初中物理实验5 探究平面镜成像时像与物的关系（解析版）

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实验5 探究平面镜成像时像与物的关系基础考点梳理1. 实验原理： 光的反射2. 实验装置图3. 实验器材：透明薄玻璃板、刻度尺、光屏、两支完全相同的蜡烛、火柴、白纸（或方格纸）、笔（1）用玻璃板替代平面镜的目的： 利用玻璃的透光性，便于确定像的位置（2）选择较薄玻璃板的目的： 避免出现重影，方便找到像的位置（3）选用两支完全相同的蜡烛的目的： 便于比较像与物的大小关系（4）刻度尺的作用： 测量两支蜡烛到玻璃板的距离（5）光屏的作用： 检验是否能承接到像（6）白纸的作用： 便于记录像、物、平面镜的位置，从而确定像与物到玻璃板的距离关系及像、物的连线与镜面的关系4. 实验方法：等效替代法： ①用较薄玻璃板代替平面镜；②比较物与像的大小关系时，用未点燃的蜡烛等效代替点燃的蜡烛的像5. 实验环境：实验应在 较暗 的环境中进行的目的： 使实验现象更明显6. 实验过程（1）玻璃板要与水平桌面 垂直 放置的原因：若玻璃板倾斜一定角度，物体的像会上升到水平桌面的上方或下降到水平桌面的下方，不能使蜡烛的像和玻璃板后面的蜡烛完全重合，如下图所示（2）代替像的蜡烛 不能点燃 的原因： 若点燃，将会再产生一个像，不利于观察蜡烛像的准确位置（3）平面镜成虚像的判断： 用光屏在像的位置承接不到点燃蜡烛的像，说明平面镜成虚像（4）实验中应该在物的同侧位置透过玻璃板观察像的原因： 平面镜所成的像是反射光线的反向延长线会聚成的虚像（5）改变点燃蜡烛的位置进行多次实验的目的： 使实验结论具有普遍性7. 实验结论像和物体的大小 相等 ；像和物体到平面镜的距离 相等 ；像和物体的连线与镜面 垂直 ；平面镜成 虚 像.8. 实验评价（1）测得的像距和物距不相等的原因：①玻璃板与桌面不垂直；②玻璃板太厚；③测量误差；④未点燃的蜡烛与点燃蜡烛的像没有完全重合（2）实验中无论怎样移动蜡烛，都无法使像与物完全重合的原因： 玻璃板没有与水平桌面垂直放置9. 实验改进（1）选择透光性差一点的玻璃板（如茶色玻璃）的原因： 使像更清晰（2）用LED灯代替蜡烛的原因： ①亮度大，成像稳定且明显；②可避免蜡烛因燃烧变短而无法比较像与物的关系；③更环保（3）用方格纸比白纸更好的原因： 能更方便、更准确地确定像与物的位置典型例题赏析实验结论：（1）物体通过平面镜成的是虚像；（2）像与物体的大小相同；（3）像与物体到平面镜的距离相等；（4）像与物的连线与镜面垂直；总述：像与物体关于平面镜对称．1.在探究“平面镜成像特点”的实验中，小明用到了带底座的玻璃板（薄厚不同的两块玻璃板）、白纸、两支蜡烛A和B、笔、光屏，请回答下列问题．（1）除图甲中所示的器材外，实验还需要的测量工具是 刻度尺 ；小勇选择的两支蜡烛应满足的条件是 完全相同 。（2）用透明玻璃板替代平面镜是便于确定 像的位置 和比较像与物的大小关系，为了更好地完成实验，最好选用 茶色 （选填“茶色”或“无色”）玻璃板．（3）如图甲先将一张白纸铺在水平桌面上，在白纸中间画一条直线MN，把带支架的 薄 （选填“厚”或“薄”）玻璃板沿直线MN 垂直 放置在白纸上．