專題02光學(xué)實驗【知識儲備】平面鏡成像特點：平面鏡成的是虛像；像與物體大小相等；像與到鏡面的距離相等；像與物體的連線與鏡面垂直。平面鏡應(yīng)用：(1)成像；(2)改變光路。光的反射定律：反射光線與入射光線、法線在同一平面上，反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。（注：光路是可逆的）。漫反射和鏡面反射一樣遵循光的反射定律。光的折射規(guī)律：光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)，折射光線與入射光線、法線在同一平面上；折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)，折射角小于入射角；入射角增大時，折射角也隨著增大；當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時，傳播方向不改變。（折射光路也是可逆的）【專題突破】1．圖甲是小明做“探究平面鏡成像的特點”的實驗裝置。（1）實驗中用玻璃板代替平面鏡，目的是便于確定像的位置；（2）實驗時選擇兩個相同的棋子A、B，目的是比較像與物的大小關(guān)系，小明操作后得到了正確的結(jié)論，支持該結(jié)論的實驗現(xiàn)象是棋子B與A的像完全重合；（3）實驗結(jié)束后，小明想，若把玻璃板沿虛線截成兩部分（如圖乙所示），并分別向兩側(cè)平移一小段距離，則棋子通過左右兩部分玻璃板成像的情況是①（填序號）。①都成完整的像，且兩個像在同一位置②各成半個像，合起來成一個完整的像【解答】解：（1）在實驗中用透明的玻璃板代替平面鏡，既能觀察到棋子A的像，同時也能觀察到與像比較的棋子B，這樣便于確定像的位置。（2）實驗中為了探究物像的大小關(guān)系，而選擇相同的兩棋子，是為了利用等效替代的方法，通過比較相同的棋子來比較像與物的大小關(guān)系；小明得到像與物體大小相等的結(jié)論，是由于他看到棋子B與A的像完全重合。（3）平面鏡所成的像與物體關(guān)于鏡面對稱，像點與物點的連線與鏡面垂直，所以只有一個像的位置，每個平面鏡都成一個完整的像，且這兩個像在同一位置，故①符合題意，②不符合題意。故選①。故答案為：（1）確定像的位置；（2）像與物的大小關(guān)系；（3）棋子B與A的像完全重合；（4）①。2．（一）如圖1是小華對水沸騰現(xiàn)象進行的實驗探究，當(dāng)溫度升高到90℃時開始記錄數(shù)據(jù)，以后每隔1min記錄一次水的溫度，直到水沸騰了5min為止。通過實驗得到下表數(shù)據(jù)。時間t/min0123456789溫度t/℃90929496989999999999（1）如圖甲所示，小華在實驗中使用溫度計時，不當(dāng)之處是：溫度計的玻璃泡碰到了容器底。（2）其中水沸騰時的氣泡現(xiàn)象如圖乙中的A（選填“A”或“B”）圖所描述一樣，水在沸騰時吸熱，溫度會保持不變（選填“繼續(xù)升高”“降低”或“保持不變”）。（3）圖丙是實驗過程某一時刻的溫度，此時水溫是96℃。（二）某小組選用了圖2甲中光源、水、水槽、可折轉(zhuǎn)的光屏（帶刻度）等器材，用于完成探究“光從空氣射入水中時的折射規(guī)律”。（1）如圖乙，光屏可折轉(zhuǎn)，是為了觀察折射光線、入射光線和法線是否在同一平面內(nèi)。（2）光從空氣射入水中，入射點為O點，不斷改變?nèi)肷浣?，讀出刻度盤上對應(yīng)的折射角，將實驗結(jié)果畫在圖丙中，其中1和1'、2和2'、3和3'、4和4'分別表示各次入射光線和對應(yīng)的折射光線的位置。