内容正文:
【第三章光和眼睛】
3.5奇妙的透镜
一、单选题
1. 下列四种情景中,属于光的反射现象的是( )
A.墙上的“手影” B.错位的“钢笔”
C.镜中的“我” D.变大的“字”
2.如图所示,将一副眼镜放到太阳光下,依据地面上观察到的现象,可以判断镜片是( )
A.玻璃镜
B.平面镜
C.凸透镜
D.凹透镜
3.关于透镜的焦点和焦距的说法,正确的是( )
A.凹透镜对光起发散作用,所以凹透镜没有焦点
B.凸透镜有两个虚焦点
C.凸透镜的两个焦点之间的距离叫焦距
D.透镜的光心位于它的主光轴上
4.下列关于光学现象的说法中描述正确的是( )
A.凸透镜成像的原理是光的反射
B.光照射在平面镜上,入射角等于反射角
C.游泳运动员在平静的水面下看到游泳池边岸上的物体会变高
D.自行车的尾灯能对夜间行车人起到一定的安全保护作用,它利用了光的折射
5.如图所示的光路图中,正确的是( )
A. B.
C. D.
6.如图2.148所示,一束平行于凸透镜L1主光轴的平行光经透镜会聚到焦点。现在L1的右侧一倍焦距内某位置处放置一障碍物P,且与主光轴垂直,其中心有一个直径为d1的圆孔,圆心位于主光轴上,在障碍物的右侧,距离障碍物s处垂直主光轴放置一个光屏(图中未画出),屏上出现了一个直径为d2的圆形光斑。若在障碍物圆孔处嵌入一块薄凹透镜L2,屏上恰好出现一个亮点,已知s=10cm,d1=1cm,d2=0.5cm,则凹透镜L2的焦距大小为( )。
A.30cm B.25cm C.20cm D.15cm
7.有一次,小明上学前取自己的眼镜时,发现自己的近视镜和爷爷的老花镜混在一起,外形完全一样,小明要想找出自己的眼镜,下列做法正确的是( )
A.用手摸镜时,中间厚边缘薄的是近视眼镜
B.拿着镜片近距离看书本上的字,把字放大的是近视眼镜
C.让镜片正对太阳光,太阳光通过镜片后能呈现一个暗斑的是近视眼镜
D.让镜片正对太阳光,太阳光通过镜片能呈现一个明亮小光斑的是近视眼镜
8.如图,平面镜MN垂直于凸透镜的主轴CC',点光源S位于主轴上,光线SA经平面镜反射和透镜折射后与主轴平行。已知S到透镜和平面镜的距离分别是12cm、4cm,则此透镜的焦距是( )
A.24cm B.20cm C.16cm D.8cm
二、多选题
9.2023年10月26日,神舟十七号载人飞船成功对接于空间站天和核心舱前向端口(如图),空间站组合体上的摄像机完整记录了交会对接过程。下列说法正确的是( )
A.该摄像头对光具有发散作用
B.摄像头所成的像是实像
C.摄像机的工作原理与投影仪的工作原理相同
D.飞船靠近空间站组合体时,摄像机成的像逐渐变大
10.下列问题中,属于可探究的科学问题的是( )
A.凹透镜对光线有什么作用?
B.平面镜成像的大小与哪些因素有关?
C.为什么经常玩手机游戏会导致视力下降?
D.光在折射时,折射角会随入射角的增大而增大吗?
11.图中画出了光线通过透镜(图中未画出)的情形,其中凹透镜是( )
