专题07 物理探究实验（2）——光学中的3个探究实验（精选练习）-初中物理核心素养提升

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【提出问题】光反射时遵循什么规律?反射光沿什么方向射出？
【设计实验】
1. 实验器材：激光笔、铅笔、量角器、平面镜、可折转的白色粗糙硬纸板等。
①量角器：测量入射角和反射角的度数。
②可折转白色粗糙硬纸板的作用：一是显示光的传播路径，对光线起漫反射作用；二是探究入射光线、法线和反射光线是否在同一平面内。
2. 实验装置如图1所示：把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面。
图1研究光的反射定律 图2还能看到光吗？
【进行实验与收集证据】
1. 使一束激光贴着纸板沿某一个角度射到O点，经平面镜反射，将沿另一个方向射出。在纸板上用笔描出入射光EO和反射光OF的径迹。改变入射光的角度，多做几次，换用不同颜色的笔记录每次光的径迹。
取下纸板，用量角器测量ON两侧的∠i和∠r，将数据记录在下表中。
次数
∠i
∠r
1


2
3

2. 纸板ENF是用两块纸板连接起来的。将纸板NOF向前或向后折（如图2所示），在纸板上还能看到反射光吗？
3. 将光线逆着反射光线的方向射入，观察新的反射光的传播路径是否与原来的入射光线重合？
【分析与论证】
1. 描述光反射的几个基本术语
①入射点O：光线射到镜面上的点。
②法线ON ：通过入射点，垂直于镜面的直线。
③入射光线AO：入射到镜面的光线。
④反射光线OB：从镜面返回的光线。
⑤入射角i：入射光线与法线的夹角。
⑥反射角r：反射光线与法线的夹角。
2. 对实验现象进行分析：
①分析反射角和入射角的大小可得出：反射角等于入射角。
②分析反射光线、入射光线和法线的位置关系：可看到两半块纸板在一个平面内时有反射光线，右半部分向前折或向后折，观察不到反射光线。说明反射光线、入射光线、和法线在同一平面内。
③多次改变入射光线的路径，分别沿AO、BO、CO的方向射到平面镜，记录对应反射光线的路径分别为OA'、OB'、OC'。会发现：反射光线和入射光线总是分居法线的两侧。

④光路可逆：将光线逆着反射光线的方向射入，观察到新的反射光的传播路径与原来的入射光线重合；
3. 实验结论：
光的反射定律：在反射现象中，反射光线、入射光线、和法线在同一平面内；反射光线和入射光线分居法线的两侧；反射角等于入射角。
在反射现象中，光路可逆。
【交流与讨论】
1. 对应关系：每一条反射光线对应一条入射光线。
2. 让光线紧贴纸板（光屏）射向 点的目的：在硬纸板（光屏）上能显示光路.
3. 实验描绘光的传播路径的方法：在入射光线和反射光线上取一个点，将该点与反射点连接。
4. 区分每一组的对应的入射光线和反射光线的方法：对每一组入射光线和反射光线分别用不同颜色的笔进行描绘，或者对每一组入射光线和反射光线进行编号.
真题汇编
1．（2023·江苏扬州·中考真题）“探究光的反射规律”装置如图所示，白纸板放在水平桌面上，再将一块平面镜竖直放在纸板上，在纸板上安装一支可自由移动的激光笔，使其发出的光紧贴纸板入射。

（1）图中的入射角是 度；
（2）当 时，反射光线与入射光线重合，此时入射光线向右偏转一定角度，反射光线向 偏转；
（3）多次实验，在纸板上画出入射光线和对应的反射光线后，发现没有量角器，为了得出反射角等于入射角这一结论，你的操作是 。
【答案】 50 入射光线垂直射向平面镜 左 把白纸板沿法线对折，观察反射光线与对应的入射光线是否重合
【详解】（1）[1]入射光线与法线的夹角叫入射角。由图可知，入射光线与平面镜的夹角为40°，则入射角为
90°-40°=50°
（2）[2]当入射光线垂直射向平面镜，反射光线垂直平面镜射出，此时反射角等于入射角，都等于0°，反射光线与入射光线重合；
[3]反射时，反射光线和入射光线分居法线两侧。入射光线向右偏转一定角度，位于法线的右侧，则反射光线会向左偏转相同角度，位于法线左侧。
（3）[4]没有量角器无法直接测量角度大小，此时可以把白纸板沿法线对折，如果入射光线与对应的反射光线重合，说明反射时反射角等于入射角。
2．（2023·甘肃金昌·中考真题）小林在“探究光的反射规律”实验中，如图甲所示，把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直的立在平面镜上，使一束光贴着纸板沿某一角度射到O点，经平面镜反射，沿另一个方向射出。在纸板上用笔描出入射光EO和反射光OF的路径。

（1）图甲中，用激光笔让一束光沿着EO平行纸板射向镜面上的O点，小林能从不同方向看到纸板上的光束，是因为发生了 反射，在纸板上画出光路，再次改变EO的方向，重复上述实验，取下纸板，用量角器量出光线EO与 （选填“ON”或“CD”）的夹角，即为入射角，记下数据，比较反射角和入射角的大小关系；
（2）图甲中，当光沿FO的方向射向O点时，光会沿着OE的方向射出，说明在反射现象中光路是 的；
（3）小林让激光笔发出的激光沿EO射到平面镜上的O点，先不折转光屏时，ON右侧光屏上能观察到反射光线，再将右侧光屏沿ON向后转动，如图乙所示，右侧光屏上观察不到反射光线。这说明光的反射现象中，反射光线、入射光线和法线在 平面上；
（4）小林使入射光线与反射光线的夹角为60°时，则反射角大小应为 。
【答案】 漫 ON 可逆 同一 30°
【详解】（1）[1][2]能从不同方向看到光束，说明光线能从不同方向进入人的眼睛，发生的是漫反射；入射角是入射光线与法线的夹角，用量角器量出光线EO与ON的夹角为入射角。
（2）[3]当让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，说明在光的反射中，光路可逆。
（3）[4]先不折转光屏时，法线ON右侧光屏上能观察到反射光线，再将右侧光屏沿ON向后转动，左侧光屏上观察不到反射光线，可以得到光的反射现象中，反射光线、入射光线和法线在同一平面上。
（4）[5]小林使入射光线与反射光线的夹角为60°，即入射角和反射角之和等于60°，反射角等于入射角，所以反射角大小是30°。
3．（2023·山东聊城·中考真题）为了探究光反射时的规律，小强同学利用平面镜、可绕ON折转的纸板、量角器和激光笔进行如图所示的实验。

