初中物理透镜及其应用解答题

如图所示，某同学用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律，当向水透镜里注水时，水透镜的焦距将变小；当从水透镜里抽水时，水透镜的焦距将变大。

（1）如图1所示，一束平行于主光轴的光射向水透镜，在光屏上得到一个最小光斑，则此时水透镜的焦距为　　 $\mathit{cm}$，实验前，应调节烛焰、水透镜和光屏三者中心在　　；

（2）该同学移动蜡烛，水透镜和光屏至图2所示位置时，恰能在光屏上看到清晰的像，利用此成像特点可制成　　（选填“照相机”或“投影仪” $)$；若仅将蜡烛与光屏位置对调，则在光屏上　　（选填“能”或“不能” $)$看到清晰的像；

（3）在图2所示实验场景下，该同学把自己的眼镜给水透镜“戴上”（如图3所示），当从水透镜中抽出适量的水后，他发现烛焰的像再次变得清晰，由此判断该同学戴的是　　眼镜（选填“近视”或“远视” $)$。

利用光具座以及蜡烛、凸透镜、光屏等器材，可进行“探究凸透镜成像规律”的实验。

（1）实验时，首先在光具座上放置实验器材，若光具座 $A$处放置蜡烛（如图所示），则 $C$处应放置　　（选填“凸透镜”或“光屏”。器材正确放置后，还应对其进行调整，使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的　　上。

（2）实验后，可得出凸透镜成像规律。根据成像规律判断下列说法，说法正确的是　　

$A$．若凸透镜的焦距为 $10\mathit{cm}$，则烛焰距离凸透镜 $30\mathit{cm}$时，可在光屏上成放大的像

$B$．实验过程中，蜡烛因燃烧而变短，则烛焰在光屏上的像会下移

$C$．若烛焰朝着凸透镜方向前后不断晃动，则光屏上仍能观察到清晰的烛焰像

$D$．若烛馅在光屏上成缩小的像，则光屏到凸透镜的距离小于烛焰到凸透镜的距离

（3）某物理兴趣小组在探究凸透镜成像规律后，得到了如下数据：

实验序号	物距 $u/\mathit{cm}$	焦距 $f/\mathit{cm}$	像的性质	像距 $v/\mathit{cm}$
1	12	10	倒立放大实像	60
2	14	10	倒立放大实像	35
3	15	10	倒立放大实像	30
4	30	10	倒立缩小实像	15
5	30	12	倒立缩小实像	20
6	30	15	倒立等大实像	30

下列对表中数据的分析，错误的是　　

$A$．当凸透镜的焦距相同，物距不同时，所成的像有可能相同

$B$．当物距相同，凸透镜的焦距越大时，像距越大

$C$．当物距相同，凸透镜的焦距不同时，所成像的性质有可能相同

$D$．当凸透镜的焦距相同，且成放大实像时，像距与物距之和随物距的增大而减小

（4）将蜡烛置于凸进镜一倍焦距处，结果仍能观察到烛焰放大的像，这是为什么？

实验室常用蜡烛完成乙图光学实验：

（1）图甲为小孔成像示意图，该现象可以用　　来解释。

（2）图乙为探究平面镜成像特点的实验装置，若蜡烛 $A$到玻璃板距离为 $10\mathit{cm}$，则蜡烛的像 $B$与蜡烛 $A$之间的距离为　　 $\mathit{cm}$；若在像和玻璃板之间放置一个不透明的挡板，从蜡烛 $A$一侧观察玻璃板，　　（填“能”或“不能” $)$看到蜡烛所成的像。

（3）图丙为探究凸透镜成像规律的实验装置。当蜡烛、凸透镜和光屏处于图示位置时，可在光屏上得到清晰的像。保持凸透镜位置不变，将蜡烛向右移动到 $35\mathit{cm}$刻度线处，此时可将光屏向　　（选填“左”或“右” $)$移动适当距离能再次得到清晰的倒立、　　的实像；若不移动光屏，可在烛焰和透镜之间放置一个适当的　　透镜（选填“凸”或“凹” $)$也能在光屏上得到一个清晰的像。