由此可得出，光從空氣斜射入水中時，折射角隨入射角的增大而增大，且折射角小于（選填“大于”“等于”或“小于”）入射角?！窘獯稹拷猓海ㄒ唬?）由圖知，溫度計的玻璃泡碰到了容器底；（2）由圖知，B氣泡開始上升，但體積隨即減小，是沸騰前的現(xiàn)象，A氣泡大量的上升，且上升過程中體積逐漸變大，說明水已經(jīng)沸騰，且水在沸騰時吸熱，溫度不變；（3）由圖知：該溫度計的分度值是1℃，因此所示的水溫為96℃；（二）（1）將光屏的半部分向前后翻折，就不會看到折射光線，只有當(dāng)整個光屏為一平面時，才能夠看到折射光線，說明入射光線、折射光線、法線共面。這說明使用可折轉(zhuǎn)的光屏，是為了觀察折射光線和入射光線、法線是否在同一平面內(nèi)。（2）由圖丙可以看出，當(dāng)入射角逐漸減小，則折射角逐漸減小，入射角增大時，折射角也隨著增大；即：光從空氣斜射入水中時，折射角隨入射角的增大而增大，隨入射角的減小而減小，且折射角小于入射角。故答案為：（一）（1）溫度計的玻璃泡碰到了容器底；（2）A；保持不變；（3）96；（二）（1）在同一平面內(nèi)；（2）增大；小于。3．我們利用如圖甲所示的裝置進行探究“平面鏡成像特點“的實驗。（1）選用玻璃板代替平面鏡的目的是便于確定像的位置。（2）實驗中，先固定蠟燭A的位置，再移動蠟燭B，直至觀察到B與A的像完全重合。透過玻璃看到的蠟燭B，實際上是光的折射形成的虛像。移開蠟燭B并在其位置處放一光屏，直接觀察光屏，在光屏上不能（填“能”或“不能”）看見蠟燭的像；（3）如果實驗中采用厚玻璃板，實驗中會觀測到蠟燭A通過玻璃板在不同位置成了兩個像，其中靠近玻璃板的一個像是玻璃前（選填“前”或“后”）側(cè)表面反射所成的像；若測得兩個像之間的距離為0.8cm，則玻璃板的厚度為0.4cm；（4）如圖乙所示，玻璃板原來沿直線BC豎直放置，若實驗中將玻璃板沿順時針方向轉(zhuǎn)過一定角度θ（θ＜90°）后，蠟燭A成的像移動到點A1處，已知圖中方格均為邊長相等的正方形，則θ＝45°?！窘獯稹拷猓海?）實驗中用玻璃板代替平面鏡的目的是便于確定像的位置；（2）實驗中，先固定蠟燭A的位置，再移動蠟燭B，直至觀察到B與A的像完全重合；透過玻璃看到的蠟燭B，實際上是光的折射成的虛像；移開蠟燭B并在其位置處放一光屏，直接觀察光屏，在光屏上不能看見蠟燭的像；（3）實驗中，看到點燃的蠟燭通過玻璃板成兩個像，其中距離觀察者較遠(yuǎn)的像較暗；反射是光線到達(dá)玻璃板后有一部分被玻璃的前面反射到你的眼睛，所以看到一個清晰的像，一部分光折射到了玻璃板后還有一部分光透過玻璃板，玻璃的后面反射的光比玻璃前面的光少，所以較遠(yuǎn)的像較暗；根據(jù)物像到反射面的距離相等，平面鏡的前后兩面所成的像之間的距離為平面鏡厚度的2倍，即平面鏡的厚度是0.4cm；（4）平面鏡成像與成像物體對應(yīng)點連線與平面鏡垂直，連接A、A1，做出連線的垂直平分線，即移動后平面鏡位置，如下圖，可知玻璃板沿順時針方向轉(zhuǎn)過45°。故答案為：（1）確定像的位置；（2）完全重合；折射；不能；（3）前；0.4；（4）45°。4．如圖為某實驗小組“探究光的反射規(guī)律”的實驗裝置，平面鏡放在水平桌面上，A、B是兩塊粘接起來的硬紙板，而且B板可繞ON轉(zhuǎn)動。（1）如圖甲所示，使紙板與水平桌面上的平面鏡垂直。（2）實驗時，小亮同學(xué)發(fā)現(xiàn)每次用鉛筆把光的傳播路徑描下來非常不方便，認(rèn)真思考后，他認(rèn)為在正確操作時，只要在光傳播的路徑上標(biāo)記兩個合適的點就能確定了，他用到的光學(xué)知識是光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。