（1）把一个平面镜放在水平桌面上，再把纸板立在平面镜上，纸板上的直线ON与镜面保持 ；
（2）为了探究反射角与入射角的关系，实验时应进行的操作是 ；
A．沿ON前后转动纸板E B．沿ON前后转动纸板F
C．改变光束OB与ON的夹角 D．改变光束AO与ON的夹角
（3）让光沿着BO的方向射到镜面，发现反射光沿着OA方向射出。这表明，在反射现象中，光路 ；
（4）若将纸板倾斜，如图乙所示，让光束仍贴着纸板沿AO方向射到镜面，此时反射光与入射光 （选填“在”或“不在”）同一平面内。
【答案】 垂直 D 是可逆的 在
【详解】（1）[1]把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面，使法线垂直于镜面。
（2）[2]在探究反射角与入射角的大小关系时，为了得出普遍的规律，应多次改变入射角的大小，这样才能避免结论的偶然性，应进行的操作是改变光线AO与ON间的夹角，故D正确。
（3）[3]让一束光沿BO方向射向平面镜，即让光线逆着原来的反射光线射向镜面，反射光将沿OA方向射出，即反射光线逆着原入射光线方向射出，该实验现象说明，在反射现象中，光路是可逆的。
（4）[4]根据光的反射定律可知，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，因此若将纸板倾斜，让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面，此时反射光线与入射光线仍在同一平面内，不在纸板这一平面上，但不能看到反射光线。
4．（2023·江苏淮安·中考真题）在“探究光的反射规律”实验中，平面镜水平放置于桌面上，、是两块可以绕接缝翻折的白色硬纸板。
（1）如图甲所示，白色硬纸板应当 立在平面镜上；
（2）让一束光紧贴纸板沿方向射向镜面上的点，在纸板上呈现反射光束，然后将纸板绕向前或向后翻折，在纸板上看不到反射光束，这表明反射光线、入射光线和法线在 ；
（3）多次改变入射光的方向并描绘光的传播路径，用量角器量出每组反射角与入射角的大小并记入表格，可得结论：反射角与入射角大小 ；
（4）当反射光与入射光夹角为时，入射角为 。若入射光束绕点顺时针旋转，将观察到反射光束在平面镜中所成的像绕点 时针旋转；
（5）如图乙所示，一束光经水平放置的平面镜反射后在天花板上形成光斑，水平向右移动平面镜，观察到光斑位置的变化情况是 。
【答案】 竖直 同一平面内 相等 50 顺 不变
【详解】（1）[1]入射光线、反射光线和法线在同一平面内，为了便于同时观看入射光线、反射光线和法线，纸板一定与平面镜垂直。
（2）[2]当F板向后折转一定的角度，则呈现反射光线的F板和呈现入射光线的E板不在同一平面内，所以在F板上不能看到反射光，这表明反射光线和入射光线仍然在同一平面内。
（3）[3]由表格数据可得结论：反射角与入射角大小相等。
（4）[4]反射光与入射光的夹角为，即反射角与入射角的和为，根据反射角等于入射角可得，入射角为。
[5]在光的反射现象中，反射光线与入射光线关于法线对称，若入射光束绕点顺时针旋转，则反射光束将沿逆时针方向转动，因像与物关于镜面对称，所以可观察到反射光束在平面镜中所成的像绕点顺时针方向转动。
（5）[6]一束光经水平放置的平面镜反射后在天花板上形成光斑，水平向右移动平面镜，入射点位置不变，且反射面位置不变，入射角不变，观察到光斑位置的变化情况是不变。
5．（2023·辽宁盘锦·中考真题）在“探究光的反射规律”实验中，将平面镜放置在水平面上，纸板垂直于镜面，纸板由、两部分组成，可以绕前后转动，如图甲所示。
（1）图甲中入射角是 度。
（2）为了探究反射角与入射角的大小关系，应进行的操作是 （填写字母）。
A．改变纸板与平面镜的夹角
B．沿向后转动纸板
C．多次改变光线入射的角度，并测量对应反射角和入射角的大小
（3）小羽同学又利用图乙所示器材探究平面镜成像特点，用玻璃板代替平面镜的目的是： 。
（4）小羽将图乙中的玻璃板竖直向上移动一段距离，则蜡烛所成像的位置将 （选填“向上移动”、“向下移动”或“保持不变” ）。
【答案】 40 C 便于确定像的位置 保持不变
【详解】（1）[1]入射光线与法线的夹角叫入射角，图甲中入射角为
（2）[2]在探究反射角与入射角的大小关系时，为了得出普遍的规律，应多次改变入射角的大小，这样才能避免结论的偶然性，应进行的操作是改变光线与的夹角。
故选C。
（3）[3]实验时选择透明的玻璃板，在物体的一侧，既能看到物体的像，也能看到代替物体的另一个物体，便于确定像的位置。
（4）[4]由于平面镜所成的像与物体关于镜面对称，所以如果将玻璃板竖直向上移动一段距离，观察到蜡烛的像保持不变。
6．（2023·山东济南·中考真题）如图所示，半圆形滑轨垂直固定在水平底座上，红色激光笔可以保持半径方向沿半圆形滑轨自由滑动；水平底座上装有一可在水平面内自由转动的L形支架，绿色激光笔B安装在支架的水平横梁上并可以沿横梁移动，在半圆形滑轨的圆心处放置一块小平面镜。