图甲是某型号视频展示台，其摄像头中的镜头相当于一个焦距可调的凸透镜，使用时，将物品放在展示台的摄影面板上。

（1）该视频展示台摄像头的镜头焦距可调范围为 $5.4\mathit{mm}-64.8\mathit{mm}$，把一张照片放在投影面板上，镜头离投影面板的距离为 $40\mathit{cm}$，照片通过镜头成的像是　　

$A$．放大的实像     $B$．缩小的实像 $C$．放大的虚像       $D$．缩小的虚像

（2）与视频展示台配套使用的投影幕是依靠电动机来控制升降的，小明用如图乙所示的电路进行模拟研究，电路中直流电动机的线圈电阻为 $2\Omega$， $R_0$为阻值是 $10\Omega$的定值电阻，电源电压保持 $12V$不变，闭合开关 $S$，当电动机正常工作时，匀速提升重为 $0.4N$的物体，此时电压表示数为 $6V$，求：

①电动机正常工作时，通过电阻 $R_0$的电流是多大？

②电动机正常工作2秒所消耗的电能是多少？

③若电动机正常工作时，有 $5\%$的机械能用来提升物体，物体在2秒内上升的高度是多少？

按要求作图（请保留作图痕迹） $:$

（1）如甲图所示，完成图中的光路。

（2）如图乙所示，在水平桌面上用手指压铅笔尖，铅笔在竖置位置处于静止状态，在图中画出铅笔所受弹力的示意图。

（3）如图丙所示，通电导线中电流的方向向右，磁场对通电导线作用力的方向如图 $A$所示，改变实验条件，在图 $B$中画出磁场对通电导线作用力的示意图。

在“探究凸透镜成像规律”的实验中。

（1）使发光体 $F$和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，最简便的操作是：　　。

（2）如图所示，发光体 $F$在光屏上成倒立、　　的清晰实像，　　就是这一原理的应用。

（3）接着给凸透镜戴上近视眼镜，发现光屏上的像变模糊了，在不移动发光体 $F$和凸透镜位置的情况下，为使光屏上再次呈清晰的像，应将光屏向　　（靠近 $/$远离）凸透镜方向移动。

小明用蜡烛和毛玻璃光屏做“探究凸透镜成像规律“的实验。

（1）测量焦距时，将凸透镜正对太阳光，移动透镜，让太阳光在白纸上会聚成一个　　的光斑，用刻度尺测量光斑到　　的距离，结果为 $10.0\mathit{cm}$。

（2）如图所示，刚开始实验时烛焰的像只有一小部分成在光屏边缘的 $A$处，大部分不在光屏上，产生这一现象的原因是　　。

（3）当蜡烛距透镜 $5.0\mathit{cm}$时，光屏上　　（有 $/$没有）烛焰经透镜折射后的光线，此时，像成在　　（光屏 $/$蜡烛）一侧。

（4）小明用 $\mathit{LED}$灯做成字母“ $F$”替换蜡烛，将它放在距透镜 $15.0\mathit{cm}$处，在光屏上成清晰的像。小明在毛玻璃光屏后面观察物和屏上的像，他直接看到的物为“ $F$”。则他看到屏上像的形状为　　；移去光屏，在光屏左侧看到像的形状为　　。

在“探究凸透镜成像的规律”的实验中，透镜的焦距为 $10\mathit{cm}$。当蜡烛距凸透镜 $15\mathit{cm}$时，在光屏上能成清晰的倒立、　　的实像，　　就是利用这一成像规律制成的；如果将蜡烛移动到距凸透镜 $30\mathit{cm}$处，应将光屏　　（选填“靠近”或“远离” $)$凸透镜才能再次得到清晰的像。

在探究“凸透镜成像规律”的实验中。

（1）如图甲，平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则凸透镜的焦距 $f=$　　 $\mathit{cm}$。

（2）如图乙，光屏上呈现清晰的像，此像的性质是倒立、　　的实像。若保持蜡烛和光屏位置不变，移动透镜至　　 $\mathit{cm}$刻度线处，光屏上能再次呈现清晰的像。

（3）保持蜡烛位置不变，移动透镜至 $16\mathit{cm}$刻度线处（如图丙），则人眼按图　　。（选填“ $A$”、“ $B$”或“ $C$” $)$的方式可观察到烛焰的像。

（4）如图丁，光屏上能成清晰的像，在烛焰和凸透镜之间放一副眼镜，发现光屏上的像变模糊了，将光屏向透镜移动适当距离后光屏上再次呈现清晰的像，则该眼镜是　　眼镜。（选填“近视”或“远视” $)$

