初中物理光直线传播的应用实验题

请阅读《华夏之光—圭表》并回答问题：

华夏之光——圭表

我国古代的天文观测一直居于世界领先地位，天文学家们发明了许多先进的天文观测仪器，其中圭表就是典型的代表。圭表（如图1所示）包括圭和表两部分，正南北方向平放的尺，叫作圭，直立在平地上的标竿或石柱、叫作表，圭和表相互垂直。

战国以前的天文学家已经能够利用水面来校正圭，使其水平，使用铅垂线来校正表，使其与圭相互垂直。

依据圭表正午时表影长度的变化，就能推算出二十四节气，依据表影长短的周期性变化，就能确定一回归年的天数，由于日光散射和漫反射的影响，早期圭表的表影边缘模糊不清，影响了测量表影长度的精度。

为了解决上述问题，元代天文学家郭守敬采取理论与实践相结合的科学方法，对圭表进行了一系列改进与创新。他将表的高度增加，并且在表顶加一根架空的横梁，使表高变为传统表高的五倍。这样，测量时，把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置、提高了测量影长的精度。

郭守敬又利用小孔成像的原理，发明了景符，利用景符可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像（如图2所示），这样就可以精确的测量表的影长了。这些措施成功解决了圭表发明以来，测影时“虚景之中考求真实”的困难。

以圭表为代表的我国古代的科技成果，像一颗颗璀璨的明珠，闪耀着智慧的光芒，激励着我们攀登新的科技高峰。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）请写出我国古代天文学家保证圭和表相互垂直的措施，并解释为什么这种措施可以保证圭和表是相互垂直的。

（2）郭守敬的改进与创新措施解决了早期圭表的什么问题？

（3）除了圭表，请你再列举一个我国古代天文观测仪器。

在观察小孔成像特点时，小波发现：光屏到小孔的距离越远，所成的像越大，像的大小与该距离有什么定量关系？于是他在光线较暗的环境中进一步探究：

1．用发光二极管按“F”字样拼装在不透明的纸板上，如图1甲所示。

2．将“F”字样纸板、带小孔的不透明纸板、半透明塑料板（光屏）依次置于光具座的A、B、C位置，使“F”正立面对小孔，如图1乙所示。

请你回答下列问题：

（1）给二极管通电，随即在光屏上呈现出“F”的像，小波观察到光屏上呈现的像是图2中的　　（填写序号）。

（2）由于小孔成像的原理是光的　，所以这个像是　　（选填“实像”或“虚像”）

（3）保持“F”字样纸板，小孔位置不变，只改变光屏到小孔的距离（像距），用刻度尺逐次测量像高，记录数据如表所示：

实验次数	1	2	3	4
像距v/cm	12.0	16.0	20.0	24.0
像高h/cm	3.0	4.0	5.0	6.0

根据表中的数据，请你用一个数学表达式来表示h与v的关系　　

（4）于是小波得出结论：小孔成像时，同一物体像的大小与像距成正比，你认为这一结论需要补充的条件是　　。

利用太阳光可以完成以下实验。

（1）如图甲所示，太阳光照到人身上形成影子，该现象说明 　　。

（2）如图乙所示，太阳光经过三棱镜发生色散现象，该现象说明 　　。

（3）如图丙所示，太阳光垂直照向凸透镜可在距凸透镜 $10\mathit{cm}$ 处的白纸上得到一个最小、最亮的光斑，该凸透镜的焦距为 　　 $\mathit{cm}$ ；若将一个物体放在此透镜前 $25\mathit{cm}$ 处，可在透镜的另一侧光屏上得到一个 　　像。