小梅和小丽在用该装置探究光的反射规律的实验中
（1）打开红色激光笔A的开关，让其发出的红色激光入射到小平面镜上的O点，小梅观察发现此时这条红色入射光经平面镜反射后有 条反射光。
（2）小梅沿半圆形滑轨移动红色激光笔A，发现红色入射光向中间位置靠近时红色反射光也向中间位置靠近，反之亦然。她猜想：红色反射光与红色入射光之间是不是有一条对称轴呢？
为了验证她的猜想，她打开绿色激光笔B并调节其位置，让其发出的绿色激光从O点正上方入射到O点，此时没有观察到绿色反射光。重新打开红色激光笔A并不断改变红色入射光的方向，发现这条绿色激光真的好像是红色反射光与红色入射光之间的对称轴！
同组的小丽从周围不同方向观察红色入射光、红色反射光和绿色激光，竟然发现从某个方向看去它们是重合的。这说明红色反射光、红色入射光和绿色激光 。
（3）这条绿色激光的位置是否真的是红色反射光与红色入射光之间的对称轴呢？在没有量角器的情况下，小丽又打开一支蓝色激光笔，让蓝色激光逆着红色反射光的方向入射到O点，如果 ，就说明这条绿色激光的位置的确是红色反射光与红色入射光之间的对称轴。
（4）尽管激光笔发出的激光很亮，但观察效果还是不理想。请写出能够更清楚地看到本实验中入射光和反射光的一种做法： 。
【答案】 1 在同一平面内 蓝色反射光与红色入射光重合 用喷雾器在实验装置附近形成雾气（或在较暗的环境中进行实验）
【详解】（1）[1]只有1条入射光线入射到平面镜根据反射定律可知反射光线也只有1条。
（2）[2]根据题干描述，从周围不同方向观察红色入射光、红色反射光和绿色激光，从某个方向看去它们是重合的，能重合说明这三条光线是在同一平面内。
（3）[3]让蓝色激光逆着红色反射光的方向入射到O点，说明蓝色激光的入射角等于红色激光反射角，如果蓝色反射光与红色入射光重合，则说明蓝色激光的反射角等于红色激光入射角，从而得到红色激光的反射角大小等于红色激光的入射角，就说明这条绿色激光的位置的确是红色反射光与红色入射光之间的对称轴。因此填蓝色反射光与红色入射光重合。
（4）[4]为了更清楚地观察入射光和反射光，可以在实验装置附近使用喷雾器形成雾气，或在较暗的环境中进行实验。这样可以使光线散射，使得入射光和反射光更加明显。
探究实验二、探究平面镜成像的特点
【提出问题】平面镜成的像有什么特点呢？
【猜想和假设】1. 像的位置在平面镜前或后；
2. 像和物大小相等或不相等；
3. 像到平面镜的距离与物到平面镜的距离相等或不相等。
【设计实验】
1. 实验器材：薄玻璃板、支架、两只完全相同的蜡烛、白纸一张、刻度尺、笔等。
2. 实验装置如下图3所示。
3. 怎样确定像的位置? 怎样比较像与物的大小?
①用玻璃板代替平面镜，既能成像，又能便于透过玻璃板找到像的位置.
②用未点燃的相同大小的蜡烛替代点燃蜡烛的像，可以比较物体和像的大小.
③进行多次实验，避免偶然性，使结论具有普遍性.
【进行实验与收集证据】
1. 如图4所示，将一张白纸放在水平桌面上，再将一块玻璃板竖直放在纸上。准备两根相同的蜡烛以及刻度尺、铅笔等。
2. 在玻璃板前放一支点燃的蜡烛。看一看，它的像是在镜前还是在镜后？
图3 图4
B
A
3. 将另一只完全相同的未点燃的蜡烛B放到镜后，使它与点燃的蜡烛A的像重合，此时玻璃板后蜡烛B位置就是像的位置，记下两支蜡烛的位置。（改变蜡烛到镜面的距离，进行三次实验）
4. 观察并比较蜡烛A的像与蜡烛B的大小。
5. 移去镜后的蜡烛，在此位置放一张白卡片，观察白卡片上是否有像？
【分析与论证】
1. 用铅笔在白纸上画出平面镜以及蜡烛A和蜡烛B的位置，用刻度尺画直线把两支蜡烛的位置连接起来，量出两支蜡烛到玻璃板的距离。发现像和物体到平面镜的距离相等。
2. 用量角器测量物与像的连线与镜面之间的夹角，发现像与物的连线与镜面垂直。
3. 移去镜后的蜡烛，在此位置放一张白卡片，发现白卡片上没有像，表明该像是虚像。


4. 实验结论：
平面镜成像的特点：平面镜所成的像是虚像，像的大小和物体的大小相等，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。
根据数学对称知识，平面镜成像的规律也可表述为：平面镜所成的像与物体关于镜面对称。
【交流与讨论】
1. 得出蜡烛和像到玻璃板的距离不等的原因：①蜡烛没有垂直放置；②后支蜡烛与前支蜡烛在玻璃板中的像没有完全重合；③玻璃板太厚。
2. 将桌面上的白纸换成方格纸的好处是方便比较蜡烛A和像到平面镜的距离.
3. 观察像的时候，眼睛的位置应与蜡烛A同侧。因为平面镜成像的原理是光的反射，且只有当光进入人眼时，人眼才能看到像.
真题汇编
1．（2023·湖南益阳·中考真题）用如图所示装置“探究平面镜成像的特点”。

