初中物理透镜及其应用综合题

实验课上，同学们分组探究“物距大于一倍焦距小于二倍焦距时，凸透镜成像的虚实、正倒和大小”。某小组选用的实验器材有：光具座。“ $F$”形 $\mathit{LED}$发光体。凸透镜（焦距为 $10\mathit{cm})$。光屏和刻度尺（量程为 $0~30\mathit{cm})$。

（1）第一次实验时，该小组调整好 $\mathit{LED}$发光体、凸透镜和光屏的高度。如图甲所示。将发光体固定在光具座的零刻度线上，通过移动　　来达到预设的物距。

（2）调整物距后。移动光屏承接到倒立的实像。该小组发现这个像的高度与发光体很接近，依靠视觉很难比较该像与发光体的大小关系。为了能确定两者的大小关系。则接下来的实验操作是：　　。在本次实验中。光屏上的像和凸透镜的位置如图乙所示。则像距 $v_1=$　　 $\mathit{cm}$。

（3）该小组继续进行实验。记录的实验数据如下表。

凸透镜的焦距 $f=10\mathit{cm}$

实验次数	物距 $u/\mathit{cm}$	像的虚实	像的正倒	像的大小	像距 $v/\mathit{cm}$
1	19.0	实像	倒立	放大	$v_1$
2	16.0	实像	倒立	放大	26.9
3	13.0	实像	倒立	放大	43.6

分析表中信息，可以得出的探究结论是：　　。

（4）得出结论后。该小组与其他小组进行交流。他们发现其他小组选取了不同焦距的凸透镜进行实验，也得到了与自己相同的结论。这样使该探究的结论更　　。

在玻璃板下放置一个用眼睛看不清楚的小物体，把一滴水滴在小物体正上方的玻璃板上，水滴就是一个放大镜，如果还看不清小物体，再拿一个凸透镜位于水滴正上方，调节镜与水滴间的距离，就能看清玻璃板下的小物体。此时看到的是小物体的　    　的（选填“正立”或“倒立”），　      　的（选填“放大”或“缩小”）　       　像（选填“实”或“虚”），这个组合与　       　（选填“望远镜”或“显微镜”）的原理相同。

学习透镜知识时，秦老师与同学们发现照相机、投影仪与放大镜，在距离、成像等方面有差异，经过讨论，确立了探究课题[凸透镜所成像的虚实、大小、倒正跟　       　（选填“物体的大小”或“物距”）有什么关系]，小敏同学利用图示装置进行实验时，发现当物距大于二倍焦距时移动光屏能承接到一个倒立、　       　的实像，与上面研究过的　　        成像原理相同；若想让所成实像变大些，可将蜡烛适当　        　（选填“靠近”或“远离”）透镜。

小明探究凸透镜的成像原理，与老师一起研制了如图所示的实验装置，用水透镜模拟眼睛，光屏模拟视网膜，通过对水透镜注水或抽水可改变水透镜的厚薄。蜡烛、光屏和水透镜在光具座上的位置如图所示。

（1）实验时，首先要使烛焰、水透镜、光屏三者的中心在　       　上，目的是使像成在光屏中心。

（2）三者摆放位置如图甲所示，在光屏上成了一个清晰的像（像未画出），该像为倒立、　   　的实像。此时水透镜的焦距 $f$的范围为　      　。

（3）用水透镜模拟正常眼睛，将图甲中的烛移动到光具座上 $40\mathit{cm}$处，光屏不动，此时应对水透镜　      　（填“注水”或“抽水”），使其焦距变　      　（填“长”或“短”），才能在光屏上重新得到一个清晰的像。

（4）用水透镜模拟爷爷的老花眼，如图乙所示，若爷爷不戴老花镜时恰好能够看到图中位置上的蜡烛，在图中的虚线框内安装上适当度数的老花镜的镜片，则爷爷将能看清蜡烛位置　      　（填“左侧”或“右侧”）的物体。小明因为长期不注意用眼卫生，变成了近视眼，应该配戴　　      （填“凸“或“凹”）透镜矫正。

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请你仿照示例完成下表，要求从材料中摘抄出涉及物理知识的相关描述，并写出对应的物理知识或规律（不能与示例相同，知识点不重复）。

序号	相关描述	物理知识或规律
示例	激光雷达	光的反射
①
②

小明在用蜡烛作为光源完成"探究凸透镜成像的规律"实验后，发现蜡烛火焰飘忽不定，像与物对比难判定等问题，小明和老师、同学一起对实验装置进行了一系列创新，创新点如图所示：光具座上凸透镜所在位置为零刻度，数值向左、向右依次增大；在标有均匀格子的面板上制作字母"A"状LED灯替代蜡烛；光屏上标有同样的均匀格子。