A. B.
C. D.
12.关于光现象,下列说法正确的是( )
A.中间厚边缘薄的透镜是凹透镜
B.太阳光通过三棱镜可以折射出不同颜色的光
C.平行凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后一定会聚于一点
D.镜面反射遵循光的反射定律,漫反射不遵循光的反射定律
13.下列叙述中,不正确的是( )
A.在光的折射现象中,折射角一定小于入射角
B.凸透镜对光起会聚作用,因而物体经凸透镜所成的像总是缩小的
C.无论物体离平面镜远或近,它在平面镜中所成像的大小始终不变
D.凹面镜对光起发散作用,凸面镜对光起会聚作用
14.在学习物理的过程中,字面相近的名词比较多,准确区分这些名词是学习物理的基础,下面对加点字的描述中正确的是( )
A.铁锤和铁钉是同种物质组成的
B.平行光线经过凸透镜折射后会聚于焦距
C.用刻度尺测量物体的长度时,刻度尺的刻线没有与被测物体紧贴放置属于错误
D.声音在介质中以声波的形式传播
15.全市“影视教育进校园”活动中,关于露天电影中的物理知识,下列说法错误的是
A.该场景中使用的透镜是凸透镜
B.该场景中使用透镜的原理和显微镜的目镜原理一样
C.要想使屏幕的像正立,那么胶片的图像需要正立
D.如果透镜表面有一个小黑点,屏幕任然能够成完整的像
三、填空题
16.无人机利用携带的焦距一定的卫星摄像机进行航拍,来自地面景物的光通过摄像机镜头,会聚在感光晶片上,形成倒立、 (选填“放大“或”缩小“)的实像;当无人机上升时,须 (选填“增大”或“减小”)镜头与感光晶片间的距离,才能拍摄到清晰的画面。
17.如图所示,把人参泡在酒中,通过酒瓶看见的是人参的放大的 (选填“实像”或“虚像”) ,这时的瓶和酒相当于一个 (选填“凸透镜”或“凹透镜”).
18.夏天,小丽哥哥喜欢把装水的矿泉水瓶放在车内驾驶台上(如图),小丽向哥哥解释说这样做不好,因为装水的矿泉水瓶相当于一个 ,对阳光有 作用,易形成高温区产生危险。
19.盛有清水的封闭试管水平放置,内有一较大的空气泡,如图所示,阳光垂直照射试管,在空气泡下方的白纸上.出现一椭圆形的“阴影”,“阴影”形成的原因是 ,阳光透过试管的其它部分.会在白纸上形成 。
20.如图投影仪,它由凸透镜、平面镜、光屏等组成.其中凸透镜是使投影片通过透镜成 、 的实像.平面镜的主要作用是用来 射光线,使像成在屏幕上.若想使屏幕上的字变得大些,应将凸透镜向 (填“上”或“下”)调,同时将投影仪远离屏幕.
21.如图所示,西汉时期的《淮南万毕术》中记载有“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生。”请你用学过的光学知识判断“削冰令圆”就是把冰块制成 镜,若要“火生”应把“艾”放在镜的 位置。
22.凸透镜能使跟主光轴平行的入射光线 于一点,叫 ,这一点到凸透镜的光心的距离叫 .一个凸透镜有 个焦点;要想利用凸透镜使小灯泡发出的光线变成平行光,应该把小灯泡放在凸透镜的 上.
23.小强用已经调节好的照相机将位于无水的水池底部一个美丽的图案拍摄下来,当把水池装满水后,他仍然想在原来的位置用此照相机拍到这个图案清晰的照片,他应该使镜头 (选填“前伸”或“后缩”),你的理由是 。
四、实验探究题
24.在淹城民俗街上,小明对一雕刻于半粒大米(上圆下平)上的微雕作品“ ”产生浓厚兴趣.
⑴为看清微雕作品上的文字和图象,小明应利用如图所示透镜中的 (填序号)进行观察.
⑵正确选择透镜后,小明拿透镜正对着太阳光,再把一张纸放在它的另一侧,当在纸上呈现一个最小最亮的光斑时,测得这个光斑到透镜的距离为5 cm.
⑶透过透镜观察微雕作品“ ”,小明看到的像如图所示,此时透镜到微雕作品的距离是 .
