Question

5．某物理興趣小組利用透明橡皮膜、注射器、乳膠管、止水夾等器材制成凹、凸形狀可改變的液體透鏡，并利用液體透鏡探究“光的折射”和“透鏡成像”，如圖所示．

（1）在探究“凸透鏡對光線的作用”時，首先在兩個透明玻璃長方體容器中充入蚊香煙霧，然后將水注入橡皮膜，制成液體透鏡，再將液體透鏡放置在兩個玻璃容器之間，如圖甲所示，讓光線沿圖示方向射入玻璃容器，經(jīng)透鏡折射后折射光線將偏向（選填“偏離”或“偏向”）主光軸．如果此時再用注射器向橡皮膜注水，改變液體透鏡的凸起程度，則折射光線偏折的程度會改變（選填“會改變”或“不改變”），在玻璃容器中充入蚊香煙霧的目的是顯示光的傳播路徑．
（2）在用液體透鏡探究“凸透鏡成像規(guī)律”時，蠟燭、光屏和液體透鏡的位置如圖乙所示，光屏上出現(xiàn) 清晰的燭焰像，若透鏡位置不動，將蠟燭移到光具座10cm刻度時，則燭焰經(jīng)凸透鏡所成的像是C．
A．放大、倒立的實像 B．放大、正立的虛像C．縮小、倒立的實像 D．縮小、正立的實像
（3））同班的小明同學(xué)，改用發(fā)光二極管光源“F”來做實驗，實驗時將光源放在25cm處，其大小如圖所示，凸透鏡固定在光具座零刻度線上．如果用遮光罩將凸透鏡的上半部分罩住，則光屏上所成的像C

（4）同學(xué)們對小明使用的實驗裝置進(jìn)行如下評價，其中錯誤的是D
A．與燭焰相比，實驗使用的光源不會晃動，光屏上所成的像比較穩(wěn)定
B．光源鑲嵌在白色方格板上，用同樣的白色方格板做光屏，便于比較像與物的大小
C．零刻度線刻在光具座標(biāo)尺的中央，可直接測出物距和像距
D．若凸透鏡的焦距未知，則利用此實驗裝置不能測量凸透鏡的焦距
（5））對于焦距相同的凸透鏡，一個物距應(yīng)該對應(yīng)唯一的一個像距，但從各組匯報數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，物距均為12.00cm時，有三個小組所測像距分別為23.00cm，24.00cm，26.00cm．若他們的數(shù)據(jù)差別不是因為長度測量誤差導(dǎo)致的，你認(rèn)為出現(xiàn)這種情況的操作原因是有的小組在光屏上的像不是最清晰時測量的．
（6）為了探究“影響液體透鏡折光能力強弱的因素”，物理興趣小組人員做了如下實驗：在圖甲所示的裝置中，先后在橡皮膜中注入酒精和煤油，觀察光線經(jīng)不同液體透鏡折射后的偏折程度，此時，他們是在探究液體透鏡折光能力與液體種類是否有關(guān)，在此探究過程中保證透鏡的凸起程度不變，具體原因是凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)．

Answer 1

分析 （1）凸透鏡對光線有會聚作用，當(dāng)平行光線經(jīng)過凸透鏡折射后向主光軸偏折；
凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)；
當(dāng)光照到煙霧時，煙霧顆粒對光的反射方向是不同的，會發(fā)生漫反射現(xiàn)象，所以我們從各角度可以看到光的路徑；
（2）當(dāng)物距滿足f＜u＜2f時，成倒立放大的實像，像距v＞2f，此時u＜v，
分析圖象中物距和像距的大小關(guān)系，得出此時成像的特點及像距、物距與焦距的關(guān)系，從而判斷當(dāng)物體在10cm刻度處時物距與焦距的關(guān)系，判斷成像的性質(zhì)；
（3）凸透鏡是立體的，成像時，像與物上下顛倒，同樣左右均倒（是互換的），判斷物距與焦距的關(guān)系，確定像的性質(zhì)；
（4）A、B在凸透鏡成像實驗中，燭焰的形狀會受風(fēng)的影響，并且燭焰和像的大小關(guān)系不容易確定；
實驗中用發(fā)光二極管做光源，這樣成的像比較穩(wěn)定，并便于比較像與物體的大��；
C、像和物到凸透鏡的距離分別為像距和物距，若將凸透鏡放在0刻線處，可以從光具座直接讀出像距和物距的大小；
D、測量焦距的方法：根據(jù)焦距的定義，讓平行光照射凸透鏡，會聚到焦點，由焦點到凸透鏡的距離就是焦距；還可以根據(jù)物距等于2f時成等大的實像，當(dāng)實像和物相等時，此時像距、物距都等于2倍焦距來測量焦距；
（5）在研究凸透鏡成像規(guī)律，在實驗中要緩慢移動光屏，直到光屏上出現(xiàn)最清晰的像時才能記錄像距的大�。�
（6）用控制變量法進(jìn)行研究；由（1）知，改變液體透鏡的凸起程度，則折射光線偏折的程會改變，即凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)所以，在探究“影響液體透鏡折光能力強弱的因素時，要控制即液體透鏡的凸起程度相同，而讓其它的一個因素改變．

