演者在表演中只点燃了A蜡烛，B蜡烛并未被点燃。随后，小明通过实验验证了他们的猜想，最终明白了其中的道理：B蜡烛并未被点燃。观众看到的，只是A蜡烛烛焰通过玻璃板所成的________；
（2）小明经过进一步探究，发现了确保表演成功的三个关键点：
①两支蜡烛的大小应符合的要求是：________；
②玻璃板两侧的蜡烛，在放置的位置上应满足的条件是：________；
③必须用玻璃板而不能用平面镜，目的是：________。
7．用如图甲装置，探究平面镜成像的特点：
（1）为了便于确定像的位置，玻璃板应___________放置在水平桌面的白纸上；
（2）将蜡烛1放在A位置，可看到它在玻璃板后面的像。拿一支相同的蜡烛2竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟蜡烛1的像___________时，该位置记为A′；
（3）将光屏放在A′位置，任意转动都承接不到像，可知平面镜成的像是___________像；
（4）改变蜡烛1的位置，重复步骤（2），可得像与物位置的对应关系如图乙，可知平面镜成像时，像与物关于镜面___________；
（5）将图乙中C处的蜡烛沿直线CC′向玻璃板方向移动1cm，此时像与物之间的距离是___________cm。
8．在“探究平面镜成像特点”的活动中：
（1）实验中用玻璃板代替平面镜，利用了玻璃透明的特点，便于确定________，玻璃板应_________放置在桌面上，为保证实验效果，应使用 _____（选填“厚”或“薄”）的玻璃板；
（2）实验过程中应点燃 _____（选填“A”、“B”或“A和B”）蜡烛，若移动B，发现A烛焰的像出现在B“身上”，说明他在选择器材上存在的问题是 ___________；
（3）更换蜡烛后重复上述（2）相同的操作，小心地移动B蜡烛，直到与A蜡烛的像 _____为止，这表明像与物的大小 _____；记录下A、B两支蜡烛在纸上的位置如图乙所示，通过分析得出像与物到玻璃板的距离相等，像与物的连线与玻璃板垂直；为了证实上述有关成像特点是否可靠，你认为应采取的操作是 _____；
A．保持A、B两支蜡烛的位置不变，多次改变玻璃板的位置进行观察、测量
B．保持玻璃板的位置不变，多次改变蜡烛A的位置，进行与上述（3）相同的操作
（4）为了探究像的虚实，正确的操作：将蜡烛B取走，将一块不透明挡板放在图丙中的_____（选填1、2、3）位置，直接观察挡板，发现挡板上看不见蜡烛A的像，证明平面镜所成的像是 _____像；若挡板位于2位置时，人眼从蜡烛A一侧透过玻璃板 _____（选填“能”或“不能”）看到蜡烛A的像；
（5）若实验时，玻璃板不与水平桌面垂直，如图丁所示，则发生的现象是 _____；
A．蜡烛A仍然成像在蜡烛B处
B．蜡烛A成像位于水平面偏上方
C．蜡烛A成像位于水平面偏下方
（6）如图戊所示，若玻璃板的厚度为4mm，则铅笔分别在玻璃板两个面各成1个像，则它们的笔尖相距为 _________mm。
9．某小组同学设计了如图甲所示的实验装置探究光的折射规律，在玻璃水槽中竖直放置的光屏由E和F两个半圆形光屏组成，其竖直方向的直径NOM为两半圆的分界线，其中光屏F可绕直径NOM在水平面内前后折转。
（1）实验时，先让光屏E和F位于同一平面内，一束光贴着光屏E从空气斜射入水中，在光屏F上可以看到折射后的光束。该小组同学将光屏F向后折转一定角度，则在光屏F上_______（选填“能”或“不能”）看到折射光，这说明折射光线和入射光线_______（选填“在”或“不在”）同一平面内；
（2）该小组同学在玻璃水槽底部用另一支激光笔让光贴着光屏F沿BO射向水面时，可看到折射光线沿OA方向射出，这说明在光的折射现象中，光路是_______；
（3）为了更清晰地观察水中的光路，可以采用_______的方法；
（4）小组的小倩在做光的折射实验时，将一束光以相同的入射角从空气分别斜射入水和玻璃中，如图乙所示，分析实验现象可知，不同介质对光的折射本领是_______（选填“不同”或“相同”）的，水对光的折射本领_______（选填“大于”“等于”或“小于”）玻璃对光的折射本领。
