内容正文:
专题02 光学(复习讲义)
目 录
01 析·考情目标 1
02 筑·专题框架 2
03 攻·重难考点 2
真题动向 核心提炼 拓展提升
考点一 光的反射 3
考点二 平面镜成像 7
考点三 光的折射 光的色散 12
考点四 凸透镜成像 16
考点五 透镜的应用 20
04 测·预测闯关 25
命题透视
上海中考物理光学部分的命题注重基础概念的理解与实际应用,强调核心知识点的掌握和实验探究能力,整体呈现出“稳中有变、联系生活、突出素养”的特点。
热考角度
考点
2025年
2024年
2023年
光的反射
中考第15题
中考第15题
平面镜成像
中考第15题
光的折射
中考 第3题
凸透镜成像
中考 第11题
中考 第6题
中考第13题
透镜的应用
中考第13题
命题预测
1. 光的直线传播与光的反射。
2.光的折射(光的色散)。
3.平面镜成像特点及应用。
4.凸透镜成像规律,透镜的应用。
考点一 光的反射
1.(2025·上海·中考真题)【作图】在下图中,根据给出的入射光线AO画出反射光线OB,并标出反射角及其度数。
2.(2023·上海·中考真题)【作图】在图中,根据给出的反射光线OB画出入射光线AO,并标出入射角的大小。
3.(2025·闵行·期末)【新情景】如图所示,是“探究光的反射定律”的实验过程:
(1)请根据“探究光的反射定律”的实验过程,将图1步骤进行排序。
(2)随后,小明将一束光贴着纸板沿EO射到镜面上O点,如图甲所示,纸板上会显示出反射光束OF。为了研究反射角与入射角之间的关系,实验时应进行的操作是 。
A.改变反射光线OF与ON之间的夹角
B.改变入射光线EO与ON之间的夹角
(3)接着,如图乙所示,他将这束光贴着纸板一起向后倾斜,则纸板上 (选填“能”或“不能”)显示出反射光束。此时,反射光线、入射光线与法线 (选填“在”或“不在”)同一平面内;
(4)为了更好地进行探究,如图丙所示,老师进行如下演示,打开加湿器,将平面镜放在一能转动的水平圆台上,在柱M上固定一红色激光笔,使其发出的光垂直射向平面镜上的O点,其作用是为了显示 的位置,然后打开固定在柱N上的绿色激光笔,使绿色激光射向O点,出现了如图丙所示的情景。接下来老师缓慢转动圆台,当我们观察到 (填写支持该结论的现象)能得出反射光线,入射光线和法线在同一平面内。
4.(2025·上海·期中)【新情景】小光想制作一个光热电站的模型,他用激光笔模拟一束太阳光,并将一面平面镜作为定日镜,发现反射光线未能照射到中心塔模型上。于是他将一块纸板垂直于平面镜放置,并让光沿AO方向射向镜面上的O点,如图所示,此时的入射角为 度,为了让光线照射到中心塔的模型上,应将模型放置在图中 (选填“A”“B”或“C”),这是利用了光的反射定律中 这一结论。
知识
概念
理解
光的直线传播
光在同种均匀介质中沿直线传播。
真空中光速c=3.0×108m/s。
有关现象:影子、日食、月食、小孔成像等。
光的反射定律
三线共面、两线分居、两角相等。
在反射现象中,光路可逆。
镜面反射和漫反射
镜面反射和漫反射都遵循反射定律。
1.(多选题)如图所示,激光照射到中心塔模型上,但是位置偏下,以下可行的调整方式有( )
A.将中心塔远离平面镜 B.将中心塔靠近平面镜
C.入射光线靠近法线 D.入射光线远离法线
2.一只站在浅水滩中的白鹤,在夕阳斜照下,呈现出“一鹤落双影”的美景,此情景正与李白的“举杯邀明月,对影成三人”相映衬。
请用所学的物理知识解释:
(1)“双影”分别指的是什么?
(2)“双影”的形成原因分别是什么?
3.“圭表”是利用日影的古代天文仪器,其示意图如图所示。其中,正南北方向平放的尺叫做圭,直立在平地上的石柱叫做表。当日光照射表的时候,圭上显现了表的影子。根据正午时表影长度的变化,可以推算二十四节气。
(1)太阳 (选填“是”或“不是”)光源;地球上的人类能够看到太阳,说明光的传播 (选填“需要”或“不需要”)介质。
(2)请在图中画出阳光经过圭表的上方,投到“冬至”节气位置的光路图 。
(3)今年“秋分”是9月23日,在今年国庆节的正午,表的影子顶端会在图中的“秋分”刻度的
(选填“左”或“右”)端。
4. 小明利用光路图解释生活中简单的光学现象。
(1)物理学上,利用“光线”描述光的传播情况,这种研究方法叫做 ;
(2)光在 介质中沿直线传播;下列现象不属于光沿直线传播的是( )
A.立竿见影 B.树下亮斑 C.小孔成像 D.湖中倒影
(3)如图所示,液面升降监测装置中点光源S发出的光与水平液面成角射向平静液面,反射光射到上方水平标尺的点,此时反射角为 °,光的传播方向改变了 °;当液面下降时,光点 移动(“A.向左”“B.向右”“C.未发生”)。
5. 为了探究光的反射定律,某小组同学进行如图所示的实验:
(1)实验时,纸板与平面镜应互相 (选填“平行”或“垂直”);
(2)小茸使一束光紧贴纸板A射向镜面上的O点,将纸板B绕ON轴向前或向后翻折,当纸板B和纸板A在 时,纸板B上能呈现反射光束;
(3)若将纸板向后倾斜一个角度,如图所示,入射光线仍能呈现在纸板上,且沿EO方向入射到O点,此时 (选填“能”或“不能”)在纸板上看到反射光线,与图中的情形对比,不发生改变的是 (选填“法线位置”或“反射光线方向”);
(4)实验数据如下表所示,分析数据可得:在光的反射现象中,反射角 入射角(选填“大于”、“小于”或“等于”);
实验序号
入射角
反射角
1
30°
30°
2
45°
45°
3
60°
60°
(5)如果让光线沿着FO的方向射向镜面,会发现反射光线沿着 方向射出,这表明在光的反射现象中,光路是 的。
1. 理解光的直线传播的条件
光只有在同种均匀介质中才沿直线传播。有的介质是同种介质,但未必均匀,比如大气层就不是均匀介质,早晨的太阳还在地平线以下时,就能被看到,就是因为光在不均匀的大气中变弯曲了。
2. 利用光的反射定律作图
①入射光线一定通过发光点,两条入射光线的交点就是发光点。
②反射光线的反向延长线一定通过发光点的像点,则两条反射光线反向延长线的交点就是像点。
(3)如果题目中没有明确要求,一般利用平面镜成像的特点(对称性)作图更简单些。
考点二 平面镜成像
1.(2024·上海·中考真题)请在图中画出物体AB在平面镜MN中所成的像A′B′。
2.(2024·静安·三模)【实验题】小潘用两支完全相同的国际象棋棋子探究平面镜成像的特点。将玻璃板 立在桌面上,在玻璃板前放置棋子A,移动玻璃板后的棋子B,发现它与“玻璃板中的A”完全重合,这一步操作是用来验证 的猜想。为验证“平面镜所成的像是虚像”这一猜想,需要将一张白卡片竖直放在 所在的位置,直接观察卡片上 A的像(选填“有”或“没有”)。最终在实验后,将A,B两国际象棋底座圆画出,连接两圆圆心与玻璃板所在直线,发现 被玻璃板所在直线垂直平分。
3.(2025·闵行·期中)【新科技】如图所示,飞天航天服有两个特别的设计:手腕上的小镜子和胸前反印的汉字。航天员穿上舱外航天服后,在头盔里看不到航天服上的按钮及汉字。工程人员想了个办法:在手腕处安装了小镜子,来看衣服上的字和准确操作按钮。以下说法正确的是( )
A.汉字通过镜子所成的是实像
B.航天服胸前的字与它的像关于镜面对称
C.当镜子靠近汉字时,汉字通过镜子成的像会变大
D.当镜子靠近汉字时,汉字到镜子的距离小于像到镜子的距离
4.(2025·上海·月考)留心观察,在日常出行中也隐藏着物理原理。
(1)为了避免驾驶中因低头观看仪表信息而造成危险,有些汽车配备了平视显示系统,它通过前挡风玻璃将行车信息呈现在司机正前方。请根据平面镜成像特点,在图中画出显示器中AB在挡风玻璃中所成的像A‘B’;
(2)爸爸告诉小明在驾校考试时看到的宣传海报,如图。意思是夜间在没有照明的路面行车时,若人眼看到的路面是灰色的,说明是安全的,原因是车灯发出的光照射到正常干燥路面时会发生 反射;若人眼看到的光是一片白色,说明地面有水,此时发生的是 反射;而有大坑的地方车灯发出的光照射不到,看上去就是 色,应立即停车。
知识
概念
理解
平面镜成像特点
平面镜所成的像是虚像;像和物体的大小相 等;像和物体到平面镜的距离相等。
利用数学对称知识,成像规律也可表述为:平面镜所成的像与物体关于镜面对称。
平面镜的应用
利用平面镜来成像、改变光的传播方向。
家用穿衣镜;医生检查牙齿的小镜子等。
1.初夏的傍晚,夕阳西垂,小华去公园的湖边散步。远望湖面,小华看到平静的水面上有一个巨大的光斑,这是阳光在水面发生 反射所形成的现象(选填“A.镜面”或“B.漫”),此时,小华正好面朝 (选填“A.东”或“B.西”)。岸边不远处,一只天鹅正在湖中浮游,身下是一个清晰的倒影,图中,符合小华看到的情景的是( )
A. B. C. D.
2.在地铁站等候列车进站的时候,小华透过站台屏蔽门的玻璃看到了自己的像,这是由于光的 (选填“直线传播”、“反射”或“折射”)所形成的 像(选填“实”或“虚”)。当他慢慢朝远离屏蔽门的方向移动时,他的像会 屏蔽门(选填“靠近”或“远离”),像的大小将 (选填“变小”、“变大”或“不变”)。据此,他想出了测量地铁隧道宽度的方法。如图所示:他先紧贴玻璃门,然后按正常步长(约为50cm)后退,直到自己的像正好落在灯箱广告牌上,总计退后了13步,由此可以估算隧道的宽度d约为 m。
3.小明爸爸的车应用了汽车抬头显示(简称HUD)技术如图a。HUD利用平面镜成像原理(如图b),将显示器上的重要行车数据通过前挡风玻璃投射在正前方,驾驶员不必低头,就可以看到车辆信息,避免分散注意力。
(1)如果前挡风玻璃被树叶遮挡,那么开车的小明爸爸 (选填“能”或“不能”)看见显示器所成的像,这说明此像是 (选填“实”或“虚”)像。
(2)车辆HUD显示器水平放置在中控台上,若通过挡风玻璃成的像垂直于水平面,则挡风玻璃与水平面夹角为 度。
(3)小明爸爸发现挡风玻璃所成的像过高,影响对前方事物的观察,这时就需要将显示器沿水平方向 (选填“远离”或“靠近”)挡风玻璃。
4.如图所示,是“探究平面镜成像的特点”的实验情境。所需要的实验器材有:带底座的玻璃板、白纸、笔、火柴、光屏各一个,两支外形相同的蜡烛A和B,还缺少的器材是 。
① 实验中,选用玻璃板代替 ,主要是为了 。
② 在竖直放置的玻璃板前点燃蜡烛A,在玻璃板后面移动未点燃的蜡烛B,人眼在玻璃板的 (选填“前”或“后”)侧观察,直至它与蜡烛A的像完全重合,这种比较像与物大小关系的方法是 (选填“控制变量法”或“等量替换法”)。
③ 移去蜡烛B,在其原来位置上放置一块光屏,光屏上无法呈现蜡烛的像,这说明平面镜成的是 像(选填“实”或“虚”)。
④ 若在玻璃板后的纸面上无论怎样移动蜡烛B,都无法让它与蜡烛A的像完全重合,则出现这种情况的可能原因是: 。
5.录播教室中通常有一种单向透视玻璃,如图所示,它将教室分隔成上课区和观摩区,观摩区内的教师可通过此玻璃进行观课。
(1)上课区的老师和同学仅能在镜子中看到自己的 像(选填“实”或“虚”);若教室前白板到教室后玻璃的距离为,则白板到其所成像的距离为 m;
(2)某同学用玻璃板进行“探究平面镜成像特点”的实验。
①他将玻璃板竖直放置在水平桌面上,将一支点燃的蜡烛A竖立在玻璃板前面,将 (选填“点燃”或“未点燃”)的蜡烛B竖立在玻璃板后面移动,直到蜡烛B与蜡烛A的像 ,这样做既可以 ,又可以比较像与物的大小;
②下图中同学把蜡烛A向靠近玻璃板方向移动一段距离,则像的大小 (选填“变大”“变小”或“不变”)。移走蜡烛B,将一张白纸竖直放在该位置,直接观察白纸,白纸上 (选填“能”或“不能”)看到蜡烛A的像;
③若将玻璃板倾斜,请在下图中画出物体在平面镜中所成的像 。
1. 探究平面镜成像实验必须明确:
(1)两支等大的蜡烛是为了比较像与物是否大小相等。
(2)用玻璃板代替平面镜的目的是便于找到像的位置,玻璃板应竖直放置,当玻璃板倾斜时所成的像偏上或偏下,不便于确定像的位置。
(3)平面镜所成的像是虚像,不能用光屏承接。
(4)将点燃的蜡烛放在多个不同位置,进行多次实验的目的是总结归纳出普遍性的结论。
(5)实验中用了等效替代法:一是用玻璃板替代平面镜;二是将另支未点燃的蜡烛放到点燃的蜡烛所成像的位置,使之完全重合,即利用未点燃的蜡烛替代点燃蜡烛的像。
2. 关于平面镜成像作图题的答题关键点
(1)利用平面镜成像的特点(对称性)作图
首先根据像与物的对称性找到像点,再连接像点,用虚线表示虚像。要注意辅助线也要用虚线表示。此类题也可以根据物点与像点的连线来确定平面镜的位置(作物、像连线的中垂线即可)。
(2)利用光的反射定律作图
①入射光线一定通过发光点,两条入射光线的交点就是发光点。
②反射光线的反向延长线一定通过发光点的像点,则两条反射光线反向延长线的交点就是像点。
(3)如果题目中没有明确要求,一般利用平面镜成像的特点(对称性)作图更简单些。
考点三 光的折射 光的色散
1.(2024·上海·中考真题)有一束光从空气中斜射入平静的水面时,若入射角为60°,则折射角为( )
A.0° B.40° C.60° D.90°
2.(2025·上海·中考真题)【新情景】万里无云的晴天时,我们看到天空是蓝色的,现已知以下信息:
①光是一种电磁波,不同色光的频率如下表所示:
红色
橙色
黄色
绿色
青色
蓝色
紫色
384-482THz
482-503THz
503-520THz
520-610THz
620-659THz
610-659THz
659-769THz
②光的频率越高,经氮气、氧气分子散射的程度越大,向各个方向发散。
③太阳光在空气中主要通过氮气、氧气分子散射。
④“靛”是蓝紫或深蓝,晴天时,相较于紫色光,人眼更容易感受到蓝色光。
(1)频率为450THz的光 (选填“属于”或“不属于”)三原色光。
(2)结合以上信息,请解释“晴天时,人看天空为什么是蓝色的?”。
3.(2025·金山·期末)【传统文化】储光羲在《钓鱼湾》中写道:“潭清疑水浅,荷动知鱼散。”诗人看到潭底变浅,是光的 现象,看到的是潭底的 (选填“A实像”或“B虚像”),关于人眼看见水中的鱼,如图所示的光路图中正确的是图 。
4.(2025·长宁·期中)【探究题】小明利用激光笔、光具盘等研究光的折射规律,如图(甲)、(乙)所示是小明实验过程中的两个情景。
(1)如图(甲)所示,小明在研究光从 斜射入 时的折射规律(均选填“玻璃”或“空气”),此时折射角 入射角(选填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)通过分析比较图中折射角与入射角的大小关系可知:光在空气和玻璃之间传播发生折射时,空气一侧的折射角或入射角角度总是 (选填“大于”“等于”或“小于”)玻璃一侧的角度。
(3)在此基础上,小明进一步探究光从空气斜射入各种透明介质时折射角的大小与哪些因素有关。他先让光从空气斜射入玻璃,分别测出折射角和入射角的大小,记录在表1中。然后他又让光从空气斜射入水中,重复实验,将数据记录在表2中。
表1:光从空气斜射入水
实验序号
1
2
3
入射角
30°
45°
60°
折射角
22°
32°
41°
表2:光从空气斜射入玻璃
实验序号
1
2
3
入射角
30°
45°
60°
折射角
19°
28°
35°
分析比较表1和表2中的数据可知:当光从空气斜射入玻璃或水中,入射角相同时,光从空气斜射入玻璃的折射角 光从空气斜射入水的折射角(选填“大于”、“等于”或“小于”)。这说明:玻璃对光的折射本领比水 (选填“强”或“弱”)。
(4)请在图中,画出这束从空气斜射向水面的入射光线AO的折射光线OC的大致位置。
知识
概念
理解
光的折射
1. 光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折的现象。
2. 折射规律:三线共面、两线分居、空气中的角大。
3. 折射现象池水变浅、筷子折断、海市蜃楼等。
1. 光在同种不均匀介质中传播时,也会发生折射现象。如太阳光穿过大气层时传播方向会发生改变。
2. 光垂直射入介质中时,传播方向不变。
3. 折射时光路可逆。
光的色散
1. 太阳光经过三棱镜后,被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色的光,这种现象叫光的色散。
2. 现象:彩虹;彩色的肥皂泡等。
3. 把红、绿、蓝三种色光叫做色光的三原色。
1. 光发生色散的实质是光的折射现象。
2. 红、绿、蓝三种色光按不同的比例混合可以产生各种不同的色光,但是自然界中的红、绿、蓝三种颜色的光无法用其他颜色的光混合的。
1.以下描述的现象中属于成虚像的有( )
①小孔成像 ②镜花水月 ③观看池塘中的鱼 ④用放大镜看报纸
⑤取大镜高悬,置水盆于其下,则见四邻矣 ⑥雨后的彩虹
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
2.如图所示,这是一束光在空气和玻璃两种介质的界面上发生了反射现象和折射现象,下列说法正确的是( )
A.入射角为30° B.折射角为60°
C.界面上方是空气 D.光的传播方向改变了90°
3.储光羲在《钓鱼湾》中写道:“潭清疑水浅,荷动知鱼散。”
(1)在观察水潭时,会有“水浅”的错觉,这是光的 现象造成的,诗人看到的是水潭底的 像(选填“实”或“虚”)。
(2)小明同学看到池塘里有一彩色的石头,为安全起见,他用一直尺竖直插入塘中,当0刻度线与石头重合时,水面恰好在直尺82cm刻度线处,该石头的深度为( )
A.大于82cm B.等于82cm C.小于82cm D.无法确定
(3)小明看见池塘里的石头,这种现象可以用下列图中哪幅光路图来解释( )
