小专题3 光学实验探究（一）【精品练习】物理沪科版2024八年级全一册（含解析）

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小专题 光学实验探究（一）类型1 探究光的反射定律 1.小强同学利用平面镜、可绕ON折转的纸板、激光笔和量角器探究“光反射时的规律”，实验装置如图甲所示。 （1）实验时，为了使反射光线、入射光线和法线能在纸板上清晰地显示出来，应将纸板 　 　 （选填“垂直/倾斜”）放置在平面镜上； （2）小强先将入射光沿着AO方向射向镜面，可以在纸板上看到反射光沿着OB方向射出。假设纸板分为E、F两部分，AO在E部分，OB在F部分，然后以ON为轴，把纸板 　 （选填“E/F”）向前折或向后折，发现折转后的该纸板上 　 （选填“仍能看到/无法看到”）反射光束。这说明：光反射时，反射光线、入射光线和法线在 　 　 ； （3）为了探究“反射角与入射角的大小关系”，小强用量角器测量出入射角和反射角的大小，发现反射角等于入射角。为了得到普遍规律，他下一步操作应是 　 　 （填字母序号）； A.固定AO位置，多次改变OB与ON的夹角并测量； B.多次改变AO与ON的夹角（即改变入射角），分别测量对应的反射角； C.更换不同材质的平面镜，保持AO位置不变测量反射角； （4）实验结论：光反射时，反射角 　 　 入射角，反射光线和入射光线分居法线 　 　 。 （5）图甲中，若将纸板（连同激光笔）绕纸板与平面镜的交线向后倾斜，入射光线仍能呈现在纸板上，且入射到平面镜的O点（如图乙所示），在右侧纸板上看不到反射光线，此时反射光线　 　 （选填“消失”或“存在”）；此时与图甲情形对比，发生改变的有　 　 ；（多选） A.法线位置 B.反射光线方向 C.入射角度数 D.反射角与入射角的关系 （6）有一种液面微变监视器，原理如图丙，光束发射器以一定角度向被监视液面发一束细光，光束经液面反射后被光电转换接收器接收，若接收器接收到的光点从S1移到S2，则液面　 　 （填“上升”、“下降”）了，若入射光线与液面的夹角为45°，则光斑移动距离　 　 液面升降距离（填“大于”、“小于”、“等于”）。 （7）小明用如图丁所示装置探究：在一个透明玻璃罩内充满烟雾，平面镜置于水平底座中心，激光笔发出一束光从透明玻璃罩A处射向平面镜上的O点。 ①使透明玻璃罩内充满烟雾的目的是　 　 。 ②缓慢转动底座（激光笔随底座一起转动）到某一特定角度时，当看到　 　 现象，说明在光的反射现象中，反射光线、入射光线、法线在同一平面内。 ③小明观察到反射光照射在玻璃罩B处，接着他让光线逆着OB的方向射向平面镜上的O点，发现反射光线沿着OA方向射出，这表明：在光的反射中　 　 。 类型2 探究平面镜成像的特点 2.某同学发现当商场的玻璃门旋转时，自己的像有了一定变化，他猜想平面镜所成的像可能与物体的大小、位置有关。于是，他设计实验进行探究。 （1）实验中，他采用较 　 　 （厚/薄）的茶色玻璃板做实验，一是为了防止蜡烛通过玻璃板的前后两个表面成像，影响实验结果；二是为了 　 　 。 （2）将蜡烛A点燃后放在玻璃板前a处，再将另一支完全相同的蜡烛B 　 　 （点燃/不点燃）放置于玻璃板后，使人在玻璃板前不同角度处观察，都能看到蜡烛B与A的像重合，改变 　 　 （A/B）的位置，多次实验。移去蜡烛B，在该位置放置的光屏上 　 　 （选填“能”或“不能”）承接到蜡烛A的像。 （3）接着，他旋转玻璃板到新的位置重新实验，实验装置俯视图如图甲所示，保持蜡烛A仍在a处，则蜡烛A的像在 　 　 （选填“b”“e”或“f”）点。 （4）实验表明：平面镜所成的像与物体关于镜面 　 　 。物体所成的像的大小与其到平面镜的距离 　 　 （选填“有关”或“无关”）。 （5）用AB表示站在商场鞋店平面镜前的某同学，在图乙中画出其在镜中的像； （6）某同学站在镜子前，在镜子里看不到自己鞋子的像，她应 　 　 （选填“远离”“靠近”）平面镜移动，才能看到自己鞋子的像。 