（1）请分析创新后实验装置的优点：

①可以直接读出物距以及 　    　：

②光屏上成像更清晰、 　    　；

③从光屏上可以准确得出像与物的 　 　关系。

（2）完成"探究凸透镜成像的规律"实验后，还可以更换（或增加）实验器材进行拓展探究。请仿照示例写出两种不同方案。

项目	更换（或增加）实验器材及操作	探究的问题
示例	用黑色纸片遮挡凸透镜的一部分	探究凸透镜没被遮挡部分的成像情况
方案1	①	②
方案2	③	④

（1）如甲图所示的电路，闭合开关，两灯均不亮。已知电路连接正确，是其中一个小灯泡损坏了。请你在不拆开原电路的基础上，从乙图所示的实验器材中任选一种连入电路，设计检测方法，找出损坏的小灯泡，并完成表格中相关内容。

所选器材	检测电路图	现象与结论

（2）2019年6月5日12时06分，在我国黄海某海域，科技人员使用"长征十一号"运载火箭进行"一箭七星"海上发射技术试验，运载火箭点火后，箭体腾空而起并加速上升，直冲云霄，把卫星顺利送入距离地面600千米高的预定轨道。首次海上发射取得圆满成功，填补了我国运载火箭海上发射的空白。

在火箭上升过程中，为了能够近距离拍摄到箭体周围的实况，"长征十一号"火箭上装有高清摄像机，摄像机的镜头是由耐高温的材料制成的。

小宇同学观看发射时的电视画面发现：箭体在上升过程中有一些碎片脱落，且脱落的碎片先上升一段距离后才开始下落。

请从上述材料中找出涉及物理知识的内容，模仿范例格式，写出对应的物理知识或规律（任写三条）。

	相关描述	物理知识或规律
范例	火箭加速上升	受非平衡力
1
2
3

某兴趣小组利用图示装置来研究凸透镜成像的规律。

（1）为使像成在光屏中央，应调整元件，使 $\mathit{LED}$ 灯的中心、光屏的中心在 　 　。小明将各元件调整到如图位置时，小组成员在光屏上都能观察到清晰的像，这个像一定是 　　的（放大 $/$ 等大 $/$ 缩小），此时光屏上发生了 　　反射。

（2）当 $\mathit{LED}$ 灯向左移动时，要在光屏上再次获得清晰的像，只需将光屏向 　　（左 $/$ 右）方向适当移动，或者在凸透镜前放置一个合适的 　　眼镜。

（3）小华在用同样的器材进行实验时，发现光屏上出现的像只有中间清晰，两侧却较模糊，小明只对凸透镜进行了调整，就在光屏上得到了清晰的像，他的调整是 　　。

$A$ ．左右适当移动凸透镜         $B$ ．上下适当移动凸透镜

$C$ ．适当扭转凸透镜               $D$ ．更换焦距合适的凸透镜

如图是装有水的圆柱形玻璃杯。将铅笔靠近玻璃杯的后面，透过玻璃杯可以看到笔尖指向左侧，此时成像为正立、　　的虚像。如果将铅笔由靠近玻璃杯的位置向远处慢慢移动，你会看到笔尖指向　　侧。

【2015年湖北省潜江市中考物理】小明利用凸透镜成像规律的装置做了以下一些探究活动．

（1）调节蜡烛、凸透镜、光屏的位置，在光屏上得到了烛焰清晰的像，他用手指指尖触摸到了凸透镜的上半部分，这时观察到光       （填“会”或“不会”）出现指尖的像，光屏上烛焰的像会变         （填“亮”或“暗”）些．
（2）将一只眼镜片放在蜡烛与凸透镜之间，光屏上原来烛焰清晰的像变模糊了，使光屏远离透镜，又能在光屏上看到烛焰清晰的像．由此可见，这只眼镜片是             （填“近视”或“远视”）眼镜片，这种眼镜片对光线有                       （填“会聚”或“发散”）作用．