（1）请将下列实验步骤合理排序，合理的实验步骤顺序为A F（填序号）；
A．在桌面上铺一张大纸，纸上竖立一块玻璃板作为平面镜。沿着玻璃板在纸上画一条直线，代表平面镜的位置。
B．用直线把蜡烛和它的像在纸上的位置连起来，并用刻度尺分别测量它们到玻璃板的距离。
C．拿一支外形相同但不点燃的蜡烛，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟前面那支蜡烛的像完全重合。
D．把一支点燃的蜡烛放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像。
E.在纸上记下蜡烛和它的像的位置。
F.根据上述实验分析得出平面镜成像的规律：平面镜所成的像与物体关于平面镜对称。
（2）为了使实验结论更具科学性，应补充的实验步骤是 ；
（3）在上述实验中，如果在玻璃板背面粘贴一张不透光的白纸，将玻璃板背面完全遮挡住，还能看到蜡烛在玻璃板后面的像吗？答： 看到。（选填“能”或“不能”）
【答案】 DCEB 移动点燃的蜡烛，重做实验 能
【详解】（1）[1]实验中要探究平面镜成像的规律，需要先把点燃的蜡烛放在玻璃板前，再拿与点燃蜡烛一样的未点燃的蜡烛，在玻璃板的另一侧与之重合，当物像恰好重合后，在纸板上记录蜡烛与所成像的位置，且连接蜡烛与像，用刻度尺测量距离的长度，即可得出平面镜成像的规律，所以实验的正确顺序为：ADCEBF。
（2）[2]探究型的实验，为了得到普遍规律，需要进行多次实验，所以移动点燃的蜡烛，重做实验。
（3）[3]因为平面镜成像是由光的反射形成的正立的虚像，所以将玻璃板背面完全遮挡住，在点燃蜡烛这侧仍然能看到蜡烛的像。
2．（2023·陕西·中考真题）如图，是“探究平面镜成像时像与物的关系”的实验装置。

（1）将一张方格纸放在水平桌面上，再将茶色玻璃板 放置在方格纸上；
（2）实验时，使用两个相同的棋子，是为了便于比较像和物的 关系；
（3）在玻璃板前放一个棋子A，将另一个相同的棋子B放到玻璃板后，使棋子B与棋子A在玻璃板后所成的像重合，此时，棋子B的位置就是棋子A的像的位置。将光屏竖直放在棋子B的位置，从光屏上不能直接观察到棋子A的像，说明平面镜所成的像是 像；
（4）多次改变棋子A的位置，并记录棋子A的像的位置，用刻度尺测出每次像和物到平面镜的距离，实验数据如图所示。分析数据可知，平面镜成像时，像和物到平面镜的距离 。
【答案】 垂直 大小 虚 相等
【详解】（1）[1]将茶色玻璃板垂直放置在方格纸上，使像成在玻璃板的另一侧的桌面上，当在桌面上移动第二个棋子时，能与像完全重合。
（2）[2]实验时，使用两个相同的棋子，当移动第二个棋子时，能与像完全重合，说明像和第二个棋子大小相等，即与第一个棋子大小也相等，从而得出像和物体大小相等，所以是为了便于比较像和物的大小关系。
（3）[3]因为从光屏上不能直接观察到棋子A的像，说明平面镜所成的像不是实际光线形成的，所以是虚像。
（4）[4]由表格数据可知，每次实验中，像和物到平面镜的距离相等，由此得出平面镜成像时，像和物到平面镜的距离相等。
3．（2023·湖北荆州·中考真题）为了探究平面镜成像特点，小华同学准备了透明玻璃板、刻度尺、光屏和A、B两只大小相同的蜡烛，如图所示。

（1）用透明玻璃板代替平面镜是为了便于确定像的 ，用玻璃板代替平面镜实验时，应选用 （选填“厚”或“薄”）一些的玻璃板；
（2）当蜡烛A远离玻璃板时，它的像会 （选填“变小”“不变”或“变大”）；
（3）实验中若只将玻璃板水平向左平移，蜡烛所成像的位置 （选填“向左移”“向右移”或“不变”）；
（4）小华同学在实验中将透明玻璃板与水平桌面垂直方向成30°角放置，然后将蜡烛沿水平桌面向玻璃板方向移动一段距离L，如图所示。则蜡烛所成像的像距变化量为 。
【答案】 位置 薄 不变 不变
【详解】（1）[1]透明的玻璃板能反射，也能透光，所以玻璃板既能成像，又能观察到玻璃板后面代替蜡烛A的蜡烛B，当蜡烛B和蜡烛A的像完全重合时，蜡烛B的位置就是蜡烛A像的位置，所以使用透明的玻璃板代替平面镜便于确定像的位置。
[2]透明的玻璃板能反射，也能透光，所以玻璃板既能成像，又能观察到玻璃板后面代替蜡烛A的蜡烛B，当蜡烛B和蜡烛A的像完全重合时，蜡烛B的位置就是蜡烛A像的位置，所以使用透明的玻璃板代替平面镜便于确定像的位置。
（2）[3]平面镜中的像的大小跟物体大小有关，跟物体到平面镜的距离无关，所以蜡烛A远离玻璃板，像也远离玻璃板，像的大小不变。
（3）[4]只将玻璃板向左平移，在向左移动的过程中，由于物像关于平面镜对称，所以蜡烛A的像的位置不变。
（4）[5]如图所示：

