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    给你一支铅笔、一块海绵、一个平底透明的玻璃杯、一块平面镜、足够的水.请任选其中的器材,分别设计一个力和光的物理小实验(与示例不同),简要写出实验过程及能说明的物理知识.
    示例:用力压海绵,发现海绵凹陷下去了,说明力可以改变物体的形状.
    力的实验:______;
    光的实验:______.
    本题信息:2010年衡阳物理问答题难度一般 来源:未知
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本试题 “给你一支铅笔、一块海绵、一个平底透明的玻璃杯、一块平面镜、足够的水.请任选其中的器材,分别设计一个力和光的物理小实验(与示例不同),简要写出实验过...” 主要考查您对

平面镜成像的特点和原因

光的折射规律及其应用

凸透镜对光的作用

影响压力的作用效果的因素

大气压强的存在及应用

物体运动状态的变化

力的作用效果

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
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  • 物体运动状态的变化
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平面镜成像的特点:
①像和物体大小相等
②像和物体到镜面的距离相等
③像和物体的连线跟镜面垂直
④物体在平面镜中所成的像是虚像
以上可以缩句为:“物像等大、连线垂直、等距虚像”。

平面镜成像的原理:
   平面镜所成的像是物体发出(或反射)的光线射到镜面上发生反射,由反射光线的反向延长线在镜后相交而形成的,如图所示。点光源s在镜后的像s’并不是实际光线会聚形成的,而是由反射光线的反向延长线相交形成的,所以s’叫做s的虚像。如果把光屏放在s’处,是接收不到这个像的,所以虚像只能用眼睛看到,而不能成在屏上

解释:
      照镜子就是这样的原理。可以说,只要利用到平面镜,就一定是反射。 平面镜中的像是由光的反射光线的延长线的交点形成的,所以平面镜中的像是虚像。虚像与物体等大,距离相等。像和物体的大小相等。所以像和物体对镜面来说是对称的。 根据平面镜成像的特点,像和物的大小,总是相等的。无论物体与平面镜的距离如何变化,它在平面镜中所成的像的大小始终不变,与物体的大小总一样。但由于人在观察物体时都有“近大远小”的感觉,当人走向平面镜时,视觉确实觉得像在“变大”,这是由于人眼观察到的物体的大小,不仅仅与物体的真实大小关于,而且还与“视角”密切相关。从人眼向被观察物体的两端各引一条直线,这两条直线的夹角即为“视角”,如果视角大,人就会认为物体大,视角小,人就会认为物体小。当人向平面镜走近时,像与人的距离小了,人观察物体的视角也就增大了,因此所看到的像也就感觉变大了,但实际上像与人的大小始终是相等的,这就是人眼看物体“近大远小”的原因。这正如您看到前方远处向您走来一个人一样,一开始看到是一个小黑影,慢慢变得越来越大,走到您面前时更大,其实那一个小黑影和走到您面前的人是一样大的,只是因为视觉的关系,平面镜成像的像和物关于镜面对称,因此人逐渐靠近镜面。像也一定逐渐靠近镜面,人的感觉是“近大远小”,这是一种视觉效果。

小孔成像及平面镜成像的区别

探究平面镜成像的科学方法:
     在做平面镜成像的实验中,用玻璃板代替平面镜是因为平面镜成的像是虚像,无法用光屏承接,我们用未点燃的蜡烛去代替像的原因是因为像是虚像,我们没有办法确定它在哪里,用蜡烛与像重合,也就确定了像的大小及位置,我们这样确定像凭的是视觉效果相同,这种方法叫等效替代或等效代换。

有关成像规律的计算
     根据平面镜的成像特点可知:像和物关于平面镜是对称的,由于物体到镜面的距离和像到镜面的距离相等,则物体到镜面的距离变化了多少,像到镜面的距离也变化多少。若变化的时间相等,则物体移动的速度和像移动的速度相等,像相对于物体的速度是物体速度的2倍。
   例一个人站在镜子前2.5m的地方,则人和像的距离为__m,人向前1m,则人和像之间的距离缩短了__m,此人在镜子中的像的大小将__ (填“变大”、“变小”或“不变”)。
解析  根据平面镜成像的特点,人和像的距离应为2.5×2=5m。人向前1m,像也向前1m,故两者距离缩短2m。像的大小始终与人等大。
答案 5  2 不变

