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专题 02 光学实验
【知识储备】
1. 平面镜成像特点：
1) 平面镜成的是虚像；
2) 像与物体大小相等；
3) 像与到镜面的距离相等；
4) 像与物体的连线与镜面垂直。
平面镜应用：(1)成像；(2)改变光路。
2. 光的反射定律：
反射光线与入射光线、法线在同一
平面上，反射光线与入射光线分居法线
两侧，反射角等于入射角。（注：光路
是可逆的）。漫反射和镜面反射一样遵
循光的反射定律。
3. 光的折射规律：
1) 光从空气斜射入水或其他介质，折射光线与入射光线、法
线在同一平面上；
2) 折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角；
3) 入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质
表面时，传播方向不改变。（折射光路也是可逆的）
【专题突破】
1．图甲是小明做“探究平面镜成像的特点”的实验装置。（1）实验中用玻璃板代替平面镜，目的是便于 确定像的位置 ；
（2）实验时选择两个相同的棋子A、B，目的是比较 像与物的大小关系 ，小明操作后得到
了正确的结论，支持该结论的实验现象是 棋子 B 与 A 的像完全重合 ；
（3）实验结束后，小明想，若把玻璃板沿虚线截成两部分（如图乙所示），并分别向两侧平移
一小段距离，则棋子通过左右两部分玻璃板成像的情况是 ① （填序号）。
①都成完整的像，且两个像在同一位置
②各成半个像，合起来成一个完整的像
【解答】解：（1）在实验中用透明的玻璃板代替平面镜，既能观察到棋子A的像，同时也能观
察到与像比较的棋子B，这样便于确定像的位置。
（2）实验中为了探究物像的大小关系，而选择相同的两棋子，是为了利用等效替代的方法，通
过比较相同的棋子来比较像与物的大小关系；小明得到像与物体大小相等的结论，是由于他看
到棋子B与A的像完全重合。
（3）平面镜所成的像与物体关于镜面对称，像点与物点的连线与镜面垂直，所以只有一个像的
位置，每个平面镜都成一个完整的像，且这两个像在同一位置，故①符合题意，②不符合题意。
故选①。
故答案为：（1）确定像的位置；（2）像与物的大小关系；（3）棋子B与A的像完全重合；
（4）①。
2．（一）如图1是小华对水沸腾现象进行的实验探究，当温度升高到90℃时开始记录数据，以后
每隔1min记录一次水的温度，直到水沸腾了5min为止。通过实验得到下表数据。时间 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
t/min
温度 90 92 94 96 98 99 99 99 99 99
t/℃
（1）如图甲所示，小华在实验中使用温度计时，不当之处是： 温度计的玻璃泡碰到了容器底
。
（2）其中水沸腾时的气泡现象如图乙中的 A （选填“A”或“B”）图所描述一样，水在沸
腾时吸热，温度会 保持不变 （选填“继续升高”“降低”或“保持不变”）。
（3）图丙是实验过程某一时刻的温度，此时水温是 9 6 ℃。
（二）某小组选用了图2甲中光源、水、水槽、可折转的光屏（带刻度）等器材，用于完成探究
“光从空气射入水中时的折射规律”。
（1）如图乙，光屏可折转，是为了观察折射光线、入射光线和法线是否 在同一平面内 。
（2）光从空气射入水中，入射点为O点，不断改变入射角，读出刻度盘上对应的折射角，将实
验结果画在图丙中，其中1和1'、2和2'、3和3'、4和4'分别表示各次入射光线和对应的折射光