根据平面镜成像规律可知，DE垂直于CE，由数学原理可知
∠DCE=90°-30°=60°
则
∠CDE=180°-90°-60°=30°
由几何知识可知
∠DMF=∠CDE=30°
由图可知，像距的变化量
4．（2023·湖南长沙·中考真题）在“探究平面镜成像的特点”的实验中：

（1）第一小组找到如图甲所示的两种器材，器材a是平面镜，器材b是在薄玻璃板的一面贴上几条镜面纸的自制教具。为了确定像的位置，可选择器材 （写出器材的字母符号即可）；
（2）第二小组选取两支相同的蜡烛做实验，实验装置如图乙所示，同学们发现玻璃板后面的蜡烛总是能和玻璃板前面那支蜡烛的像完全重合，这说明平面镜所成像的大小与物体的大小 ；
（3）在探究像距和物距的关系时，小明在第一次实验中测出物距为12.50cm，像距为12.50cm。为了得到像距和物距关系的规律，你对他接下来的操作建议是 。
【答案】 b 相同 改变物距，多做几组实验
【详解】（1）[1] 实验中用透明的薄玻璃板代替平面镜，在物体的一侧能看到物体的像，同时透过玻璃板也能观察到代替物体的像的另一个物体，应选择器材b，便于确定像的位置。
（2）[2]发现玻璃板后面的蜡烛总是能和玻璃板前面那支蜡烛的像完全重合，这说明平面镜所成像的大小与物体的大小相等。
（3）[3]小明只进行了一次实验，就得到了“像与物到镜面距离相等”的结论，实验次数太少，实验结论具有偶然性，他接下来应该改变物距，多测几组数据。
5．（2023·湖南常德·中考真题）如图甲所示是“探究平面镜成像特点”的实验装置，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，在白纸上记下A和B的位置。移动蜡烛A，重复做多次实验。

（1）选用玻璃板代替平面镜，主要是为了 。
（2）实验中两支蜡烛要完全一样，目的是为了 。
（3）当蜡烛A远离玻璃板时，它的像的大小将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（4）将蜡烛A竖直放在水平桌面上，点燃蜡烛观察发现：玻璃板中蜡烛A的像偏低且倾斜。你认为在图乙所示的①、②、③三幅图中， 图是产生以上实验现象的原因。
【答案】 确定物像的位置 比较像与物的大小关系 不变 ③
【详解】（1）[1]因为玻璃板既能让光透过也可以反射光，容易确定像的位置，而平面镜是不透明的，无法确定像的位置，所以选用玻璃板代替平面镜。
（2）[2]进行“探究平面镜成像特点”的实验，选取两支外形相同的蜡烛进行实验，目的是为了比较像与物的大小关系。
（3）[3]由于物体与像始终大小相等，当蜡烛A远离玻璃板时，它的像仍与A相等，则像的大小将不变。
（4）[4]实验时平面镜必须要竖直放置，如果不竖直，不论怎样移动后面的蜡烛都不可能与前面蜡烛的像完全重合，由图可知，甲图平面镜竖直放置，不会出现像偏低的情况，乙和丙图平面镜没有竖直放置，分别作出蜡烛A的关于平面镜的对称点可知，丙图平板玻璃中蜡烛A的像偏低且倾斜，如下图
；
根据图中，③符合题意。
6．（2023·四川南充·中考真题）小科同学在探究平面镜成像特点时，利用如图甲所示器材进行了以下操作：

（1）实验中小科同学从点燃的蜡烛一侧透过玻璃板看到像有重影，改善重影问题的方法是 ，实验中选取同样大小的蜡烛A、B是为了 ；
（2）改进器材后多次改变蜡烛A的位置，并移动另一支蜡烛，确定每次像的位置，将玻璃板及每次物和像的位置记录在玻璃板下面的白纸上，连接物和对应的像点，如图乙所示，由此可得出的结论是：像与物到平面镜的距离 ；
（3）完成实验后，小科同学又将一枚硬币放在玻璃板前，能看到它在玻璃板后的像在a的位置，如图丙所示，若将玻璃板水平向右移动3cm，该硬币的像 （选填“向右移动3cm”、“在原位置”或“向左移动3cm”）。
【答案】 用较薄的玻璃板 探究像与物的大小关系 相等 在原位置
【详解】（1）[1]实验中有重影，是因为玻璃板较厚，蜡烛通过玻璃板两个面都成像了，可采用较薄的玻璃板，两个面所成的像几乎在一个位置，避免重影对实验的影响。
[2]用A、B同样大小的蜡烛进行实验，可探究平面镜所成的像与物的大小关系，B与A的像重合时，说明像与物大小相等。
（2）[3]由图乙知，每次记录的像距与物距的大小相等，所以像与物到平面镜的距离相等。
（3）[4]将玻璃板水平向右移动3cm，硬币的位置不变，则像的位置也不变，在原位置。
探究实验三、探究凸透镜的成像规律
【提出问题】凸透镜所成像的虚实、大小、正倒跟什么因素有关系？
【猜想和假设】①可能与物体到透镜的距离有关。生活中的支持事例：照相机、投影仪和放大镜的成像特点不同，是因为物体到透镜的距离不同。
②可能与凸透镜的焦距有关。生活中的支持事例： 同一物体通过照相机成像，当照相机的焦距改变时（调焦），凸透镜所成像的大小会改变。
【设计实验】
1. 关于物距、像距：
物距u：是指物体到透镜光心的距离；像距v：是指像到透镜光心的距离。

2. 我们可以把物体放在距凸透镜较远的地方，然后逐渐移近，观察成像的情况。由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距f有关系，所以研究物距u的变化时，焦距可能是个应该注意的参照距离。比如，我们可以注意观察物距大于、等于、小于一倍焦距、二倍焦距……时物体成像的情况。
【进行实验与收集证据】
1. 实验器材：光具座、凸透镜（焦距 f =10cm）、蜡烛（烛焰作为发光体）、光屏等。