A.小于5 cm B.大于5 cm且小于10 cm
C.等于10 cm D.大于10 cm
25.小明在学习了凸透镜后,想探究凸透镜的焦距大小与什么因素有关,于是他让平行光通过如图(a)的四个透镜(其中甲、乙和丙、丁是两组形状相同的凸透镜,它们分别用玻璃、塑料和水晶制成)。
(1)当与主光轴平行的光经过甲、丙两凸透镜后会聚于焦点处,如图(b)所示,比较两次实验数据,可以得到的结论是:在凸透镜的材料相同时,凸透镜表面越凸,凸透镜的焦距越 (选填“大”或“小”);
(2)如果要探究凸透镜的焦距大小与材料的关系,应选择两个透镜,这里主要用到的一个物理研究方法是 ;
(3)联想到如图(c)光的色散现象,如果分别用红光和紫光测同一个凸透镜的焦距,用 (选填“红”或“紫”)光测出的凸透镜焦距更大;
(4)小明用乙透镜测焦距时发现边缘有一小块已经缺损,这会使测得的焦距 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
五、计算题
26.透镜焦距的长短标志着折光本领的大小,焦距越短,折光本领就越强;通常把透镜焦距的倒数叫做透镜的焦度,用φ表示,即;平常我们说的眼镜片的度数就是镜片的透镜焦度乘以100的值;凸透镜的度数是正值,凹透镜的度数是负值;问:
(1)镜片焦距为0.2m的近视眼镜片的度数是多少?
(2)400度的眼镜片的焦距是多少?
六、作图题
27.在图中甲、乙中补充完整光路图。
28.一束光经透镜折射后水平射出,小希通过作图提供了一种确定透镜位置的方案,请你按小希的作图方式,在图中的甲、乙位置各提供一种方案确定透镜的位置.
七、综合题
29.
(1)“”是汽车应用的一种新型技术,也叫“平行显示系统”。其原理是:位于仪表台后端的显示屏将车速、导航等信息投射到贴有透明反射膜的前挡风玻璃上,挡风玻璃将光反射给驾驶员,驾驶员就看到显示屏的虚像,让司机在不低头、不转头时就能看到车辆行驶信息。请在图中作出人眼通过前挡风玻璃看到显示屏上A点的像的光路图;
(2)一束平行于主光轴的光经过某凸透镜后的光路图如图甲所示,凸透镜的光心在0cm处。把物体MN放在凸透镜前某位置,如图乙所示;
①把图乙中N点发出的两条光线的光路补充完整 ;(a平行于主光轴,b过0cm处);
②物体MN经凸透镜后成 (选填“倒立”或“正立”)、 (选填“放大”或“缩小”)的 (选填“实像”或“虚像”), (选填“照相机”、“放大镜”或“投影仪”)就是利用该原理成像的。
30.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,并标出入射角的度数。
(2)若,,则凸透镜的焦距,f= cm。
答案解析部分
1.【答案】C
【解析】【解答】A、手影中影子的形成说明光是沿直线传播的,由于光的直线传播,被物体挡住后,物体后面就会呈现出阴影区域,就是影子,故A与题意不符;
B、透过玻璃砖看到钢笔“错位”了是由于钢笔经玻璃砖的两次折射,属于光的折射现象,故B与题意不符;
C、镜中的“我”,属于平面镜成像,是由于光的反射形成的,故C符合题意。
D、用放大镜看字时,字变大了,属于凸透镜成像,是由于光的折射形成的。故D与题意不符。
故选,C。
【分析】(1)光在同种、均匀、透明介质中沿直线传播,产生的现象有小孔成像、激光准直、影子的形成、日食和月食等;
(2)光线传播到两种介质的表面上时会发生光的反射现象,例如水面上出现岸上物体的倒影、平面镜成像、玻璃等光滑物体反光都是光的反射形成的;
(3)光线在同种不均匀介质中传播或者从一种介质进入另一种介质时,就会出现光的折射现象,例如水池底变浅、水中筷子变弯、海市蜃楼、凸透镜成像等都是光的折射形成的。
2.【答案】D
3.【答案】D
4.【答案】C
5.【答案】A
6.【答案】C
【解析】【解答】如图,蓝色光线为经过凸透镜的光线,橙色光线为经过障碍物圆孔的光线,红色光线为凹透镜折射的光线:
设障碍物与主光轴交点为A,凸透镜的射出光线与主光轴的交点为B,光屏与主光轴的交点为C:
如图,根据比例关系可知:;
所以;
由于障碍物与光屏的距离S=10cm,所以;
可以看成点光源C处发出的光,经过凹透镜的折射,在B处成虚像,
根据凹透镜焦距公式:;
代入数据可得:;
解得:f=20cm;
故选C。
【分析】(1)根据题干描述,将图像补全;
(2)分析凹透镜的物距、像距和焦距,并根据透镜焦距公式,列公式即可求出答案。
7.【答案】C
【解析】【解答】A、中间厚边缘薄的是凸透镜,用于矫正远视眼,是远视眼睛, A不合题意;
B、拿着镜片看字,把字放大的是放大镜,即是凸透镜,是远视镜,B不合题意;
C、让镜片正对太阳光,太阳光通过镜片后能呈现一个大光斑,即能使得光线发散,所以是凹透镜,即是近视镜,C符合题意;
D、让镜片正对太阳光,太阳光通过镜片能呈现一个明亮小光斑的是凸透镜,即是远视镜,D不合题意 .
