初中物理平面镜成像的特点、原理、现象及其实验方案实验题

下面是晓婷同学设计的探究“光的反射定律”和“平面镜成像特点”的实验过程．
（1）如图，为了探究“光的反射定律”，晓婷将一张白纸B放在水平桌面上，将一个平面镜A垂直白纸放置，用激光手电贴着　 　（选填“A”或“B”）照射，并记录下了反射角和入射角的度数如下表．通过表格中的数据可得到的结论是　        　．

入射角	15°	30°	60°
反射角	15°	30°	60°

（2）为了探究“平面镜成像特点”，她将平面镜换成了　  　，并取来了两个　 　的蜡烛．在实验过程中，随着蜡烛的燃烧变短，蜡烛的像与用来找像的蜡烛　  　（选填“仍然重合”或“不再重合”），此时所成的像与物大小　  　（选填“相同”或“不相同”）．

如图所示是探究“平面镜成像的特点”的情景：竖立的透明玻璃板下方放一张白纸，再准备A、B两支大小、外形完全一样的蜡烛，然后把点燃的蜡烛A立在玻璃板前，又把蜡烛B放在玻璃板后面，以A蜡烛为成像物体．

（1）如果有3mm厚和1mm厚的两块玻璃板，应选择     mm厚的玻璃板做实验，该实验选择两个相同的蜡烛A和B，是为了比较像与物的      关系．
（2）该实验采用透明薄玻璃板代替日常使用的平面镜，能在观察到A蜡烛像的同时，也能观察到       ，从而确定               ，此时成像的清晰度比日常使用的平面镜       （选填“好一些”或“差一些”）．
（3）如果玻璃板没有放正，将对实验产生什么影响？                     ；
（4）解决以上问题后，蜡烛B与蜡烛A的像能够完全重合，此时若将蜡烛A靠近玻璃板时，则像将_______（选填“靠近”或“远离”）玻璃板移动，像的大小       （选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（5）实验中，当蜡烛B与蜡烛A的像能够完全重合时，撤去蜡烛B并在原蜡烛B的位置放一与玻璃板平行的光屏，则光屏上        （选填“能”或“不能”）显示蜡烛A的像，说明物体通过平面镜所成的像是       像．
（6）图乙是某实验小组的同学经过三次实验后，在白纸上记录的像与物对应点的位置．他们接着就连接像与物的对应点，判断连线与镜面是否       ，再分别测量        _____的距离，判断像与物是否关于平面镜对称．

公共场所中经常看到有人饶有兴趣地低头玩手机游戏，殊不知手机中还有很多其它功能。爱好物理的“620”创新小组的同学们，发现手机有一种“镜子”功能。于是，激起了他们探究平面镜成像特点的兴趣。

【设计实验】

由于用手机中的“镜子”作平面镜进行实验，无法找到像的位置。于是他们选用了玻璃板、规格相同的两个棋子、白纸等，组装成如图所示的实验装置。

【进行实验与收集证据】

（1）小华同学将棋子 $A$移到玻璃板前某位置不动，小普同学在玻璃板另一侧帮忙移动棋子 $B$，无论小普在水平桌面上怎样移动棋子 $B$，小华都看不到棋子 $B$与棋子 $A$的像重合，善于观察的小林同学发现这是因为玻璃板与桌面　　，调整后，小华便能看到棋子 $B$与棋子 $A$的像完全重合。

（2）把棋子 $A$在玻璃板前移动多次，同时调整玻璃板后棋子 $B$的位置，每次都使得棋子 $B$与棋子 $A$的像的位置重合，这不仅可以找到像的位置，还可以比较出像与物的　　关系。

（3）实验中还需要　　，用来测量像与物到玻璃板的　　。

【分析与论证 $]$

平面镜成像的特点是：像与物的大小　　；像与物到镜面的距离　　。利用数学中的知识，平面镜成像的规律也可以表述为：像与物关于镜面　　。

小明同学利用如图所示的装置探究“平面镜成像的特点”。

（1）把一支点燃的蜡烛 $A$放在玻璃板的前面，再拿另一支外形相同的未点燃的蜡烛 $B$竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去跟蜡烛 $A$的像完全重合，这个位置就是像的位置，在白纸上记下 $A$和 $B$的位置。移动点燃的蜡烛，重复多次实验。分别测出 $A$和 $B$到玻璃板的距离，并将现象，数据记录在下表中。

实验次数	1	2	3	4
$A$到玻璃板的距离 $/\mathit{cm}$	3.50	5.00	8.00	10.00
$B$到玻璃板的距离 $/\mathit{cm}$	3.52	5.00	8.10	10.00
像与物的大小关系	相等	相等	相等	相等

进一步实验与分析，可以得到结论：平面镜所成像的大小与物体的大小相等，像和物体到平面镜的距离相等，像和物体的连线与镜面垂直，平面镜所成的像与物体关于镜面　     　；