2. 实验操注意事项
①实验时，先调节烛焰、透镜和光屏的高度，使烛焰的中心、透镜的光心和光屏的中心大致在同一高度，目的是使像成在光屏中央。
②实验过程中，蜡烛燃烧变短，为了使像仍成在光屏的中央，如果只调节蜡烛，应把蜡烛往上调；如果只调节光屏，应把光屏往上调。
3. 用一只蜡烛作为发光体，一块白色的硬纸板作为屏，研究烛焰的成像情况。
①把蜡烛放在较远处，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在屏上成清晰的实像。观察实像的大小和正倒，测出物距u和像距v。
②把蜡烛向凸透镜移近几厘米，放好后重复以上操作。
③继续向凸透镜移动蜡烛并调整光屏的位置，你总能在屏上得到蜡烛的像吗?撤去光屏，从光屏一侧向透镜方向看去，能否观察到蜡烛的像?像在什么位置?
把实验中得到的数据和观察结果填入下表。每个小组可以自己选择适当的物距，并与各小组共享测量的数据。
像与物距的关系 凸透镜的焦距f=10cm
物距与焦距的关系
物距u/cm
像的性质
像距v/cm
虚实
大小
倒正
u > 2f
30
实像
缩小
倒立
15
u = 2f
20
实像
等大
倒立
20
2f >u >f
15
实像
放大
倒立
30
u 6
虚像
放大
正立
——

【分析与论证】
分析上表记录，找出凸透镜成像的规律。
1. 像的虚实：凸透镜在什么条件下成实像，在什么条件下成虚像？
2. 像的大小：凸透镜在什么条件下成缩小的实像，在什么条件下成放大的实像？有没有缩小的虚像？
3. 像的倒正：凸透镜在什么条件下成正立的像？在什么条件下成倒立的像？
4. 像的放大与缩小的条件：凸透镜成放大的像时，物距跟像距相比，哪个比较大？成缩小的像时，物距跟像距相比，哪个比较大？
5. 凸透镜所成的像有没有正立的实像？有没有倒立的虚像？
进行分析，得出结论：
1．焦点是实像和虚像的分界点。物体在焦点以外成实像，焦点以内成虚像。即一倍焦距分虚实。
2．二倍焦距是成放大和缩小像的分界点。物体在二倍焦距以外成缩小的实像，在一倍焦距与二倍焦距之间成放大的实像。物体在焦距以内，成正立放大的虚像，没有缩小的虚像。即二倍焦距分大小。
3．实像与物体在凸透镜的异侧，都是倒立的；虚像与物体在凸透镜的同侧，都是正立的。
4．物距u＞v（像距），像是缩小的，u＜v，像是放大的。
5．实像是实际光线的交点，可以在光屏上呈现，虚像是光线的反向延长线的交点，不能在光屏上呈现。实像可以是缩小的，也可以是放大的，虚像一定是放大的。
记忆口诀：
一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小，物近（离焦点）像远像变大；虚像（与物）同侧正，实像异侧倒，像物相互跟着跑。
【交流与讨论】
1. 物体在一倍焦距内成正立、放大的虚像，眼睛应在光屏一侧观察成像情况；
2. 光屏上找不到像的原因，可能是：
①蜡烛在1倍焦距内，凸透镜成虚像，不能呈现在光屏上；
②蜡烛在焦点上，凸透镜没有成像；
③蜡烛到凸透镜的距离稍大于1倍焦距，成像在很远的地方，光屏无法移动到该位置；
④蜡烛、凸透镜、光屏三者中心不在同一高度，像不在光屏上。
真题汇编
1．（2023·四川绵阳·中考真题）在“探究凸透镜成像规律”实验中，小绵同学先把凸透镜正对着太阳，在距凸透镜15cm处得到一个很小、很亮的光斑。帮助小绵完成实验：
（1）在光具座上，将蜡烛放在距离凸透镜约30cm处，发现蜡烛像明显在光屏中心之上。应该向 （选填“上”或“下”）适当移动蜡烛，使烛焰、凸透镜中心、光屏中心三者在同一高度。
（2）调节好后，将蜡烛放在距离凸透镜较远处，调整光屏到凸透镜的距离，使烛焰在屏上成清晰的像。观察并记录像的虚实、大小、正倒，测量并记录物距u，还需要测量并记录的物理量是 。
（3）把蜡烛向凸透镜移近几厘米，重复以上操作。
（4）继续向凸透镜移动蜡烛，当蜡烛与凸透镜间距离小于约 cm后，发现无论怎么调整光屏位置，都不能在屏上得到蜡烛的像。
【答案】 上 像距 15
【详解】（1）[1]在光具座上，将蜡烛放在距离凸透镜约30cm处，发现蜡烛像明显在光屏中心之上，此时成的是倒立的实像，所以，应该向上适当移动蜡烛，使烛焰、凸透镜中心、光屏中心三者在同一高度，这样，在实验过程中，就能使像始终成在光屏中心。
（2）[2]实验时，除要探究像的虚实、大小、正倒与物距、焦距之间的关系，还要探究不同情况下像距与焦距之间的关系及变化情况，所以还要测量并记录像距。
（4）[3]把凸透镜正对着太阳，在距凸透镜15cm处得到一个很小、很亮的光斑，所以凸透镜的焦距为15cm。当物距小于焦距时，成正立、放大的虚像，虚像不能成在光屏上，所以，当蜡烛与凸透镜间距离小于约15cm后，发现无论怎么调整光屏位置，都不能在屏上得到蜡烛的像。
2．（2023·辽宁本溪·中考真题）小宋进入实验室准备探究凸透镜成像规律的实验时，恰好看到窗户通过凸透镜在光屏上所成的清晰的像，如图甲所示，此时凸透镜和光屏分别在光具座的50cm、61cm刻度线处，如图乙所示。