学习小组用图1中甲所示的圆柱形纸质套筒做"探究小孔成像规律"的实验，发现像的大小不同，亮度也不一样。

（1）关于像的亮度与哪些因素有关，他们提出以下猜想：

猜想1：与小孔到光屏的距离有关；

猜想2：与小孔的形状有关；

猜想3：与小孔的大小有关；

①类比利用太阳光测凸透镜焦距时，光屏从焦点处远离透镜过程中，光斑越大越暗的现象，可判断猜想1是

　　的。

②验证猜想2时，固定烛焰、纸筒和光屏的位置，更换使用如图1中乙所示的三个小孔进行实验，分别观察比较所成像的亮度。他们实验中存在的问题是 　　。

③为验证猜想3，固定烛焰、小孔和光屏位置，只改变圆孔直径，观察到的现象如下表：

圆孔的直径/mm	小于1.0	1.0	1.5	2.0	2.5	4.0
像的清晰度	清晰	清晰	清晰	清晰	较模糊	模糊
像的明亮程度	﹣﹣﹣﹣﹣逐渐变亮→

实验现象表明：在小孔成像清晰时， 　　。

（2）学习小组对像的清晰度与亮度问题作进一步探究，如图2所示：

①在纸筒底部中心开一小孔a，又在a上下等距的位置再开两个小孔b、c，光屏上观察到三个像。在b、c两孔处放置两相同的三棱镜，移动光屏到图丙位置时，光屏上只出现一个清晰的更亮的像。则b、c两小孔处三棱镜放置的方式可能是 　　。

②他们设想在b、c两孔之间再开若干个小孔，并在小孔处放置棱镜，所成的像都与b、c两孔处三棱镜所成的像重合，则光线通过这些棱镜的偏折程度比通过b、c两孔处三棱镜的要 　　（选填"大"或"小"）

③若开一个大孔，并在大孔处放一合适的凸透镜替代上述所有棱镜后，恰能在图丙位置光屏上呈现清晰的像，则此像是 　　倒立的实像；若只用a孔替代凸透镜，在图丙位置光屏上所成的像与该透镜所成的像相比，像的亮度 　　，像的大小 　　。

某校研究性学习小组同学进行一组光学综合实践活动．
（1）如图（a）所示，通过三个小孔能看到的烛焰      （选填“是”或“不是”）烛焰通过小孔成的像；
（2）如图（b）所示是用易拉罐制作的简易针孔照相机，利用它观察烛焰时，孔对着       ，膜对着     ，（选填“烛焰”、“眼睛”），可以看见倒立的              像（选填“实”或“虚”）；像的形状跟孔的形状            （选填“有关”或“无关”）。

（1）如图所示，小明将一枚硬币放在碗的底部，眼睛在A处恰好看不到它，这是因为光的   现象。沿碗壁缓缓向碗中加水，小明在A处又看到硬币，这是利用了光的     现象，此时小明看到的是硬币的      (选填“虚”或“实”）像。

（2）如图所示，在水平桌面上放置一个硬币并沿箭头所示方向吹气，发现有几次“硬币起飞”了，小明思考产生这一现象的原因：通过硬币上部空气流速大，压强       ；而硬币下面没有气流通过，下方气压始终是p₀，从而产生压力差，给硬币一个向上的动力。
（3）“硬币起飞”的条件是什么呢？查寻规律：在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下，空气流速v与压强p的关系可表示为1/2ρv²＋p = p₀（其中ρ表示空气密度，p₀是常数，表示没有气流时的环境气压）。本研究需要知道硬币的质量m（或重力G）和硬币上（或下）表面面积S。
（4）小明同学用如图所示的方法测定硬币表面面积，图中刻度尺的示数为     cm ，由此测得硬币的直径，算出硬币的表面积S。
（5）先利用天平称出多个硬币的总质量，然后计算出单个硬币的质量。(4)(5)两次实验中用了同一种方法测物理量，这样做的目的是                         。
（6）请导出刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式 v=_____ ____（用ρ、S、m表示）。

请写出下列图中几个实验所揭示的物理道理：

甲：                                                                
乙：                                                                
丙：                                                                
丁：                                                                

给你一个圆柱形平底玻璃杯、一桶水、一支笔、一张纸、一小勺奶粉、一把激光手电筒。请你选择以上器材设计出二个不同的光学实验，并按以下要求填写

器材	简要操作方法	可能观察到的现象	简单解释
例如：杯、水、笔	①将杯盛满水 ②将笔放在玻璃杯一侧，从另一侧看笔	笔被放大了	盛水玻璃杯相当于放大镜

 

根据你所学的知识回答下列问题

（1）如图中是小孔成像的实验，在屏幕上成蜡烛明亮清晰的像，小孔成像现象可以由         知识来解释。
（2）为了探究光反射时的规律，小明进行了如图所示的实验。当他把纸板B旋转一定的角度，发现反射光看不到了，说  明                            。如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，这表明           。