A. B. C. D.
4.当光从一种介质斜射向另一种透明介质界面时,往往会同时发生光的反射和折射现象。而有时当入射角不断增大至某一角度时,折射角会达到90°,此时的入射角称为临界角。当光线的入射角大于临界角时折射光线会消失,仅剩反射光线,这种现象称为光的全反射现象。某小组同学对此现象作出了如下猜想:
A.当光从空气斜射入水时,可能会发生全反射现象;
B.当光从水斜射入空气时,可能会发生全反射现象;
C.不管是光从空气斜射入水中,还是光从水斜射入空气中,都可能会发生全反射现象;
①你认为上述猜想中,合理的是 (选填“A”“B”或“C”);
②结合所学知识和上述信息,解释你选择的理由 ;
③实验表明:当光从空气斜射入水或玻璃时,玻璃对光的折射本领比水强。若在玻璃或水与空气之间发生光的全反射现象,则玻璃的临界角 水的临界角。(选填“大于”“等于”或“小于”)
1. 理解折射现象
光在同种不均匀介质中传播时,也会发生折射现象。如太阳光穿过大气层时传播方向会发生改变。光垂直射入介质中时,传播方向不变。折射时光路可逆。
2. 正确解答两类光学折射作图题
(1)已知入(折)射光线,作折(入)射光线。方法是:作法线→判断角的大小关系→画光线。
(2)已知物和像,作光路图。方法是:确定物、像和眼睛的位置→找入射点→作入射光线→作折射光线。
入射光线、折射光线用实线表示,法线、折射光线的反向延长线用虚线表示。
3. 巧作图解答折射、反射综合题
解答折射、反射综合题时,如果能作出光路图再结合题意分析,将会事半功倍。法线跟界面垂直,反射角跟入射角相等,入射角跟入射光线与界面的夹角互余,反射角跟反射光线与界面的夹角互余,折射角跟折射光线与界面的夹角互余。这些在图上呈现出来,便是我们解题的依据。
4. 光的色散
(1)光发生色散的实质是光的折射;
(2)红、绿、蓝三种色光按不同的比例混合可以产生各种不同的色光,但是自然界中的红、绿、蓝三种颜色的光无法用其他颜色的光混合的。
考点四 凸透镜成像
1.(2025·上海·中考真题)物理兴趣小组同学在做凸透镜成像实验时,光屏和发光体在透镜的 (选填“同侧”或“两侧”),它们的中心在 上,此凸透镜的焦距为10厘米,发光体距离凸透镜16厘米时,成 (选填“正立放大”“正立缩小”“倒立放大”或“倒立缩小”)的实像。
2.(2023·上海·中考真题)放大镜是生活中常见的凸透镜,结合表中数据及右图回答下列问题:
实验序号
①
②
③
物距(cm)
2.40
3.05
3.50
像距(cm)
4.60
7.85
11.70
(1)成虚像时,物距和像距的大小关系为: ;
(2)成虚像时,物距越大,像距越大,像 ;
(3)物体在物距L1时,成虚像,物体在物距L2时,成实像,请比较L1、L2的大小关系并说明理由: 。
3.(2025·杨浦·三模)在“探究凸透镜成像规律”实验中,当发光体到凸透镜(焦距为10厘米)的距离为u0,另一侧光屏到凸透镜的距离为v0时,光屏上能呈现清晰放大的像。凸透镜位置不变,将发光体向远离凸透镜方向移动10厘米,并调节光屏的位置,观察到光屏上再一次呈现清晰的像。下列判断正确的是( )
A.u0>v0>10厘米 B.v0>u0>20厘米
C.第二次成像一定是缩小的像 D.第二次成像可能比第一次成像大
4.(2024·宝山·三模)小张、小李和小王三位同学在“研究凸透镜成等大实像时物距像距间的关系”时,选择了两个完全相同的能发光的物体A和B,一个光屏、一架光具座、三个凸透镜(f1=10厘米、f2=8厘米、f3=5厘米)进行实验。
他们将发光物A、凸透镜和光屏依次安装在光具座上,并调节他们的中心在同一高度;接着移动发光物A和光屏的位置,使光屏上的实像最清晰;
(1)如何判断该实像与物体大小相等?小张提出“只要用肉眼观看发光物A和光屏上清晰像的大小,就可以判定它们是否等大。”
你认为小张提出的做法是否妥当?若你认为不妥当,请你设计一个仅利用所提供的器材,能简便可靠判断凸透镜所成的实像是否与物体等大的方法。 。
(2)小张、小李和小王三位同学经过讨论,利用找到的可靠方法,各自选用一块凸透镜进行多次实验,得到凸透镜成等大实像时物距u和像距v的数据如下:
实验人员
物距u(厘米)
像距v(厘米)
小张
16
16
小李
10
10
小王
20
20
①横向比较表中每位同学测得数据可得:凸透镜成等大实像时,物距与像距的关系是:物距 像距;
②纵向比较三位同学测得像距v,发现三位同学测得像距v并不相等。对此,你猜想造成它们不相等的原因可能是: ;
③要证实你的猜想是否正确,接下来需要做的是: 。
知识
概念
理解
凸透镜
①中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜。
②凸透镜对光有会聚作用,又叫会聚透镜。
③三条特殊光线。
凹透镜
①中间薄,边缘厚的透镜叫凹透镜。
②凹透镜对光有发散作用,又叫发散透镜。
③三条特殊光线。
凸透镜成像的规律
物距u
像的性质
物与像
的位置
像距v
光屏能
否承接
u>2f
倒立
缩小
实像
异侧
2f>v>f
能
u=2f
倒立
等大
实像
异侧
v=2f
能
f<u<2f
倒立
放大
实像
异侧
v>2f
能
u=f
不成像
u<f
正立
放大
虚像
同侧
|v|>u
不能
1.某同学用放大镜观察如图所示的物理书封面。他将放大镜从靠近书本的位置到逐渐远离,则他所看到的像的先后顺序应该是( )
A.甲乙丙丁 B.乙甲丁丙 C.甲丙丁 D.甲丁丙
2.光具座上有光源、凸透镜、光屏各一个。当光源离凸透镜10厘米时,此时光屏上成放大的像,小李将光源在光具座上移动5厘米后,移动光屏,光屏上再次成清晰的像。则这个像( )
A.一定是放大的 B.一定是缩小的
C.一定比原来的像大 D.一定比原来的像小
3.某小组在做凸透镜成像实验时,发现在距透镜30厘米的光屏上有一个放大的像,则此透镜的焦距可能是( )
A.10厘米 B.18厘米 C.26厘米 D.32厘米
4.如图(a)所示,小李先后用甲、乙两块焦距不同的凸透镜正对着前方一支点燃的蜡烛,当凸透镜在离开蜡烛不同距离的A、B、C三个位置时,他透过凸透镜观察到烛焰像的不同情况,并记录在表中。
位置
甲凸透镜
乙凸透镜
A
倒立、放大
倒立、放大
B
倒立、放大
倒立、缩小
C
倒立、缩小
倒立、缩小
(1)结合表一中记录的现象,小李猜想凸透镜所成像的性质可能与 和 有关;
(2)小李用焦距为10厘米的凸透镜进行实验,先将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏置于光具座上,具体位置如图所示。接着他通过移动蜡烛、凸透镜、光屏等位置,使烛焰的像成在光屏上,下列选项合理的是
______。
A.仅向左移动蜡烛,至适当位置,光屏上能成放大的像
B.仅向右移动光屏,至适当位置,光屏上能成放大的像
C.仅向右移动凸透镜,至适当位置,光屏上能成缩小的像
D.同时向左移动蜡烛和光屏,至适当位置,光屏上能成缩小的像
1. 透镜的三条特殊光线的重要性
(1)透镜的三条特殊光线是关于透镜的作图题的基础。无论是根据透镜作光路图还是根据光路图画透镜,都需要通过三条特殊光线做出判断和解答。
(2)关于三条特殊光线,需要记住各自特点,更需要把凸透镜的特殊光线和凹透镜的特殊光线加以区分,记住两种透镜对光的作用的不同。
2. 注意两点,正确解答凸透镜成像实验探究题
(1)凸透镜、光屏和烛焰的中心应在同一高度上。
(2)若在实验中怎样移动光屏都得不到像,可能原因有:
①蜡烛没有在凸透镜的一倍焦距之外;②烛焰、凸透镜和光屏三者的中心不在同一高度上;③蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距,导致像距过大,光屏不能移动到能够接收到像的位置。
3. 透镜作图时的注意事项
(1)对于透镜类型的判断:是会聚透镜还是发散透镜,关键是看折射光线比入射光线是远离主光轴还是靠近主光轴。
(2)对于光线的画法:
①一定要用尺规作图;②一定不要遗漏光线的箭头;③平行于主光轴的光线经凹透镜发散后,出射光线的反向延长线一定相交在另一侧焦点上,并且反向延长线要用虚线表示。
考点五 透镜的应用
1.(2025·崇明·二模)【新情景】如图所示,是一个自制双筒照相机模型,小明先使用焦距为10厘米的镜头,再改用焦距为5厘米的镜头进行拍摄。若保持相机与被摄景物的距离不变,关于成像情况的描述,正确的是( )
A.像的大小不变,但像会更清晰 B.像变小,且能拍摄到的景物范围更大
C.像变大,同时像距也变大 D.像的大小和景物范围均不变,但像距会变小
2.(2024·杨浦·三模)有一种特殊镜片b,如图所示,其厚度变化可通过抽出液体(或注入液体)来实现。为矫正近视,可调整为镜片 佩戴(选填“a”或“c”)。镜片c对光有 作用(选填“会聚”或“发散”);将某物体放在镜片c前1厘米处,在镜片的另一侧透过镜片能看到一个正立放大的像,镜片c的焦距 1厘米(选填“大于”“等于”或“小于”)。
3.(2025·上海·月考)为了加强管理,某些公司对员工实行刷脸考勤制度。如图所示,当人靠近摄像头时,光源自动打开,照亮 (选填“人脸”或“显示屏”),人脸通过摄像头成一个倒立 的像(选填“放大”或“缩小”),与录入信息进行对比,从而记录考勤。若镜头焦距为10cm,为了能成清晰的像,人到镜头的距离应满足的条件是 (选填“A”、“B”或“C”:“A。小于10cm”、“B。大于10cm且小于20cm”、“C。大于20cm”)
4.(2024·松江·二模)小明发现自己戴的近视眼镜的镜片是一块凹透镜,于是他查阅相关资料得知:①物体通过凹透镜成缩小的像,且物距越大、像距越大、像越小;②同一物体,物距相同时,通过焦距越小的凹透镜,所成的像越小;③近视眼镜的镜片度数与其焦距的关系如下表:
焦距(米)
镜片度数
2
50
1
100
0.5
200
0.2
500
(1)分析表格数据中近视眼镜的镜片度数与其焦距的数量关系,可得结论: ;
(2)小明将近视眼镜逐渐靠近纸上文字时,看到的文字大小将逐渐 (选填“增大”或“减小”);
(3)小明分别将A、B 两副不同度数的近视眼镜,放置在书籍前相同位置,通过镜片观察到不同的像,如图(a)、(b)所示,请判断哪副眼镜的镜片度数较高,并说明理由: 。
知识
概念
理解
眼睛
①晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜;视网膜相当于照相机的胶片;
②物体经晶状体和角膜折射后,在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。
眼球好像一架照相机。
近视眼
近视眼的晶状体太厚,折光能力太强,像在视网膜前。需佩戴凹透镜矫正。
远视眼
远视眼的晶状体太薄,折光能力太弱,像在视网膜后。需佩戴凸透镜矫正。
透镜的应用
(1)照相机:
①照相机成缩小、倒立的实像;
②像距小于物距;
③像与物体位于凸透镜的异侧。
拍摄近处景物时,镜头往前伸,离胶片远一些,像会变大。
(2)投影仪:
①投影仪成放大、倒立的实像;
②像距大于物距;
③像与物体位于凸透镜的异侧。
要使屏幕上的图像大些,胶片靠近镜头,同时投影仪远离屏幕。
(3)放大镜:
①放大镜成放大、正立的虚像;
②像距大于物距;
③像与物体位于凸透镜的同侧。
若使像变大时,增大放大镜与物体之间的距离。
(4)显微镜:
①物镜:靠近被观察物体的凸透镜,焦距短,相当于投影仪的镜头;
②靠近被观察物体的凸透镜,焦距长,相当于一个普通的放大镜。
(5)望远镜:
①物镜:相当于照相机的镜头,成倒立、缩小的实像;
②目镜:相当于放大镜,把物镜所成的像A再放大一次,成正立、放大的虚像。
1.如图甲为胶囊胃镜机器人。检查时,患者用水将其吞下,医生通过电脑无线控制胶囊机器人在胃内移动,对病灶处拍摄照片,再通过无线传输将图片发送至记录器,方便医生做出诊断。请运用相关物理知识,完成下面小题。
(1)小海吞服胶囊机器人时,发现胶囊机器人长约2.5 (填单位);
(2)胶囊机器人能对病灶处拍摄照片,其成像特点与 (选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”)相同,如果医生想扫描更大范围时,应操作机器人 (选填“靠近”或“远离”)此区域。
2.小王研究微距相机的成像情况。他先把相机调整到焦距为f1的普通模式,改变物体与镜头的距离,相机内感光元件上的成像情况如图(a)(b)所示。由于物体距镜头太近时,感光元件上无法成像,因此他将相机切换到微距模式,调整焦距为f2,再将物体置于距镜头非常近的位置,此时在感光元件上能成清晰的像,如图(c)所示。
(1)分析比较图(a)与(b)可知:同一镜头成实像时,物距变小, ;
(2)观察图(c)可知:微距模式下相机成的像是 的(选填“放大”或“缩小”),据此可判断微距模式下物距与像距的大小关系是 ,此时相机的焦距f2 普通模式的焦距f1(选填“大于”“等于”或“小于”)。
3.近视眼矫正的福音——可调式眼镜。
小浩利用如图所示的装置探究“近视眼的矫正”:他用烛焰模拟远处所视物体,水透镜模拟人眼晶状体,并与注射器相连,其凸起程度可通过注射器注入或吸取水量来调节,光屏模拟人眼视网膜。
(1)实验时调整烛焰、水透镜、光屏在光具座上的位置,使三者中心在 ,目的是 ;如图所示的位置关系,在光屏上得到了烛焰清晰的像,是倒立、 (选填“放大”或“缩小”)的实像。
(2)小浩向水透镜内注入适量的水来模拟近视眼的成因,注水后水透镜的焦距变 (选填“大”或“小”)了,同时光屏上原来清晰的像变模糊了,若将光屏向 (选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动适当距离,将再次得到清晰的像,说明近视眼将远处的物体成像在视网膜 (填“前”或“后”)面。
(3)利用如图所示的“可调式眼镜”可帮助矫正自身视力:这种眼镜的镜片中含有一种液体,通过调节此液体的含量,镜片的形状会随之改变,如图所示,改变滑块的位置就可实现镜片形状的变化。近视眼患者如果用“可调式眼镜”加以矫正,应将滑块从中间逐渐向 (选填“左”或“右”)移动,直至看清物体,由此可知,近视眼镜是 透镜。
(4)如图所示,小浩又做了一个实验,他将一个点光源放在水透镜的正前方,当点光源放在A点时,成像在B点,当点光源放在B点时,成像在C点,则该水透镜的位置在图中 (填写图中数字)区域。