（3）在圖乙中，將紙板B沿PQ剪開，把紙板B的上半部分向后折。實驗時在紙板B上觀察到在紙板B的下半部分有反射光線，上半部分無反射光線現(xiàn)象，表明反射光線、入射光線和法線都在同一平面內(nèi)。（4）小強同學(xué)對實驗進行了改進，如圖丙：先用加濕器使實驗空間充滿霧氣，將平面鏡放在一個能轉(zhuǎn)動的水平圓臺上，在柱M上固定一紅色激光筆，使其發(fā)出的光垂直射向平面鏡上的O點，其作用是為了顯示法線的位置。打開固定的綠色激光筆，使綠色激光射向O點。該同學(xué)水平方向緩緩轉(zhuǎn)動圓臺，他認(rèn)為當(dāng)我們觀察到一條光線的現(xiàn)象時，可判定反射光線、入射光線和法線都在同一平面內(nèi)?！窘獯稹拷猓海?）如果紙板沒有與平面鏡垂直放置，由于法線與鏡面垂直，且反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)，因此，當(dāng)光貼著紙板沿EO入射時，不能在紙板上看到反射光，所以紙板放在平面鏡上時，要保持與鏡面垂直；（2）光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的；（3）將紙板B的上半部分向后折，如圖乙所示，發(fā)現(xiàn)在紙板B的下半部分有反射光線，上半部分無反射光線，此實驗現(xiàn)象說明反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；（4）加濕器使整個教室充滿霧氣，這樣能顯示出光的傳播路徑；法線與平面鏡是垂直的，紅色激光筆發(fā)出的光垂直射向平面鏡上的O點，可以顯示法線的位置；沿水平方向緩慢轉(zhuǎn)動圓臺，當(dāng)我們觀察到入射綠光、入射紅光和反射綠光看起來重合時，即只能觀察到一條光線時，可根據(jù)光的傳播路徑來判斷反射光線，入射光線和法線在同一平面內(nèi)。（1）垂直；（2）光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的；（3）在紙板B的下半部分有反射光線，上半部分無反射光線；（4）法線；一條光線。5．在“探究平面鏡成像的特點”的實驗中：（1）選擇圖甲中的蠟燭c作為物體，為完成實驗，另一支蠟燭應(yīng)選擇圖甲中的蠟燭d；（2）將點燃的蠟燭放在玻璃板前A處，移動玻璃板后的蠟燭直至與像完全重合，記錄玻璃板前后蠟燭的位置A和A′，如圖乙所示，用刻度尺分別測出物、像到鏡面的距離，圖中用刻度尺測量蠟燭到鏡面的距離為9.80cm；改變蠟燭的位置，進行多次實驗，測量并記錄物、像到鏡面的距離。分析數(shù)據(jù)可知：平面鏡成的像與物體到鏡面的距離相等；（3）實驗中，若將白紙板放在像的位置，白紙板上能承接到蠟燭的像嗎？不能，原因是：平面鏡所成像是虛像；（4）請畫出圖丙的物體AB在平面鏡中所成的像?！窘獯稹拷猓海?）由平面鏡成像特點可知，像與實物大小相等，選擇圖甲中的蠟燭c作為物體，另一支蠟燭大小要和蠟燭c相同，由圖甲可知蠟燭d和蠟燭c大小相同，移動此蠟燭直到鏡中的像與該蠟燭位置重合，從而確定像的位置。（2）由乙圖可知，刻度尺的分度值為1mm，讀數(shù)時要估讀到分度值的下一位，圖中蠟燭到鏡面的距離為9.80cm。由乙圖可知，像在A′處、B′處、C′處到鏡面的距離與蠟燭在A處、B處、C處到鏡面的距離相等，由此可得出結(jié)論：平面鏡成的像與物體到鏡面的距離相等。（3）平面鏡所成像是虛像，虛像不能用白紙板承接。