光学实验题

一、重要的光学实验

1.光的色彩 颜色

（1）光的色散：一束太阳光（或白光）通过三棱镜可以分解为红橙黄绿蓝靛紫等色光，说明白光是由多种色光混合而成的复色光.各种色光通过三棱镜后，红光偏转角度最小，紫光偏转角度最大.

（2）色光的混合：利用白光通过滤色镜获得相应的单色光，将不同的单色光混合可以得到不同颜色的光.红、绿、蓝被称为光的三原色.

（3）物体的颜色：人眼对颜色的感知来源于人眼接收到的色光.光源的颜色由其发出的色光所决定；透明体的颜色由其透过的色光所决定；不透明体的颜色由其反射的色光所决定.

2.探究平面镜成像的特点

（1）实验操作：选取等大的两根蜡烛（或棋子）A、B，用半透明玻璃板进行实验.将A放到玻璃板一侧，人眼在A侧通过玻璃板可以看到A的像A′.将B放到另一侧并调节位置，当人眼从各个角度看过去都觉得B与A′重合时，说明B处即为A′的位置.两者重合也说明A′与B大小相等，由于A、B等大，可得像A′与物A大小相等.实验时还可以用刻度尺进一步研究像与物到镜面距离的关系.

（2）虚像：平面镜成像的实质是光的反射.蜡烛A发出的光线经过平面镜反射到达人眼，人眼感觉这些光线好像是由镜子后面的A′发出的，这个A′就是蜡烛A的虚像，它并不是实际光线会聚的结果，因而无法在光屏上呈现.

（3）实验结论：平面镜所成的像是虚像，像和物大小相等，且它们到镜面的距离也相等，像与物相对于镜面对称.

3.探究光的反射定律

（1）法线、入射角和反射角：将过入射点并垂直于镜面的直线叫法线，入射光线与法线的夹角叫入射角，反射光线与法线的夹角叫反射角.

（2）实验操作：将有刻度的硬纸板垂直平面镜放置，让入射光线AO紧贴纸板入射，反射光线OB将紧贴纸板出射，就可以通过纸板看清AO和OB的传播路径，利用硬纸板上的刻度即可研究反射角与入射角的大小关系.将纸板F边沿ON向后弯折，纸板的E、F两侧不在同一平面内，就无法再看到OB的轨迹，可知反射光线在入射光线和法线所决定的平面内.

（3）实验结论：光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法线两侧，反射角等于入射角.

4.探究光的折射特点

（1）折射角：折射光线与法线的夹角.

（2）实验操作：将玻璃砖平放在白纸上，先在玻璃砖的上下两边画上线.用激光笔紧贴白纸照射，在光路上做上记号，就可以画出光的传播路径（如图所示）.利用此图便可研究光在空气和玻璃两种介质中发生折射时的规律.

（3）实验结论：当光从一种介质斜射入另一种介质时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于法线两侧；入射角增大（或减小）时，折射角也随之增大（或减小）.光垂直于介质表面入射时，折射角等于零.当光从空气斜射入玻璃（或水）时，折射光线偏向法线，折射角小于入射角；当光从玻璃（或水）斜射入空气中时，折射光线偏离法线，折射角大于入射角.

5.测量凸透镜的焦距

用平行光正对凸透镜照射，在凸透镜的后方移动光屏，当光屏上呈现最小最亮的点时，用刻度尺测出光屏与凸透镜中心的距离即为焦距.

6.探究凸透镜成像的规律

（1）物距、像距：物体到凸透镜的距离为物距（u），像到凸透镜的距离为像距（v）.

（2）实验操作：将蜡烛、凸透镜和光屏依次放在水平桌面上，先将烛焰中心和光屏中心调节到凸透镜的主光轴上，即让烛焰中心、凸透镜中心和光屏中心在同一直线且同一高度上.实验时，改变物距进行多次实验，根据测得的多组数据分析凸透镜成像的规律.

（3）实验结论：

7.模拟视力的矫正

近视眼看不清远处的物体，成像在视网膜之前，需要佩戴凹透镜，使像向后移动到视网膜上；远视眼看不清近处的物体，成像在视网膜之后，需要佩戴凸透镜，使像向前移动到视网膜上.

二、典型例题

考点1 光的色散

例1 一束太阳光通过三棱镜折射后，被分解成七种颜色的光，在白色光屏上形成一条七彩光带（如图所示），这个现象叫光的 ，图中A处为 色的光带.如果将白色光屏换成红色光屏，我们将

（选填“能”或“不能”）看到七彩光带.

解析 太阳光通过三棱镜被分解为多种色光的现象叫光的色散，其中红光偏折角度小，紫光偏折角度大.如果换成红色光屏，其只能反射红光而且吸收其他色光，人眼将无法看清彩色光带.

答案 色散、红、不能.