若要检验玻璃板的放置是否符合要求，你的方法是： 用直角三角板的一条直角边水平放置，将另外一条直角边贴近玻璃板，若三角板的竖直直角边和玻璃板贴合，则说明玻璃板是垂直的 。要点1.玻璃板的选取要求：实验时，玻璃板的前后两个面会形成两个不重合的像，玻璃板越薄，两个像越接近重合，更容易确定像的位置．（4）实验时将 未点燃 （选填“点燃”或“未点燃”）的蜡烛B竖立在玻璃板后面移动，在蜡烛 B （选填“A”或“B”）一侧从多个方向观察，直到蜡烛B看上去与蜡烛A的像 完全重合 ，这说明物与像的 等大 ，此位置即为像的位置，记录两支蜡烛的位置，将对应点连接，并测量点到平面镜的距离．要点2.等效替代法的应用：（1）比较像与物的大小关系：用外形相同、未点燃的蜡烛B替代点燃的蜡烛A.（2）确定像的位置：用未点燃的蜡烛B代替点燃蜡烛A的像．（5）在完成上述步骤后小明发现，像和蜡烛位置的连线垂直于玻璃板，小明认为自己已经发现了平面镜成像的规律：平面镜所成的像与物体关于镜面对称。你认为小明对这一规律的总结过程是否科学合理？ 不合理 ，原因是 实验次数太少，结论不具普遍性 。（6）小王提议改变蜡烛A到平面镜的距离，仿照（4）问步骤多次实验，每次物和像的位置记录在白纸上，连接物点和对应的像点如图乙所示，由此可得出的结论是：像与物到平面镜的 距离相等 ，且它们的连线 垂直玻璃板 ．若实验中没有尺子，为了探究物、像与镜面MN′的位置关系，接下来的操作是 将每一组对应点沿着MN边对折，观察每一组对应点是否重合 。（7）想要判断蜡烛A的像是实像还是虚像，你的办法是 将玻璃板后方放置一块光屏 ，此时应从蜡烛 B（选填“A”或“B”）的这一侧观察成像情况．要点3.实像和虚像的区别：实像能在光屏上呈现；虚像不能在光屏上呈现，只能透过玻璃板看到．（8）（玻璃板平移、倾斜）（2021荆州）小明和同组小芳还进行了下列的操作：①小明仅将玻璃板从图丙的1位置向右平移至2位置时，蜡烛A的成像情况是 A （填字母）.A. 蜡烛成像仍在B处 B. 蜡烛成像在B处右侧 C. 蜡烛无法通过玻璃板成像要点4.像的位置与镜面位置的关系：平面镜成像时，像与物体关于平面镜对称，找出物体关于镜面的对称点即可判断像的位置．②（2020苏州改编）小芳将玻璃板绕底边向蜡烛A一侧倾斜如图丁，此时蜡烛A的像应是 A2 （选填“A1”“A2”或“A3”），大小变化情况是______.（9）（厚玻璃板）（2022扬州）另一小组用5 mm的厚玻璃板进行实验，将蜡烛A放在玻璃板前方，观察到A有两个像，在玻璃板后方放置蜡烛B，使之与蜡烛A较亮的像重合，在白纸上记下蜡烛A和B的位置如图戊所示，此时物到镜面的距离为 AC （选填“AC”或“AD”），像到镜面的距离为 BC （选填“BD”或“BC”）．可沿 MN （选填“MN”或“PQ”）方向移动蜡烛A多次实验，寻找普遍规律．（10）（装置改进）（苏科八上图改编） 实验完成后老师提出用方格纸和棋子进行实验如图己．①与图甲装置相比优点是 可以直接读出物距和像距的大小 （写出一条即可）.②在较暗的环境中实验时，发现棋子的像较暗时，不易辨识，联系日常照镜子的经验，解决方法是 照亮棋子 （选填“照亮棋子的像”或“照亮棋子”）.要点5.成更亮的像的方法：物体要成更亮的像，必须要有足够的光线射向平面镜.2．