（4）由平面鏡成像特點可知，像與實物成鏡面對稱，在丙圖中分別作A、B與鏡面的對稱點A′、B′，用虛像連接，即為物體AB在鏡中的像，如圖所示：。故答案為：（1）蠟燭d；（2）9.80；相等；（3）不能；平面鏡所成像是虛像；（4）見解答。6．在進行“光的反射定律”的探究實驗中，小華設(shè)計如圖所示的實驗。平面鏡放在水平桌面上，可旋轉(zhuǎn)的光屏（如圖甲所示，光屏的EF兩部分均可繞軸ON旋轉(zhuǎn)）立放在水平放置的平面鏡上。（1）實驗中光屏E是用來呈現(xiàn)入射光線的，為了觀察到完整的光路，光屏F需旋轉(zhuǎn)到圖乙中的位置b（填字母“a”、“b”或“c”），說明反射光線、入射光線和法線應(yīng)在同一平面內(nèi)。（2）若將入射光線AO順時針轉(zhuǎn)10°，則反射光線OB將逆時針（填“順時針”或“逆時針”）轉(zhuǎn)10°。（3）改變?nèi)肷涔饩€的方向，再觀測幾組入射角和反射角，這樣做的目的是尋找光反射的普遍規(guī)律。（4）若將光線從BO入射，則反射光線會從OA射出，這說明光路是可逆的?！窘獯稹拷猓海?）為觀察到完整的光路，需將光屏F旋轉(zhuǎn)到圖乙中的位置b，使光屏E和光屏F在同一平面內(nèi)，說明反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)；（2）保持入射點位置不變，若將入射光線AO順時針轉(zhuǎn)10°，則反射光線OB逆時針轉(zhuǎn)10°；（3）為避免實驗的偶然性，可以改變?nèi)肷涔饩€的方向，再觀測幾組入射角和反射角，這樣做的目的是為了多次實驗可以歸納出一般性結(jié)論（反射角等于入射角），即尋找光反射的普遍規(guī)律；（4）如果將光源沿BO射入一條入射光線，會觀察到反射光線會沿OA的方向射出，說明了在光的反射中，光路是可逆的。故答案為：（1）b；同一平面內(nèi)；（2）逆時針；（3）尋找光反射的普遍規(guī)律；（4）可逆的。7．小明為探究光的折射規(guī)律設(shè)計了如下實驗裝置：在玻璃水槽中豎直放置的光屏是由E和F兩個半圓形光屏組成的，NOM為兩半圓的分界線，其中光屏F可繞直徑NOM前后折轉(zhuǎn)。實驗測量數(shù)據(jù)如表所示：入射角α0°30°45°60°反射角γ0°30°45°60°折射角β0°22°32°41°（1）實驗時，在光屏前從不同方向可以看到紙板上入射光AO的徑跡，這是因為光在光屏上發(fā)生了漫反射（選填“鏡面反射”或“漫反射”）。（2）實驗時，先讓光屏E、F位于同一平面內(nèi)，一束激光貼著光屏E從空氣斜射入水中，在光屏F上可以看到折射后的光束；小明將光屏F向后折轉(zhuǎn)一定角度后，在光屏F上不能看到折射光，說明折射光線和入射光線在（選填“在”或“不在”）同一平面內(nèi)。（3）由表中數(shù)據(jù)可知，光從空氣斜射入水中時，折射角小于（選填“大于”、“等于”或“小于”）入射角。（4）小明繼續(xù)用另一支激光筆讓光沿BO射向水面時，可看到折射光沿OA射出，這說明：在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。（5）在實驗過程中，多次改變?nèi)肷浣堑哪康氖牵簩ふ覍嶒灥钠毡橐?guī)律。【解答】解：（1）在不同方向都可以看到紙板上入射光EO的徑跡，這是因為光在紙板上發(fā)生了漫反射的緣故；（2）當(dāng)F板向后折轉(zhuǎn)一定的角度后，則呈現(xiàn)折射光線的F板和呈現(xiàn)入射光線的E板不在同一平面內(nèi)，所以在F板上不能看到折射光，但此時折射光線和入射光線在同一平面內(nèi)；（3）由表中數(shù)據(jù)可知，光從空氣斜射入水中時，折射角始終小于入射角，且折射角隨著入射角的增大而增大；（4）該小組同學(xué)繼續(xù)用另一支激光筆讓光線沿著BO射向水面時，可看到折射光線沿OA射出，這說明在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。