故答案为:C .
【分析】中间厚边缘薄的透镜是凸透镜,凸透镜对光线有会聚作用,远视要用凸透镜矫正,凸透镜还可作为放大镜使用;中间薄边缘厚的透镜是凹透镜,凹透镜对光线有发散作用,近视要用凹透镜矫正 .
8.【答案】B
9.【答案】B,D
10.【答案】A,B,D
【解析】【解答】A.凹透镜对光的作用是可以直接观察的,且实验器材容易获得,实验步骤简单,A符合题意;
B.平面镜所成的像的大小可能跟物体大小和物体到镜面的距离有关,这些变量均是可以测量和观察的,实验可用简单的器材探究得出,B符合题意;
C.经常玩手机游戏肯定会导致视力下降,探究的意义不大,且其中的变量并不是可以测量的,C不符合题意;
D.角的大小是可以测量和观察的,自变量是入射角,因变量是折射角,实验可用简单的器材探究得出,D符合题意。
故答案为:ABD。
【分析】根据实验室器材,可以探究凹透镜对光的作用,可以探究平面镜成像规律的因素,探究光的折射时角度的变化规律。
11.【答案】A,B,C
12.【答案】B,C
13.【答案】A,B,D
14.【答案】A,C,D
【解析】【解答】解:A、铁锤和铁钉是同种物质组成的,即“铁”这种物质,故A正确;
B、平行光线经过凸透镜折射后会聚于焦点,焦点到凸透镜光心的距离才叫焦距,故B错误;
C、用刻度尺测量物体的长度时,刻度尺的刻线应该与被测物体紧贴放置,否则属于错误,故C正确;
D、声音在介质中以声波的形式传播,故D正确.
故选ACD.
【分析】(1)明确物质与物体这两个不同的概念,可做出判断;
(2)凸透镜可以将平行于主光轴的光线会聚到一点,这一点就是焦点;
(3)根据刻度尺的使用要求可判断错误与误差的产生情况;
(4)声音在介质中以声波的形式进行传播.
15.【答案】B,C
【解析】【解答】 A、露天电影的工作原理与投影仪的工作原理相同,都是利用凸透镜成倒立、放大的实像,所以该场景中使用的透镜是凸透镜,故A正确。
B、显微镜的物镜和目镜都是一个凸透镜,目镜成正立、放大的虚像,所以目镜成像原理与电影的成像原理不同,故B错误。
C、电影成倒立的实像,要想使屏幕的像正立,那么胶片的图像需要倒立放置,故C错误。
D、如果透镜表面有一个小黑点,物体上任一点都有光线射向凸透镜的其它部分,经凸透镜折射后,照样能会聚成完整的物体的像,所以像是完整的;由于折射光线减少,会聚成的像变暗,故D正确。
故答案为:BC。
【分析】(1)凸透镜成像的三种情况和应用:
u>2f,成倒立、缩小的实像,应用于照相机和摄像机。
2f>u>f,成倒立、放大的实像,应用于幻灯机和投影仪。
u<f,成正立、放大的虚像,应用于放大镜。
(2)显微镜的物镜成倒立、放大的实像,目镜成正立、放大的虚像。
16.【答案】缩小;减小
【解析】【解答】无人机在高空拍摄时,感光晶片上成的像是倒立缩小的实像,当无人机升高时,物距变大,像距变小,需要将透镜向感光晶片靠近,减小镜头和晶片的距离。
故答案为:缩小;减小。
【分析】但物体在凸透镜的二倍焦距之外时,成倒立缩小的实像,若物距变大,像距变小。
17.【答案】虚像;凸透镜
【解析】【解答】在酒瓶中浸一支人参,其形状是向外凸出的,具有了凸透镜的特征,装满酒的酒瓶相当于一个凸透镜,这支人参在这个凸透镜的焦点以内,根据凸透镜成像的规律可知,看到浸在瓶中的这支人参是正立、放大的虚像.
