重难专项2 光学实验
类型1 探究光的反射规律
1．如图是小红同学“探究光的反射规律”的实验装置。
（1）选用白色硬纸板表面要做成粗糙，其目的是使光在纸板上发生 （选填“漫反射”或“镜面反射”），这样我们就能从各个方向看清光的传播路径；
（2）小红同学把硬纸板B沿PQ剪开，将硬纸板的上半部分向后折转一定的角度，如图乙所示，发现在硬纸板的 （选填“上”或“下”）半部分看不到反射光线。此现象说明反射光线、入射光线、法线在 ；
（3）若将一束光贴着纸板B沿FO射到O点，看到了反射光线恰好沿OE方向射出，这表明光在反射时，光路是 的；
（4）实验中，将纸板沿ON对折，发现描绘的反射光线OF与入射光线EO完全重合，马上得出反射角等于入射角的结论。同桌提醒要多做几次实验，是因为 （选填字母代号）。
A．多次实验，减少误差
B．多次实验，避免偶然性，寻找普遍规律
2．小红和同学一起探究光的反射规律，所用的实验装置如图所示。
（1）小红用纸板呈现并记录入射光和反射光的路径（图甲），同学能从不同位置看到入射光和反射光，这说明光在纸板表面发生的是 反射；
（2）若将入射光EO靠近法线ON时，反射光OF将 （填“靠近”或“远离”）法线ON；
（3）小红多次改变入射光的位置，并记下反射光，测出入射角和反射角的大小，如下表，分析表中数据可知第 （填实验次数）次实验数据是错误的，如果错误的是反射角的大小，则小红出错的原因可能是 。去掉错误的数据，分析表中其余数据可得结论： 。小红多次改变入射角的大小，目的是 ；
次数 1 2 3 4 5
（4）小红将纸板右侧向后翻折，如图乙所以，同学发现在纸板上看不到反射光，由此可得结论： ；
（5）将一束光沿FO方向入射，则反射光将沿 方向射出。
3．图所示是“探究光的反射规律”的实验装置。
（1）实验中，纸板应 平面镜放置；
（2）使一束光贴着纸板A沿EO方向射向平面镜，图21观察反射光线在纸板B上的位置，描绘出反射光线和入射光线的径迹，如图21甲所示。量出入射角和反射角，并记录于表格中。
实验次数 1 2 3
入射角 30° 45° 60°
反射角 30° 45° 60°
实验时要多次改变入射角的大小并进行测量比较，目的是 ；
A．减小误差 B．寻找普遍规律
比较反射角和入射角，可以得出的结论是 ；
（3）图甲中若让光逆着OF的方向射向平面镜，会看到反射光沿着OE方向射出。这表明：光反射时，光路是 的；
（4）在图乙中，将纸板B沿PQ剪开，把纸板B的上半部分向后折转。实验时发现在纸板B的上半部分 （选填“能”或“不能”）看见反射光线，表明反射光线、入射光线和法线在 内。
4．小林在“探究光的反射规律”实验中，如图甲所示，把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直的立在平面镜上，使一束光贴着纸板沿某一角度射到O点，经平面镜反射，沿另一个方向射出。在纸板上用笔描出入射光EO和反射光OF的路径。
（1）如图，用激光笔让一束光沿着EO平行纸板射向镜面上的O点，小林能从不同方向看到纸板上的光束，是因为发生了 反射，在纸板上画出光路，再次改变EO的方向，重复上述实验，取下纸板，用量角器量出光线EO与 （选填“ON”或“OF”）的夹角，即为入射角，记下数据，比较反射角和入射角的大小关系；
（2）图中，当光沿FO的方向射向O点时，光会沿着OE的方向射出，说明在反射现象中光路是 的；
（3）改变光束入射的角度，多做几次，换用不同颜色的笔记录每次光的径迹。取下纸板，用量角器测量ON两侧的和，是为了 ；根据实验结论可知：当入射光线与反射光线的夹角为60°时，反射角为 。
类型2 探究光的折射规律
5．在验证“光的折射规律”的实验中，小华同学利用激光笔、水槽、水和一个可绕折转的光屏进行了如图所示实验。
（1）实验中应选择表面较 （选填“光滑”或“粗糙”）的光屏来承接光路，打开激光光源，当光从空气射入水中时，传播方向 （选填“一定”或“不一定”）发生改变；