考点2 平面镜成像特点

例2 如图所示，某同学在做“探究平面镜成像的特点”实验时，将一块玻璃板竖直架在一把直尺的上面，取两段相同的蜡烛A和B，将A和B一前一后竖直立在直尺上.实验过程中，眼睛始终在蜡烛A的一侧观察.

（1）点燃蜡烛A，调节蜡烛B的位置，当 时，B的位置即为A的像所在的位置.

（2）实验时，直尺的作用是便于比较像与物 的关系；两段蜡烛相同是为了比较像与物 的关系.

（3）用平面镜代替玻璃板，上述实验

（选填“能”或“不能”）进行.

解析 由于实验时既要看清A的像又要看到B，只能用玻璃板.找到像的位置后，可以用刻度尺可以研究像与物到镜面距离的关系.前后两只蜡烛大小相等而且看上去重合可以说明像与物的大小相等.

答案 （1）A的像与B重合时；（2）到镜面距离，大小；（3）不能

考点3 光的反射定律

例3 为了探究光的反射规律，小明用如图所示的装置进行实验，平面镜置于水平桌面上.把一可沿ON折叠的白色硬纸板竖直放置在平面镜M上.

（1）在实验中使用白色硬纸板能显示

，也能方便地测量 .

（2）以法线ON为轴线，将白色硬纸板的B面绕法线ON向后旋转，此时反射光线的位置 （选填“发生”或“不发生”）变化.

解析 用白色硬纸板显示入射光线和反射光线的传播路径，再利用底部的量角器研究反射角与入射角的大小关系，将纸板B面翻折后，反射光线无法在纸板B上呈现，可见反射光线、入射光线和法线在同一平面内.

答案 （1）入射光线和反射光线，反射角和入射角；（2）不发生.

考点4 光的折射特点

例4 下表中记录了不同入射角和对应折射角测量数据.

（1）请你结合图，以光从空气进入玻璃的情况为例分析数据（光从空气进入其他透明介质中也可得到具有相同规律的数据），对光从空气进入其他透明介质中的规律加以总结.

a.折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，并且分别位于法线两侧；

b. .

（2）请定量比较数据.把你的新发现写在下面： .

解析 初步分析数据可得，随着入射角增大，折射角也相应增大，但折射角总小于入射角.进一步分析数据还可以发现，折射角与入射角成正比例的关系，但当入射角较大时，这种正比例关系就不再成立.

答案 （1）入射角增大，折射角也增大，但折射角总是小于入射角；（2）入射角较小时，折射角r与入射角i近似成正比关系；当入射角较大时，正比关系不再成立.

考点5 测量凸透镜的焦距

例5 一束平行光线经凸透镜折射后的传播方向如图所示，由图（a）可知，此透镜的焦距大小约为 cm；若将一烛焰放在此凸透镜左侧2cm处，如图（b），则透过透镜可以看到一个 、 的虚像.

解析 利用平行于主光轴的光线穿过凸透镜后会聚于焦点的性质测量焦距，从图中可以看出f=2.90cm.若将蜡烛放在凸透镜前方2cm处，u

答案 2.90cm、正立、放大.

考点6 探究凸透镜成像的规律

例6 在探究“凸透镜成像规律”的实验中，小欣记录的部分实验数据如下表：

（1）表格中有几项内容漏写了，请你帮助填补：

a ；b .

（2）实验过程中小欣观察到第2次所成的像 （选填“大于”“等于”或“小于”）第1次所成的像.

（3）当把蜡烛调到距离透镜8cm的位置时，小欣发现无论如何移动光屏，光屏上始终得不到像.为了观察到这时所成的像，眼睛和蜡烛应该在凸透镜的

（选填“同”或“异”）侧.

解析 第1、2组实验时，u>2f，成倒立缩小的实像，第2次的物距小于第1次的物距，所成的像更大.当物距为8cm时，u

答案 （1）缩小、倒立；（2）大于；（3）异.

考点7 视力的矫正

例7 在探究“近视眼的形成原因和矫正方法”时，冰蓉同学选择了如下器材：蜡烛（模拟物体）、水凸透镜（模拟人眼晶状体，并与注射器相连）、光屏（模拟人眼视网膜）、光具座等.（注：水凸透镜的凸起程度可以通过注射器注入或吸取水的多少来调节）

（1）她安装并调整好实验装置，将点燃的蜡烛置于透镜前某一位置时，在光屏上得到了烛焰清晰的像；当向水凸透镜内注入水，使透镜更凸后，发现光屏上已无烛焰清晰的像，若要在光屏上再次得到烛焰清晰的像，应在水凸透镜前放置一块 透镜；若撤去放置的透镜，应将光屏 （选填“靠近”或“远离”）水凸透镜，才能得到清晰的像.

（2）根据上述实验，可知近视眼的形成原因是： .