（2）小明照镜子时，他从与镜相距 $1m$处移动至 $3m$处时，他和像之间的距离改变了　   　 $m$，当他远离镜子移动时，他的像的大小　         　（选填“变大”或“变小”或“不变”）。

某同学为了探究“平面镜成像时，像与物到平面镜的距离的关系”，所用的实验器材有：单面镀膜的玻璃板、支架、两个相同的跳棋、白纸和刻度尺。实验装置如图（甲）所示。

（1）在白纸上画一条直线，将玻璃板竖直立在白纸上，使玻璃板有膜那一面的下边线与直线重合。

（2）用镀膜玻璃板和跳棋做实验，实验环境有：①几乎无光的实验室，②有阳光的实验室，在　      　（选填“①”或“②”）中进行实验效果好。

（3）在同样的实验环境下，用镀膜玻璃板实验比用普通玻璃板实验成像更清楚，主要原因是：　       　。

（4）在白纸上沿跳棋 $A$和 $B$的边缘画圈，测出物距 $u$和像距 $v$的值如下表：

实验次数	1	2	3
物距 $u/\mathit{cm}$	3.39	5.11	6.39
像距 $v/\mathit{cm}$		5.22	6.51

①如图乙所示，第1次实验测量的物距是 $A$的右端到直线的距离，则像距 $v_1=$　   　 $\mathit{cm}$。

②该同学发现三次实验的像距都比物距略大一些，原因是：　      　（只有一个正确选项，将正确选项的字母填在横线上）

$A$．刻度尺测量像距时存在误差 $B$．玻璃板有一定厚度

$C$．物和像的标记点不对应 $D$．玻璃板没有竖直放置

如图甲所示是小林“探究平面镜成像时像与物的关系”的装置，其中A、B蜡烛完全相同，玻璃板固定在50cm处。

（1）小林应选择较 　 　（选填“厚”或“薄”）的玻璃板进行实验。

（2）A蜡烛固定在10cm处，发现B蜡烛在90cm处时与A蜡烛的像完全重合，可初步得出：像与物到平面镜的距离 　 　。

（3）B蜡烛能跟A蜡烛的像完全重合，说明：平面镜所成的像与物体的大小 　 　。在图乙中，若图中的人走下桥，她们在水中的像大小 　 　。

如图1所示，用两根完全相同的蜡烛和一块厚玻璃板探究"平面镜成像的特点"。

（1）用透明玻璃板代替平面镜的目的是可以确定像的 　　。实验中有同学从蜡烛一侧透过玻璃板看到像有"重影"，其原因可能是玻璃板的前后表面都发生了光的 　　射。改善"重影"问题的办法是 　　。解决问题后，移动点燃的蜡烛，多次测量并分析得出结论。

（2）小明发现上述实验中难于准确测量像和物到玻璃板的距离，且未用大小不同的物体进行多次实验，就得出了像与物大小的关系，于是他换用一些完全相同的木块进行实验。

①如图2甲所示，将一组木块置于玻璃板前，改变该组木块的位置，进行三次实验，用笔在白纸上标记出每次像和物的位置，如图2乙所示。根据对应顶点就能准确测出相应的距离，再将白纸沿 　　（选填" $\mathit{EF}$ "或" $\mathit{GH}$ " $)$ 对折，若像和物的对应顶点都 　　，则证明平面镜所成的像和物具有对称性。

②如图3所示，用叠加的方法改变物的大小进行实验，记录数据如下表。分析可知平面镜所成的像与物的大小 　　。

木块的位置	保持不变
物的大小（玻璃板前木块的个数     $/$ 个）	1	2	3
像的大小（玻璃板后木块的个数     $/$ 个）	1	2	3

（3）某小组在较暗的环境中实验时，发现木块的像较暗、不易辨识，联系日常照镜子的经验，解决方法是 　　（选填"照亮木块的像"或"照亮木块" $)$ 。

请按要求完成下列实验：

（1）如图1是“探究平面镜成像特点”的实验装置，小斌同学将薄玻璃板　　放在铺有白纸的水平桌面上，在玻璃板的一侧点燃蜡烛 $A$，透过玻璃板观察另一侧蜡烛 $A$的像；再拿另一支外形完全相同的蜡烛 $B$竖直放在玻璃板后面，调整蜡烛 $B$的位置，若与像重合，说明像与物的大小　　；移去蜡烛 $B$，在其位置上竖立光屏，发现光屏上不能 呈现蜡烛 $A$的像，说明平面镜成正立的　　（选填“虚”或“实” $)$像。

（2）在“探究水沸腾时温度变化特点”的实验中，图2甲的实验中温度计使用有一处明显的错误是　　；改正错误后，水沸腾时温度计如图2乙所示，此时水温为　　 ${}^{°}\text{C}$；实验中如果增大水面的气压，则水的沸点将　　（选填“升高”或“降低” $)$。