【分析】当物体在凸透镜的焦点内时,成正立放大的虚像。
18.【答案】凸透镜;会聚
【解析】【解答】装水的矿泉水瓶中间厚边缘薄,相当于一个凸透镜。
凸透镜对光有会聚作用。
【分析】中间厚,边缘薄,是凸透镜,凸透镜对光有会聚作用。
19.【答案】空气泡和水组成凹透镜对光线有发散作用;一条亮线
【解析】【分析】凹透镜是指中间薄、边缘厚的透镜,凹透镜对光有发散作用。光垂直入射到两种介质表面时,折射角和入射角都等于0°,光的传播方向不改变。所以,阳光透过试管的其它部分.会在白纸上形成一条亮线。
20.【答案】倒立;放大;反;下
【解析】【解答】投影仪是根据凸透镜成倒立、放大的实像的原理制成的,所以凸透镜是使投影片通过透镜成倒立、放大的实像;
平面镜将通过凸透镜的折射光线反射到银幕上,所以起到改变光路的作用;
在使用投影仪时,发现在屏幕上的画面太小,要使像变大,减小物距h,即降低凸透镜,并增大投影仪与屏幕间的距离,即将投影仪远离屏幕.
【分析】投影仪是根据凸透镜成倒立、放大的实像的原理制成的。平面镜将通过凸透镜的折射光线反射到银幕上,所以起到改变光路的作用。
21.【答案】凸透;焦点
【解析】【解答】削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生,将冰削圆,对着太阳能生火,说明削成的圆冰对火有会聚作用,所以是冰块制成凸透镜。
太阳光都会会聚到凸透镜的焦点位置,要快速生火,需把“艾”放在镜的焦点位置。
【分析】中间厚边缘薄的透镜是凸透镜,对光有会聚作用。
22.【答案】会聚;焦点;焦距;两;焦点
【解析】【解答】解:凸透镜对光有会聚作用,平行于主光轴的光通过凸透镜,能会聚到一点,这个点就是凸透镜的焦点,焦点到透镜光心的距离叫做焦距,因为两侧的光都能被透镜会聚到另一侧的一点,所以凸透镜具有两个焦点.根据光路是可逆的,将小灯泡放在凸透镜的焦点上,在另一侧也可以得到一束平行光.
故答案为:会聚;焦点;焦距;两;焦点.
【分析】凸透镜有一个重要的光学性质,就是能使平行于主光轴的光线会聚于一点,这个点称之为焦点,它到光心的距离叫做焦距凸透镜两侧各有一个焦点.
光路具有可逆性.
23.【答案】前伸;装满水后看起来变浅相当于物体变近了
【解析】【解答】当把水池装满水后,水池底部美丽的图案由于光的折射看起来比实际位置偏高,当此图案相对人来说变近了,如果小刚仍然想在原来的位置用此照相机拍到这个图案清晰的照片,根据凸透镜成实像时,物远像近像变小,可知他应该调整照相机,使镜头前伸。
故答案为:前伸;装满水后看起来变浅相当于物体变近了.
【分析】由于光的折射看起来这个美丽的图案比实际位置偏高,此图案相对人来说变近了,结合凸透镜成实像时,物近像远像变大,物远像近像变小可得解.
