Question

5．某物理兴趣小组利用透明橡皮膜、注射器、乳胶管、止水夹等器材制成凹、凸形状可改变的液体透镜，并利用液体透镜探究“光的折射”和“透镜成像”，如图所示．

（1）在探究“凸透镜对光线的作用”时，首先在两个透明玻璃长方体容器中充入蚊香烟雾，然后将水注入橡皮膜，制成液体透镜，再将液体透镜放置在两个玻璃容器之间，如图甲所示，让光线沿图示方向射入玻璃容器，经透镜折射后折射光线将偏向（选填“偏离”或“偏向”）主光轴．如果此时再用注射器向橡皮膜注水，改变液体透镜的凸起程度，则折射光线偏折的程度会改变（选填“会改变”或“不改变”），在玻璃容器中充入蚊香烟雾的目的是显示光的传播路径．
（2）在用液体透镜探究“凸透镜成像规律”时，蜡烛、光屏和液体透镜的位置如图乙所示，光屏上出现 清晰的烛焰像，若透镜位置不动，将蜡烛移到光具座10cm刻度时，则烛焰经凸透镜所成的像是C．
A．放大、倒立的实像 B．放大、正立的虚像C．缩小、倒立的实像 D．缩小、正立的实像
（3））同班的小明同学，改用发光二极管光源“F”来做实验，实验时将光源放在25cm处，其大小如图所示，凸透镜固定在光具座零刻度线上．如果用遮光罩将凸透镜的上半部分罩住，则光屏上所成的像C

（4）同学们对小明使用的实验装置进行如下评价，其中错误的是D
A．与烛焰相比，实验使用的光源不会晃动，光屏上所成的像比较稳定
B．光源镶嵌在白色方格板上，用同样的白色方格板做光屏，便于比较像与物的大小
C．零刻度线刻在光具座标尺的中央，可直接测出物距和像距
D．若凸透镜的焦距未知，则利用此实验装置不能测量凸透镜的焦距
（5））对于焦距相同的凸透镜，一个物距应该对应唯一的一个像距，但从各组汇报数据中发现，物距均为12.00cm时，有三个小组所测像距分别为23.00cm，24.00cm，26.00cm．若他们的数据差别不是因为长度测量误差导致的，你认为出现这种情况的操作原因是有的小组在光屏上的像不是最清晰时测量的．
（6）为了探究“影响液体透镜折光能力强弱的因素”，物理兴趣小组人员做了如下实验：在图甲所示的装置中，先后在橡皮膜中注入酒精和煤油，观察光线经不同液体透镜折射后的偏折程度，此时，他们是在探究液体透镜折光能力与液体种类是否有关，在此探究过程中保证透镜的凸起程度不变，具体原因是凸透镜对光的偏折能力与凸透镜的凸起程度有关．

Answer 1

分析 （1）凸透镜对光线有会聚作用，当平行光线经过凸透镜折射后向主光轴偏折；
凸透镜对光的偏折能力与凸透镜的凸起程度有关；
当光照到烟雾时，烟雾颗粒对光的反射方向是不同的，会发生漫反射现象，所以我们从各角度可以看到光的路径；
（2）当物距满足f＜u＜2f时，成倒立放大的实像，像距v＞2f，此时u＜v，
分析图象中物距和像距的大小关系，得出此时成像的特点及像距、物距与焦距的关系，从而判断当物体在10cm刻度处时物距与焦距的关系，判断成像的性质；
（3）凸透镜是立体的，成像时，像与物上下颠倒，同样左右均倒（是互换的），判断物距与焦距的关系，确定像的性质；
（4）A、B在凸透镜成像实验中，烛焰的形状会受风的影响，并且烛焰和像的大小关系不容易确定；
实验中用发光二极管做光源，这样成的像比较稳定，并便于比较像与物体的大小；
C、像和物到凸透镜的距离分别为像距和物距，若将凸透镜放在0刻线处，可以从光具座直接读出像距和物距的大小；
D、测量焦距的方法：根据焦距的定义，让平行光照射凸透镜，会聚到焦点，由焦点到凸透镜的距离就是焦距；还可以根据物距等于2f时成等大的实像，当实像和物相等时，此时像距、物距都等于2倍焦距来测量焦距；
（5）在研究凸透镜成像规律，在实验中要缓慢移动光屏，直到光屏上出现最清晰的像时才能记录像距的大小；
（6）用控制变量法进行研究；由（1）知，改变液体透镜的凸起程度，则折射光线偏折的程会改变，即凸透镜对光的偏折能力与凸透镜的凸起程度有关所以，在探究“影响液体透镜折光能力强弱的因素时，要控制即液体透镜的凸起程度相同，而让其它的一个因素改变．