解析 为模拟近视眼，向水凸透镜中注水使其变厚，对光线的会聚本领更强，光线经过凸透镜就“提前”相交，蜡烛的像成在了视网膜之前.要让像再次成在视网膜上，就应该在凸透镜前面加凹透镜；如果不加凹透镜，就需要让视网膜向靠近凸透镜的方向移动，才能重新承接到烛焰清晰地像.根据模拟实验可以看出，近视眼的晶状体比正常人眼的更厚，对光线的会聚本领更强，从而使物体的像成在了视网膜之前.

答案 （1）凹、靠近；（2）晶状体较正常人眼更凸或变厚，或像成在了视网膜之前，或晶状体对光线的偏折能力强或对光线的会聚能力强.

三、例题解析

例1 小豪用如图所示的实验器材探究“平面镜成像特点”，请你完成下列问题：

（1）实验中观察到蜡烛A在玻璃板后面有两个几乎重叠的像，这是由于

造成的；

（2）如果将蜡烛A向玻璃板靠近，像的大小会 .

（3）移去蜡烛B，在其原来的位置上放一光屏，光屏上不能承接到蜡烛A的像，这说明平面镜所成的像是 （选填“实”或“虚”）像.

（4）如果在某次实验中，无论如何移动蜡烛B，都不能使其与A的像重合，可能的原因是 .

解析 平面镜成像的原理是光的反射，成正立等大的虚像.由于玻璃板存在一定的厚度，前后两面均能反射光线而成像，使人眼看到两个像.在实验过程中一定要保证玻璃板与桌面垂直，否则像就会向上或下偏移，导致无论如何移动蜡烛B都无法与A的像A′重合.

答案 （1）玻璃板有一定的厚度；（2）不变；（3）虚；（4）玻璃板未与桌面垂直.

例2 利用如图装置进行“探究光的反射规律”实验：

（1）将一束光贴着纸板A沿EO射到O点，若将纸板B向前或向后折，此时在纸板B上看不到反射光，这样做的目的是探究

.

（2）将纸板A、B置于同一平面后，若将一束光贴着纸板B沿FO射到O点，反射光将沿图中的OE方向射出，说明光在反射时 .

解析 将纸板B向前或向后折，就无法看到反射光线的轨迹，能证明反射光线、入射光线和法线在同一平面内.在第一次反射时，光线沿EO入射通过OF反射，第二次反射时光线沿FO入射通过OE反射，这被称为“光路可逆”.

答案 （1）反射光线、入射光线和法线在同一平面内；（2）光路可逆.

例3 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，各组使用相同焦距的凸透镜进行实验.实验过程中操作规范、测量准确，该小组实验记录如下表：

（1）随着实验的进行，蜡烛越烧越短，烛焰在光屏上的像将向 （选填“上”或“下”）移动，为了再次将像调节到光屏的中央，应向 （选填“上”或“下”）调节凸透镜的高度.

（2）请你根据上表信息，求出凸透镜的焦距f= ；

（3）上表中实验序号4中像距为 .

（4）某次实验时，先将蜡烛和凸透镜的位置固定，无论如何移动光屏都无法接收到烛焰清晰的像，原因是 .

（5）实验中若在光屏上得到一清晰的实像，当用黑色硬纸片遮住透镜的上半部分，则所成的像将会怎样变化？

.

解析 （1）在探究凸透镜成像规律的实验中，需要先将烛焰中心、凸透镜光心和光屏中心调节到同一直线、同一高度上.但随着蜡烛燃烧，烛焰的位置下降，光屏上的像将向上移.要让像重新成在光屏中央，就要将凸透镜向下移.

（2）第3组实验符合“u=2f、v=2f，成倒立等大实像”的规律.由此可知f=10cm.当这类问题以图像形式出现时，仍然可从图中找到u=v=2f的特殊点，并计算出f的数值.

（3）如图将蜡烛放在A处，光线经过凸透镜最终会聚在B处.如果将蜡烛移到B处，由于光路可逆，光线必将会聚到A处，即成像在A处.对比本题第1、4组数据可以确定，当物距为15cm时，像距必为30cm.

（4）只有当u>f时，才能成实像在光屏上呈现.如果将蜡烛和凸透镜固定，无论如何移动光屏都得不到像，很可能是因为蜡烛与凸透镜之间的距离小于等于凸透镜的焦距，导致不能成实像.

（5）凸透镜成像的原理图如上图所示，由蜡烛烛焰中心A发出的一束光线经过凸透镜的会聚全部相交于光屏上的B点，A的像就成在B处.如果用黑纸板遮住凸透镜的一半，则会聚到光屏上的光线变少，使成像变暗.但像的位置、正倒、大小都不会改变.

答案 （1）上、下；（2）10cm；（3）30cm；（4）物距小于等于焦距；（5）像变暗.