4.看电影时,小赵发现有些画面细节看不清,怀疑自己可能是近视了。
(1)如图(a)人眼结构中相当于凸透镜的是__________,相当于光屏的是_________。
A.晶状体 B.睫状体 C.玻璃体 D.视网膜
(2)眼睛是一个相当复杂的生物光学仪器,从功能上看非常类似于( )
A.显微镜 B.照相机 C.投影仪 D.放大镜
(3)视力正常的人在看远处的物体时,睫状体会放松,晶状体变 (选填“薄”或“厚”),晶状体的焦距变 (选填“长”或“短”),使像清晰地成在视网膜上;而近视的人由于眼睛屈光能力异常,会使像成在视网膜 (选填“前”或“后”),导致看远处物体模糊不清。
(4)近视和远视可以用凹、凸透镜进行矫正,请在图(b)中画出对应的折射光线。
(5)若小赵同学真的近视了,请在图(c)中虚线框中画出需要佩戴的透镜,并画出矫正后通过晶状体的折射光线。
1. 类比法认识眼睛视物原理
眼睛的晶状体相当于凸透镜,视网膜相当于承接像的光屏,物体在视网膜上成倒立、缩小的实像。将凸透镜与眼睛结合比较,建立凸透镜成像模型可以帮助我们更好地认识眼睛视物原理。
2. 注意两点,灵活应对有关放大镜的考题
(1)物体和它通过放大镜成的像在放大镜的同侧。
(2)放大镜离物体越近,所成像越小,放大镜离物体越远,所成像越大。
3. 巧类比,辨析显微镜、望远镜成像
解答此类题目的关键是热记显微镜、望远镜中的物镜与目镜的成像情况:
(1)显微镜的物镜相当于投影仪,成倒立、放大的实像;目镜相当于放大镜,成正立、放大的虚像。
(2)望远镜的物镜相当于照相机,成倒立、缩小的实像;目镜相当于放大镜,成正立、放大的虚像。
1.无人机携带了高分辨率高速摄像机,下列关于摄像机说法中正确的是( )
A.摄像机的摄像头对光线有发散作用
B.被拍摄的景物应位于摄像头一倍焦距以外二倍焦距以内
C.当无人机远离被拍摄物体时,要成像仍然清晰,其镜头应该向后缩
D.摄像头成像在传感器(相当于胶片)上的像是倒立、缩小的虚像
2.如图所示,有一束光斜射入盛水的容器中,在容器底形成一个光斑,保持入射光线不变,慢慢放出容器中的水,下列说法正确的是( )
A.光斑向左移动,折射角不变 B.光斑向右移动,折射角不变
C.光斑向左移动,折射角减小 D.光斑向右移动,折射角减小
3.路途中,天朗气清。
(1)小明能在道路的不同位置看到青绿的远山这是 ,但有时也会被路边设置的光滑的标牌“晃”眼睛这是 (以上均选填“镜面反射”或“漫反射”);
(2)小明还发现自己的手表在车顶能反射出一处光斑,请你根据图中的入射光在图2中画出对应的反射光线并标出反射角及大小;
(3)若将手表的位置向左下方移动,在入射光线不变的情况下,反射光线在车顶的光斑会向 移动(选填“左”或“右”),为研究光现象而引入“光线”,用到的科学方法是 (选填“控制变量”或“建立模型”或“理想实验”)。
4.视力正常的人看远处物体时,睫状体会放松,晶状体变薄,晶状体的焦距变 (选填“A长”或“B短”),使像清晰地成在视网膜上;而近视的人由于眼睛屈光能力异常,会使像成在视网膜 (选填“A前方”或“B后方”),导致看远处物体模糊不清。请在图中画出入射光线经过透镜后的折射光线 。
5.如图所示的是矿井中所使用的矿灯,优点是光柱射出去后非常集中,几乎相当于平行光。
(1)要使小灯泡发出的光变成平行光,则该灯头的镜头镜片应选择 (选填“凸透镜”或“凹透镜”),因为它对光有 作用,小灯泡应放在该透镜的 位置;
(2)图(a)、(b)中,根据给出的光线,画出相应的入射或出射光线。
6.小杨和小明在湿地公园划船,饱览湿地两岸风景。
(1)小杨看见一只白鹤静立在平静的水中,可以看到白鹤的两个“影”——影子和倒影,如图所示。下列分析正确的是( )
A.影子是由于光的折射形成的 B.倒影是由于光的反射形成的
C.白鹤飞得越高,水中的倒影越小 D.河水越深,水中的倒影离水面越远
(2)白鹤从水面飞起,假设白鹤用箭头AB表示,水面用MN来表示,根据平面镜成像特点,在图中画出白鹤AB在水面MN中所成的像。
(3)小明看到水中还有鱼,从鱼上发出一条光线AO是从水中斜射向水面,请在图中画出折射光线OC的大致方向。
7.手机已经成为现代生活不可缺少的一部分。
(1)手机屏幕使用时 (选填“属于”或“不属于”)光源;如图(a)为手机防窥膜结构图,采用了超细百叶窗光学技术。贴在手机屏幕上的效果如图(b)所示,其原理类似百叶窗,只能透过一定角度的光线,结构简图如图(c)。两侧之所以看不清屏幕内容是由于光 原理;为了让防窥效果更好(可视范围减小),可以适当地 (选填“增大”或“减小”)超细百叶窗的间距。
(2)如图所示,我们用手机扫描时,二维码通过手机镜头的 (选填“凸”或“凹”)透镜形成的像;二维码应放在镜头的 (选填“一倍焦距以内”“一倍至二倍焦距之间”或“二倍焦距以外”)。当二维码超出手机上设定的方框时,应该保持物品不动,将手机 (选填“靠近”或“远离”)二维码;
8.小向在公园秋日漫步,景色宜人。
(1)如图,若把白天鹅看作物体AB,水面作为平面镜,请根据平面镜成像的特点,在图中,画出物体AB在平面镜中所成的像A′B′。
(2)如图所示,湖水水深0.5m,一只白天鹅离水面1m高度,正平行于水面飞行,其美丽的倒影映入水中。白天鹅的倒影距离水面 m,当白天鹅远离水面时,它的像 (选填“靠近”或“远离”)水面,白天鹅的像的大小 (单选)。
A.变大 B.不变 C.变小
(3)看到“鸟在水中飞,鱼在云中游”的美丽画面,小向拍照留念。在湖水中用眼睛观察到的“飞鸟”是光的 (选填“反射”或“折射”)形成的。看到的“游鱼”是光的 (选填“反射”或“折射”),而形成的 (选填“实”或“虚”)像。
(4)他联想到,如图,一束光在玻璃、空气两种介质的界面上同时发生反射和折射。(图中入射光线,反射光线和折射光线的方向均未标出)其中折射光线是 (用字母表示),反射角等于 。光是从 (选填“空气斜射入玻璃”或“玻璃斜射入空气”)。
9.小明用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律,当向水透镜里注水时,水透镜的焦距将变小;当从水透镜里抽水时,水透镜的焦距将变大。
(1)如图甲所示,一束平行于主光轴的光射向水透镜,在光屏上得到一个最小最亮的光斑,此时水透镜的焦距为 cm,实验前,应调节烛焰,水透镜和光屏的中心在 上;
(2)该同学移动蜡烛,水透镜和光屏至图乙所示位置时,恰能在光屏上看到清晰的像,像的特点是倒立、 的像(填“A.缩小”、“B.等大”或“C.放大”);
(3)在图乙所示实验场景下,该同学给水透镜“戴上”一种眼镜,如图丙所示,当从水透镜中抽出适量的水后,他发现光屏上的像再次变得清晰,则“戴”的是 (填“近视”或“远视”)眼镜。
10.如图所示,是“探究光的反射定律”的实验过程:
(1)请根据“探究光的反射定律”的实验过程,将图1步骤进行排序。
(2)随后,小明将一束光贴着纸板沿EO射到镜面上O点,如图甲所示,纸板上会显示出反射光束OF。为了研究反射角与入射角之间的关系,实验时应进行的操作是 。
A.改变反射光线OF与ON之间的夹角
B.改变入射光线EO与ON之间的夹角
(3)接着,如图乙所示,他将这束光贴着纸板一起向后倾斜,则纸板上 (选填“能”或“不能”)显示出反射光束。此时,反射光线、入射光线与法线 (选填“在”或“不在”)同一平面内;
(4)为了更好地进行探究,如图丙所示,老师进行如下演示,打开加湿器,将平面镜放在一能转动的水平圆台上,在柱M上固定一红色激光笔,使其发出的光垂直射向平面镜上的O点,其作用是为了显示 的位置,然后打开固定在柱N上的绿色激光笔,使绿色激光射向O点,出现了如图丙所示的情景。接下来老师缓慢转动圆台,当我们观察到 (填写支持该结论的现象)能得出反射光线,入射光线和法线在同一平面内。
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专题02 光学(复习讲义)
目 录
01 析·考情目标 1
02 筑·专题框架 2
03 攻·重难考点 2
真题动向 核心提炼 拓展提升
考点一 光的反射 3
考点二 平面镜成像 10
考点三 光的折射 光的色散 17
考点四 凸透镜成像 23
考点五 透镜的应用 28
04 测·预测闯关 36
命题透视
上海中考物理光学部分的命题注重基础概念的理解与实际应用,强调核心知识点的掌握和实验探究能力,整体呈现出“稳中有变、联系生活、突出素养”的特点。
热考角度
考点
2025年
2024年
2023年
光的反射
中考第15题
中考第15题
平面镜成像
中考第15题
光的折射
中考 第3题
凸透镜成像
中考 第11题
中考 第6题
中考第13题
透镜的应用
中考第13题
命题预测
1. 光的直线传播与光的反射。
2.光的折射(光的色散)。
3.平面镜成像特点及应用。
4.凸透镜成像规律,透镜的应用。
考点一 光的反射
1.(2025·上海·中考真题)【作图】在下图中,根据给出的入射光线AO画出反射光线OB,并标出反射角及其度数。
【答案】见右图。
【详解】光的反射定律: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两侧;反射角等于入射角。入射角是入射光线与法线的夹角,反射角是反射光线与法线的夹角。
已知入射角为90°-40°=50°
根据反射角等于入射角,在法线左侧画出反射光线 OB,反射角也为50°。如图所示
2.(2023·上海·中考真题)【作图】在图中,根据给出的反射光线OB画出入射光线AO,并标出入射角的大小。
【答案】见右图。
【详解】由图可知,反射角为40°,由反射定律可得入射角也为40°,根据入射角的大小在法线左侧画出入射光线AO,如图所示。
3.(2025·闵行·期末)【新情景】如图所示,是“探究光的反射定律”的实验过程:
(1)请根据“探究光的反射定律”的实验过程,将图1步骤进行排序。
(2)随后,小明将一束光贴着纸板沿EO射到镜面上O点,如图甲所示,纸板上会显示出反射光束OF。为了研究反射角与入射角之间的关系,实验时应进行的操作是 。
A.改变反射光线OF与ON之间的夹角
B.改变入射光线EO与ON之间的夹角
(3)接着,如图乙所示,他将这束光贴着纸板一起向后倾斜,则纸板上 (选填“能”或“不能”)显示出反射光束。此时,反射光线、入射光线与法线 (选填“在”或“不在”)同一平面内;
(4)为了更好地进行探究,如图丙所示,老师进行如下演示,打开加湿器,将平面镜放在一能转动的水平圆台上,在柱M上固定一红色激光笔,使其发出的光垂直射向平面镜上的O点,其作用是为了显示 的位置,然后打开固定在柱N上的绿色激光笔,使绿色激光射向O点,出现了如图丙所示的情景。接下来老师缓慢转动圆台,当我们观察到 (填写支持该结论的现象)能得出反射光线,入射光线和法线在同一平面内。
【答案】(1)BAC;(2)B;(3)不能;在;(4)法线;入射红光、入射绿光和反射绿光重合在一起
【详解】(1)根据“探究光的反射定律”的实验过程,先用铁架台固定激光笔,在O点上方喷洒水雾,如图1中的B,用白色卡纸找到了入射光线与反射光线所在的平面,这些平面相交于同一条直线ON,这条直线过 入射点且垂直于镜面,叫做法线,如图A,用直角三角板进一步确定了卡纸与平面镜的位置关系,如图C,所以图1步骤排序为BAC。
(2)研究反射角与入射角之间的关系,为得出普遍性的结论,要多次测量,故实验时应进行的操作是多次改变EO与ON的夹角,故B符合题意,A不符合题意。故选B。
(3)将这束光贴着纸板一起向后倾斜时,反射光线与纸板不在同一平面内,但是反射光线、法线、入射光线三线在同一平面内,所以不能在纸板上看到反射光线。
(4)加湿器使整个教室充满雾气,这样能显示出光的传播路径;法线与平面镜是垂直的,红色激光笔发出的光垂直射向平面镜上的O点,可以显示法线的位置。
沿水平方向缓慢转动圆台,当我们从侧面观察到入射红光、入射绿光和反射绿光重合在一起,可根据光的传播路径来判断反射光线,入射光线和法线在同一平面内。
4.(2025·上海·期中)【新情景】小光想制作一个光热电站的模型,他用激光笔模拟一束太阳光,并将一面平面镜作为定日镜,发现反射光线未能照射到中心塔模型上。于是他将一块纸板垂直于平面镜放置,并让光沿AO方向射向镜面上的O点,如图所示,此时的入射角为 度,为了让光线照射到中心塔的模型上,应将模型放置在图中 (选填“A”“B”或“C”),这是利用了光的反射定律中 这一结论。
【答案】 60;B;光的反射现象中,反射光线与法线、入射光线在同一平面内
【详解】如图所示,入射光线AO与镜面成30°,法线与平面镜垂直,则入射角为60°。
在光的反射现象中,反射光线与法线、入射光线在同一平面内,故应将模型放置在图中的B位置。
知识
概念
理解
光的直线传播
光在同种均匀介质中沿直线传播。
真空中光速c=3.0×108m/s。
有关现象:影子、日食、月食、小孔成像等。
光的反射定律
三线共面、两线分居、两角相等。
在反射现象中,光路是可逆的。
镜面反射和漫反射
镜面反射和漫反射都遵循反射定律。
1.(多选题)如图所示,激光照射到中心塔模型上,但是位置偏下,以下可行的调整方式有( )
A.将中心塔远离平面镜 B.将中心塔靠近平面镜
C.入射光线靠近法线 D.入射光线远离法线
【答案】AC
【详解】A.当保持激光笔位置不动时,将中心塔远离平面镜,入射角不变,反射角也不变,反射光线向斜向上方传播的路径变长变高,此时反射光线照射到中心塔模型上的位置会更偏上,能解决位置偏下的问题,故A符合题意;
B.当保持激光笔位置不动时,将中心塔靠近平面镜,入射角不变,反射角也不变,反射光线会向斜向上方传播的路径变短变低,此时反射光线照射到中心塔模型上的位置会更偏下,故B不符合题意;
C.当保持中心塔模型位置不动时,入射光线靠近法线,入射角减小,根据反射角等于入射角,反射角也减小,反射光线更靠近法线,照射到中心塔模型上的位置会上移,故C符合题意;
D.当保持中心塔模型位置不动时,入射光线远离法线,入射角增大,反射角也增大,反射光线会远离法线,照射到中心塔模型上的位置会下移,故D不符合题意。
故选AC。
2.一只站在浅水滩中的白鹤,在夕阳斜照下,呈现出“一鹤落双影”的美景,此情景正与李白的“举杯邀明月,对影成三人”相映衬。
请用所学的物理知识解释:
(1)“双影”分别指的是什么?