24.【答案】A;A
【解析】【解答】(1)A透镜中间厚边缘薄为一凸透镜,对物体具有放大作用;B透镜中间薄边缘厚为一凹透镜,凹透镜成正立缩小虚像;C透镜中间薄边缘厚为一凹透镜,凹透镜成正立缩小虚像;D透镜中间薄边缘厚为一凹透镜,凹透镜成正立缩小虚像;故应选A;(3)当u<f,成正立、放大的虚像,A符合题意;当f<u<2f,成倒立、放大的实像,B不符合题意;当u=2f,成倒立、等大的实像,C不符合题意;当u>2f,成倒立、缩小的实像,D不符合题意;故应选A。
故答案为:A;A.
【分析】当物体在凸透镜的一倍焦距以内时,可以将物体放大。
25.【答案】(1)小
(2)控制变量法
(3)红
(4)不变
【解析】【解答】(1)如图(b)所示,比较两次实验数据,右边凸透镜表面比左边凸透镜的表面要凸,焦距变小,因此可以得到的结论是:在凸透镜的材料相同时,凸透镜表面越凸,凸透镜的焦距越短。
(2)如果要探究凸透镜的焦距大小与材料的关系,应选择两个凸透镜球形表面弯曲程度相同,而材料不同,这里主要用到的一个物理研究方法是控制变量法。
(3)根据三棱镜对光线的偏折,由图丙丁可以得出,红光被偏折的程度小,紫光被偏折的程度大,当红光和紫光分别平行射向相同的凸透镜时,红光的会聚点,也就是红光的焦点距离透镜远,而紫光的焦点离透镜近,所以红光的焦距大。
(4)小明用乙透镜测焦距时发现边缘有一小块已经缺损,光的会聚点不变,只是会聚的光线变少,因此测得的焦距不变。
【分析】(1)在凸透镜的材料相同时,凸透镜表面越凸,凸透镜的焦距越短;
(2)这里主要用到的一个物理研究方法是控制变量法;
(3)红光被偏折的程度小,紫光被偏折的程度大。
26.【答案】(1)-500度;(2)0.25m
27.【答案】
【解析】【解答】平行于主光轴的光线射向凹透镜,则折射光线的反向延长线过凹透镜的焦点,故甲图的折射光线的反向延长线过左边一侧的焦点;过凸透镜焦点的光线射向凸透镜,则折射光线平行于主光轴,故乙图通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴,如下图所示
【分析】光线和凹透镜的主光轴平行时,折射光线的反向延长线过焦点;光线过凸透镜的焦点时,折射光线和主光轴平行。
28.【答案】解:①根据平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点,确定焦点位置;
②根据延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴,确定焦点位置;如图所示:
【解析】【分析】根据凸透镜和凹透镜的三条特殊光线分析解答即可.
凹透镜三条特殊光线的作图:①延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴.②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后,其折射光线的反向延长线过焦点.③过光心的光线经凹透镜折射后传播方向不改变.
凸透镜的三条特殊光线:①通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴.②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点.③过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变.
29.【答案】(1)
(2);倒立;放大;实像;投影仪
【解析】【解答】(1)利用平面镜成像的特点:像与物关于平面镜对称,作出A点关于挡风玻璃的对称点,即为其像点A',根据反射光线反向延长通过像点,连接与平面镜的交点即为入射点O,OB即为反射光线,AO为入射光线,如下所示:
(2)①根据图乙可知,平行于主光轴的光线经过凸透镜后过焦点,光线平行于主光轴,经凸透镜折射后过另一侧的焦点;光线经凸透镜的光心后传播方向不改变,据此作图;
②焦点到凸透镜光心的距离叫焦距,故焦距为2cm,由图乙知,物体在一倍焦距和二倍焦距之间,此时成倒立、放大的实像,生活中投影仪就是依据此原理制成的。
【分析】(1)平面镜成像时,像和物体关于平面镜对称;像和反射光线经过的点在同一直线上;
(2)平行于凸透镜主光轴的光线,折射光线过焦点,光线过光心,沿直线传播;当物体在凸透镜的一倍焦距和二倍焦距间时,成倒立放大的实像,实际应用是投影仪。
30.【答案】 ;1.3
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