类型3 探究光的折射规律 3.在“探究光折射时的特点”实验中，让光源发出的一束光从水中以不同的角度射入空气，观察到光束在水中和空气中的径迹如图所示。回答以下问题： （1）此现象说明　 　 （选填序号）； A.光路可逆 B.光在水面只发生了折射 C.光在水面只发生了反射 D.光在水面既发生了折射又发生了反射 （2）增大这一束光与竖直方向的夹角，发现射入空气的光与竖直方向的夹角也增大，此现象说明　 （选填序号）； A.入射角增大，折射角减小 B.入射角增大，折射角增大 C.折射角的大小与入射角的大小成正比 （3）让这一束光垂直于水面射入空气。则光的传播方向　 　 （选填序号）。 A.向右偏 B.向左偏 C.不偏 （4）保持入射光方向不变，如果水面升高，折射角将　 　 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 4.在验证“光的折射规律”的实验中，小明同学利用红色激光笔、水槽、水和一个背景屏探究光的折射特点。 （1）小明测得如下表所示的两组数据： 表一：光从空气斜射入水中 表二：光从水中斜射入空气中 ①表二中“◆”数据被遮挡住看不到，由表中信息可知这个数据是 　 ，理由是 　 ； ②如果在探究光从空气斜射入水中的折射规律时，完成了第4次实验，入射角是50°，折射角可能是 　 　 ； A．20° B．28° C．35° D．60° （2）小明查阅资料了解到，当折射光消失，只存在入射光与反射光时，这种现象叫做光的全反射。请根据表一和表二数据推理得出，全反射现象可能发生在光从 　 　 （选填“空气斜射入水”或“水中斜射入空气”）中。  小专题 光学实验探究（一） 答案 1.【答案】（1）竖直； （2）F；无法看到；同一平面内； （3）B； （4）等于；两侧； （5）存在；BC； （6）下降；大于； （7）显示光路；三束光相互重合；光路是可逆的。 【解答】解：（1）实验时，把平面镜放在桌面上，为了使入射光和反射光的径迹同时显示在纸板上，应把纸板ENF与平面镜垂直放置。 （2）以ON为轴，把纸板F向前折或向后折，纸板F和纸板E不在同一平面，纸板F上反射光束消失，由此可初步得出：反射光线、入射光线和法线在同一平面内。 （3）为了探究反射角与入射角大小的关系，应该多次改变入射角的大小并测量对应的反射角，以得出普遍规律，故B符合题意。 （4）通过实验得到结论：光反射时，反射角等于入射角，反射光线和入射光线分居法线两侧。 （5）在图甲中，若将纸板（连同激光笔）绕纸板与平面镜的交线向后倾斜，而法线始终垂直于平面镜，在右侧纸板上看不到反射光线，此时反射光线存在，则反射光线、入射光线、法线所在的平面也垂直于平面镜，且反射光线、入射光线分居法线两侧，即与图甲情形对比，发生改变的有反射光线方向与入射角度数，而法线的位置以及反射角与入射角的关系没有发生改变，故BC符合题意，AD不符合题意。故选：BC。 （6）如图所示： 由于入射光线是固定的，且光在液面上发生的是镜面反射，当水面发生变化时，反射光线的方向与原来的反射光线是平行的，反射到光电转换器接收平面上的光点从S1点移向S2点，则表明被监视的液面是下降的；根据画出的图可看出，光斑移动的距离为液面下降的距离的二倍，故光斑移动的距离大于液面升降距离。 （7）①为了在不同方向都能观察到光的传播路径，应在平面镜上方喷些烟雾，这是利用了光照在烟雾上会发生反射，可以通过烟雾显示光路； ②缓慢转动底座到某一特定角度时，当看到三束光相互重合现象，说明在光的反射现象中，反射光线、入射光线、法线在同一平面内 ③如果让光逆着反射光的方向射到镜面上，那么它被反射后就会逆着原来入射光的方向射出，这个现象表明在光的反射现象中，光路是可逆的。 2.