为了探究平面镜成像特点，小柯将一块玻璃板（如图甲）竖直架在水平台面上，再取两根完全相同的蜡烛A和蜡烛B，分别竖直置于玻璃板两侧，进行实验。（1）在实验中，小柯透过玻璃板看到了蜡烛A的2个清晰的像，如图甲，他用 　未点燃　（“点燃”或“未点燃”）的蜡烛B找到了这两个像，继续进行实验探究，这里用到了 　替代法　（“控制变量法”、“转换发”或“替代法”）；（2）小柯按照图中的测量方法，改变蜡烛A的位置，认真测量并记录了一些数据如表：物距u（cm） 5.0 6.0 7.0 8.0像距v（cm） 4.5 5.5 6.5 7.5分析实验数据，然后得出像距小于物距的结论，你认为他的测量错误的原因是：　物距是A到玻璃前面的板的距离，而像距是像到玻璃后面的板的距离，所以测量出的像距小于物距　；（3）小柯把蜡烛放在A1、A2、A3三个不同的位置多次实验如图乙，这样做的目的是 　B　；A．减小误差B．避免偶然性（4）如果玻璃板没有垂直在纸上，而是如图丙所示倾斜，蜡烛A的像应是 　A2　（“A1”、“A2”“A3”）；（5）小柯在像处放一张白纸做光屏，　不透过　（“透过”或“不透过”）玻璃板，观察光屏。若光屏上不能看见蜡烛的像，说明：平面镜成虚像；（6）小柯在实验中将玻璃板竖直向上提2cm，则蜡烛的像竖直向上移动 　A　。A．0cmB．1cmC．2cmD．4cm【解答】解：（1）在探究平面镜成像的实验中，用未点燃的蜡烛来代替点燃的蜡烛A的像，以便确定像的位置，这是利用了代替法。若蜡烛B也点燃，不易判断A的像的位置。（2）由图甲知，物距是A到玻璃前面的板的距离，而像距是像到玻璃后面的板的距离，所以测量出的像距小于物距，像距应是像到玻璃前面的板的距离。（3）图乙中，通过多次实验，记录多次物距与像距，可避免实验的偶然性，得到具有普遍性的结论，故A不符合题意，B符合题意。故选B。（4）图丙中，玻璃板倾斜放置，据平面镜成像中，像与物的连线与镜面垂直，所以像成A2处。（5）平面镜成像是光的反射形成的，透过玻璃观察，有反射光线进入人眼，仍能观察到像，所以要观察光屏上是否有像，应不透过玻璃板直接观察光屏。（6）实验中将玻璃板竖直向上提起，蜡烛的位置不变，则像的位置不变，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。故答案为：（1）未点燃；替代法；（2）物距是A到玻璃前面的板的距离，而像距是像到玻璃后面的板的距离，所以测量出的像距小于物距；（3）B；（4）A2；（5）不透过；（6）A。3．宁宁对有关光学实验进行了回顾和思考：（1）如图所示，把一个小平面镜竖直立在白纸上，在白纸上画出一条垂直于镜面的法线ON，用激光笔沿着白纸表面让光斜射到平面镜上，观察反射光。①让光沿着白纸的表面照射，这样做的目的是　显示光路　。②让光沿AO方向照射在平面镜的O点，a图能观察到反射光OB，而b图却看不到反射光OB，这说明　反射光线、入射光线、法线在同一平面内　。（2）某小组的同学在“探究平面镜成像的特点”时，将点燃的蜡烛A放在玻璃板的一侧，看到玻璃板后有蜡烛A的像（如图甲）。①此时用另一个完全相同的蜡烛B在玻璃板后的纸面上来回移动，发现无法让它与蜡烛A的像完全重合，你分析出现这种情况的原因可能是　玻璃板没有垂直于纸面　。