(2)“双影”的形成原因分别是什么?
【答案】(1)见解析;(2)见解析
【详解】(1)白鹤的“双影”,分别指的是白鹤的影子和在水面的倒影。
(2)白鹤的影子是由于光的直线传播形成的,光线在直线传播时,在不透明的白鹤后留下阴影;倒影是白鹤身上反射的光线射向水平面时,在水面处发生了光的反射形成的虚像,此时的水平面相当于镜面,是平面镜成像现象。
3.“圭表”是利用日影的古代天文仪器,其示意图如图所示。其中,正南北方向平放的尺叫做圭,直立在平地上的石柱叫做表。当日光照射表的时候,圭上显现了表的影子。根据正午时表影长度的变化,可以推算二十四节气。
(1)太阳 (选填“是”或“不是”)光源;地球上的人类能够看到太阳,说明光的传播 (选填“需要”或“不需要”)介质。
(2)请在图中画出阳光经过圭表的上方,投到“冬至”节气位置的光路图 。
(3)今年“秋分”是9月23日,在今年国庆节的正午,表的影子顶端会在图中的“秋分”刻度的
(选填“左”或“右”)端。
【答案】(1)是;不需要;(2)见下图;(3)左.
【详解】(1)太阳自身能够发光,故太阳是光源。
太阳到地球之间存在真空区域,光能够通过真空传播到地球,说明光的传播不需要介质。
(2)由于光在同种均匀介质中沿直线传播,连接表的最上端和冬至线,即可完成光路图,如图所示:
(3)秋分是9月23日,国庆节是10月1日,此时太阳直射点在南半球且继续向南移动,北半球正午太阳高度角变小,表顶端的影子会变长,即秋分后表的影子逐渐变长,结合图可知,表的影子顶端会在图中的“秋分”刻度的左侧。
4. 小明利用光路图解释生活中简单的光学现象。
(1)物理学上,利用“光线”描述光的传播情况,这种研究方法叫做 ;
(2)光在 介质中沿直线传播;下列现象不属于光沿直线传播的是( )
A.立竿见影 B.树下亮斑 C.小孔成像 D.湖中倒影
(3)如图所示,液面升降监测装置中点光源S发出的光与水平液面成角射向平静液面,反射光射到上方水平标尺的点,此时反射角为 °,光的传播方向改变了 °;当液面下降时,光点 移动(“A.向左”“B.向右”“C.未发生”)。
【答案】(1)模型法;(2)同种均匀;D;(3)50;80;B
【详解】(1)物理学上,利用“光线”描述光的传播情况,光线是为了描述光建立的物理模型,这种研究方法叫做模型法。
(2)[1]光在不同介质中传播速度不同,在同种均匀介质中沿直线传播。
[2]A.“立竿见影”中“影”即影子,是光线经过不透明物体时被遮挡形成的,属于光沿直线传播,故A不符合题意;
BC.树下亮斑是小孔成像现象,是由于光沿直线传播形成的,故BC不符合题意;
D.湖中倒影属于平面镜成像,是由于光的反射形成的,故D符合题意。
故选D。
(3)点光源S发出的光与水平液面成40°角射向平静液面,则入射角为90°-40°=50°。因反射角等于入射角,所以反射角也为50°。
入射光线与反射光线均与液面成40°,延长入射光线根据对顶角相等,液面两侧的角均为40°,故光线传播方向改变了80°。
当液面下降时,反射点右移,由于入射角的大小不变,所以反射光线与原来的反射光线平行,反射光斑将向右移。
5. 为了探究光的反射定律,某小组同学进行如图所示的实验:
(1)实验时,纸板与平面镜应互相 (选填“平行”或“垂直”);
(2)小茸使一束光紧贴纸板A射向镜面上的O点,将纸板B绕ON轴向前或向后翻折,当纸板B和纸板A在 时,纸板B上能呈现反射光束;
(3)若将纸板向后倾斜一个角度,如图所示,入射光线仍能呈现在纸板上,且沿EO方向入射到O点,此时 (选填“能”或“不能”)在纸板上看到反射光线,与图中的情形对比,不发生改变的是 (选填“法线位置”或“反射光线方向”);
(4)实验数据如下表所示,分析数据可得:在光的反射现象中,反射角 入射角(选填“大于”、“小于”或“等于”);
实验序号
入射角
反射角
1
30°
30°
2
45°
45°
3
60°
60°
(5)如果让光线沿着FO的方向射向镜面,会发现反射光线沿着 方向射出,这表明在光的反射现象中,光路是 的。
【答案】(1)垂直;(2)同一平面;(3)不能;法线位置;(4)等于;(5)OE;可逆
【详解】(1)实验时,纸板与平面镜应互相垂直,保证法线在纸板上。
(2)根据光的反射定律,反射光线、法线、入射光线在同一平面内,故当纸板B和纸板A在同一平面时,纸板B上能呈现反射光束。
(3)若将纸板向后倾斜一个角度,如图所示,入射光线仍能呈现在纸板上,法线的位置发生了变化,反射光线的位置发生变化,反射光线不在纸板这一个平面内,此时在纸板上不能看到反射光线,与图中的情形对比,不发生改变的是法线的位置。
(4)分析数据可得,两角相等,即结论为在光的反射现象中,反射角等于入射角。
(5)如果让光线沿着FO的方向射向镜面,会发现反射光线逆着反射光线射出,即沿着OE射出,说明光路是可逆的。
1. 理解光的直线传播的条件
光只有在同种均匀介质中才沿直线传播。有的介质是同种介质,但未必均匀,比如大气层就不是均匀介质,早晨的太阳还在地平线以下时,就能被看到,就是因为光在不均匀的大气中变弯曲了。
2. 利用光的反射定律作图
①入射光线一定通过发光点,两条入射光线的交点就是发光点。
②反射光线的反向延长线一定通过发光点的像点,则两条反射光线反向延长线的交点就是像点。
(3)如果题目中没有明确要求,一般利用平面镜成像的特点(对称性)作图更简单些。
考点二 平面镜成像
1.(2024·上海·中考真题)请在图中画出物体AB在平面镜MN中所成的像A′B′。
【答案】见右图。
【详解】分别作出物体AB端点A、B关于平面镜的对称点A′、B′,用虚线连接A′、B′,即为AB在平面镜中的像。如图所示。
2.(2024·上海·静安·三模)【实验题】小潘用两支完全相同的国际象棋棋子探究平面镜成像的特点。将玻璃板 立在桌面上,在玻璃板前放置棋子A,移动玻璃板后的棋子B,发现它与“玻璃板中的A”完全重合,这一步操作是用来验证 的猜想。为验证“平面镜所成的像是虚像”这一猜想,需要将一张白卡片竖直放在 所在的位置,直接观察卡片上 A的像(选填“有”或“没有”)。最终在实验后,将A,B两国际象棋底座圆画出,连接两圆圆心与玻璃板所在直线,发现 被玻璃板所在直线垂直平分。
【答案】竖直;像和物体大小相等;棋子B;没有;连心线。
【详解】探究平面镜成像特点的实验中,需将玻璃竖直立在桌面上,使像成在桌面内,便于探究像与物体的关系。
因为两个棋子大小相等,且棋子B能与A的像完全重合,验证了像与物的大小相等这一猜想,这里采用了等效替代法。
实像能用光屏承接,虚像不可以,此处白卡片相当于光屏。因此为验证“平面镜所成的像是虚像”这一猜想,需要将一张白卡片竖直放在棋子B所在的位置,即像的位置,直接观察卡片上没有A的像。
在平面镜成像的实验中,像和物体的位置关于镜面对称。根据这一原理,当我们在实验后将A、B两国际象棋底座圆画出,并连接两圆的圆心与玻璃板所在的直线时,这条连心线(即连接两圆圆心的线段)会被玻璃板所在的直线垂直平分。
3.(2025·闵行·期中)【新科技】如图所示,飞天航天服有两个特别的设计:手腕上的小镜子和胸前反印的汉字。航天员穿上舱外航天服后,在头盔里看不到航天服上的按钮及汉字。工程人员想了个办法:在手腕处安装了小镜子,来看衣服上的字和准确操作按钮。以下说法正确的是( )
A.汉字通过镜子所成的是实像
B.航天服胸前的字与它的像关于镜面对称
C.当镜子靠近汉字时,汉字通过镜子成的像会变大
D.当镜子靠近汉字时,汉字到镜子的距离小于像到镜子的距离
【答案】B
【详解】A.由于是平面镜成像,故成的是虚像,故A错误;
B.根据平面镜成像特点,像与物体关于平面镜对称,则航天服胸前的字与它的像关于镜面对称,故B正确;
C.根据平面镜成像特点,像与物体等大,当镜子靠近汉字时,汉子的大小不变,则汉字通过镜子成的像的大小不变,故C错误;
D.根据平面镜成像特点,像与物体到平面镜的距离相等,当镜子靠近汉字时,汉字到镜子的距离等于像到镜子的距离,故D错误。
故选B。
4.(2025·上海·月考)留心观察,在日常出行中也隐藏着物理原理。
(1)为了避免驾驶中因低头观看仪表信息而造成危险,有些汽车配备了平视显示系统,它通过前挡风玻璃将行车信息呈现在司机正前方。请根据平面镜成像特点,在图中画出显示器中AB在挡风玻璃中所成的像A‘B’;
(2)爸爸告诉小明在驾校考试时看到的宣传海报,如图。意思是夜间在没有照明的路面行车时,若人眼看到的路面是灰色的,说明是安全的,原因是车灯发出的光照射到正常干燥路面时会发生 反射;若人眼看到的光是一片白色,说明地面有水,此时发生的是 反射;而有大坑的地方车灯发出的光照射不到,看上去就是 色,应立即停车。
【答案】(1)见下图;(2)漫;镜面;黑
【详解】(1)根据平面镜成像特点,像与物关于平面镜对称。所以先作出端点A关于平面镜的对称点A’,再作出端点B关于平面镜的对称点B’,最后连接A’、B’,A’B’即为显示器中AB在挡风玻璃中所成的像。如下图:
(2)当车灯发出的光照射到正常干燥路面时,路面比较粗糙,光会发生漫反射,反射光射向各个方向,所以人眼看到路面是灰色的。
当地面有水时,水面比较光滑,光在水面发生镜面反射,反射光比较集中,所以人眼看到光是一片白色。
有大坑的地方,车灯发出的光照射不到,没有光进入人眼,看上去就是黑色,应立即停车。
知识
概念
理解
平面镜成像特点
平面镜所成的像是虚像;像和物体的大小相 等;像和物体到平面镜的距离相等。
利用数学对称知识,成像规律也可表述为:平面镜所成的像与物体关于镜面对称。
平面镜的应用
利用平面镜来成像、改变光的传播方向。
家用穿衣镜;医生检查牙齿的小镜子等。
1.初夏的傍晚,夕阳西垂,小华去公园的湖边散步。远望湖面,小华看到平静的水面上有一个巨大的光斑,这是阳光在水面发生 反射所形成的现象(选填“A.镜面”或“B.漫”),此时,小华正好面朝 (选填“A.东”或“B.西”)。岸边不远处,一只天鹅正在湖中浮游,身下是一个清晰的倒影,图中,符合小华看到的情景的是( )