线的位置。由此可得出，光从空气斜射入水中时，折射角随入射角的增大而 增大 ，且折射
角 小于 （选填“大于”“等于”或“小于”）入射角。【解答】解：（一）（1）由图知，温度计的玻璃泡碰到了容器底；
（2）由图知，B气泡开始上升，但体积随即减小，是沸腾前的现象，A气泡大量的上升，且上
升过程中体积逐渐变大，说明水已经沸腾，且水在沸腾时吸热，温度不变；
（3）由图知：该温度计的分度值是1℃，因此所示的水温为96℃；
（二）（1）将光屏的半部分向前后翻折，就不会看到折射光线，只有当整个光屏为一平面时，
才能够看到折射光线，说明入射光线、折射光线、法线共面。
这说明使用可折转的光屏，是为了观察折射光线和入射光线、法线是否在同一平面内。
（2）由图丙可以看出，当入射角逐渐减小，则折射角逐渐减小，入射角增大时，折射角也随着
增大；
即：光从空气斜射入水中时，折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小，且折射
角小于入射角。
故答案为：（一）（1）温度计的玻璃泡碰到了容器底；（2）A；保持不变；（3）96；（二）
（1）在同一平面内；（2）增大；小于。
3．我们利用如图甲所示的装置进行探究“平面镜成像特点“的实验。
（1）选用玻璃板代替平面镜的目的是便于 确定像的位置 。
（2）实验中，先固定蜡烛A的位置，再移动蜡烛B，直至观察到B与A的像 完全重合 。
透过玻璃看到的蜡烛B，实际上是光的 折射 形成的虚像。移开蜡烛B并在其位置处放一光
屏，直接观察光屏，在光屏上 不能 （填“能”或“不能”）看见蜡烛的像；
（3）如果实验中采用厚玻璃板，实验中会观测到蜡烛A通过玻璃板在不同位置成了两个像，其
中靠近玻璃板的一个像是玻璃 前 （选填“前”或“后”）侧表面反射所成的像；若测得两
个像之间的距离为0.8cm，则玻璃板的厚度为 0. 4 cm；
（4）如图乙所示，玻璃板原来沿直线BC竖直放置，若实验中将玻璃板沿顺时针方向转过一定
角度 （ ＜90°）后，蜡烛A成的像移动到点A 处，已知图中方格均为边长相等的正方形，则
1
＝ θ 45 °θ 。
θ【解答】解：（1）实验中用玻璃板代替平面镜的目的是便于确定像的位置；
（2）实验中，先固定蜡烛A的位置，再移动蜡烛B，直至观察到B与A的像完全重合；
透过玻璃看到的蜡烛B，实际上是光的折射成的虚像；
移开蜡烛B并在其位置处放一光屏，直接观察光屏，在光屏上不能看见蜡烛的像；
（3）实验中，看到点燃的蜡烛通过玻璃板成两个像，其中距离观察者较远的像较暗；
反射是光线到达玻璃板后有一部分被玻璃的前面反射到你的眼睛，所以看到一个清晰的像，一
部分光折射到了玻璃板后还有一部分光透过玻璃板，玻璃的后面反射的光比玻璃前面的光少，
所以较远的像较暗；
根据物像到反射面的距离相等，平面镜的前后两面所成的像之间的距离为平面镜厚度的2倍，即
平面镜的厚度是0.4cm；
（4）平面镜成像与成像物体对应点连线与平面镜垂直，连接A、A ，做出连线的垂直平分线，
1
即移动后平面镜位置，如下图，可知玻璃板沿顺时针方向转过45°。
故答案为：（1）确定像的位置；（2）完全重合；折射；不能；（3）前；0.4；（4）45°。
4．如图为某实验小组“探究光的反射规律”的实验装置，平面镜放在水平桌面上，A、B是两块粘
接起来的硬纸板，而且B板可绕ON转动。
（1）如图甲所示，使纸板与水平桌面上的平面镜 垂直 。
（2）实验时，小亮同学发现每次用铅笔把光的传播路径描下来非常不方便，认真思考后，他认
为在正确操作时，只要在光传播的路径上标记两个合适的点就能确定了，他用到的光学知识是光在同种均匀介质中是沿直线传播的 。
（3）在图乙中，将纸板B沿PQ剪开，把纸板B的上半部分向后折。实验时在纸板B上观察到