②解决上面的问题后，蜡烛B与蜡烛A的像能够完全重合，说明　像与物的大小相等　。③图乙是他们经过三次实验后，在白纸上记录的像与物对应点的位置，他们利用和处理这张“白纸”上的信息得出了实验的结论是：a、　像与物的连线与镜面垂直　；b、　像与物分别到镜面的距离相等　。【解答】解：（1）①让光沿着白纸的表面照射，白纸能反射光，形成光路，这样实验效果更明显。②以法线ON为轴线，把纸板F向后缓慢旋转，这时不能看到反射光线OB，因为纸板没有和反射光线、法线在同一平面上，所以不能看的反射光线OB．因此这样做的目的是为了探究反射光线、入射光线、法线是否在同一平面内。（2）①实验时玻璃板要竖直放置，即垂直于桌面，如果不竖直，不论怎样移动后面的蜡烛都不可能与前面蜡烛的像完全重合，就无法比较像与物的大小。②实验时玻璃板要竖直放置，即垂直于桌面，如果不竖直，不论怎样移动后面的蜡烛都不可能与前面蜡烛的像完全重合，就无法比较像与物的大小。③本实验是探究、验证平面镜成像的特点，所成的像是虚像；像和物体各对应点的连线与平面镜垂直；像和物体各对应点到平面镜间距离相等。他们下一步应该连接像与物的对应点，判断连线与镜面是否垂直；通过归纳处理即可得出如下结论：物和像的连线与镜面垂直，物体和像到镜面的距离相等。故答案为：（1）①显示光路；②反射光线、入射光线、法线在同一平面内；（2）①玻璃板没有垂直于纸面；②像与物的大小相等；③a、像与物的连线与镜面垂直；b、像与物分别到镜面的距离相等。4．如图甲所示，小明用两支相同的蜡烛A、B、玻璃板、白纸、笔、火柴、刻度尺来探究平面镜成像特点。（1）实验中采用透明薄玻璃板代替平面镜竖直放置在水平桌面上，目的是为了便于确定 　像的位置　；（2）将点燃的蜡烛A竖直放在玻璃板前，　未点燃　（填“点燃”或“未点燃”）蜡烛B竖直在玻璃板后面移动，眼睛在蜡烛 　A　（填“A”或“B”）一侧观察，直至蜡烛B与蜡烛A的像完全重合，说明像与物体大小 　相等　。（3）改变蜡烛A的位置，进行三次实验。用直线将物和对应像的位置连接起来（如图乙），发现蜡烛A的像与蜡烛A到镜面的距离 　相等　，且它们的连线与镜面垂直。（4）实验时小明为了使成像更清晰，他选用了镀膜玻璃，且镀膜靠近蜡烛 　B　（填“A”或“B”）一侧。【解答】解：（1）实验时要把玻璃板竖直放置在水平桌面上；透明的玻璃板，可以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，确定像的位置；（2）在竖立的玻璃板前点燃蜡烛A，拿未点燃的蜡烛B竖直在玻璃板后面移动，人眼一直在玻璃板的前侧（A侧）观察，直至它与蜡烛A的像完全重合，说明像与物大小相等，这种确定像与物大小关系的方法是等效替代法；（3）改变蜡烛A的位置，进行三次实验。用直线将物和对应像的位置连接起来，如图乙所示，发现像与物到平面镜的距离相等，且它们的连线与镜面垂直；（4）平面镜成像原理是光的反射，因此用一面镀了膜的玻璃板做实验时，镀膜的一面应该朝向B，靠近B，一侧放置，一面镀膜的玻璃板反射能力比较强，成像比较清晰，便于测量物距和像距。故答案为：（1）像的位置；（2）未点燃；A；相等；（3）相等；（4）B。5．