内容正文:
专题03 透镜及其应用
一、作图题
1.(2021安徽)如图,L表示凸透镜,MN为主光轴,O为光心,F为焦点。从S点发出两条光线,一条经过光心,另一条平行于主光轴,请在图中画出它们经凸透镜后的出射光线。
【答案】如图所示
【解析】本题考查凸透镜对三条特殊光线的作用。平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点;过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变。
2、 填空题
2.(2024 安徽)据晋代张华的《博物志》记载:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则得火。”这种利用冰透镜向日取火的方法,体现了我国古代劳动人民的智慧。如图所示,若把冰块制成的凸透镜正对着太阳,将太阳光看成平行光,冰透镜的焦点为F,请在图中完成光路。
【答案】
【解析】本题考查凸透镜的三条特殊光线作图。过凸透镜光心的光线经凸透镜折射后传播方向不变,平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于焦点。
三、选择题
3.(2022安徽)把凸透镜正对着太阳,在距凸透镜10 cm的光屏上得到一个最小、最亮的光斑;若将一支点燃的蜡烛放在此凸透镜前30 cm处,在凸透镜的另一侧调节光屏的位置,可得到烛焰清晰的( )
A.倒立、缩小的实像 B.倒立、放大的实像
C.倒立、等大的实像 D.正立、放大的虚像
【答案】A
【解析】本题考查凸透镜的焦距和成像规律。太阳光到达地球,接近平行光,凸透镜正对太阳光,太阳光平行于主光轴,经凸透镜折射后形成一个最小、最亮的光斑,光斑到凸透镜的距离就是凸透镜的焦距,因此该凸透镜的焦距是10 cm。若将蜡烛移至凸透镜前30 cm处,则此时物距大于2倍焦距,移动光屏,可在光屏上得到烛焰清晰的倒立、缩小的实像,A项正确。
4.(2020安徽)图a是放置在水平桌面上的刻度尺的一部分,甲、乙、丙、丁是通过凸透镜所看到的刻度尺的像。若凸透镜先贴着刻度尺然后逐渐远离,则看到刻度尺的像的先后顺序正确的是( )
A. 甲→乙→丙→丁
B. 乙一丙一甲一丁
C. 乙一丁→甲一丙
D. 丙→甲→乙→丁
【答案】C
【解析】凸透镜先贴着刻度尺,此时物距小于凸透镜的一倍焦距时成的是正立、放大的虚像,看到的是乙图;接下来凸透镜逐渐远离刻度尺,物距增大,当增大到等于凸透镜的一倍焦距时,不成像;继续远离刻度尺,当物距大于一倍焦距且小于两倍焦距时,成倒立、放大的实像,此时看到的是丁图;继续远离至物距等于凸透镜的两倍焦距时,成倒立、等大的实像,此时看到的是甲图;凸透镜继续远离至大于凸透镜的两倍焦距时,成倒立、缩小的实像,此时看到的是丙图。故ABD错误,C正确。
5.(2018安徽)下列光路图错误的是( )
【答案】C
【解析】放大镜成正立、放大的虚像,像是由折射光线的反向延长线相交得到的,故A正确;小孔成像是实际光线通过小孔时沿直线传播会聚成的实像,故B正确;光由空气斜射入水中时,折射光线应靠近法线,折射角应小于入射角,故C错误;近视眼看远处物体时,物体“发出”的光通过晶状体折射后形成的像会落在视网膜的前方,导致看不清远处的物体;为使像成在视网膜上,应让光线发散一些,所以近视眼应佩戴凹透镜加以矫正,故D正确。
四、实验题
6.(2025安徽)小亮同学利用如图所示的实验装置探究凸透镜成像的规律,实验记录见下表。
物距u/cm
像的性质
像距v/cm
大小
正倒
虚实
16.0
放大
倒立
实像
26.6
18.0
放大
倒立
实像
22.3
20.0
等大
倒立
实像
20.0
22.0
缩小
倒立
实像
18.4
24.0
缩小
倒立
实像
17.2
(1)实验过程中,若保持凸透镜的位置不变,移动蜡烛使物距u=23.0 cm,然后调节光屏的位置,可以在光屏上得到一个 (选填“放大”“缩小”或“等大”)、倒立的实像。
(2)该实验装置可以用来研究视力的矫正,凸透镜相当于眼睛的晶状体,光屏相当于视网膜。保持凸透镜的位置不变,先移动光屏至其与凸透镜相距19.0 cm,然后移动蜡烛使物距u=24.0 cm,此时不能在光屏上观察到清晰的像。若要在光屏上观察到清晰的像,可以在凸透镜和蜡烛之间放置一个焦距合适的 (选填“凹”或“凸”)透镜。
【答案】(1)缩小 (2)凹
【解析】本题考查探究凸透镜成像规律的实验。(1)由题表数据可知,u=v=2f=20.0cm,则凸透镜的位置不变,移动蜡烛使物距u=23.0cm>2f,调节光屏,可以在光屏上得到一个缩小、倒立的实像。(2)由题意可知,保持凸透镜的位置不变,移动光屏至其与凸透镜相距19.0cm,由题表数据可知,移动蜡烛使物距u=24.0cm,像距v=17.2cm<l9.0cm,此时像呈现在光屏前方,为了使像呈现在光屏上,应使用凹透镜,使光线延迟会聚。
7.(2023安徽)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】(1)② (2)C
【解析】本题考查探究平面镜和凸透镜成像特点的实验。(1)在A处放光源、C处放光屏,若B处竖直放置一块平面镜,小丽在AB之间观察平面镜中的像,观察到的是正立的虚像,与光源左右对称,为题图2中的乙;小明在BC之间观察光屏,由于平面镜成的是虚像且平面镜不透光,故光屏上没有像,也没有折射的光线,观察到的是题图2中的丙;若将平面镜更换成凸透镜,光屏上恰能呈现倒立、等大的实像,根据实像的特点是左右、上下颠倒的,故小亮在BC之间观察光屏上的像是题图2中的丁;(2)小亮继续实验,要在光屏上得到一个缩小的实像,可保持光源位置不变,根据凸透镜成像规律,可以增大物距并减小像距,将凸透镜向光屏移动,即向C移动。
8.(2016安徽)关于凸透镜成像实验,完成以下内容:
(1)首先应将蜡烛、凸透镜和 依次固定在光具座上并调节它们的中心在同一高度;
(2)图中O为凸透镜的光心,F为焦点,请画出烛焰上的S点发出的三条光线(中间一条光线平行于主光轴)经凸透镜后的出射光线,并确定其像的位置 S’ 。
(3)实验中当物距u等干焦距f时,某同学却发现在光屏一侧透过凸透镜看到了烛焰正立放大的像。对此下列解释合理的是( )
A因为烛焰有一定的宽度,实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍大于焦距
B因为烛焰有一定的宽度,实际上它的某些部分到凸透镜的距离稍小于焦距
C这是烛焰发出的光经凸透镜表面反射形成的像
【答案】(1) 光屏 (2)如图所示
( 3)B
【解析】(1)在做凸透镜成像实验时,先应将蜡烛、凸透镜和光屏依次固定在光具座上并调节它们的中心在同一高度;(2)做光路图首先作出平行于主光轴的光线折射后经过另一侧的焦点,如图所示,在作过光心的光线传播方向不发生变化,如图所示,两条光线相交的点即为s的像点s’,再作剩下的光线,从s发出的光线折射后均经过像点S’;(3)某同学发现在光屏一侧透过凸透镜看到了烛焰正立放大的像,说明该像是虚像,即物体在一倍焦距以内,故答案选B。
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