在纸板 B 的下半部分有反射光线，上半部分无反射光线 现象，表明反射光线、入射光线和法
线都在同一平面内。
（4）小强同学对实验进行了改进，如图丙：先用加湿器使实验空间充满雾气，将平面镜放在一
个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 法线 的位置。打开固定的绿色激光笔，使绿色激光射向O点。该同学水
平方向缓缓转动圆台，他认为当我们观察到
一条光线 的现象时，可判定反射光线、入射光线和法线都在同一平面内。
【解答】解：（1）如果纸板没有与平面镜垂直放置，由于法线与镜面垂直，且反射光线、入射
光线、法线在同一平面内，因此，当光贴着纸板沿 EO入射时，不能在纸板上看到反射光，所以
纸板放在平面镜上时，要保持与镜面垂直；
（2）光在同种均匀介质中是沿直线传播的；
（3）将纸板B的上半部分向后折，如图乙所示，发现在纸板B的下半部分有反射光线，上半部
分无反射光线，此实验现象说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内；
（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，当我们观察到入射绿光、入射红光和反射绿光看起来重合时，即只
能观察到一条光线时，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。
（1）垂直；（2）光在同种均匀介质中是沿直线传播的；（3）在纸板B的下半部分有反射光线，
上半部分无反射光线；（4）法线；一条光线。
5．在“探究平面镜成像的特点”的实验中：（1）选择图甲中的蜡烛c作为物体，为完成实验，另一支蜡烛应选择图甲中的 蜡烛 d ；
（2）将点燃的蜡烛放在玻璃板前A处，移动玻璃板后的蜡烛直至与像完全重合，记录玻璃板前
后蜡烛的位置A和A′，如图乙所示，用刻度尺分别测出物、像到镜面的距离，图中用刻度尺
测量蜡烛到镜面的距离为 9.8 0 cm；改变蜡烛的位置，进行多次实验，测量并记录物、像到
镜面的距离。分析数据可知：平面镜成的像与物体到镜面的距离 相等 ；
（3）实验中，若将白纸板放在像的位置，白纸板上能承接到蜡烛的像吗？ 不能 ，原因是：
平面镜所成像是虚像 ；
（4）请画出图丙的物体AB在平面镜中所成的像。
【解答】解：（1）由平面镜成像特点可知，像与实物大小相等，选择图甲中的蜡烛 c作为物体，
另一支蜡烛大小要和蜡烛c相同，由图甲可知蜡烛d和蜡烛c大小相同，移动此蜡烛直到镜中的
像与该蜡烛位置重合，从而确定像的位置。
（2）由乙图可知，刻度尺的分度值为1mm，读数时要估读到分度值的下一位，图中蜡烛到镜面
的距离为9.80cm。
由乙图可知，像在A′处、B′处、C′处到镜面的距离与蜡烛在A处、B处、C处到镜面的距
离相等，由此可得出结论：平面镜成的像与物体到镜面的距离相等。
（3）平面镜所成像是虚像，虚像不能用白纸板承接。
（4）由平面镜成像特点可知，像与实物成镜面对称，在丙图中分别作 A、B与镜面的对称点
A′、B′，用虚像连接，即为物体AB在镜中的像，如图所示：
。
故答案为：（1）蜡烛d；（2）9.80；相等；（3）不能；平面镜所成像是虚像；（4）见解答。
6．在进行“光的反射定律”的探究实验中，小华设计如图所示的实验。平面镜放在水平桌面上，
可旋转的光屏（如图甲所示，光屏的EF两部分均可绕轴ON旋转）立放在水平放置的平面镜上。（1）实验中光屏E是用来呈现入射光线的，为了观察到完整的光路，光屏F需旋转到图乙中的
位置 b （填字母“a”、“b”或“c”），说明反射光线、入射光线和法线应在 同一平面