如图所示，某小组用玻璃板代替平面镜探究平面镜成像的特点。

（1）为了比较像与物到平面镜的距离，需要的测量工具是　    　；

（2）将一支点燃的蜡烛A放在玻璃板前，再拿一支外形相同　    　（选填“点燃”或“未点燃”）的蜡烛B，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟蜡烛A的像完全重合，这个位置就是蜡烛A的像的位置。

小薇同学探究凸透镜和平面镜的成像规律：

（1）先将光具座上蜡烛的烛焰、凸透镜、光屏三者中心调至　　；

（2）移动蜡烛，光屏上呈现了烛焰的清晰像，如图所示，生活中的　　（选填“照相机”“投影仪”或“放大镜” $)$就是利用了这样的成像原理；

（3）她想用大小合适的玻璃板替换凸透镜探究平面镜成像规律，现有厚、薄两块玻璃板，应选择较　　的玻璃板；

（4）再取两支相同的蜡烛是为了比较像与物的　　关系；光具座上的刻度可以方便比较像与物到玻璃板的　　关系。

如图所示，是小顺同学利用两支外形相同的蜡烛、透明玻璃板、木板、白纸和铅笔等器材“探究平面成像特点”的装置。

①为了便于观察，该实验最好在较　　（选填“明亮”或“黑暗” $)$的环境中进行。

②选取相同的蜡烛，是为了便于比较像和物体的　　关系。

③在玻璃板的后面放一个光屏，无论怎样移动光屏，都不能接收到蜡烛的像，这说明平面镜所成的是　　（选填“实”或“虚” $)$像。

如图是"探究平面镜成像时像与物的关系"的装置。在水平桌面上铺一张白纸，将玻璃板竖立在白纸上，把一支点燃的蜡烛 放在玻璃板前面，一支完全相同，但不点燃的蜡烛 放在玻璃板后面移动，直到看上去它与蜡烛 的像完全重合。移动点燃的蜡烛，多做几次实验。

（1）实验时，选择玻璃板代替平面镜进行实验的原因是 　　。

（2）在寻找蜡烛 的像的位置时，某同学无论怎样调节蜡烛 ，发现都不能与蜡烛 的像重合，发生这种现象的原因可能是 　　。

（3）实验中把蜡烛 远离玻璃板看到的像会远离，像的大小 　　（填"变大""变小"或"不变" 。

（4）若要确认平面镜所成像是虚像还是实像，进一步操作是 　　。

完成下列两个小题：

（1）在“探究平面镜成像”的实验中，如果将蜡烛靠近平板玻璃，像的大小将　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$；在实验中如果把平板玻璃向右倾斜（如图丙），观察到蜡烛的像的大致位置在图中的　　处（选填“ $A$”或“ $B$” $)$。

（2）小杜同学在做“观察水的沸腾”实验中，选用了实验室里常用的温度计，它是根据液体　　的原理制成的。图甲所示是某时刻温度计的示数为　　 ${}^{°}\text{C}$；继续加热，当水温上升到 ${80}^{°}\text{C}$时，每隔 $1\mathit{min}$记录一次温度计的示数，直到水沸腾 $4\mathit{min}$后停止读数，根据记录的数据画出了图乙示数的“温度 $-$时间”图象，根据图象可知此次实验中水的沸点是　　 ${}^{°}\text{C}$。

如图所示，学习光学知识后，小聪对有关实验进行了思考和创新。

①在探究“平面镜成像的特点”实验中，使用透明或玻璃板而不是用平面镜的目的是为了便于确定像的　　；

②当点燃的蜡烛放在玻璃板前 $20\mathit{cm}$的 $A$处时，玻璃板后 $B$处的蜡烛好像也被“点燃”了，小聪拿出一支没有点燃的和 $A$处一样的蜡烛在玻璃板后面移动，直到蜡烛和像　　，说明像与物体大小相等。小聪用凸透镜替换玻璃板，将其放置在 $\mathit{AB}$中点且垂直 $\mathit{AB}$的位置上，将光屏放置在 $B$点时，发现光屏上恰好成了一个清晰倒立、等大的实像，该凸透镜的焦距为　　 $\mathit{cm}$．此时固定蜡烛，换用一个焦距略小一些的凸透镜进行实验，则光屏需向　　（填“靠近”或“远离” $)$凸透镜的方向移动，才能在光屏上在此成清晰的像。

如图是小薇同学“探究平面镜成像特点”的装置：用玻璃板作平面镜，将其竖立在水平面上，在其下面垂直地放一把刻度尺，两支完全相同的蜡烛 $A$、 $B$竖立于玻璃板两侧的刻度尺上。点燃玻璃板前面的蜡烛 $A$，移动蜡烛 $B$直到与蜡烛 $A$的像完全　　。从刻度尺上可以发现，此时蜡烛 $A$到镜面的距离与它的像到镜面的距离　　。