用对称法解决平面镜成像的作图
    对称思想作为一种科学研究思想,应用于平面镜解题时,可启发直觉思维,使许多问题不必进行全面周全的论述,借助于对称性即可直接做出判断。
   平面镜的成像特点是:像和物的大小相等;它们到平面镜的距离相等;像和物的连线与平面镜垂直。像和物关于平面镜是对称的,这种对称性广泛地应用在了平面镜作图上。如图所示,是关于平面镜成像的几个变式。不管物体如何复杂,平面镜位置如何变化,还是考查角度如何变化,但有一条始终不变,那就是像和物的“对称性”。

例1:请在图中画出物体AB在平面镜中所成的像A’B’。

解析:根据平面镜成像特点:像与物大小相等,连线与平面镜垂直,关于平面镜对称,成的像是虚像。分别作A、B相对平面镜的对称点A’、B’,再用虚线连接 A’B’。
答案:如图所示

例2:如图所示,物体位于平面镜前方A点,眼睛位于平面镜前方C点。请作出物体发出的光线经平面镜反射后进入眼睛的光路图。

解析:(1)过A点作MN的垂线AE,延长AE至 A',使A'E=AE,A’为物A的像。
(2)连接A'C与MN交于0点,0点为入射点(DC 是反射光线)。
(3)连接AO,并在AO、OC上画出箭头表示光的传播方向,AO就是入射光线,OC是经平面镜反射通过眼睛的光线。
答案:如图所示


巧解平面镜的时钟问题
(1)逆向读法
  根据平面镜成像规律和成像性质,镜中“钟面”与实际钟面总是相对于平面镜对称。即实际时钟(如图甲所示)的指针按顺时针方向走动时,镜中“钟面”内表示钟点的数字是按上“12”、下“6”、左“3”和右“9”排列。如图乙所示的实际时刻为7:30。

(2)还原法
由平面镜成像的性质,镜叶1“钟面”与实际钟面左右对称。因此,镜中“钟面”的“背面”与实际钟面相对应.即还原出一个实际的钟面。这样,对印刷在书籍或试卷上的镜中“钟面”,只要从其背面对着光亮处透视 “钟面”并直接从中读取钟点数,即为实际钟点数?如图乙所示镜中“钟面”读得实际点数为7:30.
(3)对称作图法根据平面镜成像性质——像与物左右对称。.镜中 “钟面”内的“指针”位置与实际钟面内的指针位置对称。因此,求解这类“镜中时钟”问题,只要由镜中“钟面”作出以上“12”下“6”为对称轴的指针位置图形,再对作出的图形按实际钟面读出钟点数。图所示虚线为实线所示镜中“指针”的左右对称图形,读得实际钟点数为9:40。

等效替代法探究平面镜的成像特点
   等效替代法就是在保证某一方面效果相同的前提下,用理想的、熟悉的、简单的物理对象、物理过程、物理现象替代实际的、陌生的、复杂的物理对象、物理过程、物理现象的思想方法。主要有:物理模型的等效替代,物理过程的等效替代,作用效果的等效替代以及物理图形的等效替代等形式例小红同学在做“探究平面镜成像”的实验时,将一块玻璃板竖直放存水平台上,再取两段完全相同的蜡烛。A和B,点燃玻璃板前的蜡烛A,进行观察,如图所示,在此实验中:

(1)小红选择玻璃板代替镜子进行实验的目的是______________。
(2)刻度K的作用是便于比较像与物________________。
__关系。
(3)选取两段完全相同的蜡烛是为了比较像与物的__关系。
(4)移走后面的蜡烛B,并在其所存位置上放一光屏,则光屏上____接收到蜡烛烛焰的像(选填 “能”或“不能”)。所以平面镜所成的像是____ (选填“实”或“虚”)像。
(5)小红将蜡烛A逐渐远离玻璃板时,它的像的大小(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(6)在玻璃板的同一侧,该同学通过玻璃看到了同一个蜡烛的两个像,产生这种现象的原因是_____。
解析:研究平面镜成像特点时,要研究像的大小、倒正及到平面镜的距离关系等,采用玻璃板的目的是利用了玻璃板能透光,在物A侧能观察到另一侧的情况,这样当A的像与另一侧B重合时,说明B所在位置就是A的像的位置,观察像与物的大小关系,并用刻度尺测出A、B分别到平面镜的距离,就可判断两距离大小和像的大小。当取走B,放上光屏时,在光屏上得不到像,而只能用眼睛存物一侧观察玻璃板才能看到,所以说平面镜所成的像是一个正立、等大的虚像,当物体逐渐远离平面镜时,像的大小不变。
答案:(1)能准确找到像的位置 (2)到平面镜的距离 (3)大小 (4)不能  虚 (5)不变 (6)玻璃的两个表面同时发生反射,各成一个像

同一物体靠近或远离平面镜时,像的大小变化问题
  物体在平面镜中成的是正立的虚像,像与物体大小相等,即像的大小与物体的大小有关,与物体距平面镜的远近、平面镜的大小等因素无关。
例:某同学从远处走向一面穿衣镜,他住镜中像的大小及像和人之问的距离的变化情况正确的是 (  )
A.像大小不变,像和人之问的距离变小
B.像变大,像和人之间的距离变大
C.像变大,像和人之间的距离变小
D.像大小不变,像和人之间的距离不变
解析:像的大小与物体到平面镜的距离无关,我们平常说的所谓远小近大,只是人的视觉造成的错觉。根据平面镜成像特点可以知道,像和物大小相等,像和物到镜面的距离相等。因为该同学的大小没有变化,所以像大小小变;而该同学到平面镜的距离在变小,所以像到平面镜的距离也在变小,从而像和人之间的距离在变小。
答案:A
基本概念:
意义 表示 图示
入射光线 射向界面的光线 AO
折射光线 进入另一种介质的光线 OB
法线 与分界面垂直的虚线 MN
入射角 入射光线与法线的夹角 ∠AOM
折射角 折射光线与法线的夹角 ∠NOB

内容:
  光发生折射时,折射光线、入射光线、法线在同一平面内;折射光线和入射光线分居法线两侧;当光线从空气斜射入其他透明介质时,折射角小于入射角,如图甲所示;当光线从其他透明介质斜射入空气时,折射角大于入射角,如图乙所示。


规律总结:
不论是光线从空气斜射人其他介质,还是从其他介质斜射入空气,空气中的“角”总是大于其他介质中的“角”。
会聚作用:
1. 让一束跟主光轴平行的光射向凸透镜,观察到折射光线为会聚光束(如图甲所示),即凸透镜对光有会聚作用。


2. 会聚作用是指凸透镜对光线的作用。通过凸透镜的折射光线相对入射光线而言,是会聚了一些或发散程度减小了一些,如图甲。凸透镜不仅对平行光束有会聚作用,对发散光束也有会聚作用。“会聚作用”并不等于通过凸透镜后的折射光线都是会聚光束。

三条特殊的光线:
①平行主光轴的光线经透镜折射后通过焦点
②过光心的光线经透镜折射后方向不变
③过焦点的光线经透镜折射后平行于主光轴

凸透镜对光线的作用:
凸透镜对光线的作用可用棱镜对光线的偏折作用说明:如图


光束:
1.平行光束
平行光束是指截面积不发生变化的光束。平行光束由平行光线组成,由于太阳离我们非常远,所以太阳光发出的射到地球的光束我们认为是平行光束(如图所示):