（1）图甲光屏上窗户的像是倒立、 的实像，生活中 就是应用这一成像原理工作。如果实验室只有焦距为“10cm”和“20cm”两种规格的凸透镜，根据他观察到的现象，可知光具座上凸透镜的焦距为 cm；
（2）把点燃的蜡烛放在光具座的20cm刻度线处，凸透镜、光屏保持如图乙所示的位置不变，调整烛焰、凸透镜和光屏高度，使三者的中心在 。可以适当的向 （选填“左”或“右”）移动光屏，使光屏上得到烛焰清晰的像；
（3）在（2）的基础上，把蜡烛向右移动一段距离，光屏上的像模糊了，可以在凸透镜和蜡烛之间适当位置放一个度数合适的 （选填“近视”或“远视”）镜片，使光屏上再次呈现烛焰清晰的像。
【答案】 缩小 照相机 10 同一高度 右 远视
【详解】（1）[1][2]根据题意，物距大于二倍焦距，像距在一倍焦距和二倍焦距之间，故图甲光屏上窗户的像是倒立、缩小的实像，生活中照相机就是应用这一成像原理工作。
[3]因像距
v=61cm-50cm=11cm
实验室只有焦距为“10cm”和“20cm”两种规格的凸透镜，根据他观察到的现象为缩小的像，则像距在一倍焦距与二倍焦距之间，可知光具座上凸透镜的焦距为10cm。
（2）[4][5]把点燃的蜡烛放在光具座的20cm刻度线处，凸透镜、光屏保持如图乙所示的位置不变，调整烛焰、凸透镜和光屏高度，使三者的中心在同一高度，因物距变小，像距变大，故可以适当的向右移动光屏，使光屏上得到烛焰清晰的像。
（3）[6]在（2）的基础上，把蜡烛向右移动一段距离，光屏上的像模糊了，此时像在光屏右侧，因远视镜（凸透镜）对光线有会聚作用，可以在凸透镜和蜡烛之间适当位置放一个度数合适的远视镜片，使光屏上再次呈现烛焰清晰的像。
3．（2023·江苏镇江·中考真题）小华利用“F”光源来研究凸透镜成像。
（1）实验前，小华应调整“F”光源和光屏的中心在凸透镜的 上；
（2）小华将“F”光源、凸透镜和光屏按照图1所示位置放置时，光屏上能成清晰的像，所成的像是 立的。凸透镜的焦距为 cm；
（3）小华继续进行研究，当出现图2所示场景时，光屏上的像是清晰的；
①依此成像原理可制成 （选填“投影仪”“照相机”或“放大镜”）；
②现保持光源和光屏位置不变，小华将凸透镜移至另一位置，发现光屏上也成清晰的像，此时凸透镜所在位置的刻度是 cm。若要再模拟近视眼成因，小华仅需将光屏向 移动少许。
【答案】 主光轴 倒 5.0 投影仪 17.5 右
【详解】（1）[1]为了使像成在光屏中央，应调整烛焰和光屏的中心在凸透镜的主光轴上。
（2）[2]当蜡烛、凸透镜和光屏处于图1所示位置时，恰好在光屏上成清晰的像，由图可知，此时物距等于像距，在光屏上成倒立、等大的实像。
[3]此时物距等于像距等于二倍焦距，此时物距
u=20.0cm-10.0cm=10.0cm
物距是10.0cm，则焦距为5.0cm。
（3）[4]图2中物距小于像距，则成倒立、放大的实像，投影仪根据此原理工作的。
[5]保持光源和光屏位置不变，小华将凸透镜移至另一位置，发现光屏上也成清晰的像，根据光路可逆，此时物距与像距交换，原来物距是7.0cm，移动后的像距为7.0cm，则凸透镜的位置
l=24.5cm-7cm=17.5cm
[6]要模拟近视眼，即像成在光屏的前方，因而将光屏向右移动一段距离即可。
4．（2023·安徽·中考真题）某小组探究平面镜和凸透镜成像的特点，将光源和光屏分别竖直放置在水平光具座上的A、C位置，B是AC的中点，如图1所示。在AB之间朝向A观察，看到的光源形状如图2中的甲所示。

（1）在B处竖直放置一块平面镜，镜面朝向光源，小丽在AB之间观察平面镜中的像，小明在BC之间观察光屏。此后，小亮将平面镜更换为一个凸透镜，恰能在光屏上成等大的像，他在BC之间观察光屏上的像。上述实验过程中，小丽、小明和小亮观察到的分别是图2中的 （选填“①”“②”“③”或“④”）；
①甲、丙、戊 ②乙、丙、丁 ③乙、乙、丁 ④乙、乙、戊
（2）小亮继续实验，要在光屏上得到一个缩小的像，可保持光源位置不变，将凸透镜向 （选填“A”或“C”）移动，并调节光屏的位置直到呈现清晰的像。
【答案】 ② C
【详解】（1）[1]平面镜成像原理是光的反射，成正立、等大的虚像，虚像与物体左右相反。所以小丽在AB之间观察平面镜中的像，由于光的反射，看到的像是图乙；小明在BC之间观察光屏，由于虚像不能用光屏承接，所以小明在光屏上看不到像，如图丙；在B点放置凸透镜，此时
u=v=2f
在光屏上成倒立、等大的实像，且左右相反，小亮观察到的像如图丁，故②符合题意，①③④不符合题意。
故选②。
（2）[2]根据凸透镜成像特点可知，要在光屏上得到一个缩小的像，物距u>2f，光源位置不变，需将凸透镜向C移动，并调节光屏的位置直到呈现清晰的像。
5．（2023·广东·中考真题）小明在学习了凸透镜成像的规律后，继续深入探究，选用题表中某一规格的凸透镜做实验，调整好器材后如题图甲所示，此时烛焰在光屏上成放大的像；
（1）光屏上的像是实像还是虚像？ ；
（2）一段时间后，小明发现烛焰的像如图乙所示，此时将蜡烛向 调节可以使烛焰的像移到光屏中央；
（3）小明选的凸透镜焦距为 cm；
（4）小明将蜡烛换成F字光源，调整了光源和光屏的位置，在光屏上仍可观察到清晰的像，如题图所示，则小明看到的像应是 （选填字母）；