【答案】（1）薄；便于确定像的位置； （2）不点燃；A；不能； （3）e； （4）对称；无关； （5）见解答部分答图； （6）靠近。 【解答】解：（1）采用薄的茶色玻璃板做实验，一是为了防止蜡烛通过玻璃板前后两个表面反射成像，因为厚玻璃板前后表面反射会成两个像，影响实验效果； 二是为了方便确定像的位置，因为玻璃板既能反射光成像，又能透光看到玻璃板后面的物体。（2）为了光线对比强烈，应不点燃蜡烛B； 按实验要求摆放器材，点燃蜡烛A，观察蜡烛A的像，为使成像清晰，把未点燃蜡烛B放在像的位置直至完全重合；为了使结论具有普遍性，应多次移动蜡烛A的位置，并移动蜡烛B，使之与蜡烛A的像重合； 虚像不能成在光屏上，将蜡烛B拿走，然后在蜡烛B的位置上放一光屏，在光屏上不能看到蜡烛A的像。说明平面镜所成的像是虚像； （3）根据平面镜成像特点，像与物关于镜面对称，保持蜡烛A仍在a处，当玻璃板旋转到新的位置时，蜡烛A的像在e点； （4）实验表明：平面镜所成的像与物体关于镜面对称，物体所成的像的大小与其到平面镜的距离无关； （5）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： （6）顾客在镜子里看不到自己鞋子的像，此时她应靠近平面镜移动，才能看到自己鞋子的像，因为人靠近平面镜时，由上图可知，A点的像A′会向左上方移动，而人的眼睛向右运动（靠近平面镜）时可以使A点发出的光经镜面反射后进入人眼。 3.【答案】（1）D；（2）B；（3）C；（4）不变。 【解答】解：（1）让光源发出的一束光从水中以不同的角度射入空气，观察到光束在水中和空气中的径迹如图所示，图中可以看到反射光线，同时也看到折射光线，故选D。 （2）光源射出的光线和竖直方向的夹角是入射角，空气中的光线和竖直方向的夹角是折射角； 增大这一束光与竖直方向的夹角，即增大了入射角，发现射入空气的光的径迹与竖直方向的夹角也增大，也就是折射角也增大，此现象说明入射角增大，折射角增大，但不能得出成正比的关系，故选B。 （3）光垂直射到界面时不改变方向；所以，让这一束光垂直于水面射入空气，其传播方向不偏转，故选C。 （4）保持入射光方向不变，如果水面升高，入射角大小不变，则折射角也不变。 4.【答案】（1）32；光的折射中，光路是可逆的；C；（2）水中斜射入空气。 【解答】解：（1）①由表中数据可知，当光从空气斜射入水中，入射角为30°时，折射角为22°，当光从水中斜射入空气中，入射角为22°时，折射角为30°；当光从空气斜射入水中，入射角为60°时，折射角为40°，当光从水中斜射入空气中，入射角为40°时，折射角为60°，由此可知，在光的折射中，光路是可逆的，由表中数据可知，当光从空气斜射入水中，入射角为45°时，折射角为32°，所以当光从水中斜射入空气中，折射角为45°时，入射角应为32°，理由是光折射时，光路可逆。 ②由表中数据可知，光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，且折射角会随入射角的增大而增大，入射角是50°时，折射角应小于50°，当光从空气斜射入水中，入射角为45°时，折射角为32°，所以当入射角是50°时，折射角应大于32°，即折射角大于32°，小于50°，故折射角可能是35°，故C符合题意，ABD不符合题意。故选：C。 （2）因为当入射角增大到某一角度时，折射角等于90°，当入射角再增大时，折射角消失，所以只有在折射角大于入射角时才会发生全反射现象，由表中数据可知，当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，光从水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，所以全反射现象可能发生在光从水中斜射入空气中。 序号123入射角α/°304560折射角γ/°223240序号123入射角α/°22◆40折射角γ/°304560