（2）小华将折射光线所在的半个光屏向后折转一个角度，她这样操作的目的是为了验证 ；
（3）保持入射光线不变，向水槽中缓慢地持续加水，小华发现折射光线在水槽底部形成的光斑逐渐向左移动，于是她认为折射角在逐渐变小。她的观点是否正确？ （选填“正确”或“不正确”）；
（4）小华测得如下表所示的两组数据：
表1：光从空气斜射入水中表
序号 1 2 3
入射角/° 30 45 60
折射角/° 22 32 40
2：光从水中斜射入空气中
序号 1 2 3
入射角/° 22 ◆ 40
折射角/° 30 45 60
①表2中“◆”数据被遮挡住看不到，由表中信息可知这个数据是 ；
②如果小华在探究光从空气斜射入水中的折射规律时，完成了第4次实验，入射角是，折射角可能是 ；
A． B． C． D．
6．小明在做探究“光的折射规律”的实验时，让入射光从水中射向空气，得到如下表格。（当反射能量达到100%时，折射光线消失）
入射角i 0° 10° 20° 30° 40° 41. 8° 50°
折射角r 0° 15. 2° 30. 9° 48. 6° 81° 90°
反射能量 5% 7% 26% 43% 84% 100% 100%
（1）光的折射现象一般都会伴随着反射现象的发生，当入射角增大时，则折射角 （填“增大”“减小”或“不变”）；
（2）当入射角i=45°时，光线 （填“能”或“不能”）从空气中传播出来；
（3）当入射角i ≥ °时，折射光消失，反射光会变得更亮，即发生光的全反射现象。图像中的图线 （填“a”或“b”）反映了上述实验中的两角关系；
（4）通过对实验数据的分析可知，如果光从空气射向玻璃， （填“能” 或“不能”）发生全反射现象。
7．小夏探究光的折射规律，将一束光从空气斜射入水中发生折射，实验数据如表：
实验序号 1 2 3 4 5
入射角i 15° 30° 45° 60° 75°
折射角r 11° 22° 32° 40° 46°
（1）分析数据，可以得到结论：光从空气斜射入水中时，折射角 入射角；当入射角逐渐减小时，折射角逐渐 ；
（2）让光从水斜射向空气，当入射角为40°时，折射角为 ；不断增大入射角，折射角也随之增大，其中先接近90°的是 角。
8．阅读短文，回答问题．
如图所示，让一束光从半球形玻璃射向空气，保持入射点O不动，当入射角较小时，在界面处既发生了反射，又发生了折射；增大入射角，反射角和折射角也增大：当入射角增大到40°时，折射角增大到90°，折射光线恰好消失，此时只有入射光线和反射光线．回答下列问题：
（1）如图中，光线 是入射光线，光线 是反射光线，光线 是折射光线．
（2）实验中光线OB顺时针旋转时，光线OA旋转方向为 （选填“顺时针“或“逆时针”）．
（3）当入射角等于30°时，反射角 30°，折射角 30°（均选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（4）若光从空气射向半球形玻璃的O点，不断增大入射角，折射角 达到90°（选填“能”或“不能”）．
类型3 探究平面镜成像特点
9．小明用如图所示器材探究平面镜成像的特点，其中蜡烛A、B完全相同。
（1）该实验用玻璃板代替平面镜，是为了方便确定 ，此时成像的清晰度比日常使用平面镜 （选填“好一些”或“差一些”）；
（2）实验时，将点燃的蜡烛A放在玻璃板前，在玻璃板后面放一支蜡烛B，使它与 重合，从而得出像和物等大，这里采用的是等效替代法，让蜡烛B替代 （填“蜡烛A”或“蜡烛A的像”）；
（3）小红将蜡烛A逐渐远离玻璃板时，它的像 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（4）如果实验中把垂直桌面的玻璃板向像的一侧平移距离L，发现像会向 （选填“相同”或“相反”）的方向移动，且移动的距离为 ；
（5）同组的小华用两个棋子做实验，发现棋子A的像A′偏暗，为了使A的像更亮，你的做法是 。
10．如图，是“探究平面镜成像特点”的情景：竖立的透明玻璃板下方放一把直尺，直尺与玻璃板垂直，以A蜡烛为成像物体。