解答 解：
（1）由圖可知，玻璃容器的形狀相當(dāng)于一個凸透鏡，凸透鏡對光有會聚作用，經(jīng)透鏡折射后折射光線將向主光軸方向偏折；
凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)，用注射器向橡皮膜注水，改變液體透鏡的凸起程度，則折射光線偏折的程度會發(fā)生改變；
在玻璃容器中充入蚊香煙霧，當(dāng)光照到煙霧時，煙霧顆粒對光的反射方向是不同的，會發(fā)生漫反射現(xiàn)象，所以我們從各角度可以看到光的路徑，所以，在玻璃容器中充入蚊香煙霧的目的是顯示光的傳播路徑；
（2）由圖知，物距u=40.0cm-25.0cm=15.0cm，像距v=70.0cm-40.0cm=30.0cm；物距小于像距，此時成倒立放大的實像，因此物距處于1倍和2倍焦距之間，即f＜15cm＜2f，解得：7.5cm＜f＜15cm…①；
將蠟燭移到光具座的10cm刻度處時，物距u=40.0cm-10.0cm=30.0cm，由①知，物體處于2倍焦距之外，所以成倒立、縮小的實像，所以C選項正確；
（3）用遮光罩將凸透鏡的上半部分罩住，只能影響像的亮暗，不影響像的性質(zhì)，光源“F”放在15cm處，物距處于一倍和二倍焦距之間，成倒立放大的實像，與原物體相比，上下顛倒、左右相反，故選C；
（4）A、小明在實驗中：用發(fā)光二極管按“F”字樣替代蠟燭作為光源，與燭焰相比，不受空氣流動的影響，實驗使用的光源不會晃動，所以光屏上所成的像比較穩(wěn)定，A正確；
B、光源鑲嵌在白色方格板上，用同樣的白色方格板做光屏，物與所成的像都很穩(wěn)定，所以便于比較像與物的大小，B正確；
C、零刻度線刻在光具座標(biāo)尺的中央，可直接測出物距和像距，C正確；
D、根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)物距等于2倍焦距時（此時像距也為2倍焦距），成倒立等大的實像，可以根據(jù)像與物大小相等時測出像距和物距，此時u=v=2f算出焦距，D錯誤．
故選D；
（5）當(dāng)像最清晰時，才能記錄像距的大�。桓餍〗M的像距不同的原因，可能是有的小組在光屏上的像不是最清晰時測量的．
（6）在圖甲所示的裝置中，先后在橡皮膜中注入酒精和煤油，改變了物質(zhì)的種類，但因凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)，根據(jù)控制變量法，要保持液體透鏡的凸起程度即形狀不變，觀察光線經(jīng)不同液體透鏡折射后的偏折程度，所以，他們是在探究液體透鏡折光能力與液體的種類是否有關(guān)．
故答案為：（1）偏向、會改變、顯示光的傳播路徑；（2）C；（3）C；（4）D；
（5）有的小組在光屏上的像不是最清晰時測量的；
（6）液體種類；透鏡的凸起程度；凸透鏡對光的偏折能力與凸透鏡的凸起程度有關(guān)．

點評 本題利用液體透鏡探究“光的折射”和“透鏡成像”，考查透鏡對光的會聚作用、凸透鏡成像規(guī)律、對實驗方案的改進(jìn)和評估能力、對誤差分析的能力及控制變量法的運用等知識，綜合性，難度大，為光學(xué)的壓軸題．