题目内容

14．小明同学在光具座上“探究凸透镜成像的规律”实验．
（1）如图1所示，光会聚于b点，在虚线区域内放甲透镜后，光会聚于主光轴MN上的c点；在虚线区域内换放乙透镜后，光会聚于主光轴MN上的a点．小明想探究凸透镜成像的特点，应选择乙（甲/乙）透镜．
（2）在利用太阳光测量凸透镜的焦距后，小华发现把火柴头放在凸透镜焦点处一段时间后，火柴会被点燃．他想进一步探究不同的透镜对火柴的点燃效果有什么不同，和同学们讨论后，他们提出了以下三种猜想：
猜想1：凹透镜也能点燃火柴；
猜想2：点燃火柴的快慢与凸透镜的焦距大小有关；
猜想3：点燃火柴的快慢与凸透镜的直径大小有关．
①根据所学知识，他们经过讨论，判断猜想1是错误的．你认为他们判断的依据是凹透镜对光线有发散作用．
②为了验证猜想2是否正确，他们选用直径相同而焦距不等的凸透镜进行多次实验，发现火柴被点燃的时间基本相等．这说明猜想2是错误的．
③验证猜想3是否正确，用直径不同的凸透镜做实验，测量火柴被点燃的时间，如果各次实验测量的点燃时间不等，则猜想3正确．
（3）①如图2图甲所示，将凸透镜正对着太阳光，把光屏置于另一侧，测得凸透镜的焦距是_10.0cm．
②如图乙所示的操作，可便于的调整烛焰中心、光屏中心在透镜的_同一高度 上，以保证烛焰完整的像呈现在光屏的_中央．
③若图中透镜保持在“50cm”刻度位置不变，将蜡烛移至光具座的“20厘米”刻度处．则应在_60～70cm刻度范围内移动光屏寻找像（选填“60～70”或“大于70”）．
实验一段时间蜡烛变短，要使烛焰像仍然成在光屏的中心，应将光屏向上移动．

分析 （1）根据图判断出甲乙对光线的作用，根据凸透镜和凹透镜对光线的作用进行判断．凸透镜有会聚光线的作用，凹透镜有发散光线的作用；
（2）①透镜对光线的作用：凸透镜对光线起会聚作用，凹透镜对光线起发散作用；
②根据控制的变量与实验现象得出实验结论；
③探究透镜对火柴的点燃效果与透镜直径的关系时要选取直径不等的凸透镜进行实验；凸透镜的直径越大，会聚的太阳光的能量越多．
（3）①平行于主光轴的光线会聚于一点，此点为凸透镜的焦点．由焦点到凸透镜光心的距离叫做焦距，粗略测量薄透镜的焦距时，可以测出从焦点到凸透镜的距离即可．
②在探究凸透镜成像规律的实验中，烛焰、透镜、光屏三者的中心要在同一高度，以保证烛焰的像能在光屏的中央．
③首先确定物距的范围，根据物距大于2f时，像距处于f和2f之间进行分析；物距大于2f，成倒立缩小的实像，且物距越大，成的像越小，像距也会减小

解答 解：（1）由图1知，光会聚于b点；光经过甲透镜后会聚在右侧的c点，折射光线与原来的入射光线相比，更远离主光轴，说明甲透镜对光线有发散作用，是凹透镜；
经过乙透镜后会聚在左侧的a点，折射光线与原来的入射光线相比，更靠近主光轴，说明乙透镜对光线有会聚作用，是凸透镜；
所以想探究凸透镜成像的特点，应选择乙透镜．
（2）①凹透镜对光线起发散作用，不能够会聚光线，不能点燃火柴；
②用直径相同而焦距不等的凸透镜进行多次实验，发现火柴被点燃的时间基本相等，这说明点燃火柴的快慢与凸透镜的焦距大小无关，则猜想2是错误的．
③小华的实验中，选用直径不同的凸透镜，分别用它们点燃火柴，测出火柴被点燃所需要的时间，多次重复实验；因为点燃快慢与焦距大小无关，达到了只改变透镜直径的大小实现控制变量的目的，所以能够验证猜想3是否正确，如果各次实验测量的点燃时间不等，则猜想3；
（3）①为了确定凸透镜的焦距，首先要找到凸透镜的焦距，所以将凸透镜正对太阳光，再把光屏放在另一侧，改变凸透镜与光屏的距离，直到光屏上出现一个最小、最亮的点，便为焦点．焦点到凸透镜中心的距离为10.0cm，所以此凸透镜的焦距为10.0cm．
②实验前，把蜡烛、凸透镜、光屏从左向右依次放在同一直线上，点燃蜡烛并调整烛焰、凸透镜、光屏的高度，使它们的中心大致在同一高度，为了使得像成在光屏的中央；
③因为凸透镜的焦矩f=10cm，透镜在“50厘米”刻度处，蜡烛在光具座的“20厘米”刻度处，即u=30cm，u＞2f，此时，2f＞v＞f，所以应在60～70厘米刻度范围内移动光屏寻找像，并且直到光屏上得到最清晰的像才算找到像的位置．
凸透镜成倒立的实像，蜡烛变短，蜡烛相对于凸透镜向下移动，所以其像向上移动；要使蜡烛的像仍然成在光屏的中心，应该将光屏向上移动．
故答案为：（1）乙；（2）①凹透镜对光线有发散作用；②错误；③不同；正确；
（3）①10.0cm；②同一高度；中央；③60～70；上．