A. B. C. D.
【答案】 镜面 西 D
【详解】平静的水面相当于平面镜,阳光在水面发生镜面反射,形成太阳的像,会形成巨大的光斑。而漫反射的特点是光线向各个方向散射,不会形成集中的光斑,故阳光在水面发生镜面反射所形成的现象。
初夏的傍晚,太阳位于西方,光斑是阳光反射形成的,根据入射光线和反射光线分居法线两侧可知,太阳在西方,则小华正好面朝西。
湖中倒影为平面镜成像,像与物体关于水面对称,成正立等大的虚像,观察选项,只有D选项符合“像与物体关于水面对称”的特点,故D符合题意,ABC不符合题意。故选D。
2.在地铁站等候列车进站的时候,小华透过站台屏蔽门的玻璃看到了自己的像,这是由于光的 (选填“直线传播”、“反射”或“折射”)所形成的 像(选填“实”或“虚”)。当他慢慢朝远离屏蔽门的方向移动时,他的像会 屏蔽门(选填“靠近”或“远离”),像的大小将 (选填“变小”、“变大”或“不变”)。据此,他想出了测量地铁隧道宽度的方法。如图所示:他先紧贴玻璃门,然后按正常步长(约为50cm)后退,直到自己的像正好落在灯箱广告牌上,总计退后了13步,由此可以估算隧道的宽度d约为 m。
【答案】 反射 虚 远离 不变 6.5
【详解】玻璃屏蔽门相当于平面镜,小华透过站台屏蔽门的玻璃看到了自己的像,是平面镜成像现象,由平面镜成像原理可知,小华看到的像,是由光的反射形成的虚像。
由平面镜成像规律可知,像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离相等,当他远离屏蔽门时,他的像也会逐渐远离屏蔽门。
由平面镜成像规律可知,像与物的大小相等,所以当他远离屏蔽门时,他的大小不变,所以像的大小也不变。
由平面镜成像规律可知,像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离相等,小华观察到自己的像落在广告牌上时,自己的像到屏蔽门的距离等于他站立的位置到玻璃屏蔽门之间的距离,正常步长约为50cm,总计退后了13步,故隧道的宽度
3.小明爸爸的车应用了汽车抬头显示(简称HUD)技术如图a。HUD利用平面镜成像原理(如图b),将显示器上的重要行车数据通过前挡风玻璃投射在正前方,驾驶员不必低头,就可以看到车辆信息,避免分散注意力。
(1)如果前挡风玻璃被树叶遮挡,那么开车的小明爸爸 (选填“能”或“不能”)看见显示器所成的像,这说明此像是 (选填“实”或“虚”)像。
(2)车辆HUD显示器水平放置在中控台上,若通过挡风玻璃成的像垂直于水平面,则挡风玻璃与水平面夹角为 度。
(3)小明爸爸发现挡风玻璃所成的像过高,影响对前方事物的观察,这时就需要将显示器沿水平方向 (选填“远离”或“靠近”)挡风玻璃。
【答案】(1)能;虚;(2)45;(3)靠近。
【详解】(1)挡风玻璃相当于平面镜,平面镜成的像是光的反射形成的虚像,显示器发出的光线经玻璃板反射,被人眼接收,才能看到像,所以如果前挡风玻璃被树叶遮挡,那么开车的小明爸爸依然能看见显示器所成的像。
(2)车辆HUD显示器水平放置在中控台上,通过挡风玻璃成垂直于水平面的像,根据平面镜成像规律,像和物关于镜面对称,则挡风玻璃与水平面夹角为45度。
(3)因为像到平面镜的距离随着物体到镜面的距离减小而减小,当发现挡风玻璃所成的像过高,不便于观察,这时就需要将显示器沿水平方向靠近挡风玻璃。
4.如图所示,是“探究平面镜成像的特点”的实验情境。所需要的实验器材有:带底座的玻璃板、白纸、笔、火柴、光屏各一个,两支外形相同的蜡烛A和B,还缺少的器材是 。
① 实验中,选用玻璃板代替 ,主要是为了 。
② 在竖直放置的玻璃板前点燃蜡烛A,在玻璃板后面移动未点燃的蜡烛B,人眼在玻璃板的 (选填“前”或“后”)侧观察,直至它与蜡烛A的像完全重合,这种比较像与物大小关系的方法是 (选填“控制变量法”或“等量替换法”)。
③ 移去蜡烛B,在其原来位置上放置一块光屏,光屏上无法呈现蜡烛的像,这说明平面镜成的是 像(选填“实”或“虚”)。
④ 若在玻璃板后的纸面上无论怎样移动蜡烛B,都无法让它与蜡烛A的像完全重合,则出现这种情况的可能原因是: 。
【答案】刻度尺;平面镜;确定像的位置;前;等量替换法;虚;玻璃板倾斜
【详解】实验中需要测量像与物到镜面的距离,所以还需要的实验器材为刻度尺。
实验中用透明的玻璃板代替平面镜,则可以透过玻璃板观察到玻璃板的另一侧,即在观察到A蜡烛像的同时,也能观察到蜡烛B,便于确定像的位置。
在竖立的玻璃板前点燃蜡烛A,拿未点燃的蜡烛B在玻璃板后面移动,人的眼睛一直在玻璃板的前侧观察,直到它与蜡烛A的像完全重合,即可以判断像与物大小相等,这种确定像与物大小关系的方法是等量替代法。
移去蜡烛B,在其位置上放置一块光屏,光屏上无法观察到像,则说明平面镜成的是虚像。
如果玻璃板没有竖直放置,像和物体不在同一水平面上,所以无论如何移动蜡烛B,都不能与A的像完全重合。
5.录播教室中通常有一种单向透视玻璃,如图所示,它将教室分隔成上课区和观摩区,观摩区内的教师可通过此玻璃进行观课。
(1)上课区的老师和同学仅能在镜子中看到自己的 像(选填“实”或“虚”);若教室前白板到教室后玻璃的距离为,则白板到其所成像的距离为 m;
(2)某同学用玻璃板进行“探究平面镜成像特点”的实验。
①他将玻璃板竖直放置在水平桌面上,将一支点燃的蜡烛A竖立在玻璃板前面,将 (选填“点燃”或“未点燃”)的蜡烛B竖立在玻璃板后面移动,直到蜡烛B与蜡烛A的像 ,这样做既可以 ,又可以比较像与物的大小;
②下图中同学把蜡烛A向靠近玻璃板方向移动一段距离,则像的大小 (选填“变大”“变小”或“不变”)。移走蜡烛B,将一张白纸竖直放在该位置,直接观察白纸,白纸上 (选填“能”或“不能”)看到蜡烛A的像;
③若将玻璃板倾斜,请在下图中画出物体在平面镜中所成的像 。
【答案】(1)虚;20;(1)未点燃;完全重合;确定像的位置;不变;不能;见下图。
【详解】(1)上课区的老师和同学在镜子中看到自己的像是由于镜子表面发生光的反射形成的虚像,属于平面镜成像。
平面镜成像中像距等于物距,若教室前白板到教室后玻璃的距离为10m,则白板的像到教室后玻璃的距离为10m,则白板到其所成像的距离为10m+10m=20m
(2)实验中将玻璃板竖直放置在水平桌面上,将一支点燃的蜡烛A竖立在玻璃板前面,将蜡烛B竖立在玻璃板后面移动,直到蜡烛B与蜡烛A的像完全重合。为减少蜡烛B发出的光对成像的干扰,使得成像更清晰,蜡烛B应不点燃。蜡烛B与蜡烛A的像完全重合,根据等效替代法,蜡烛B的位置即为蜡烛A像的位置,这样做既可以确定像的位置,又可以比较像与物的大小。
平面镜成的像与物等大。把蜡烛A向靠近玻璃板方向移动一段距离,则像的大小不变。
平面镜成的像是由于镜子表面发生光的反射形成的虚像,不能用光屏承接,所以移走蜡烛B,将一张白纸竖直放在该位置,直接观察白纸,白纸上不能看到蜡烛A的像。
平面镜成的像与物关于平面镜对称,分别作点A、B关于平面镜的对称点、,并连接即为AB在平面镜中所成的像,作图如下:
1. 探究平面镜成像实验必须明确:
(1)两支等大的蜡烛是为了比较像与物是否大小相等。
(2)用玻璃板代替平面镜的目的是便于找到像的位置,玻璃板应竖直放置,当玻璃板倾斜时所成的像偏上或偏下,不便于确定像的位置。
(3)平面镜所成的像是虚像,不能用光屏承接。
(4)将点燃的蜡烛放在多个不同位置,进行多次实验的目的是总结归纳出普遍性的结论。
(5)实验中用了等效替代法:一是用玻璃板替代平面镜;二是将另支未点燃的蜡烛放到点燃的蜡烛所成像的位置,使之完全重合,即利用未点燃的蜡烛替代点燃蜡烛的像。
2. 关于平面镜成像作图题的答题关键点
(1)利用平面镜成像的特点(对称性)作图
首先根据像与物的对称性找到像点,再连接像点,用虚线表示虚像。要注意辅助线也要用虚线表示。此类题也可以根据物点与像点的连线来确定平面镜的位置(作物、像连线的中垂线即可)。
(2)利用光的反射定律作图
①入射光线一定通过发光点,两条入射光线的交点就是发光点。
②反射光线的反向延长线一定通过发光点的像点,则两条反射光线反向延长线的交点就是像点。
(3)如果题目中没有明确要求,一般利用平面镜成像的特点(对称性)作图更简单些。
考点三 光的折射 光的色散
1.(2024·上海·中考真题)有一束光从空气中斜射入平静的水面时,若入射角为60°,则折射角为( )
A.0° B.40° C.60° D.90°
【答案】B
【详解】A.当光垂直入射时,光沿直线传播进入水中,折射角等于0°,故A不符合题意;
BCD.一束光从空气中斜射向平静的水面,入射角为60°,光从空气斜射入水中,折射角小于入射角,即折射角小于60°,故B符合题意;CD不符合题意。故选B。
2.(2025·上海·中考真题)【新情景】万里无云的晴天时,我们看到天空是蓝色的,现已知以下信息:
①光是一种电磁波,不同色光的频率如下表所示:
红色
橙色
黄色
绿色
青色
蓝色
紫色
384-482THz
482-503THz
503-520THz
520-610THz
620-659THz
610-659THz
659-769THz
②光的频率越高,经氮气、氧气分子散射的程度越大,向各个方向发散。
③太阳光在空气中主要通过氮气、氧气分子散射。
④“靛”是蓝紫或深蓝,晴天时,相较于紫色光,人眼更容易感受到蓝色光。
(1)频率为450THz的光 (选填“属于”或“不属于”)三原色光。
(2)结合以上信息,请解释“晴天时,人看天空为什么是蓝色的?”。
【答案】(1)属于;(2)见详解
【详解】(1)三原色光通常指红、绿、蓝三种色光。根据表格,红色光频率范围是384-482THz,绿色光频率范围是520-610THz,蓝色光频率范围是610-659THz。频率为450THz的光,其频率在红色光的频率范围内,而红、绿、蓝是三原色光,所以该光属于三原色光。
3.(2025·金山·期末)【传统文化】储光羲在《钓鱼湾》中写道:“潭清疑水浅,荷动知鱼散。”诗人看到潭底变浅,是光的 现象,看到的是潭底的 (选填“A实像”或“B虚像”),关于人眼看见水中的鱼,如图所示的光路图中正确的是图 。
【答案】 折射 B虚像 C
【详解】 “潭清疑水浅”,是指水底反射出的光从水中斜射入空气时,在水面处发生了折射,折射光线向远离法线的方向偏折,所以诗人会看到变浅的潭底的虚像。
鱼反射的光由水中斜射入空气时,在水面处发生折射,折射角大于入射角,折射光线远离法线,向水面偏折,人逆着折射光线看去,“鱼”的位置升高了,故AB不符合题意,C符合题意。
故选C。
4.(2025·长宁·期中)【探究题】小明利用激光笔、光具盘等研究光的折射规律,如图(甲)、(乙)所示是小明实验过程中的两个情景。
(1)如图(甲)所示,小明在研究光从 斜射入 时的折射规律(均选填“玻璃”或“空气”),此时折射角 入射角(选填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)通过分析比较图中折射角与入射角的大小关系可知:光在空气和玻璃之间传播发生折射时,空气一侧的折射角或入射角角度总是 (选填“大于”“等于”或“小于”)玻璃一侧的角度。
(3)在此基础上,小明进一步探究光从空气斜射入各种透明介质时折射角的大小与哪些因素有关。他先让光从空气斜射入玻璃,分别测出折射角和入射角的大小,记录在表1中。然后他又让光从空气斜射入水中,重复实验,将数据记录在表2中。
表1:光从空气斜射入水
实验序号
1
2
3
入射角
30°
45°
60°
折射角
22°
32°
41°
表2:光从空气斜射入玻璃
实验序号
1
2
3
入射角
30°
45°
60°
折射角
19°
28°
35°
分析比较表1和表2中的数据可知:当光从空气斜射入玻璃或水中,入射角相同时,光从空气斜射入玻璃的折射角 光从空气斜射入水的折射角(选填“大于”、“等于”或“小于”)。这说明:玻璃对光的折射本领比水 (选填“强”或“弱”)。
(4)请在图中,画出这束从空气斜射向水面的入射光线AO的折射光线OC的大致位置。
【答案】(1)空气;玻璃;小于;(2)大于;(3)小于;强;(4)见下图。
【详解】(1)图甲中明显可以观察光线先经过空气,再经过玻璃,且折射角小于入射角。
(2)图乙先经过玻璃,再经过空气,此时折射角大于入射角,说明空气一侧的折射角或入射角角度总是大于玻璃一侧的角度。
(3)根据两表的数据对比,入射角相同时,光从空气斜射入玻璃中的折射角总是小于斜射入水中的折射角。
玻璃的折射角更小,说明其对光的折射本领更强。
(4)光束从空气斜射入水中,折射角小于入射角,因此画出折射光线与法线的夹角小于入射光线与法线的夹角。故如下图所示:
知识
概念
理解
光的折射
1. 光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折的现象。
2. 折射规律:三线共面、两线分居、空气中的角大。
3. 折射现象池水变浅、筷子折断、海市蜃楼等。
1. 光在同种不均匀介质中传播时,也会发生折射现象。如太阳光穿过大气层时传播方向会发生改变。
2. 光垂直射入介质中时,传播方向不变。
3. 折射时光路可逆。
光的色散
1. 太阳光经过三棱镜后,被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色的光,这种现象叫光的色散。
2. 现象:彩虹;彩色的肥皂泡等。
3. 把红、绿、蓝三种色光叫做色光的三原色。
1. 光发生色散的实质是光的折射现象。
2. 红、绿、蓝三种色光按不同的比例混合可以产生各种不同的色光,但是自然界中的红、绿、蓝三种颜色的光无法用其他颜色的光混合的。
1.以下描述的现象中属于成虚像的有( )
①小孔成像 ②镜花水月 ③观看池塘中的鱼 ④用放大镜看报纸
⑤取大镜高悬,置水盆于其下,则见四邻矣 ⑥雨后的彩虹
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
【答案】C
【详解】①小孔成像是光的直线传播现象,成的是实像;故①不符合题意;
②⑤镜花水月、取大镜高悬,置水盆于其下,则见四邻矣,观察到的是虚像,利用的是平面镜成像原理,属于光的反射现象。故②⑤符合题意;
③④观看池塘中的鱼、用放大镜看地图,利用的是光的折射现象中成的是虚像。故③④符合题意;
⑥雨后“彩虹”是光的色散,属于折射现象,成的是实像。故⑥不符合题意。
故选C。
2.如图所示,这是一束光在空气和玻璃两种介质的界面上发生了反射现象和折射现象,下列说法正确的是( )
A.入射角为30° B.折射角为60°
C.界面上方是空气 D.光的传播方向改变了90°
【答案】C
【详解】A.图中入射光线与界面夹角30°,则入射角是,故A错误;
B.折射角是折射光线与法线的夹角,则图中折射角为,故B错误;
C.光从玻璃斜射入空气时,折射角大于入射角;反之折射角小于入射角,则界面上方是空气,故C正确;
D.图中光反射时传播方向改变角度为
折射时方向改变角度为,故D错误。故选C。
3.储光羲在《钓鱼湾》中写道:“潭清疑水浅,荷动知鱼散。”
(1)在观察水潭时,会有“水浅”的错觉,这是光的 现象造成的,诗人看到的是水潭底的 像(选填“实”或“虚”)。
(2)小明同学看到池塘里有一彩色的石头,为安全起见,他用一直尺竖直插入塘中,当0刻度线与石头重合时,水面恰好在直尺82cm刻度线处,该石头的深度为( )
A.大于82cm B.等于82cm C.小于82cm D.无法确定
(3)小明看见池塘里的石头,这种现象可以用下列图中哪幅光路图来解释( )