2. 会聚光束
会聚光束是指光束的截面积不断减小的光束。会聚光束由会聚光线组成(如图所示)。


3.发散光束
发散光束是指光束的截面积不断扩大的光束。发散光束由发散光线组成。由一个点光源产生的一束光就是发散光束(如图所示)。

影响因素:
压力的作用效果不仅跟压力的大小有关,还跟受力面积的大小有关。

说明:
①啄木鸟的嘴能啄破树皮,骆驼的脚会往沙地中陷入一些,都是压力作用效果的表现。
②两个体重差不多的人在雪地里,行走的人陷到雪地里,而穿滑雪板的人没有陷入雪地中,这表明受力面积不同,压力作用效果不同。
控制变量法探究压力的作用效果与哪些因素:
    有关例在探究“压力的作用效果跟什么因素有关”的实验中,某同学做了如图所示的实验。比较实验的甲、乙两图可得压力的作用效果与__有关;比较乙、丙两图可得压力的作用效果与__ 有关。
解析:力可以使物体发生形变,所以通过观察,三次实验中泡沫塑料的形变,即可显示出压力作用效果。
①在研究压力作用效果与压力大小关系时,使受力面积的大小保持不变,如图甲、乙,可以发现压力越大.效果越明显。
②在研究压力作用效果与受力面积的关系时,保持压力的大小不变,如乙、丙图,可以发现受力面积越小,效果越明显。
答案:压力的大小  受力面积的大小
大气压强:
定义 大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压或气压
产生原因 包围地球的空气由于受到重力的作用,而且能够流动,因而空气对浸在它里面的物体产生压强,空气内部向各个方向都有压强,且空气中某一点向各个方向的压强大小相等
存在证明 ①马德堡半球实验②覆杯实验 ③瓶吞鸡蛋实验
应用 生活中:①钢笔吸墨水②吸管吸饮料 ③针管吸药液④瓷砖上的塑料吸盘
生产中:①活塞式抽水机②离心式水泵

利用大气压的知识解释有关现象:
     在实际生活和生产中有许多利用大气压来工作的装置和现象,如钢笔吸墨水、抽水机抽水、高压锅的设计等.利用这些知识还可以解释许多生活中的相关现象,例如用吸管喝饮料,当用力吸吸管时,吸管内的压强减小,饮料就在外界大气压的作用下被压进吸管,从而喝到饮料,而并非我们平常说的吸进。
生活实验证明大气压存在:
实验一:模拟马德堡半球实验
    两个皮碗口对口挤压,然后两手用力往外拉,发现要用较大的力才能拉开。马德堡半球实验和模拟实验的共同点是:将金属球内和皮碗内的空气抽出或挤出,使金属球内和皮碗内空气的压强减小,而外界的大气压强就把它们紧紧地压在一起,要用较大的力才能拉开,这就有力证明了大气压强的存在。

实验二:“瓶吞蛋”实验
   用剥了壳的熟鸡蛋堵住广口瓶口,实验前用手轻轻用力,不能将鸡蛋完整地压入瓶内。再将点燃的棉球扔入装有细沙(防止烧裂瓶底)的瓶中,迅速将该熟鸡蛋塞住瓶口,待火熄灭后,观察到鸡蛋“嘣”的一声掉入瓶内。上述实验,由于棉花燃烧使瓶内气压升高,而骤冷又会使气压迅速降低,当瓶内压强小于瓶外大气压强时,鸡蛋在大气压强的作用下,被压入瓶内。

实验三:“覆杯”实验
    玻璃杯内装满水,用硬纸片盖住玻璃杯口,用手按住,并倒置过来,放手后,整杯水被纸片托住,纸片不掉下来。该实验玻璃杯内装满水,排出了空气,杯内的水对纸片向下的压强小于大气对纸片向上的压强,因而纸片不掉下来。分析上述三个实验,不难理解大气压强存在问题。更深入研究:“瓶吞蛋”表明大气竖直向下有压强,“覆杯实验”表明大气向上有压强。因而显示出大气压强的特点:大气向各个方向都有压强。