10．小明用如图甲所示的装置探究光的折射规律，测得如表所示的两组数据：
表一：光从空气斜射入水中
序号 1 2 3
入射角α/° 20 40 60
折射角γ/° 15 25 40
表二：光从水中斜射入空气中
序号 1 2 3
入射角α/° 40 15
折射角γ/° 60 40 20
（1）表二中有一个数据被遮挡住看不到，请综合分析两个表格中的数据，判断出这个数据应该是：_____；
（2）如果小明在探究光从空气斜射入水中折射特点时，完成了第4次实验，入射角是30°，折射角可能是_____；
A．10° B．20° C．25° D．45°
如果让一束激光从某种玻璃中射向空气（如图一所示），保持入射点不动，改变入射角（每次增加0.2°），当入射角增大到41.8°时，折射光线消失（如图二所示），只存在入射光线与反射光线，这种现象叫做光的全反射，发生这种现象时的入射角叫做这种物质的临界角。当入射角大于临界角时，只发生反射，不发生折射；
（3）当光从空气射向玻璃，_____（填“会”或“不会”）发生光的全反射现象；
（4）一个三棱镜由上述玻璃构成，让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入（如图三所示），请在图中完成这束入射光的光路图_____。
11．图甲是学习光的折射的实验情景，图乙是示意图。
（1）实验前，点燃固定在盒盖下方的蚁香，盖上盒盖、打开亮度较亮的激光，可清晰观察到如图乙的光路，在透明塑料盒的右侧面上可看到一个亮点（如图乙B点）；
（2）向塑料盒中逐渐加入掺有少量牛奶的水，达到一定高度后会观察到在右侧面原来亮点B的上方出现一个亮点C，这个亮点是因为光照射到水面时发生了光的_____现象形成的，还有一个在原来亮点的下方D处；
（3）保持入射光不动，继续加水，会看到原来的下面的亮点向_____移动；（选填“上”或“下”）
（4）为了研究入射角增大时折射角的变化情况，结合图甲、乙说明，应进行的操作是保持水位不变，改变入射角大小，并注意观察的现象是_____。
12．如图所示，通过探究，我们对太阳光有了更多的了解。
（1）太阳能电池板将太阳能转化为_______能，说明光具有_______；
（2）图甲中，阳光通过三棱镜后，在白色光屏上呈现彩色光带，这是光的_______现象，用白色光屏的目的是_______，光屏上A、B是光带边缘的色光，其中A为_______光，说明_______光的偏折角度大；
（3）在屏上标出了三个区域，用温度计测试不同区域的温度，其中能让温度计示数明显上升的区域是_______（选填“①”、“②”或“③”，下同），能消毒杀菌的区域是_______；
（4）图乙中在三棱镜和光屏之间放一块与光屏等大的蓝色玻璃，光屏呈现的光的颜色为_______色；
（5）拓展：在一张白纸上用绿颜料写一个“光”字把它拿到暗室，当只用红光照射时，你看到的现象是：_______纸上面有一个_______色的“光”字；
（6）如果没有三棱镜，也可以用一个水槽盛上水，旁边斜放一个平面镜，使太阳光照射在平面镜上，调整装置角度，就可以在白色墙壁上观察到彩色光带，敲动水槽，使它做微小振动，又可在墙壁上观察到 _______光。
参考答案
1．减小 14 慢 不变
2．C 太阳 实 不同
3．不能 同一平面内 45° 反射现象中，光路是可逆的
4．漫反射 反射光线、入射光线和法线在同一平面内 反射光线与入射光线分居法线两侧 反射角等于入射角 得出普遍规律 B
5．垂直 粗糙 看不到 下部 反射角等于入射角 获得普遍的规律 远离 在光的反射中，光路是可逆的
6．虚像 大小相同 到玻璃板的距离相等，且连线垂直于玻璃板 便于确定像的位置
7．竖直 完全重合 虚 对称 10
8．像的位置 竖直 薄 A AB蜡烛大小不等 完全重合 相等 B 3 虚 能 B 8
9．不能 在 可逆的 在水中加入少许牛奶 不同 小于
10．25° B 不会
11．反射 下 折射角的变化
12．电 能量 色散 呈现彩色光带 红 紫 ① ③ 蓝 红 黑 白