（5）多次改變?nèi)肷浣堑拇笮∪y折射角大小，目的是多次實驗來尋找實驗的普遍規(guī)律。故答案為：（1）漫反射；（2）在；（3）小于；（4）光路是可逆的；（5）尋找實驗的普遍規(guī)律。8．如圖甲所示是探究“平面鏡成像特點”的實驗，垂直桌面的透明玻璃板下方放一張白紙，再準(zhǔn)備兩支完全相同的蠟燭，將點燃的蠟燭A放置在玻璃板的前面，然后將蠟燭B放置在玻璃板后面。實驗序號1234物距u/cm4.25.06.810.0像距v/cm3.74.56.39.5（1）該實驗選擇兩支相同的蠟燭A和B，是為了比較像與物的大小關(guān)系。該實驗最好選擇在較暗的環(huán)境中進行，這樣做的目的是燭焰和黑暗環(huán)境的對比度大，成像更清晰。（2）將蠟燭B在玻璃板后來回移動，發(fā)現(xiàn)無論怎么移動也無法讓它和蠟燭A的像完全重合。請你分析出現(xiàn)這種情況的原因可能是玻璃板沒有和桌面垂直。（3）解決問題后，若將蠟燭A靠近玻璃板，則像將靠近（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）玻璃板。實驗中，玲玲同學(xué)發(fā)現(xiàn)在玻璃板的后面總是有兩個相距很近的像（如圖乙），產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是玻璃板太厚。（4）她繼續(xù)實驗，按照圖乙中的測量方法，多次改變蠟燭A的位置，認(rèn)真測量并記錄了對應(yīng)的數(shù)據(jù)（如上表）。根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析得出：像距小于物距。這個結(jié)論與平面鏡成像特點不相符，主要是像距（選填“物距”或“像距”）測量不正確。根據(jù)表中數(shù)據(jù)推算出玻璃板的厚度為5mm?！窘獯稹拷猓海?）實驗中選擇兩根完全一樣的蠟燭A和B，是為了比較物與像的大小的關(guān)系。點燃蠟燭，燭焰在明亮的環(huán)境中，燭焰和明亮環(huán)境對比度較小，成像不太清晰；燭焰在黑暗環(huán)境中，燭焰和黑暗環(huán)境的對比度大，成像更清晰。（2）將蠟燭B在玻璃板后的紙面上來回移動，發(fā)現(xiàn)無論怎么移動也無法讓它與蠟燭A的像完全重合，可能是玻璃板沒有豎直放置。（3）根據(jù)物像到平面鏡距離相等，物像大小相等，將蠟燭A靠近玻璃板時，則像將靠近玻璃板移動，像的大小不變。由于像是由光的反射形成的，而玻璃板太厚，玻璃板的兩面都能反射光，能成兩個像，所以通過玻璃板玲玲同學(xué)看到了同一個蠟燭的兩個像。（4）根據(jù)物體在平面鏡中成像，物像到平面鏡的距離相等，通過測量，可以得到A和B到平面鏡面的距離是相等的，而玲玲測量的像距是A′到Q的距離，因此這個結(jié)論與平面鏡成像特點不相符，主要是選擇了蠟燭A所成的像到反射面的距離不正確；根據(jù)上面數(shù)據(jù)推算玻璃板的厚度為4.2cm﹣3.7cm＝0.5cm＝5mm。故答案為：（1）大??；燭焰和黑暗環(huán)境的對比度大，成像更清晰；（2）玻璃板沒有和桌面垂直；（4）靠近；玻璃板太厚；（5）像距；5。9．圖1是“探究光的折射規(guī)律”的實驗光路。