点评 本题考查了凸透镜成像规律及透镜对光线的不同作用，以及设计实验探究不同的透镜对火柴的点燃效果；应用控制变量法探究实验的是正确解题的关键．

练习册系列答案
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10．用滑轮或滑轮组提起同一重物如图所示，其中 机械效率最高的是（　　）
A．AB．BC．CD．D
11．位于县城中心的唐王湖公园，每到春天，湖畔垂柳成萌，水面倒影如镜．太阳光穿过层层树叶，在大地上形成一个个圆形的光斑．从物理学的角度看，“垂柳成荫”是由于光的光的直线传播形成的，“倒影如镜”是由光的反射所形成的，圆形光斑实际上是太阳的实像（选填“实像”或“虚像“）．
2．如图是专门用来研究“凸透镜成像规律”的实验装置．已知凸透镜焦距为10厘米．
 
（1）图中各元件的名称为：A是光具座，B是蜡烛，C是凸透镜，D是光屏．
（2）实验前应首先观察并记下凸透镜的焦距．
（3）在组装和调试实验装置时，应使凸透镜和光屏的中心跟烛焰的中心大致在同一高度，目的是使像呈在光屏的中央．
（4）在调整好凸透镜的位置，移动光屏找像的过程中，眼睛要注意观察像的清晰程度．在归纳实验结果时，要将从光具座上读出的物距和像距的值分别跟凸透镜的焦距和二倍焦距相比较．
（5）如图所示，则此时物距等于30厘米，像距等于15厘米，光屏上所成的像是一个倒立缩小的实像．
9．在探究“凸透镜成像规律”的实验中：
（1）把蜡烛、凸透镜、光屏放在一条直线上，点燃蜡烛，并要调整凸透镜和光屏，使它们和烛焰的中心大致在同一高度，这样做的目的是使像成在光屏中心．
（2）随着实验的进行，细心的同学会观察到随着蜡烛的不断燃烧，光屏上烛焰的像将不断的上移（填“上”“下”、“左”或“右”）．
（3）小明同学在做此实验时，无论怎样移动光屏，光屏上始终得不到烛焰清晰的像，造成这种现象的原因可能是物体放在一倍焦距处（或物体放在一倍焦距以内；或蜡烛、凸透镜、光屏的中心不在同一高度）．
（4）小红同学在光屏上已得到烛焰的像后，用不透明的纸遮挡住凸透镜的一半，则光屏上的像是（填“是”或“不是”）完整的．
19．张宁同学用图甲所示的装置测出凸透镜的焦距，并“探究凸透镜成像规律”，当蜡烛、透镜、光屏位置如图乙时，在光屏上已经成清晰的像，下列说法正确的是（　　）
A．凸透镜的焦距是40.00cm
B．图乙中烛焰成的是倒立缩小的像
C．投影仪成像特点与图乙中所成像的特点相同
D．保持蜡烛、光屏位置不变，向左移动凸透镜到某一位置，烛焰可在光屏上再次成清晰的像
6．小宇在做“探究凸透镜成像规律”实验，其实验装置的示意图如图所示．a、b、c、d、e是主光轴上的五个点，F点和2F点分别是凸透镜的焦点和二倍焦距点．

在a、b、c、d、e这五个点中：
（1）把烛焰放在e点上，可以成正立、放大的虚像．属于放大镜的原理．
（2）把烛焰放在a点上成像最小，是属于照相机原理；成倒立、缩小的实像．
（3）把烛焰放在d点上是属于投影仪 原理，成倒立、放大 的实像．
3．我们已进行过“探究欧姆定律”的实验，请回答下列问题．

（1）请在图甲中把余下部分的电路用笔划线代替导线连接完整．要求滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表示数变小．
（2）丙、丁两是某实验小组在探究过程中，根据实验数据绘制的图象，其中表示电阻不变，电流随电压变化的图象是丁（选填“丙”或“丁”）．
4．为了研究由某种特殊材料制成的导体元件X的电学特性，小明和小华设计了如图所示实验电路，正确连线后，测得加在该元件两端的电压U与通过它的电流I，实验数据如表：
电压U/V012345
电流I/A00.020.080.180.320.5
（1）分析数据可知，当时小明和小华是将导线的M端接在电流表的0.6A接线柱上的（选择“0.6A”或“3A”）．

（2）根据实验数据，利用R=$\frac{U}{I}$可知，这种导体元件X的电阻会随电流的增大而减小．
分析表中的实验数据，小明和小华对I与U间的关系提出以下猜想：
猜想甲：通过导体元件X的电流可能与加在它两端的电压成正比．
猜想乙：通过导体元件X的电流可能与加在它两端的电压的平方成正比．
猜想丙：通过导体元件X的电流的平方可能与加在它两端的电压成正比．
（3）经分析与论证，你认为表中实验数据支持上述哪种猜想？
答：猜想乙．

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