A. B. C. D.
【答案】(1)折射;虚;(2)B;(3)C
【详解】(1)在观察水潭时,会有“水浅”的错觉,是水潭底反射的光,从水中斜射入空气时,在水面处发生了折射,折射光线向远离法线的方向偏折,诗人看到的是水潭底变浅的虚像。
(2)由题意可知,将直尺竖直插入水中,直尺的0刻度线与石头重合,水面恰好在直尺82cm刻度线处,石头的深度是指石头到水面的竖直距离,因此石头的深度就是82cm,从水面上方观察,由于光的折射,看到的石头位置比实际位置浅,即视深小于实深,但本题是使用直尺直接测量,直尺与刻度尺均在水中,0刻度线与石头在同一位置,所得读数为实际深度,故B符合题意,ACD不符合题意。故选B。
(3)AB.当我们用眼睛看水中物体时,是物体所反射的光进入到了我们的眼睛,才看清物体,图中光线的方向错误,故AB不符合题意;
CD.池塘里的石头反射的光斜射入空气中,折射光线向远离法线方向偏折,折射角大于入射角,故C符合题意,D不符合题意。故选C。
4.当光从一种介质斜射向另一种透明介质界面时,往往会同时发生光的反射和折射现象。而有时当入射角不断增大至某一角度时,折射角会达到90°,此时的入射角称为临界角。当光线的入射角大于临界角时折射光线会消失,仅剩反射光线,这种现象称为光的全反射现象。某小组同学对此现象作出了如下猜想:
A.当光从空气斜射入水时,可能会发生全反射现象;
B.当光从水斜射入空气时,可能会发生全反射现象;
C.不管是光从空气斜射入水中,还是光从水斜射入空气中,都可能会发生全反射现象;
①你认为上述猜想中,合理的是 (选填“A”“B”或“C”);
②结合所学知识和上述信息,解释你选择的理由 ;
③实验表明:当光从空气斜射入水或玻璃时,玻璃对光的折射本领比水强。若在玻璃或水与空气之间发生光的全反射现象,则玻璃的临界角 水的临界角。(选填“大于”“等于”或“小于”)
【答案】B;见解析;小于
【详解】①根据题意可知,当入射角不断增大至某一角度时,折射角会达到90°,说明入射角大于折射角,故当光从水斜射入空气时,可能会发生全反射现象。故选B。
②光的入射角小于等于90°,当光从水中斜射入空气中时,折射角大于入射角,才有可能当入射角小于90°时折射角等于90°,发生全反射现象,当光从空气斜射入水中时,折射角小于入射角,折射角总小于90°,不可能发生全反射现象。
③由于光从空气斜射入水或玻璃时,玻璃对光的折射本领比水强,说明相同的入射角,玻璃的折射角更大,更容易达到90°,则达到90°时,此时玻璃的折射角更小,所以玻璃的临界角小于水的临界角。
1. 理解折射现象
光在同种不均匀介质中传播时,也会发生折射现象。如太阳光穿过大气层时传播方向会发生改变。光垂直射入介质中时,传播方向不变。折射时光路可逆。
2. 正确解答两类光学折射作图题
(1)已知入(折)射光线,作折(入)射光线。方法是:作法线→判断角的大小关系→画光线。
(2)已知物和像,作光路图。方法是:确定物、像和眼睛的位置→找入射点→作入射光线→作折射光线。
入射光线、折射光线用实线表示,法线、折射光线的反向延长线用虚线表示。
3. 巧作图解答折射、反射综合题
解答折射、反射综合题时,如果能作出光路图再结合题意分析,将会事半功倍。法线跟界面垂直,反射角跟入射角相等,入射角跟入射光线与界面的夹角互余,反射角跟反射光线与界面的夹角互余,折射角跟折射光线与界面的夹角互余。这些在图上呈现出来,便是我们解题的依据。
4. 光的色散
(1)光发生色散的实质是光的折射;
(2)红、绿、蓝三种色光按不同的比例混合可以产生各种不同的色光,但是自然界中的红、绿、蓝三种颜色的光无法用其他颜色的光混合的。
考点四 凸透镜成像
1.(2025·上海·中考真题)物理兴趣小组同学在做凸透镜成像实验时,光屏和发光体在透镜的 (选填“同侧”或“两侧”),它们的中心在 上,此凸透镜的焦距为10厘米,发光体距离凸透镜16厘米时,成 (选填“正立放大”“正立缩小”“倒立放大”或“倒立缩小”)的实像。
【答案】 两侧 主光轴 倒立放大
【详解】做凸透镜实验时,发光体发出的光通过凸透镜,在光屏上成像,所以光屏和发光体在透镜的两侧。
为了能清晰的观察像,应使像成在光屏中央,所以应调整发光体的中心、凸透镜的光心、光屏的中心在同一高度上,即它们的中心在主光轴上。
凸透镜的焦距为10cm,发光体距离凸透镜16cm时,即物距为16cm,则物距大于一倍焦距,小于二倍焦距,由凸透镜成像规律可知,成倒立、放大的实像。
2.(2023·上海·中考真题)放大镜是生活中常见的凸透镜,结合表中数据及右图回答下列问题:
实验序号
①
②
③
物距(cm)
2.40
3.05
3.50
像距(cm)
4.60
7.85
11.70
(1)成虚像时,物距和像距的大小关系为: ;
(2)成虚像时,物距越大,像距越大,像 ;
(3)物体在物距L1时,成虚像,物体在物距L2时,成实像,请比较L1、L2的大小关系并说明理由: 。
【答案】 物距小于像距 越大 见解析
【详解】(1)根据凸透镜成像规律知,物体在凸透镜的一倍焦距以内,成正立放大的虚像,由表中三组数据可知,放大镜成虚像时,物距和像距的大小关系为:物距小于像距。
(2)根据凸透镜成像规律知,物体在凸透镜的一倍焦距以内,成正立放大的虚像,且此时物体离放大镜越远,像离放大镜越远,像变大。成虚像时,物距越大,像距越大,像越大。
(3)根据凸透镜成像规律知,物距小于凸透镜的一倍焦距时,成正立放大的虚像;物距大于凸透镜的一倍焦距时,成倒立的实像;物体在物距L1时,成虚像,物体在物距L2时,成实像,所以物距L1小于物距L2。
3.(2025·杨浦·三模)在“探究凸透镜成像规律”实验中,当发光体到凸透镜(焦距为10厘米)的距离为u0,另一侧光屏到凸透镜的距离为v0时,光屏上能呈现清晰放大的像。凸透镜位置不变,将发光体向远离凸透镜方向移动10厘米,并调节光屏的位置,观察到光屏上再一次呈现清晰的像。下列判断正确的是( )
A.u0>v0>10厘米 B.v0>u0>20厘米
C.第二次成像一定是缩小的像 D.第二次成像可能比第一次成像大
【答案】C
【详解】AB.根据凸透镜成像规律可知,成倒立、放大的实像时,物距小于像距,即v0>u0,且物距在一倍焦距和二倍焦距之间,像距大于二倍焦距,已知凸透镜焦距为10cm,则此时
,故AB错误;
CD.凸透镜成实像时“物远像近像变小”,将发光体向远离凸透镜方向移动,此时物距变大,所成像变小,且发光体向远离凸透镜方向移动10cm时,物距大于二倍焦距,像距大于一倍焦距小于二倍焦距,故成倒立、缩小的实像,故C正确,D错误。
故选C。
4.(2024·宝山·三模)小张、小李和小王三位同学在“研究凸透镜成等大实像时物距像距间的关系”时,选择了两个完全相同的能发光的物体A和B,一个光屏、一架光具座、三个凸透镜(f1=10厘米、f2=8厘米、f3=5厘米)进行实验。
他们将发光物A、凸透镜和光屏依次安装在光具座上,并调节他们的中心在同一高度;接着移动发光物A和光屏的位置,使光屏上的实像最清晰;
(1)如何判断该实像与物体大小相等?小张提出“只要用肉眼观看发光物A和光屏上清晰像的大小,就可以判定它们是否等大。”
你认为小张提出的做法是否妥当?若你认为不妥当,请你设计一个仅利用所提供的器材,能简便可靠判断凸透镜所成的实像是否与物体等大的方法。 。
(2)小张、小李和小王三位同学经过讨论,利用找到的可靠方法,各自选用一块凸透镜进行多次实验,得到凸透镜成等大实像时物距u和像距v的数据如下:
实验人员
物距u(厘米)
像距v(厘米)
小张
16
16
小李
10
10
小王
20
20
①横向比较表中每位同学测得数据可得:凸透镜成等大实像时,物距与像距的关系是:物距 像距;
②纵向比较三位同学测得像距v,发现三位同学测得像距v并不相等。对此,你猜想造成它们不相等的原因可能是: ;
③要证实你的猜想是否正确,接下来需要做的是: 。
【答案】否,将与A完全相同的B不发光安装在光屏中央,让所成的像与B重合;=,所使用的凸透镜都是焦距不同;让小李或者小王用小张的透镜进行实验,看实验数据是否与小张一致
【详解】(1)实验器材有两个完全相同的能发光的物体A和B,故可以让物体B与物体A在光屏上所成的像进行对比,从而判断出像与物体A的大小关系,因此将与A完全相同的B不发光安装在光屏中央,让所成的像与B重合即可。
(2)横向比较表中每位同学测得数据,可以明显看出,当成等大的像时,物距与像距相等。
小张、小李和小王三位同学各自选用一块凸透镜进行实验, 不是同一凸透镜,三位同学所使用的凸透镜都是焦距不同的,所以像距不相等。
只需要验证实验结果不同仅是因为三人所用凸透镜不同造成的,而非他们的实验过程、实验方法造成的,因此可以让小李或者小王用小张的凸透镜进行实验看实验结论是否与小张一致,一致则说明是凸透镜不同造成的他们三人不同的结果。
知识
概念
理解
凸透镜
①中间厚、边缘薄的透镜叫凸透镜。
②凸透镜对光有会聚作用,又叫会聚透镜。
③三条特殊光线。
凹透镜
①中间薄,边缘厚的透镜叫凹透镜。
②凹透镜对光有发散作用,又叫发散透镜。
③三条特殊光线。
凸透镜成像的规律
物距u
像的性质
物与像
的位置
像距v
光屏能
否承接
u>2f
倒立
缩小
实像
异侧
2f>v>f
能
u=2f
倒立
等大
实像
异侧
v=2f
能
f<u<2f
倒立
放大
实像
异侧
v>2f
能
u=f
不成像
u<f
正立
放大
虚像
同侧
|v|>u
不能
1.某同学用放大镜观察如图所示的物理书封面。他将放大镜从靠近书本的位置到逐渐远离,则他所看到的像的先后顺序应该是( )
A.甲乙丙丁 B.乙甲丁丙 C.甲丙丁 D.甲丁丙
【答案】D
【详解】书在距凸透镜1倍焦距以内时,成正立、放大的虚像;凸透镜逐渐远离书时,处在1倍和二倍焦距之间成倒立、放大的实像;当书刚好处在2倍焦距时,成倒立、等大的实像;当书处在大于2倍焦距时成倒立、缩小的实像,因此所看到的像的先后顺序应该是:正立放大、倒立放大、倒立缩小,由图知,他所看到的像的先后顺序应该是甲丁丙。故D符合题意,ABC不符合题意。故选D。
2.光具座上有光源、凸透镜、光屏各一个。当光源离凸透镜10厘米时,此时光屏上成放大的像,小李将光源在光具座上移动5厘米后,移动光屏,光屏上再次成清晰的像。则这个像( )
A.一定是放大的 B.一定是缩小的
C.一定比原来的像大 D.一定比原来的像小
【答案】D
【详解】当光源离凸透镜10厘米时,此时光屏上成放大的像,所以f<10cm<2f,则5cm<f<10cm
若将光源靠近凸透镜5cm,则物距变为5cm,物距将小于焦距,光屏上将不成像,所以光源应该远离凸透镜,因为物距变大,所以像距变小,且像也变小,所以所成像一定比原来的小,故D符合题意,ABC不符合题意。故选D。
3.某小组在做凸透镜成像实验时,发现在距透镜30厘米的光屏上有一个放大的像,则此透镜的焦距可能是( )
A.10厘米 B.18厘米 C.26厘米 D.32厘米
【答案】A
【详解】由题意可知,v=30cm,因光屏上有一个放大的像,光屏上成的像都是倒立的实像,则由凸透镜成像规律可知,所以f<15cm。故选A。
4.如图(a)所示,小李先后用甲、乙两块焦距不同的凸透镜正对着前方一支点燃的蜡烛,当凸透镜在离开蜡烛不同距离的A、B、C三个位置时,他透过凸透镜观察到烛焰像的不同情况,并记录在表中。
位置
甲凸透镜
乙凸透镜
A
倒立、放大
倒立、放大
B
倒立、放大
倒立、缩小
C
倒立、缩小
倒立、缩小
(1)结合表一中记录的现象,小李猜想凸透镜所成像的性质可能与 和 有关;
(2)小李用焦距为10厘米的凸透镜进行实验,先将点燃的蜡烛、凸透镜、光屏置于光具座上,具体位置如图所示。接着他通过移动蜡烛、凸透镜、光屏等位置,使烛焰的像成在光屏上,下列选项合理的是
______。
A.仅向左移动蜡烛,至适当位置,光屏上能成放大的像
B.仅向右移动光屏,至适当位置,光屏上能成放大的像
C.仅向右移动凸透镜,至适当位置,光屏上能成缩小的像
D.同时向左移动蜡烛和光屏,至适当位置,光屏上能成缩小的像
【答案】(1)物距;焦距;(2)AD
【详解】(1)据图和表格数据分析可知,当物体与凸透镜之间的距离和焦距发生改变时,成像特点不同,说明凸透镜所成像的性质可能与物距与焦距有关。
(2)A.图中物距为50.0cm-40.0cm=10.0cm
此时物距处于一杯焦距;仅向左移动蜡烛,至适当位置,物距可处于一倍焦距与二倍焦距之间,像距大于二倍焦距,可成倒立、放大的实像,故A符合题意;
B.仅向右移动光屏至适当位置,由于一倍焦距不成像,因此在光屏上不能成像,故B不符题意;
C.物距满足大于二倍焦距,像距满足一倍焦距和二倍焦距之间,光屏上能成缩小的像,此时像物距离大于4倍焦距,图中物距离等于4倍焦距,故C不符合题意;
D.同时向左移动蜡烛和光屏,物距能够移至大于二倍焦距,像距处于一倍焦距和二倍焦距之间,可成倒立、缩小的实像,故D符合题意。
故选AD。
1. 透镜的三条特殊光线的重要性
(1)透镜的三条特殊光线是关于透镜的作图题的基础。无论是根据透镜作光路图还是根据光路图画透镜,都需要通过三条特殊光线做出判断和解答。
(2)关于三条特殊光线,需要记住各自特点,更需要把凸透镜的特殊光线和凹透镜的特殊光线加以区分,记住两种透镜对光的作用的不同。
2. 注意两点,正确解答凸透镜成像实验探究题
(1)凸透镜、光屏和烛焰的中心应在同一高度上。
(2)若在实验中怎样移动光屏都得不到像,可能原因有:
①蜡烛没有在凸透镜的一倍焦距之外;②烛焰、凸透镜和光屏三者的中心不在同一高度上;③蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距,导致像距过大,光屏不能移动到能够接收到像的位置。
3. 透镜作图时的注意事项