（1）如圖2，將有折射光線的半個光屏向后折轉(zhuǎn)一個角度，觀察到光屏上無折射光線，得出結(jié)論：折射光線、入射光線與法線在同一平面上。（2）改變?nèi)肷浣堑拇笮?，觀察折射光線和折射角的變化情況，記錄如下：入射角i10°20°30°40°50°60°70°80°85°折射角r8°15°22°29°35°41°45°47°48°折射光線亮度亮→暗分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：光從空氣斜射入水時，折射角小于入射角，折射角隨入射角增大而增大。（3）由表格數(shù)據(jù)猜想，隨著入射角的增大，反射光線的亮度變化情況為變亮?！窘獯稹拷猓海?）將有折射光線的半個光屏向后折轉(zhuǎn)一個角度，就不會看到折射光線，只有當(dāng)整個光屏為一平面時，才能夠看到折射光線，說明折射光線、入射光線與法線在同一平面上；（2）由表中數(shù)據(jù)可知，光從空氣斜射到水面時，當(dāng)入射角不斷增大時，折射角也隨之增大，故折射角隨入射角的變化關(guān)系是：折射角隨入射角的增大而增大，且折射角小于入射角。（3）由表格數(shù)據(jù)可知，隨著入射角的增大，折射光線亮度變暗，可以猜想反射光線的亮度變亮。故答案為：（1）在同一平面上；（2）小于；增大；（3）變亮。10．一束激光從某種玻璃中射向空氣（如圖一所示），保持入射點不動，改變?nèi)肷浣牵看卧黾?.2°），當(dāng)入射角增大到41.8°時，折射光線消失（如圖二所示），只存在入射光線與反射光線，這種現(xiàn)象叫做光的全反射，發(fā)生這種現(xiàn)象時的入射角叫做這種物質(zhì)的臨界角。當(dāng)入射角大于臨界角時，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。（1）上述玻璃的臨界角是41.8°。（2）當(dāng)光從空氣射向玻璃，不會（填“會”或“不會”）發(fā)生光的全反射現(xiàn)象。（3）一個三棱鏡由上述玻璃構(gòu)成，讓一束光垂直于玻璃三棱鏡的一個面射入（如圖三所示），請在圖中完成這束入射光的光路圖。【解答】解：（1）由題意可以知道，當(dāng)入射角為41.8°時，折射光線消失了，所以玻璃的臨界角為41.8°，（2）光只有從水或玻璃射向空氣時，才會發(fā)生全反射，所以光從空氣射向玻璃，入射角增大，折射光不可能完全消失；（3）光線從空氣進入玻璃時，因是垂直照射，所以方向不變；當(dāng)從玻璃中斜射入空氣時，其入射角為45°大于臨界角，故其發(fā)生全反射，其大致路徑如下圖：故答案為：（1）41.8；（2）不會；（3）見上圖。11．小聰同學(xué)所在實驗小組跟老師一起設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，探究光的反射規(guī)律。（1）在組裝實驗器材時，應(yīng)將可轉(zhuǎn)折的硬紙板與鏡面垂直放置，剛開始實驗時，小聰?shù)牟僮魅鐖D甲所示，他將呈現(xiàn)反射光線光路的活動硬紙板向后折，活動硬紙板上就觀察不到反射光線，這說明反射光線、法線和入射光線在（選填“在”或“不在”）同一平面。（2）實驗中多次改變?nèi)肷涔饩€AO與ON的夾角進行實驗，記錄了多組入射角和反射角的大小，分析數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是：反射角等于入射角。（3）實驗過程中，小組的每位同學(xué)在不同位置都能觀察到硬紙板上的光線，這是因為光線在硬紙板上發(fā)