运动状态:
是指物体进行机械运动时相对某个参考系的运动速度的状态。

运动状态的物理含义:
    运动状态的内容包括:物体的运动速度(单位时间内物体位矢的变化量(dr/dt),即单位时间内物体的位移)与物体的运动方向。当然,静止或运动也属于其包含范围。说到运动状态,离不开参考系的选定。描述物体的运动状态时要指定参考系。所以说,当物体的从快到慢,从慢到快或从静止到运动时(速度发生变化)我们就说物体的运动状态发生改变。同样,当物体向左转,向上转(物体的运动方向发生变化)时我们也可以说物体的运动状态发生改变。


物体运动状态的改变包括下列三种情况:
①运动快慢的改变②运动方向的改变③运动的快慢和方向都改变。


力的作用效果:
1.力可以改变物体的运动状态

2.力可以改变物体的形状


对作用效果的理解:
1.力可以改变物体的运动状态

 (1)物体运动状态的改变分为三种情况:
一是物体运动方向不变速度大小发生改变,如物体从快到慢、从慢到快、从静止到运动和从运动到静止都是速度大小在改变;
二是物体运动的速度大小不变,运动方向发生改变,如左转弯、右转弯等都是说明其运动方向在改变;三是物体运动速度大小和运动方向同时发生了改变。

(2)力可以改变物体运动状态并不是说物体只要受力,其运动状态就一定要改变,“可以”不是“一定”。如放在水平面上的物理课本,受到重力和支持力的作用处于静止状态。

2.力可以改变物体的形状

用手拉弹簧使弹簧变长了;揉面时,面团形状不断变化;刀片能划破纸;射箭时,拉弯了的弓等等都表明力可以使物体的形状发生改变。

3. 说明:
(1)一个物体只要发生了运动状态的改变或形状的改变,这个物体就一定受到力的作用;
(2)一个物体若受到了力(合力不为0)的作用,则物体要么改变了形状,要么改变了运动状态,要么两者都发生了改变。要根据题意判断是哪一种情况,不能盲目地下结论.


控制变量法研究力的作用效果:
在探究力的作用效果与哪些因素有关时就用到了控制变量法。
例1:如图所示,使一薄钢条的下端固定,现分别用不同的力去推它,使其发生(1)、(2)、(3)、(4)各图所示的形变,如果F1=F3=F4>F2,那么能说明力的作用效果跟力的作用点有关的是(  )

A.图(1)和(2)
B.图(1)和(3)
C.图(1)和(4)
D.图(2)和(3)

解析:力的作用效果跟力的大小、方向、作用点有关。当力的方向和作用点相同时,力的作用效果跟力的大小有关,见图(1)和(2);当力的大小和力的作用点相同时,力的作用效果跟力的方向有关,见图(1) 和(3);当力的大小和方向相同时,力的作用效果跟力的作用点有关,见图(1)和(4),因此本题选C。
答案:C

例2:为了探究力能否使物体发生形变,小林把玻璃瓶装满水,然后用带有细玻璃管的橡胶塞塞紧瓶口,组装好的实验装置如图所示。其中,细玻璃管上有刻度,便于观察细玻璃管内水面的变化。小林用力挤压玻璃瓶壁,发现细玻璃管内水面上升了。于是他得出结论:细玻璃管内水面上升,表明是由于手挤压玻璃瓶壁时,瓶内水的温度升高所致,因此不能说明力使玻璃瓶发生了形变。要求只利用如图所示的装置,通过实验证明力能使玻璃瓶发生形变。请你写出主要实验步骤和相应的实验现象。

解析:用力挤压玻璃瓶壁,可以看到细玻璃管内的水面上升,水面上升的高度记为h1,松手后细玻璃管内的水面迅速回到原位置。再用较小的力挤压玻璃瓶壁,可以看到细玻璃管内的水面也上升,水面上升的高度记为h2,且h2小于h1。这说明力的作用使玻璃瓶发生了形变。


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