在“探究平面镜成像的特点”实验中：（1）琳琳同学准备了白纸、玻璃板、光屏和A、B两只完全相同的蜡烛，还需要的测量工具是 　刻度尺　；（2）在玻璃板前放置点燃的蜡烛A，拿蜡烛B在玻璃板后面移动，人眼应在玻璃板的 　A一侧　（选填“A一侧”或“B一侧”）观察，使蜡烛B与蜡烛A的像完全重合，实验中发现无论怎样移动蜡烛B也不能与蜡烛A的像完全重合，造成这种现象的原因是 　玻璃板没有与纸面垂直放置　；（3）要判断所成的像是实像还是虚像，下列操作方法正确的是 　A　；（填序号）A.将光屏放在未点燃蜡烛位置，直接观察光屏上是否成像B.将光屏放在点燃蜡烛的位置，直接观察光屏上是否成像C.将光屏放在未点燃蜡烛位置，透过玻璃板观察光屏上是否成像（4）小芳改进了实验，将玻璃板和蜡烛下面的白纸换成方格纸重复上述（2）的做法，其主要目的是便于 　便于探究像和物与平面镜的位置关系　；（5）按照正确的实验方法，改变蜡烛A的位置，测量并记录了一组数据，如表所示：物距u（cm） 5.0 6.0 7.0 8.0像距v（cm） 4.5 5.5 6.5 7.5然后得出像距小于物距的结论，错误原因在于 　像距测量错误，忽略了玻璃板的厚度　。【解答】解：（1）在“探究平面镜成像的特点”实验中要测量物体和所成像到平面镜的距离，根据已给出的实验器材判断还缺少的测量工具是刻度尺；（2）根据平面镜成像属于光的反射，实验时，将方格纸平铺在水平桌面上，在玻璃板前放置点燃的蜡烛A，将完全相同未点燃的蜡烛B放在玻璃板后并移动，人眼应在蜡烛A一侧观察蜡烛A所成的像；实验时，玻璃板应与纸面垂直放置，否则成的像偏高或偏低，实验中无论怎样移动蜡烛B，都不能与蜡烛A的像重合，原因可能是玻璃板没有与水平桌面垂直放置；（3）平面镜所成的像是虚像，所以不会出现在光屏上，所以应将光屏放在未点燃蜡烛位置，直接观察光屏上是否成像，若成像，则说明是实像，若不成像，则说明是虚像，故选A；（4）若将玻璃板和蜡烛下面的白纸换成方格纸进行实验，这种做法的优点是便于探究像和物与平面镜的位置关系；（5）测量时把A的像到玻璃板靠近蜡烛B的一面的距离作为像距，像距测量错误，忽略了玻璃板的厚度。故答案为：（1）刻度尺；（2）A一侧；玻璃板没有与纸面垂直放置；（3）A；（4）便于探究像和物与平面镜的位置关系；（5）像距测量错误，忽略了玻璃板的厚度。6．小明用如图甲所示器材探究平面镜成像的特点，其中蜡烛A、B完全相同。（1）小明移动蜡烛B，当蜡烛B与蜡烛A的像完全重合时，移去蜡烛B，在其位置上放一光屏，光屏上 　不能　（选填“能”或“不能”）承接到蜡烛A的像。（2）实验中小明发现蜡烛A的像不清晰，于是他将蜡烛B也点燃，用来增加像的亮度，这样 　不能　（选填“能”或“不能”）使看到的像更清晰。（3）小亮认为：物体离平面镜越近，成的像越大。为了证实自己的想法，他选取了薄透明平板玻璃、相同的短蜡烛A和B、相同的长蜡烛C和D等器材，进行了如下实验：①如图乙所示，将蜡烛A放在玻璃前面20cm处，将蜡烛B放在玻璃后面适当位置，观察到其与蜡烛A的像完全重合。②如图丙所示，将蜡烛C放在玻璃前面10cm处，将蜡烛D放在玻璃后面适当位置，观察到其与蜡烛C的像完全重合。③由蜡烛D比B长，得出蜡烛C的像比A的像也长，进而证明了“物体离平面镜越近，成的像越大”的结论。