用如图所示的装置做“探究凸透镜成像规律”实验。图甲中一束平行光射向凸透镜，光屏上得到一个最小、最亮的光斑（未画出）。

（1）图乙中烛焰在光屏上恰好成一清晰的像（未画出），则该像是倒立、　　的实像。

（2）若在图乙中将凸透镜移到 $55\mathit{cm}$刻度线处，则将光屏移动到　　 $\mathit{cm}$刻度线处，可以再次看到清晰的像。

（3）若在图乙中烛焰和凸透镜之间放一近视眼镜的镜片，则将光屏向　　（选填“左”或“右”，下同）移动才能再次看到清晰的像。

（4）若在图乙中用塑料吸管对准 $A$点沿垂直于纸面方向持续用力吹气，发现光屏上“烛焰尖部”变模糊，则将光屏向　　移动，“烛焰尖部”又会变清晰。

小晨进行探究凸透镜成像规律实验，当蜡烛、凸透镜和光屏在如图所示位置时，光屏上恰好能成清晰的像。

（1）此时，烛焰在光屏上所成像的性质是　　。

（2）将蜡烛向左移动，要在光屏上再次得到清晰的像，应将光屏向　　移动。

在探究"凸透镜成像规律"实验中，已知凸透镜焦距为10cm。所用光源为新型"蜡烛"。（新型"蜡烛"薄且烛焰稳定）

（1）调整好器材后，进行实验，某次实验结果如图1，凸透镜成这种像的条件是 　      　。将"蜡烛"A从此位置在光具座上逐渐靠近透镜，发现经过图中 　       　位置后，无论怎样调节光屏都无法承接到像，只能透过透镜观察到正立、放大的虚像，如图2。

（2）"蜡烛"移到距透镜二倍焦距处，观察光屏上的像感觉与物等大，请你简述证明像与物等大的办法。（器材足够用）

（3）君妍同学用凸透镜观察书上的字，如图3，她换用不同焦距的凸透镜放在原位置再次观察，发现像发生变化，便萌生了探究凸透镜所成像与焦距关系的想法，请写出需要收集的证据。

如图所示是“探究凸透镜成像的规律”的实验装置，凸透镜的焦距为 $10\mathit{cm}$。

（1）请画出图中折射光线对应的入射光线。

（2）实验中调整烛焰，凸透镜和光屏的中心在　　。

（3）蜡烛、凸透镜、光屏的位置如图所示，光屏上成清晰的像，生活中　　是利用这一原理工作的。

（4）保持蜡烛和凸透镜的位置不变，换为焦距为 $5\mathit{cm}$的凸透镜，要在光屏上成清晰的像。光屏应向　　（选填“左”或“右” $)$移动。

（5）利用凸透镜可以矫正　　（选填“近视眼”或“远视眼” $)$。

如图所示为“探究凸透镜成像规律”的实验装置图，已知凸透镜的焦距为 $10\mathit{cm}$。

（1）为了便于观察实验现象，实验环境应该　　（选填“较亮”或“较暗” $)$一些。

（2）组装并调整实验器材。使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的　　上。

（3）如图所示，当蜡烛距离凸透镜 $40\mathit{cm}$时，移动光屏，可在光屏上找到一个清晰的倒立、　　（选填“放大”、“等大”或“缩小” $)$的实像。日常生活中　　（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜” $)$就是利用这一原理工作的。

（4）将图中的凸透镜换成焦距为 $30\mathit{cm}$的凸透镜，保持蜡烛和凸透镜的位置不变，在光具座上移动光屏，　　（选填“能”或“不能” $)$找到某一位置，使像清晰的呈现在光屏上，理由是　　。

按照下列要求，作图。

（1）如图甲，开关S闭合后，根据通电导体ab的电流方向、受到磁场力F的方向，在图中标出磁铁的N极和S极。

（2）如图乙，画出作用在杠杆OA上的拉力F的力臂L₁。

（3）如图丙，小球A用钢管固定在小车的支架上，小车向左作匀速直线运动，不计空气阻力，画出小球A受力的示意图。

（4）光线通过图丁中虚线框中的透镜，传播方向发生了改变，请在虚线框中填上合适的透镜。