（5）小明认为凸透镜成像的规律还可能与凸透镜的直径有关；若要验证其猜想，则可在题表中选取编号为 两个凸透镜进行实验验证。
【答案】 实像 上 10 D ①、②
【详解】（1）[1]如图甲所示，物距小于像距，此时烛焰在光屏上成放大的像，为投影仪的成像原理，成倒立、放大的实像。
（2）[2]一段时间后，蜡烛越烧越短，此时烛焰的像在光屏上方呈现，为了使烛焰的像移到光屏中央可以将蜡烛上移，使得烛焰，透镜的光心和光屏中央在同一水平直线上。
（3）[3]由甲图可知，此时物距小于像距，为投影仪的成像原理，此时物距为15.0cm，在一倍到两倍焦距之间，像距为30.0cm，像距在两倍焦距之外，根据表格可知，小明选的凸透镜焦距为10cm。
（4）[4]将蜡烛换成F字光源，调整了光源和光屏的位置，在光屏上仍可观察到清晰的像，此时物距大于像距，为照相机的成像原理，成倒立、缩小的实像，从左侧向光屏看，会看到图B所示的像，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
（5）[5]若要验证凸透镜成像的规律还可能与凸透镜的直径有关，则需要控制凸透镜的焦距相等，故可在题表中选取编号为①、②两个凸透镜进行实验验证。
6．（2023·辽宁营口·中考真题）小飞同学“探究凸透镜成像规律”的实验
（1）小飞按下图安装好器材，点燃蜡烛，调整 、凸透镜（f=10cm）、光屏三者的中心在同一高度。

（2）如上图所示，光屏上会出现烛焰清晰缩小 （选填“正立”或“倒立”）的像； 透镜位置保持不变，将蜡烛移动到光具座35cm处，光屏向 （选填“左”或“右”）移动到适当位置，光屏上又重新出现烛焰清晰的像；将蜡烛移动到光具座 42cm处，小飞在凸透镜的右侧，通过凸透镜观察到烛焰正立的像，蜡烛继续靠近凸透镜， 烛焰的像 （选填“变大”或“变小”）。
（3）将一个眼镜片放在上图中蜡烛和凸透镜间的某一位置，光屏上的像变模糊了，凸透镜和光屏的位置保持不变，向左移动蜡烛，又能在光屏上看到烛焰清晰的像，说明该镜片是 （选填“凸透镜”或“凹透镜”）。
（4）完成实验后，小飞利用图甲所示装置探究光的反射规律。白色硬纸板ENF垂直于水平放置的平面镜，法线ON垂直镜面，使一束光贴着纸板沿 EO射到O点，反射光线沿 OF射出，当入射光线远离法线时，反射光线将 （选填“靠近”或“远离”）法线；如图乙所示。把纸板NOF向后折，在纸板上看不到反射光线，由此初步得出： 反射光线、入射光线、法线在 平面内。

【答案】 烛焰 倒立 右 变小 凹透镜 远离 同一
【详解】（1）[1]实验前，调整烛焰、凸透镜、光屏三者的中心在同一高度，目的是为了使烛焰的像成在光屏中央。
（2）[2]由图可知，此时物距为30.0cm，像距为15.0cm，则凸透镜焦距f=10cm，所以物体在两倍焦距以外，像在一倍二倍焦距之间，成倒立缩小实像。
[3]透镜位置保持不变，将蜡烛移动到光具座35cm处，那么物距为15.0cm。根据光路可逆原理，如果此时像距为30.0cm，光屏上会再次成清晰的像，所以光屏应该向右边移动至光具座80cm处。
[4]将蜡烛移动到光具座 42cm处，物体在凸透镜的一倍焦距以内，成正立放大的虚像。凸透镜成虚像的特点是物近像近像变小，所以当蜡烛继续靠近凸透镜时，虚像逐渐变小。
（3）[5]将一个眼镜片放在上图中蜡烛和凸透镜间的某一位置，光屏上的像变模糊了。向左移动蜡烛，又能在光屏上看到烛焰清晰的像，根据凸透镜成实像的规律：物远像近像变小，说明放入眼镜片后像变远了，通过向左移动蜡烛，使得像变近重新在光屏上呈现。故该镜片为凹透镜。
（4）[6]当入射光线远离法线时，入射角变大。根据反射定律可知，反射角=入射角，所以反射光线也将远离法线。
[7]把纸板NOF向后折，入射光线所在的平面和反射光线所在的平面不相同，这时在纸板上看不到反射光线，由此初步得出：反射光线、入射光线、法线在同一平面。实验次数
1
2
3
入射角
反射角
实验序号
①
②
③
物到平面镜的距离/cm
4.3
6.8
9.2
像到平面镜的距离/cm
4.6
6.6
9.2
实验序号
1
2
3
4
5
物到平面镜的距离/cm
5.50
8.00
10.20
12.00
15.10
像到平面镜的距离/cm
5.50
8.10
10.20
12.10
15.10
凸透镜编号
焦距/cm
直径/cm
①
5
3.5
②
5
4.5
③
10
4.5
④
15
4.5