内 。
（2）若将入射光线AO顺时针转10°，则反射光线OB将 逆时针 （填“顺时针”或“逆时
针”）转10°。
（3）改变入射光线的方向，再观测几组入射角和反射角，这样做的目的是 寻找光反射的普遍
规律 。
（4）若将光线从BO入射，则反射光线会从OA射出，这说明光路是 可逆的 。
【解答】解：（1）为观察到完整的光路，需将光屏F旋转到图乙中的位置b，使光屏E和光屏
F在同一平面内，说明反射光线与入射光线在同一平面内；
（2）保持入射点位置不变，若将入射光线AO顺时针转10°，则反射光线OB逆时针转10°；
（3）为避免实验的偶然性，可以改变入射光线的方向，再观测几组入射角和反射角，这样做的
目的是为了多次实验可以归纳出一般性结论（反射角等于入射角），即寻找光反射的普遍规律；
（4）如果将光源沿BO射入一条入射光线，会观察到反射光线会沿OA的方向射出，说明了在
光的反射中，光路是可逆的。
故答案为：（1）b；同一平面内；（2）逆时针；（3）寻找光反射的普遍规律；（4）可逆的。
7．小明为探究光的折射规律设计了如下实验装置：在玻璃水槽中竖直放置的光屏是由 E和F两个
半圆形光屏组成的，NOM为两半圆的分界线，其中光屏F可绕直径NOM前后折转。
实验测量数据如表所示：
入射角 0° 30° 45° 60°
反射角α 0° 30° 45° 60°
折射角γ 0° 22° 32° 41°
（1）实验β时，在光屏前从不同方向可以看到纸板上入射光 AO的径迹，这是因为光在光屏上发生了 漫反射 （选填“镜面反射”或“漫反射”）。
（2）实验时，先让光屏E、F位于同一平面内，一束激光贴着光屏E从空气斜射入水中，在光
屏F上可以看到折射后的光束；小明将光屏F向后折转一定角度后，在光屏F上不能看到折射光，
说明折射光线和入射光线 在 （选填“在”或“不在”）同一平面内。
（3）由表中数据可知，光从空气斜射入水中时，折射角 小于 （选填“大于”、“等于”或
“小于”）入射角。
（4）小明继续用另一支激光笔让光沿BO射向水面时，可看到折射光沿OA射出，这说明：在
折射现象中， 光路是可逆的 。
（5）在实验过程中，多次改变入射角的目的是： 寻找实验的普遍规律 。
【解答】解：（1）在不同方向都可以看到纸板上入射光EO的径迹，这是因为光在纸板上发生
了漫反射的缘故；
（2）当F板向后折转一定的角度后，则呈现折射光线的F板和呈现入射光线的E板不在同一平
面内，所以在F板上不能看到折射光，但此时折射光线和入射光线在同一平面内；
（3）由表中数据可知，光从空气斜射入水中时，折射角始终小于入射角，且折射角随着入射角
的增大而增大；
（4）该小组同学继续用另一支激光笔让光线沿着BO射向水面时，可看到折射光线沿OA射出，
这说明在光的折射现象中，光路是可逆的。
（5）多次改变入射角的大小去测折射角大小，目的是多次实验来寻找实验的普遍规律。
故答案为：（1）漫反射；（2）在；（3）小于；（4）光路是可逆的；（5）寻找实验的普遍规
律。
8．如图甲所示是探究“平面镜成像特点”的实验，垂直桌面的透明玻璃板下方放一张白纸，再准
备两支完全相同的蜡烛，将点燃的蜡烛A放置在玻璃板的前面，然后将蜡烛B放置在玻璃板后
面。实验序号 1 2 3 4
物距u/cm 4.2 5.0 6.8 10.0
像距v/cm 3.7 4.5 6.3 9.5
（1）该实验选择两支相同的蜡烛A和B，是为了比较像与物的 大小 关系。该实验最好选择
在较暗的环境中进行，这样做的目的是 烛焰和黑暗环境的对比度大，成像更清晰 。
（2）将蜡烛B在玻璃板后来回移动，发现无论怎么移动也无法让它和蜡烛A的像完全重合。请