（1）为便于观察，该实验最好在 环境中进行（选填“较明亮”或“较黑暗”）；此外，采用透明玻璃板代替平面镜，但却能在观察到A蜡烛像的同时，也能观察到 ，巧妙地解决了确定像的位置和大小的问题；
（2）点燃A蜡烛，小心地移动B蜡烛，直到与A蜡烛的像 为止，这时发现像与物的大小 ；进一步观察A、B两支蜡烛在直尺上的位置发现，像和物的连线与玻璃板 、像和物到玻璃板的距离 ；
（3）为证实上述有关成像特点是否可靠，你认为应采取下列哪一项操作？ 。
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
B．保持玻璃板位置不变，多次改变A蜡烛的位置，重复上述（2）中步骤
11．为了探究平面镜成像特点，小柯将一块厚度为的玻璃板（P和Q两个平面都是可以作为平面镜使用，如图甲所示）竖直架在水平台板上面，再取两支完全相同的蜡烛A和蜡烛B，分别竖直置于玻璃板两侧，点燃玻璃板前的蜡烛A，进行实验。
（1）在实验中，为使实验的效果更好，实验室内光线应 一些（选填“亮”或“暗”），小柯透过玻璃板看到了蜡烛A的2个清晰的像，他用 （选填“点燃”或“未点燃”）的蜡烛B找到了这两个像，分别位于图中的和处，其中处的像是蜡烛A通过玻璃板的 （选填“P”或“Q”）平面镜成像得到的；
（2）探究蜡烛A的像是实像还是虚像，写出实验操作 ；
（3）小柯按照图甲中的测量方法，改变蜡烛A的位置，认真测量并记录了一些数据：得出像距小于物距的结论。你认为他的测量错误的是( )（选填“物距u”或“像距v”），根据数据推算玻璃板的厚度为 ，小柯吸取了经验教训，重新选择了一块 （选填“薄”或“厚”）的玻璃板进行了实验；
物距 5.0 6.0 7.0 8.0
像距 4.5 5.5 6.5 7.5
（4）在探究像与物大小关系时，小柯用一个跟A蜡烛完全相同的B蜡烛，在玻璃板后面移动，使其跟A蜡烛的像重合，此时B蜡烛 （选填“替代蜡烛A”或“替代蜡烛A的像”，下同）；在探究像与物到镜面的关系时，测量B蜡烛到镜面的距离，此时B蜡烛 ；
（5）小柯用图甲中的器材探究平面镜成像的特点时，发现不便得到像和物左右之间的关系。为解决这一问题，应选用图乙中的 （选填字母）棋子进行实验。
12．五代时期名士谭峭所著《化书》中，记载了照镜子时“影与形无异”的现象。关于平面镜成像的特点，小明用图甲所示装置进行了探究。
（1）用玻璃板代替平面镜进行实验，目的是便于 ；
（2）把一支点燃的蜡烛A放在玻璃板前面，再拿一支外形相同但不点燃的蜡烛B在玻璃板后面移动，直到看上去它跟蜡烛A的像完全重合，说明平面镜所成的像与物体大小 ，证实了“影与形无异”；
（3）改变蜡烛A的位置，进行三次实验，用直线将物和像的位置连接起来，像和物体的连线与镜面垂直，用刻度尺测得像和物到镜面的距离 ；
（4）若在玻璃板后放置一块木板，蜡烛A （选填“仍能”或“不能”）通过玻璃板成像；
（5）如图丙，将玻璃板倾斜，蜡烛的像将 （选填“仍然”或“不再”）与蜡烛关于镜面对称。
类型4 探究凸透镜成像规律
13．小华利用“F”光源来研究凸透镜成像。
（1）实验前，小华应调整“F”光源和光屏的中心在凸透镜的 上；
（2）小华将“F”光源、凸透镜和光屏按照图1所示位置放置时，光屏上能成清晰的像，所成的像是 立的。凸透镜的焦距为 cm；
（3）小华继续进行研究，当出现图2所示场景时，光屏上的像是清晰的；
①依此成像原理可制成 （选填“投影仪”“照相机”或“放大镜”）；
②现保持光源和光屏位置不变，小华将凸透镜移至另一位置，发现光屏上也成清晰的像，此时凸透镜所在位置的刻度是 cm。若要再模拟近视眼成因，小华仅需将光屏向 移动少许。
14．在利用光具座进行凸透镜成像的实验探究中：
（1）如图甲所示，一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后，在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑，由图可知该透镜对光线有 作用，该凸透镜的焦距是 cm。