阅读下面短文，回答问题．
人类和某些动物的眼睛很像一架照相机．眼球内的晶状体相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏，我们看物体时，是通过睫状肌的伸缩来调节晶状体的弯曲程度，改变晶状体的焦距，使不同远近的物体都能在像距相同的视网膜上生成清晰的倒立实像，如图所示．
眼睛与照相机的不同处是：人的眼睛是通过调节焦距来获得清晰的像，普通照相机是通过改变像距使像变得清晰．
由眼睛的调节作用所能看清的最远点，叫远点，正常眼的远点在极远处．眼睛所能看清的最近的点，叫近点，正常眼的近点约距眼10cm．看物体时间较长也不易感到疲劳的距离叫明视距离，正常眼的明视距离25cm．从眼的光心向物体两端所引的两条直线的夹角叫视角，视角越大，对物体的观察就越清楚．
问题：

（1）通常同一物体，人由远及近看会觉得它变得清楚且大些，这是因为人看物体的      变大．
（2）某人视力正常，当他用镜子长时间仔细观察自己的脸部时，应当把镜子拿到离眼睛      cm处最为合适．
（3）当物体在很远地方时，物体成像在视网膜上，当物体靠近人眼时，若晶状体的焦距不变，则它的像将会落在视网膜      （选填“前”、“上”或“后”）而导致看不清物体，但实际上，人眼在由远到近地观察物体时，晶状体的焦距会      （选填“变大”、“不变”或“变小”），所以人们还是能清晰地观察到物体．

【上海市2015年中考物理试题】在“验证凸透镜成像规律”实验中，某小组同学利用焦距为10 厘米的凸透镜、高为3厘米的发光体，光屏和光具座进行实验，将测得的物距u 、像距v以及所成像的高L_像分别记录在下表中。在验证得到凸透镜成像的初步规律后，为了进一步研究，他们进行适量的运算，将结果分别记录在下表的后两列中。

①根据实验需要1-6的数据，分析比较像距v 随物距u 的变化情况及相关条件，可得出的初步结论是：凸透镜成像时，
②根据实验序号1-6 的数据，分析比较像高L_像与v/u 的变化情况及相关条件，可得出的初步结论是：凸透镜成像时，
③该小组同学继续利用表中的数据及相关条件，分析、归纳得出结论
(a)根据实验序号 1-3 的数据，分析比较物距变化量u与相距变化量v的大小关系及成像情况，可得出的初步结论是：
(b)根据实验序号1-6 的数据，分析比较物距u 变化时， L_像、u + v 的变化情况，可得出得初步结论是：

用如图所示装置模拟人眼成像情况，此时烛焰在光屏上成清晰的像．

（1）实验时，应使烛焰和  的中心位于凸透镜的主光轴上．
（2）图中物距u应满足  ．
A．u＞2f         B．u=2f              C．f＜u＜2f       D．u＜f
（3）当蜡烛远离凸透镜时，烛焰的像将落在光屏的  （填“前”或“后”）方．
（4）在第（3）小题的情况下，若用此实验模拟人眼的调节功能，重新在光屏上得到清晰的像，应该进行的操作是  ．
A．将光屏靠近凸透镜              B．将光屏远离凸透镜
C．换焦距更大的凸透镜           D．换焦距更小的凸透镜．

如图所示，一条平行于凸透镜主光轴CC′的入射光线经透镜折射后入射于平面镜上的N点（平面镜与主光轴平行），经平面镜反射后与主光轴CC′相交于B点，过N点作平面镜的法线与主光轴CC′相交于A点，O点为凸透镜的光心．

（1）请在图中画出这条光线经凸透镜折射前和折射后的光路图．
（2）若OA=4cm，AB=1.5cm，则凸透镜的焦距f=________________cm．

【探究名称】探究凸透镜成像的大小与哪些因素有关
【提出问题】小明通过前面物理知识的学习，知道放大镜就是凸透镜.在活动课中，他用放大镜观察自己的手指（图甲），看到手指　　 的像；然后再用它观察远处的房屋（图乙），看到房屋　　　的像。（选填“放大”、“等大”或“缩小”）

他想：凸透镜成像的大小可能与哪些因素有关？
【进行猜想】凸透镜成像的大小可能与              有关.
【设计并进行实验】
小明在图所示的光具座上，不断改变蜡烛与透镜间的距离，并移动光屏进行实验，所获得的实验数据如右表所示.

物体到凸透镜的距离/㎝	光屏上像到凸透镜的距离/㎝	光屏上像 的大小
40	13.5	缩小
30	15	缩小
20	20	等大
15	30	放大
10	光屏上没有像
8	光屏上没有像

 
【结论与应用】
(1)分析数据可知物体到凸透镜的距离越短，光屏上像的大小就越         ，同时发现像到凸透镜的距离就越      。
(2)小明班照毕业照时，摄影师发现两旁还有同学没有进入取景框内，这时摄影师应使照相机      同学（选填“靠近”或“远离”）。