你分析出现这种情况的原因可能是 玻璃板没有和桌面垂直 。
（3）解决问题后，若将蜡烛A靠近玻璃板，则像将 靠近 （选填“靠近”或“远离”）玻璃
板。实验中，玲玲同学发现在玻璃板的后面总是有两个相距很近的像（如图乙），产生此现象
的原因是 玻璃板太厚 。
（4）她继续实验，按照图乙中的测量方法，多次改变蜡烛A的位置，认真测量并记录了对应的
数据（如上表）。根据表中数据分析得出：像距小于物距。这个结论与平面镜成像特点不相符，
主要是 像距 （选填“物距”或“像距”）测量不正确。根据表中数据推算出玻璃板的厚度
为 5 mm。
【解答】解：（1）实验中选择两根完全一样的蜡烛A和B，是为了比较物与像的大小的关系。
点燃蜡烛，烛焰在明亮的环境中，烛焰和明亮环境对比度较小，成像不太清晰；烛焰在黑暗环
境中，烛焰和黑暗环境的对比度大，成像更清晰。
（2）将蜡烛B在玻璃板后的纸面上来回移动，发现无论怎么移动也无法让它与蜡烛A的像完全
重合，可能是玻璃板没有竖直放置。
（3）根据物像到平面镜距离相等，物像大小相等，将蜡烛A靠近玻璃板时，则像将靠近玻璃板
移动，像的大小不变。
由于像是由光的反射形成的，而玻璃板太厚，玻璃板的两面都能反射光，能成两个像，所以通
过玻璃板玲玲同学看到了同一个蜡烛的两个像。
（4）根据物体在平面镜中成像，物像到平面镜的距离相等，通过测量，可以得到A和B到平面
镜面的距离是相等的，而玲玲测量的像距是A′到Q的距离，因此这个结论与平面镜成像特点
不相符，主要是选择了蜡烛A所成的像到反射面的距离不正确；根据上面数据推算玻璃板的厚度为4.2cm﹣3.7cm＝0.5cm＝5mm。
故答案为：（1）大小；烛焰和黑暗环境的对比度大，成像更清晰；（2）玻璃板没有和桌面垂
直；（4）靠近；玻璃板太厚；（5）像距；5。
9．图1是“探究光的折射规律”的实验光路。
（1）如图2，将有折射光线的半个光屏向后折转一个角度，观察到光屏上无折射光线，得出结
论：折射光线、入射光线与法线 在同一平面上 。
（2）改变入射角的大小，观察折射光线和折射角的变化情况，记录如下：
入射角i 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 85°
折射角r 8° 15° 22° 29° 35° 41° 45° 47° 48°
折射光线亮度 亮→暗
分析实验数据发现：光从空气斜射入水时，折射角 小于 入射角，折射角随入射角增大而
增大 。
（3）由表格数据猜想，随着入射角的增大，反射光线的亮度变化情况为 变亮 。
【解答】解：（1）将有折射光线的半个光屏向后折转一个角度，就不会看到折射光线，只有当
整个光屏为一平面时，才能够看到折射光线，说明折射光线、入射光线与法线在同一平面上；
（2）由表中数据可知，光从空气斜射到水面时，当入射角不断增大时，折射角也随之增大，故
折射角随入射角的变化关系是：折射角随入射角的增大而增大，且折射角小于入射角。
（3）由表格数据可知，随着入射角的增大，折射光线亮度变暗，可以猜想反射光线的亮度变亮。
故答案为：（1）在同一平面上；（2）小于；增大；（3）变亮。
10．一束激光从某种玻璃中射向空气（如图一所示），保持入射点不动，改变入射角（每次增加
0.2°），当入射角增大到41.8°时，折射光线消失（如图二所示），只存在入射光线与反射光线，
这种现象叫做光的全反射，发生这种现象时的入射角叫做这种物质的临界角。当入射角大于临
界 角 时 ， 只 发 生 反 射 ， 不 发 生 折 射 。（1）上述玻璃的临界角是 41.8 ° 。
（2）当光从空气射向玻璃， 不会 （填“会”或“不会”）发生光的全反射现象。