解答 解：
（1）由图可知，玻璃容器的形状相当于一个凸透镜，凸透镜对光有会聚作用，经透镜折射后折射光线将向主光轴方向偏折；
凸透镜对光的偏折能力与凸透镜的凸起程度有关，用注射器向橡皮膜注水，改变液体透镜的凸起程度，则折射光线偏折的程度会发生改变；
在玻璃容器中充入蚊香烟雾，当光照到烟雾时，烟雾颗粒对光的反射方向是不同的，会发生漫反射现象，所以我们从各角度可以看到光的路径，所以，在玻璃容器中充入蚊香烟雾的目的是显示光的传播路径；
（2）由图知，物距u=40.0cm-25.0cm=15.0cm，像距v=70.0cm-40.0cm=30.0cm；物距小于像距，此时成倒立放大的实像，因此物距处于1倍和2倍焦距之间，即f＜15cm＜2f，解得：7.5cm＜f＜15cm…①；
将蜡烛移到光具座的10cm刻度处时，物距u=40.0cm-10.0cm=30.0cm，由①知，物体处于2倍焦距之外，所以成倒立、缩小的实像，所以C选项正确；
（3）用遮光罩将凸透镜的上半部分罩住，只能影响像的亮暗，不影响像的性质，光源“F”放在15cm处，物距处于一倍和二倍焦距之间，成倒立放大的实像，与原物体相比，上下颠倒、左右相反，故选C；
（4）A、小明在实验中：用发光二极管按“F”字样替代蜡烛作为光源，与烛焰相比，不受空气流动的影响，实验使用的光源不会晃动，所以光屏上所成的像比较稳定，A正确；
B、光源镶嵌在白色方格板上，用同样的白色方格板做光屏，物与所成的像都很稳定，所以便于比较像与物的大小，B正确；
C、零刻度线刻在光具座标尺的中央，可直接测出物距和像距，C正确；
D、根据凸透镜成像规律，当物距等于2倍焦距时（此时像距也为2倍焦距），成倒立等大的实像，可以根据像与物大小相等时测出像距和物距，此时u=v=2f算出焦距，D错误．
故选D；
（5）当像最清晰时，才能记录像距的大小；各小组的像距不同的原因，可能是有的小组在光屏上的像不是最清晰时测量的．
（6）在图甲所示的装置中，先后在橡皮膜中注入酒精和煤油，改变了物质的种类，但因凸透镜对光的偏折能力与凸透镜的凸起程度有关，根据控制变量法，要保持液体透镜的凸起程度即形状不变，观察光线经不同液体透镜折射后的偏折程度，所以，他们是在探究液体透镜折光能力与液体的种类是否有关．
故答案为：（1）偏向、会改变、显示光的传播路径；（2）C；（3）C；（4）D；
（5）有的小组在光屏上的像不是最清晰时测量的；
（6）液体种类；透镜的凸起程度；凸透镜对光的偏折能力与凸透镜的凸起程度有关．

点评 本题利用液体透镜探究“光的折射”和“透镜成像”，考查透镜对光的会聚作用、凸透镜成像规律、对实验方案的改进和评估能力、对误差分析的能力及控制变量法的运用等知识，综合性，难度大，为光学的压轴题．