2009年7月22日（农历六月初一）上午，在我国长江中下游地区，看到了本世纪最重要、持续时间最长的一次日全食，在上海和杭州地区，人们可以“享受”到大约5-6分钟的日全食时间：
（1）如图所示是发生日食时地球、太阳、月亮的位置，其中A是       。

（2）小华借助小孔成像实验装置对“”形太阳进行观察，纸盒上扎有圆形小孔，则她在半透明光屏上看到像的形状是（  ）


（3）日食的产生是由于        形成的。
（4）若纸盒上的小孔变为三角形，则她在半透明光屏上看到像的形状是（  ）

A．三角形

B．圆形

C．月牙形

D．无法判断

2005年春节晚会上，一群风华少女用精美绝伦的舞蹈把我国佛文化中的“千手观音”演绎得淋漓尽致，给人以美的熏陶，善的启迪。
（1）观众看不见领舞者身后站着的其她舞蹈者，这是因为光的        的缘故。
（2）佛光普照，梵音如丝，聆听脱俗乐音。佛光是舞蹈者手上的饰品发出的，饰品      .（填“是”或“不是”）光源
（3）我们能分辨出究竟是何种乐器在发声，因为不同的乐器发声，其      是不同的。
（4）舞台上云雾缭绕，宛如天庭，它们是干冰       时吸热导致空气中的水蒸气遇冷   .而产生的效果。（填物态变化）

.如图所示，找一个空的易拉罐，用钉子在易拉罐底部的中央钻个小孔，将易拉罐的顶部剪去后，蒙上一层塑料薄膜，这样就制成了一个针孔照相机，其实就是小孔成像的实验装置。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：

（1）蜡烛在塑料薄膜上所成的像是        （填“实像”或“虚像”）；其成像的原理
是                  。
（2）如果易拉罐底部小孔是三角形，则他在塑料薄膜上看到的像是（   ）                                           

A．三角形光斑

B．圆形光斑

C．蜡烛的正立像

D．蜡烛的倒立像

（3）将蜡烛在孔前绕顺时针旋转，则它在塑料薄膜上所成的像是     （选填“顺”或“逆”）时针旋转的。
（4）为了增大蜡烛所成的像，可采取的办法是：
a.                                  ； b.                                 。

为了研究影子长度与哪些因素有关，某科学兴趣小组的同学做了如图实验：在水平地面上竖直固定一根长杆，长杆上装有一个可以上下移动的点光源A，再在地面上竖立一根短木条(短木条始终低于点光源A)。

(1)保持短木条的长度和位置不变，该同学将点光源A从图示位置逐渐向上移动，测得数据如下表：

点光源的高度H／cm	20	30	40	50	60
影子长度L／cm	30	15	10	7.5	6

该科学兴趣小组同学做此实验，想要验证的假设是                               
                       
(2)分析上述实验数据还可看出：在点光源逐渐上移过程中，若点光源高度的增加量相同，则影子长度L的变化量          (选填“增大”、“减小”或“不变”)
(3)图中S可表示点光源到短木条的距离，如果要研究影子长度L与点光源到短木条的距离S的关系，应如何操作                                                     

如图所示，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，将易拉罐的顶部剪去后，蒙上一层塑料薄 膜，这样就制成了一个针孔照相机，其实就是小孔成像的实验装置。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：

（1）蜡烛在塑料薄膜上所成的像是    （填“实像”或“虚像”）；其成像的原理
是                                       ；
（2）如果易拉罐底部小孔是三角形，则他在半透明纸上看到的像是（    ）                                           

A．三角形光斑

B．圆形光斑

C．蜡烛的正立像

D．蜡烛的倒立像

（3）将蜡烛在孔前绕顺时针旋转，则它在塑料薄膜上所成的像是    （选填“顺”或“逆”）
时针旋转的；
（4）为了增大蜡烛所成的像，可采取的办法是：
a.                               ；  b.                               

2009年7月22口上午，我国的部分地区能观察到日全食．观测日全食不能用肉眼直接对着太阳，如果没有专用的太阳滤镜，可采用如图所示的两种简便方法：如图甲所示，准备一盆黑墨水置于阳光下，在脸盆中能观察到太阳的像，这是利用了          成像原理；如图乙所示，将手指展开，互相垂直叠放，对着阳光，在白纸上也能观察到太阳的像，这利用了光沿      传播的原理．