小亮认为他通过实验证明了自己的错误想法，请指出实验中出现的问题：　没有控制蜡烛的长度相同　。【解答】解：（1）移去蜡烛B，在原位置放一光屏，从光屏一侧看，光屏上却看不到蜡烛A的像，说明平面镜成的是虚像；（2）在实验中，用一支相同的蜡烛放在玻璃板的另一侧，是为了确定像的位置和比较像的大小，若将另一侧的蜡烛点燃，结果使得玻璃后面太亮，更不容易看清反射光，所以像会更不清晰；（3）据平面镜成像特点可知，平面镜所成像的大小与物体大小有关，而小亮在实验中，将蜡烛C放在玻璃前面10cm处，改变了蜡烛到镜面的距离，但由于没有控制蜡烛的长度不变，所以导致他得出“物体离平面镜越近，成的像越大”的错误结论。故答案为：（1）不能；（2）不能；（3）没有控制蜡烛的长度相同。7．小红同学为了探究“平面镜成像特点”，所用的实验器材有：5mm厚单面镀膜的玻璃板、支架、两个相同的跳棋、白纸和刻度尺。实验装置如图甲所示。

（1）使用玻璃板代替平面镜的目的是：　便于确定像的位置　；在白纸上画一条直线，将玻璃板垂直立在白纸上，使玻璃板有镀膜那一面的下边线与直线重合；（2）在同样实验环境下，单面镀膜玻璃板比普通玻璃板成像更清楚，主要原因是：　镀膜增强了对光的反射　；（3）用跳棋代替蜡烛做实验的优点是 　所成的像更稳定　；（4）在白纸上沿跳棋A和B的边缘画圆，测出物距u和像距v的值如表：实验次数 1 2 3物距u/cm 3.39 5.11 6.39像距v/cm ？ 5.22 6.51①如图乙所示，每次实验测量的物距是A的右端到直线的距离，则像距v1＝　3.50　cm；②小红测量记录了多次实验中蜡烛和像的位置。下列实验中与小红多次实验目的不同的是 　B　；A.探究光的反射定律B.用刻度尺测橡皮的长度C.探究光的折射规律（5）小明同学按照甲图实验，当他让玻璃板沿白纸上所画的直线方向水平向右移动，结果他发现镜中的A的像相对于A 　不　（选填“向右”、“向左”或“不”）移动。【解答】解：（1）使用透明玻璃板是采用其透光的优点，使眼睛在蜡烛A一侧能看到物体A的像，同时还能看到代替物体A的另一个物体B，便于确定像的位置，便于比较物像大小关系；（2）在同样的实验环境下，用镀膜玻璃板实验比用普通玻璃板实验成像更清楚，主要原因是：镀膜增强了对光的反射；（3）用跳棋代替蜡烛做实验的优点是所成的像更稳定；（4）①由图知：第1次实验测量的物距是A的右侧到直线的距离，像与物关于镜面对称，所以像距应为B的左端到直线的距离，刻度尺一个大格间由十个小格，所以分度值是1mm，像距为3.50cm；②在白纸上记录了多次实验中蜡烛和像的位置是为了获得普遍的规律；AC、在探究光的反射定律和光的折射规律的实验中，多次实验是为了获得普遍的规律；B、在用刻度尺测橡皮的长度的实验中，多次实验是为了求平均值来减小误差；综上所述，与小红多次实验目的不同的是B；（5）让玻璃板沿白纸上所画的直线方向水平向右移动，根据物像到平面镜的距离相等，A的像和平面镜之间的距离也不变，所以他发现镜中的像相对于A不移动。故答案为：（1）便于确定像的位置；（2）镀膜增强了对光的反射；（3）所成的像更稳定；（4）①3.50；②B；（5）不。

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