(1)对于透镜类型的判断:是会聚透镜还是发散透镜,关键是看折射光线比入射光线是远离主光轴还是靠近主光轴。
(2)对于光线的画法:
①一定要用尺规作图;②一定不要遗漏光线的箭头;③平行于主光轴的光线经凹透镜发散后,出射光线的反向延长线一定相交在另一侧焦点上,并且反向延长线要用虚线表示。
考点五 透镜的应用
1.(2025·崇明·二模)【新情景】如图所示,是一个自制双筒照相机模型,小明先使用焦距为10厘米的镜头,再改用焦距为5厘米的镜头进行拍摄。若保持相机与被摄景物的距离不变,关于成像情况的描述,正确的是( )
A.像的大小不变,但像会更清晰 B.像变小,且能拍摄到的景物范围更大
C.像变大,同时像距也变大 D.像的大小和景物范围均不变,但像距会变小
【答案】B
【详解】当换用焦距为5cm的凸透镜,且保持蜡烛和透镜的位置不变,照相机的焦距减小时,物距相对增大,像距要减小,像会变小,能拍摄到的景物范围更大,故ACD错误,B正确。故选B。
2.(2024·杨浦·三模)有一种特殊镜片b,如图所示,其厚度变化可通过抽出液体(或注入液体)来实现。为矫正近视,可调整为镜片 佩戴(选填“a”或“c”)。镜片c对光有 作用(选填“会聚”或“发散”);将某物体放在镜片c前1厘米处,在镜片的另一侧透过镜片能看到一个正立放大的像,镜片c的焦距 1厘米(选填“大于”“等于”或“小于”)。
【答案】 a 会聚 大于
【详解】矫正近视眼需要用凹透镜,镜片a为凹透镜,所以为矫正近视,可调整为镜片a佩戴。
镜片c为凸透镜,凸透镜对光线具有会聚作用。
由凸透镜成像规律可得,在镜片的另一侧透过镜片能看到一个正立放大的像时,此时的物距应该小于一倍焦距,由题意可得,此时的物距为1cm,则有镜片c的焦距大于1cm。
3.(2025·上海·月考)为了加强管理,某些公司对员工实行刷脸考勤制度。如图所示,当人靠近摄像头时,光源自动打开,照亮 (选填“人脸”或“显示屏”),人脸通过摄像头成一个倒立 的像(选填“放大”或“缩小”),与录入信息进行对比,从而记录考勤。若镜头焦距为10cm,为了能成清晰的像,人到镜头的距离应满足的条件是 (选填“A”、“B”或“C”:“A。小于10cm”、“B。大于10cm且小于20cm”、“C。大于20cm”)
【答案】 人脸 缩小 C
【详解】刷脸考勤制度是通过摄像头捕捉人脸的图像信息,为了使摄像头能更清晰地捕捉人脸特征,光源自动打开是为了照亮人脸,从而让摄像头能拍摄到更清晰的人脸图像。
摄像头的镜头相当于一个凸透镜,其成像原理与照相机相同,根据凸透镜成像规律,当物距大于二倍焦距时,凸透镜成倒立、缩小的实像。在刷脸考勤系统中,人脸到摄像头的距离大于二倍焦距,所以人脸通过摄像头成一个倒立、缩小的像。
已知镜头焦距f=10cm,由于摄像头成像时物距需大于二倍焦距,即u>2f,将f=10cm代入可得u>2×10cm=20cm,也就是人到镜头的距离应大于20cm,故选C。
4.(2024·松江·二模)小明发现自己戴的近视眼镜的镜片是一块凹透镜,于是他查阅相关资料得知:①物体通过凹透镜成缩小的像,且物距越大、像距越大、像越小;②同一物体,物距相同时,通过焦距越小的凹透镜,所成的像越小;③近视眼镜的镜片度数与其焦距的关系如下表:
焦距(米)
镜片度数
2
50
1
100
0.5
200
0.2
500
(1)分析表格数据中近视眼镜的镜片度数与其焦距的数量关系,可得结论: ;
(2)小明将近视眼镜逐渐靠近纸上文字时,看到的文字大小将逐渐 (选填“增大”或“减小”);
(3)小明分别将A、B 两副不同度数的近视眼镜,放置在书籍前相同位置,通过镜片观察到不同的像,如图(a)、(b)所示,请判断哪副眼镜的镜片度数较高,并说明理由: 。
【答案】近视眼镜的镜片度数与焦距成反比;增大;见解析
【详解】(1)分析表中数据可知,焦距变为原来的几分之一,近视眼镜的镜片度数就变为原来的几倍,故得出结论:近视眼镜的镜片度数与焦距成反比。
(2)小明将近视眼镜逐渐靠近纸上文字时,物距减小,则像会变大,即看到的文字将逐渐增大。
(3)将A、B两副不同度数的近视眼镜,放置在书籍前相同位置,由图可知,B眼镜成的像更小,所以B眼镜焦距小,近视眼镜的镜片度数与焦距成反比,所以B眼镜的度数较高。
知识
概念
理解
眼睛
①晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜;视网膜相当于照相机的胶片;
②物体经晶状体和角膜折射后,在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。
眼球好像一架照相机。
近视眼
近视眼的晶状体太厚,折光能力太强,像在视网膜前。需佩戴凹透镜矫正。
远视眼
远视眼的晶状体太薄,折光能力太弱,像在视网膜后。需佩戴凸透镜矫正。
透镜的应用
(1)照相机:
①照相机成缩小、倒立的实像;
②像距小于物距;
③像与物体位于凸透镜的异侧。
拍摄近处景物时,镜头往前伸,离胶片远一些,像会变大。
(2)投影仪:
①投影仪成放大、倒立的实像;
②像距大于物距;
③像与物体位于凸透镜的异侧。
要使屏幕上的图像大些,胶片靠近镜头,同时投影仪远离屏幕。
(3)放大镜:
①放大镜成放大、正立的虚像;
②像距大于物距;
③像与物体位于凸透镜的同侧。
若使像变大时,增大放大镜与物体之间的距离。
(4)显微镜:
①物镜:靠近被观察物体的凸透镜,焦距短,相当于投影仪的镜头;
②靠近被观察物体的凸透镜,焦距长,相当于一个普通的放大镜。
(5)望远镜:
①物镜:相当于照相机的镜头,成倒立、缩小的实像;
②目镜:相当于放大镜,把物镜所成的像A再放大一次,成正立、放大的虚像。
1.如图甲为胶囊胃镜机器人。检查时,患者用水将其吞下,医生通过电脑无线控制胶囊机器人在胃内移动,对病灶处拍摄照片,再通过无线传输将图片发送至记录器,方便医生做出诊断。请运用相关物理知识,完成下面小题。
(1)小海吞服胶囊机器人时,发现胶囊机器人长约2.5 (填单位);
(2)胶囊机器人能对病灶处拍摄照片,其成像特点与 (选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”)相同,如果医生想扫描更大范围时,应操作机器人 (选填“靠近”或“远离”)此区域。
【答案】(1)cm;(2)照相机;远离
【详解】(1)根据图甲中胶囊机器人与人手的对比,可知胶囊机器人的长度约为2.5cm。
(2)根据胶囊机器人与人体胃的大小关系可知,胶囊机器人对病灶拍摄所得的照片应是倒立、缩小的实像,故与照相机的成像特点相同。
根据凸透镜的成实像规律:物远像近像变小,如果医生想扫描更大范围时,即实像变小,应操作机器人远离此区域。
2.小王研究微距相机的成像情况。他先把相机调整到焦距为f1的普通模式,改变物体与镜头的距离,相机内感光元件上的成像情况如图(a)(b)所示。由于物体距镜头太近时,感光元件上无法成像,因此他将相机切换到微距模式,调整焦距为f2,再将物体置于距镜头非常近的位置,此时在感光元件上能成清晰的像,如图(c)所示。
(1)分析比较图(a)与(b)可知:同一镜头成实像时,物距变小, ;
(2)观察图(c)可知:微距模式下相机成的像是 的(选填“放大”或“缩小”),据此可判断微距模式下物距与像距的大小关系是 ,此时相机的焦距f2 普通模式的焦距f1(选填“大于”“等于”或“小于”)。
【答案】(1)像变大;(2)放大;物距小于像距;小于
【详解】(1)分析比较图(a)与(b)可知,像变大,根据凸透镜成像规律可知,同一镜头成实像时,物距变小,像变大,像距变大。
(2)从图(c)可以看出是一个放大的像,由于在元件上能够成像,故成的是实像;由于凸透镜成的是倒立的放大的实像,说明此时物距在一倍焦距和两倍焦距之间,像距在两倍焦距开外,故物距小于像距;相机调整到焦距为f1的普通模式,当物距为u时,感光元件上无法成像,说明
当焦距调整到f2,此时成的倒立的放大的像,说明物距在一倍焦距和两倍焦距之间,故
,经整理可知
3.近视眼矫正的福音——可调式眼镜。
小浩利用如图所示的装置探究“近视眼的矫正”:他用烛焰模拟远处所视物体,水透镜模拟人眼晶状体,并与注射器相连,其凸起程度可通过注射器注入或吸取水量来调节,光屏模拟人眼视网膜。
(1)实验时调整烛焰、水透镜、光屏在光具座上的位置,使三者中心在 ,目的是 ;如图所示的位置关系,在光屏上得到了烛焰清晰的像,是倒立、 (选填“放大”或“缩小”)的实像。
(2)小浩向水透镜内注入适量的水来模拟近视眼的成因,注水后水透镜的焦距变 (选填“大”或“小”)了,同时光屏上原来清晰的像变模糊了,若将光屏向 (选填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动适当距离,将再次得到清晰的像,说明近视眼将远处的物体成像在视网膜 (填“前”或“后”)面。
(3)利用如图所示的“可调式眼镜”可帮助矫正自身视力:这种眼镜的镜片中含有一种液体,通过调节此液体的含量,镜片的形状会随之改变,如图所示,改变滑块的位置就可实现镜片形状的变化。近视眼患者如果用“可调式眼镜”加以矫正,应将滑块从中间逐渐向 (选填“左”或“右”)移动,直至看清物体,由此可知,近视眼镜是 透镜。
(4)如图所示,小浩又做了一个实验,他将一个点光源放在水透镜的正前方,当点光源放在A点时,成像在B点,当点光源放在B点时,成像在C点,则该水透镜的位置在图中 (填写图中数字)区域。
【答案】(1)同一高度;使像成在光屏中央;缩小;(2)小;靠近;前;(3)左;凹;(4)①。
【详解】(1)为了使像成在光屏中央,实验时调整烛焰、水透镜、光屏在光具座上的位置,使三者中心在同一高度。
如图所示的位置关系,像距小于物距,在光屏上得到了烛焰清晰的像,是倒立、缩小的实像。
(2)浩向水透镜内注入适量的水来模拟近视眼的成因,注水后水透镜变厚,焦距变小,像距变小,若将光屏向靠近凸透镜的方向移动适当距离,将再次得到清晰的像,说明近视眼将远处的物体成像在视网膜前面。
(3)近视眼患者如果用“可调式眼镜”加以矫正,应将滑块从中间逐渐向左移动,移出液体,镜片变薄,直至看清物体,由此可知,近视眼镜对光线的会聚能力变弱,类似凹透镜的作用,从而矫正近视眼。
(4)若水透镜的位置在图中①位置,当点光源放在A点时,成像在B点,当点光源放在B点时,成像在C点,此时物体与像在凸透镜同侧,说明点光源放在A点与B点时,物距均小于f;当水透镜的位置在图中②位置,当点光源放在A点时,成像在B点,由光路可逆得知,当点光源放在B点时,成像在A点,不符合题意;当水透镜的位置在图中③位置,当点光源放在B点时,成像在C点,此时物体与像在透镜两侧,说明此时物距大于f,则当点光源放在A点时,物距也大于f,且物距变大,像距变小,此时像应在透镜与C点间,而此时成像在B点,不符合题意;若水透镜的位置在图中④位置,当点光源放在A点时,若物距大于f,则像与物体在透镜两侧,则像应在④的右侧,若物距小于f,则像与物体在透镜同侧,且像应在A点左侧,故该水透镜的位置在图中①区域。
4.看电影时,小赵发现有些画面细节看不清,怀疑自己可能是近视了。
(1)如图(a)人眼结构中相当于凸透镜的是__________,相当于光屏的是_________。
A.晶状体 B.睫状体 C.玻璃体 D.视网膜
(2)眼睛是一个相当复杂的生物光学仪器,从功能上看非常类似于( )
A.显微镜 B.照相机 C.投影仪 D.放大镜
(3)视力正常的人在看远处的物体时,睫状体会放松,晶状体变 (选填“薄”或“厚”),晶状体的焦距变 (选填“长”或“短”),使像清晰地成在视网膜上;而近视的人由于眼睛屈光能力异常,会使像成在视网膜 (选填“前”或“后”),导致看远处物体模糊不清。
(4)近视和远视可以用凹、凸透镜进行矫正,请在图(b)中画出对应的折射光线。
(5)若小赵同学真的近视了,请在图(c)中虚线框中画出需要佩戴的透镜,并画出矫正后通过晶状体的折射光线。
【答案】(1)A,D;(2)B;(3)薄;长;前;(4)见下图;(5)见下图。
【详解】(1)人的眼球好像一架照相机,晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜,视网膜相当于光屏,通过改变晶状体的厚度,使外界物体在视网膜上所成的像是倒立、缩小的实像;故选A和D。
(2)眼睛在观察物体时,通过改变晶状体的厚度,使外界物体在视网膜上所成的像是倒立、缩小的实像,因此类似于照相机。故选B。
(3)视力正常的人在看远处的物体时,睫状体会放松,晶状体变薄,晶状体的焦距变长,使像清晰地成在视网膜上;若近距离用眼时间过长,会使眼球晶状体的曲度过大,或使眼球前后径过长,使远处物体反射来的光线形成的物像,落在视网膜的前方,因此不能看清远处的物体,从而形成近视。
(4)对于凹透镜,过光心的光线传播方向不改变,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;对于凸透镜,平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点,如图所示:
(5)近视眼是晶状体曲度变大,会聚能力增强,即折光能力增强,像呈在视网膜的前方,应佩戴发散透镜,使光线推迟会聚,使像成在视网膜上,如图所示:
1. 类比法认识眼睛视物原理
眼睛的晶状体相当于凸透镜,视网膜相当于承接像的光屏,物体在视网膜上成倒立、缩小的实像。将凸透镜与眼睛结合比较,建立凸透镜成像模型可以帮助我们更好地认识眼睛视物原理。
2. 注意两点,灵活应对有关放大镜的考题
(1)物体和它通过放大镜成的像在放大镜的同侧。
(2)放大镜离物体越近,所成像越小,放大镜离物体越远,所成像越大。
3. 巧类比,辨析显微镜、望远镜成像