（3）一个三棱镜由上述玻璃构成，让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入（如图三所示），
请在图中完成这束入射光的光路图。
【解答】解：（1）由题意可以知道，当入射角为41.8°时，折射光线消失了，所以玻璃的临界角
为41.8°，
（2）光只有从水或玻璃射向空气时，才会发生全反射，所以光从空气射向玻璃，入射角增大，
折射光不可能完全消失；
（3）光线从空气进入玻璃时，因是垂直照射，所以方向不变；当从玻璃中斜射入空气时，其入
射角为45°大于临界角，故其发生全反射，其大致路径如下图：
故答案为：（1）41.8；（2）不会；（3）见上图。
11．小聪同学所在实验小组跟老师一起设计了如图所示的实验装置，探究光的反射规律。（1）在组装实验器材时，应将可转折的硬纸板与镜面 垂直 放置，刚开始实验时，小聪的操
作如图甲所示，他将呈现反射光线光路的活动硬纸板向后折，活动硬纸板上就观察不到反射光
线，这说明反射光线、法线和入射光线 在 （选填“在”或“不在”）同一平面。
（2）实验中多次改变入射光线AO与ON的夹角进行实验，记录了多组入射角和反射角的大小，
分析数据可得出的结论是： 反射角等于入射角 。
（3）实验过程中，小组的每位同学在不同位置都能观察到硬纸板上的光线，这是因为光线在硬
纸板上发生了 漫 反射。
（4）有一种液面微变监视器如图乙所示，光束发射器始终以一定角度向被监视的液面发射一束
细光，光束经液面反射后，其反射光被水平放置的平面光电转换接收器接收，光电转换接收器
将光信号转换为电信号，并通过显示器显示出来，若反射光线到光电转换接收器接收平面上的
光点从S 移向S ，则光斑移动距离的大小与接收平面到液面之间的距离 没有 （选填“有”
1 2
或“没有”）关系。
（5）利用激光测转的原理如图丙所示，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上涂有一小段很
薄的反光材料，当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收
到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来（如图丁所示），若图丁中示波器显示
屏横向的每大格（5小格）对应的时间500×10﹣2s，则圆盘的转速为 50 0 转/s。
【解答】解：（1）硬纸板放在平面镜上时，要与镜面保持垂直，如果纸板与平面镜不垂直，入射光沿纸板照射后在纸板上将看不到反射光线；
当两块硬纸板在一个平面内时，可以看到入射光线和反射光线，将硬纸板F向后折转一个角度
后，看不到反射光线，所以该实验的结论是反射光线、入射光线和法线在同一个平面内；
（2）多次改变入射光线AO与ON的夹角进行实验，记录入射角和反射角的数据如表格所示，
分析此数据得出的结论是反射角等于入射角；
（3）实验时从硬纸板前不同的方向都能看到反射光线，是由于硬纸板表面凹凸不平，光在这里
发生了漫反射的缘故；
（4）由于入射光线是固定的，且光在水面上发生的是镜面反射，当水面发生变化时，故反射光
线的方向与原来的反射光线是平行的，如图所示，
由于两条反射光线是平行的，平行线间的距离不变，所以当液面升降高度一定时，接收平面上
的光点S 和S 之间的距离与接收平面到液面的距离没有关系；
1 2
（5）从图丁显示圆盘转动一周在横轴上显示20格，由题意知道，每格表示100.00×10﹣2s，所以
圆盘转动的周期为：T＝0.002s，则转速为500r/s。
故答案为：（1）垂直；在；（2）反射角等于入射角；（3）漫；（4）没有；（5）500。