（2）将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上，点燃蜡烛后，无论怎样移动光屏都不能在光屏上得到像，请你指出其中一条可能 的原因： 。
（3）调整后，把烛焰放在距凸透镜16cm处时（如图乙），如果将蜡烛在乙图的基础上远离透镜，光屏应向 （选填“靠近”或“远离”）透镜的方向移动。
（4）实验过程中，将凸透镜的上半部分用不透明的纸遮住时，光屏上的像 。
（5）如图丙所示，当凸透镜位于光具座上A处时，恰好在光屏上成清晰的像（图中未标出），光屏上再次成清晰的像，透镜先后两次所在位置A、B之间的距离s= （用L0、L表示）。
15．如图所示，探究凸透镜成像规律。
（1）光屏上得到的清晰像是 、缩小的实像，生活中使用的 （填“照相机”“放大镜”或“幻灯机”）是利用此原理制造的。
（2）实验用凸透镜焦距是 （填“8cm”“12cm”或“16cm”），仅移动凸透镜至刻度值 cm处，光屏上可再次呈现一个清晰的像。
（3）光屏向右移动一小段距离，凸透镜和烛焰间放置一个合适的 （填“近视”或“远视”）眼镜，屏上可再次得到烛焰清晰的像。
16．实验小组的同学用如图所示的装置来探究“近视眼的缺陷”。他们用蜡烛代表眼睛观察的物体，用凸透镜代表眼球的晶状体，用光屏代表视网膜。为判断近视眼不戴眼镜时物体成的像在视网膜前还是视网膜后，小明提出如下实验方案：
先不给凸透镜戴眼镜，让烛焰在光屏上成像，然后给凸透镜戴上眼镜，移动光屏，再次让烛焰在光屏上成像，比较两次像距的大小。
实验时，要注意调节烛焰、凸透镜、光屏的高度，使它们的中心大致在 ，这样做的目的是 。
下表是小明通过实验测得的数据：
实验序号 物距u/cm 不戴眼镜的像距v1/cm 戴眼镜的像距v2/cm 像的性质
1 45.0 12.5 13.8 倒立缩小
2 40.0 13.5 14.2 倒立缩小
3 30.0 15.0 16.0 倒立缩小
4 15.0 30.0 35.6 倒立放大
（1）小组同学通过分析认为，第 次数据是无效的，原因是 ；
（2）分析表格中的数据，我们发现，v1 （选填“>”“<”或“=”）v2，所以近视眼镜的作用是使像 （选填“远离”或“靠近”）晶状体。那么近视眼不戴眼镜时，物体通过晶状体所成的像落在视网膜的 （选填“前”或“后”）方；
小华进一步思考后提出另一实验方案∶
先给凸透镜戴上眼镜，让烛焰在光屏上成像，然后取下眼镜，再让烛焰在光屏上成像，比较两次像距的大小；
（3）你认为小华的实验方案 （选填“可行”或“不可行”）。
参考答案：
1．漫反射 上 同一平面内 可逆 B
2．漫 靠近 5 错将反射光线与镜面的夹角当成反射角 反射角等于入射角 多次实验寻找普遍规律 反射光线、入射光线和法线在同一平面内 OE
3．垂直 B 光的反射现象中，反射角等于入射角 可逆 不能 同一平面
4．漫 ON 可逆 寻找普遍规律 30°
5．粗糙 不一定 折射光线与入射光线和法线是否在同一平面 不正确 32 B
6．增大 不能 41.8 a 不能
7．＜ 减小 60° 折射
8．CO OA OB 逆时针 等于 大于 不能
9．像的位置 差一些 蜡烛A的像 蜡烛A的像 不变 相同 2L 用光源对着物体照射
10．较黑暗 蜡烛B能否与A的像完全重合 完全重合 相同 垂直 相等 B
11．暗 未点燃 P 在像的位置放一光屏，如果像可以在光屏上呈现，则为实像，若不可以，则为虚 像 像距v 0.5 薄 替代蜡烛A 替代蜡烛A的像 a
12．确定像的位置 相等 相等 仍能 仍然
13．主光轴 倒 5.0 投影仪 17.5 右
14．会聚 11.0 物距小于焦距，成虚像 靠近 还是完整的，但变暗 L0﹣2L
15．倒立 照相机 12cm 40 近视
16．凸透镜的主光轴上 使烛焰的像成在光屏中间 4 眼睛不可能成倒立放大的像 < 远离 前 可行