解答此类题目的关键是热记显微镜、望远镜中的物镜与目镜的成像情况:
(1)显微镜的物镜相当于投影仪,成倒立、放大的实像;目镜相当于放大镜,成正立、放大的虚像。
(2)望远镜的物镜相当于照相机,成倒立、缩小的实像;目镜相当于放大镜,成正立、放大的虚像。
1.无人机携带了高分辨率高速摄像机,下列关于摄像机说法中正确的是( )
A.摄像机的摄像头对光线有发散作用
B.被拍摄的景物应位于摄像头一倍焦距以外二倍焦距以内
C.当无人机远离被拍摄物体时,要成像仍然清晰,其镜头应该向后缩
D.摄像头成像在传感器(相当于胶片)上的像是倒立、缩小的虚像
【答案】C
【详解】A.摄像机的摄像头是凸透镜,凸透镜对光线有会聚作用,不是发散作用。故A错误;
B.摄像机成像的原理是当物体位于凸透镜二倍焦距以外时,成倒立、缩小的实像。故B错误;
C.当无人机远离被拍摄物体时,物距变大,根据凸透镜成像规律,像距会变小,要使成像仍然清晰,应减小像距,故镜头应该向后缩。故C正确;
D.摄像头成像在传感器的像是倒立、缩小的实像,不是虚像。故D错误。
故选C。
2.如图所示,有一束光斜射入盛水的容器中,在容器底形成一个光斑,保持入射光线不变,慢慢放出容器中的水,下列说法正确的是( )
A.光斑向左移动,折射角不变 B.光斑向右移动,折射角不变
C.光斑向左移动,折射角减小 D.光斑向右移动,折射角减小
【答案】A
【详解】当打开阀门,容器里的水逐渐流出的过程中,入射点逐渐降低,左移,水面始终水平方向,则入射角不变,折射角不变,在容器底部形成的光斑也将向左移动,所以在水逐渐流出的过程中,光斑将向左移动。故选A。
3.路途中,天朗气清。
(1)小明能在道路的不同位置看到青绿的远山这是 ,但有时也会被路边设置的光滑的标牌“晃”眼睛这是 (以上均选填“镜面反射”或“漫反射”);
(2)小明还发现自己的手表在车顶能反射出一处光斑,请你根据图中的入射光在图2中画出对应的反射光线并标出反射角及大小;
(3)若将手表的位置向左下方移动,在入射光线不变的情况下,反射光线在车顶的光斑会向 移动(选填“左”或“右”),为研究光现象而引入“光线”,用到的科学方法是 (选填“控制变量”或“建立模型”或“理想实验”)。
【答案】(1)漫反射;镜面反射;(2)见下图;(3)左;建立模型;
【详解】(1)小明能在道路的不同位置看到青绿的远山这是因为光在山的表面发生了漫反射,反射光线朝向各个方向。
光滑的标牌“晃”眼睛这是因为光在标牌的表面发生了镜面反射,反射光线较为集中的缘故。
(2)根据反射角等于入射角在图2中画出对应的反射光线,反射角等于入射角为40°,如图:
(3)若将手表的位置向左下方移动,在入射光线不变的情况下,反射点左移,则反射光线左移,所以反射光线在车顶的光斑会向左移动。
为研究光现象而引入“光线”,用到的科学方法是建立模型法,光线是建立的一个物理模型。
4.视力正常的人看远处物体时,睫状体会放松,晶状体变薄,晶状体的焦距变 (选填“A长”或“B短”),使像清晰地成在视网膜上;而近视的人由于眼睛屈光能力异常,会使像成在视网膜 (选填“A前方”或“B后方”),导致看远处物体模糊不清。请在图中画出入射光线经过透镜后的折射光线 。
【答案】 A长;A前方;见下图。
【详解】视力正常的人在看远处的物体时,睫状体会放松,晶状体变薄,晶状体的焦距变长,使像清晰地成在视网膜上。
若近距离用眼时间过长,会使眼球晶状体的曲度过大,或使眼球前后径过长,使远处物体反射来的光线形成的物像,落在视网膜的前方,因此不能看清远处的物体,从而形成近视。
对于凹透镜,过光心的光线传播方向不改变,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,如图所示:
5.如图所示的是矿井中所使用的矿灯,优点是光柱射出去后非常集中,几乎相当于平行光。
(1)要使小灯泡发出的光变成平行光,则该灯头的镜头镜片应选择 (选填“凸透镜”或“凹透镜”),因为它对光有 作用,小灯泡应放在该透镜的 位置;
(2)图(a)、(b)中,根据给出的光线,画出相应的入射或出射光线。
【答案】(1)凸透镜;会聚;焦点;(2)见下图。
【详解】(1)由凸透镜焦点发出的光,经凸透镜折射后,平行于主光轴。要使小灯泡发出的光变成平行光,该灯头的镜头应选择凸透镜。
凸透镜对光有会聚作用,要把小灯泡放在凸透镜的焦点处。
(2)由凸透镜焦点发出的光,经凸透镜折射后,平行于主光轴。过入射光线与透镜的交点,画出平行于主光轴的折射光线。如图所示:
延长线经过凹透镜另一侧焦点的光线折射后平行于主光轴。过折射光线与透镜的交点和凹透镜右边的焦点画出入射光线,注意入射光线的延长线画虚线,如图所示。
6.小杨和小明在湿地公园划船,饱览湿地两岸风景。
(1)小杨看见一只白鹤静立在平静的水中,可以看到白鹤的两个“影”——影子和倒影,如图所示。下列分析正确的是( )
A.影子是由于光的折射形成的 B.倒影是由于光的反射形成的
C.白鹤飞得越高,水中的倒影越小 D.河水越深,水中的倒影离水面越远
(2)白鹤从水面飞起,假设白鹤用箭头AB表示,水面用MN来表示,根据平面镜成像特点,在图中画出白鹤AB在水面MN中所成的像。
(3)小明看到水中还有鱼,从鱼上发出一条光线AO是从水中斜射向水面,请在图中画出折射光线OC的大致方向。
【答案】(1)B;(2)见下图;(3)见下图。
【详解】(1)A.白鹤的影子是光被白鹤挡住留下的黑影,由于光的直线传播形成的,故A错误;
B.白鹤在水中的倒影是由光的反射形成的虚像,故B正确;
C.平静的水面相当于平面镜,平面镜所成的像与物体等大,白鹤飞得越高,它的倒影不变,故C错误;
D.平静的水面相当于平面镜,所成的像与水深无关,故D错误。
故选B。
(2)先作出端点A、B关于平面镜的对称点A′、B′,用虚线连接A′、B′,即为AB在平面镜中所成的像,如图所示:
(3)过O点作垂直于界面的法线,根据光从水中斜射入空气中时,折射角大于入射角,作出折射光线,如图所示。
7.手机已经成为现代生活不可缺少的一部分。
(1)手机屏幕使用时 (选填“属于”或“不属于”)光源;如图(a)为手机防窥膜结构图,采用了超细百叶窗光学技术。贴在手机屏幕上的效果如图(b)所示,其原理类似百叶窗,只能透过一定角度的光线,结构简图如图(c)。两侧之所以看不清屏幕内容是由于光 原理;为了让防窥效果更好(可视范围减小),可以适当地 (选填“增大”或“减小”)超细百叶窗的间距。
(2)如图所示,我们用手机扫描时,二维码通过手机镜头的 (选填“凸”或“凹”)透镜形成的像;二维码应放在镜头的 (选填“一倍焦距以内”“一倍至二倍焦距之间”或“二倍焦距以外”)。当二维码超出手机上设定的方框时,应该保持物品不动,将手机 (选填“靠近”或“远离”)二维码;
【答案】(1)属于;直线传播;减小;(2)凸;二倍焦距以外;远离
【详解】(1)手机屏幕使用时能自行发光,所以属于光源。
两侧看不清屏幕内容,是因为光在同种均匀介质中沿直线传播,超细百叶窗只能让一定角度的光透过,侧面的光因直线传播无法透过,所以看不清。
为了防窥效果更好,需将可视范围减小。从图丙可知,适当地减小超细百叶窗的间距,两条光线的夹角将变小,视野变得更小,故需要适当减小超细百叶窗的间距,这样能透过的光线角度范围更小。
(2)手机扫码时,相当于照相机,应用了凸透镜的成像原理,所以手机镜头是凸透镜。
手机扫描二维码时,成倒立、缩小的实像,根据凸透镜成像规律,此时二维码应放在镜头的二倍焦距以外。
当二维码超出手机上设定的方框时,说明像太大了。根据凸透镜成像规律,物远像近像变小,所以应该保持物品不动,将手机远离二维码。
8.小向在公园秋日漫步,景色宜人。
(1)如图,若把白天鹅看作物体AB,水面作为平面镜,请根据平面镜成像的特点,在图中,画出物体AB在平面镜中所成的像A′B′。
(2)如图所示,湖水水深0.5m,一只白天鹅离水面1m高度,正平行于水面飞行,其美丽的倒影映入水中。白天鹅的倒影距离水面 m,当白天鹅远离水面时,它的像 (选填“靠近”或“远离”)水面,白天鹅的像的大小 (单选)。
A.变大 B.不变 C.变小
(3)看到“鸟在水中飞,鱼在云中游”的美丽画面,小向拍照留念。在湖水中用眼睛观察到的“飞鸟”是光的 (选填“反射”或“折射”)形成的。看到的“游鱼”是光的 (选填“反射”或“折射”),而形成的 (选填“实”或“虚”)像。
(4)他联想到,如图,一束光在玻璃、空气两种介质的界面上同时发生反射和折射。(图中入射光线,反射光线和折射光线的方向均未标出)其中折射光线是 (用字母表示),反射角等于 。光是从 (选填“空气斜射入玻璃”或“玻璃斜射入空气”)。
【答案】(1)见下图;(2)1;远离;B;(3)反射;折射;虚;(4)OG;60°;空气斜射入玻璃
【详解】(1)先作出端点A、B关于平面镜的对称点A′、B′,用虚线连接A′、B′,即为AB在平面镜中所成的像,如图所示:
(2)平面镜成的像到平面镜的距离和物体到平面镜的距离相等,一只白天鹅离水面1m高度,白天鹅的倒影距离水面1m,当白天鹅远离水面时,它的像远离水面。
平面镜成的像和物体大小相等,当白天鹅远离水面时,白天鹅的像的大小不变,故选B。
(3)在湖水中用眼睛观察到的“飞鸟”属于平面镜成像,是由光的反射形成的。
游鱼是在水中的实际物体,是由于光线从水中通过空气折射进入了人的眼睛,我们看到水中的鱼,其实看到的是鱼的虚像,是由光的折射形成的。
(4)由图可知,,所以
而,根据反射角等于入射角可知,CD为法线,AB为界面。而折射光线和入射光线分别位于法线两侧,反射光线和入射光线也分别位于法线两侧,则OG一定为折射光线,EO为入射光线,OF为反射光线;反射角为,由以上分析知道,折射角是,根据折射角小于入射角可知,光是从空气斜射入玻璃。
9.小明用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律,当向水透镜里注水时,水透镜的焦距将变小;当从水透镜里抽水时,水透镜的焦距将变大。
(1)如图甲所示,一束平行于主光轴的光射向水透镜,在光屏上得到一个最小最亮的光斑,此时水透镜的焦距为 cm,实验前,应调节烛焰,水透镜和光屏的中心在 上;
(2)该同学移动蜡烛,水透镜和光屏至图乙所示位置时,恰能在光屏上看到清晰的像,像的特点是倒立、 的像(填“A.缩小”、“B.等大”或“C.放大”);
(3)在图乙所示实验场景下,该同学给水透镜“戴上”一种眼镜,如图丙所示,当从水透镜中抽出适量的水后,他发现光屏上的像再次变得清晰,则“戴”的是 (填“近视”或“远视”)眼镜。
【答案】(1)8;同一高度;(2)A;(3)远视
【详解】(1)平行于主光轴的光线经凸透镜后会聚在主光轴上一点,这点是凸透镜的焦点。焦点到光心的距离是凸透镜的焦距,所以凸透镜的焦距是18.0cm-10.0cm=8.0cm
实验前先调节光具座上烛焰、透镜和光屏三者的中心在同一高度,即烛焰和光屏的中心在水透镜的主光轴上,这样可使像成在光屏的中央。
(2)由图乙可知,烛焰到透镜的距离大于2倍焦距,即u>2f,根据凸透镜成像规律,此时成倒立、缩小的实像,对应选项A。
(3)当从水凸透镜内抽出一部分水后,透镜凸起程度变小,会聚能力减弱,像会成在光屏的后方。为了让像重新清晰地呈在光屏上,需要增强光线的会聚能力,使像向前移动,而远视眼镜的镜片是凸透镜,对光线有会聚作用,因此该同学“戴”的是远视眼镜。
10.如图所示,是“探究光的反射定律”的实验过程:
(1)请根据“探究光的反射定律”的实验过程,将图1步骤进行排序。
(2)随后,小明将一束光贴着纸板沿EO射到镜面上O点,如图甲所示,纸板上会显示出反射光束OF。为了研究反射角与入射角之间的关系,实验时应进行的操作是 。
A.改变反射光线OF与ON之间的夹角
B.改变入射光线EO与ON之间的夹角
(3)接着,如图乙所示,他将这束光贴着纸板一起向后倾斜,则纸板上 (选填“能”或“不能”)显示出反射光束。此时,反射光线、入射光线与法线 (选填“在”或“不在”)同一平面内;
(4)为了更好地进行探究,如图丙所示,老师进行如下演示,打开加湿器,将平面镜放在一能转动的水平圆台上,在柱M上固定一红色激光笔,使其发出的光垂直射向平面镜上的O点,其作用是为了显示 的位置,然后打开固定在柱N上的绿色激光笔,使绿色激光射向O点,出现了如图丙所示的情景。接下来老师缓慢转动圆台,当我们观察到 (填写支持该结论的现象)能得出反射光线,入射光线和法线在同一平面内。
【答案】(1)BAC;(2)B;(3)不能;在;(4)法线;入射红光、入射绿光和反射绿光重合在一起
【详解】(1)根据“探究光的反射定律”的实验过程,先用铁架台固定激光笔,在O点上方喷洒水雾,如图1中的B,用白色卡纸找到了入射光线与反射光线所在的平面,这些平面相交于同一条直线ON,这条直线过 入射点且垂直于镜面,叫做法线,如图A,用直角三角板进一步确定了卡纸与平面镜的位置关系,如图C,所以图1步骤排序为BAC。
(2)研究反射角与入射角之间的关系,为得出普遍性的结论,要多次测量,故实验时应进行的操作是多次改变EO与ON的夹角,故B符合题意,A不符合题意。故选B。
(3)将这束光贴着纸板一起向后倾斜时,反射光线与纸板不在同一平面内,但是反射光线、法线、入射光线三线在同一平面内,所以不能在纸板上看到反射光线。
(4)加湿器使整个教室充满雾气,这样能显示出光的传播路径;法线与平面镜是垂直的,红色激光笔发出的光垂直射向平面镜上的O点,可以显示法线的位置。
沿水平方向缓慢转动圆台,当我们从侧面观察到入射红光、入射绿光和反射绿光重合在一起,可根据光的传播路径来判断反射光线,入射光线和法线在同一平面内。
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