Question

1．在研究小孔成像綜合實(shí)踐活動(dòng)中，小明同學(xué)用易拉罐做小孔成像實(shí)驗(yàn)，他在空易拉罐底部的中央，用釘子戳一個(gè)小孔，將易拉罐的頂部剪去后，蒙上一層半透明塑料薄膜．
（1）小明把易拉罐正對(duì)著點(diǎn)燃的蠟燭（如右上圖所示），則在半透明紙上會(huì)看到蠟燭的倒立（正立/倒立）的像．該實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在較暗（亮/暗）的環(huán)境下進(jìn)行．
（2）小明實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)小孔成像的大小會(huì)變化，于是他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究小孔所成像的大小與哪些因素有關(guān)．他猜想所成像的大小可能與蠟燭到小孔的距離、物體的高度以及像到小孔的距離有關(guān)．于是他用同一支蠟燭實(shí)驗(yàn)，且保持蠟燭到小孔的距離不變，在多次改變小孔到半透明紙之間的距離時(shí)，他測(cè)出了像的高度（見下表）．

小孔到半透明紙的距離s/cm	2.0	4.0	6.0	8.0	10.0
像的高度h/cm	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0

①?gòu)纳媳碇袛?shù)據(jù)可以看出：當(dāng)蠟燭和小孔的距離保持不變時(shí)，半透明紙離小孔越遠(yuǎn)，所成的像越大．
②通過實(shí)驗(yàn)，小明得到了正確的結(jié)論后很高興．但他又想，像的大小會(huì)不會(huì)跟蠟燭離小孔的距離有關(guān)呢？在設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)小明應(yīng)注意控制物體的高度、小孔到半透明紙的距離不變．
③小明發(fā)現(xiàn)小孔會(huì)成上下顛倒的像，他想小孔成的像會(huì)不會(huì)左右也相反呢？為了驗(yàn)證這個(gè)說法，他準(zhǔn)備制作一個(gè)LED燈組作為物體進(jìn)行研究，下列關(guān)于LED燈組制作形狀的選擇最適合的是D（A/B/C/D）．

（3）在活動(dòng)中，與小明同在一個(gè)活動(dòng)小組的同學(xué)提出了一個(gè)現(xiàn)象：在樹蔭下玩耍時(shí)發(fā)現(xiàn)地上有許多圓形和非圓形的光斑．大家分析認(rèn)為樹葉間有縫隙，相當(dāng)于小孔，陽(yáng)光透過小孔成的是太陽(yáng)的像，應(yīng)該是圓形的，怎么會(huì)出現(xiàn)非圓形的呢？經(jīng)過思考小星猜想；非圓形的光斑可能是由于小孔太大造成的；小明猜想：非圓形的光斑可能是由于小孔離地面太近造成的．為此他們又進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：（一）在卡片紙上挖一方形小孔，在地面上放一白紙作為光屏；讓太陽(yáng)光穿過小孔，移動(dòng)卡片紙，在光屏上形成圓形光斑，測(cè)出卡片紙離光屏的距離為s；（二）讓卡片紙逐漸靠近光屏，發(fā)現(xiàn)像由圓形慢慢變成方形；（三）保持卡片紙離光屏的距離s不變，逐漸增大方形孔，發(fā)現(xiàn)像由圓形慢慢變成方形．
①通過以上探究證實(shí)了兩人（小星/小明/兩人）的猜想是正確的．
②小明通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)小方孔的邊長(zhǎng)一定時(shí)，若卡片紙到地面的距離大于某一個(gè)值（通常稱為臨界值）時(shí)，光斑是圓形；而當(dāng)卡片紙到地面的距離小于臨界值時(shí)，光斑開始變成方形，且通過實(shí)驗(yàn)收集了下表所示數(shù)據(jù)．通過數(shù)據(jù)分析可知：臨界值s和小方孔的邊長(zhǎng)a之間的數(shù)量關(guān)系為s=（200）a²，由此可知，如果小方孔的邊長(zhǎng)為2.0cm，則卡片紙到地面的距離至少為800cm時(shí)才能看到圓形的光斑．

小方孔的邊長(zhǎng)a/cm	0.2	0.4	0.6	0.8
臨界值s/cm	8	32	72	128

Answer 1

分析 （1）物體發(fā)出或反射的光通過小孔后，在小孔后面的光屏上形成倒立的實(shí)像，這就是小孔成像；實(shí)驗(yàn)時(shí)，成像的物體和環(huán)境對(duì)比度越大，成像物體越亮，像越清晰．
（2）①小孔成像成的是倒立的像，像的大小與物到孔的距離、孔到薄膜的距離有關(guān)；孔到薄膜的距離一定時(shí)，物到孔的距離越大，所成的像越�。�
②小孔成像中，像的大小與蠟燭的大小、蠟燭到小孔的距離、小孔到半透明紙的距離有關(guān)，研究與其中某一個(gè)因素的關(guān)系時(shí)，采用控制變量法的思想．
③小孔會(huì)成上下顛倒、左右相反的像，所以根據(jù)圖形中字母顛倒后的形狀分析即可判斷．
（3）①根據(jù)實(shí)驗(yàn)控制的變量分析實(shí)驗(yàn)步驟，然后得出結(jié)論．
②分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出s與a的關(guān)系，然后分析答題．

解答 解：（1）蠟燭在塑料薄膜上所成的像是實(shí)像，其成像的原理是光的直線傳播；燭焰是成像物體，在明亮的環(huán)境中，燭焰和明亮環(huán)境的對(duì)比度降低，成像不太清晰．故該實(shí)驗(yàn)在較暗的環(huán)境下效果更好．
（2）①?gòu)谋碇械臄?shù)據(jù)可以看出，當(dāng)蠟燭和小孔的距離保持不變時(shí)，半透明紙離小孔越遠(yuǎn)，所成的像越大．
②根據(jù)控制變量法的思想，小明在探究像的大小會(huì)不會(huì)跟蠟燭離小孔的距離有關(guān)時(shí)，應(yīng)該控制蠟燭的高度和小孔到半透明紙的距離不變．
③A、X形狀的光源，顛倒后，形狀和原來是一樣的，所以不能明顯的表現(xiàn)出上下顛倒的特性，故A錯(cuò)誤；
B、H形狀的光源，顛倒后，形狀和原來是一樣的，所以不能明顯的表現(xiàn)出上下顛倒的特性，故B錯(cuò)誤；
C、W形狀的光源，左右顛倒后，形狀和原來是一樣的，所以不能明顯的表現(xiàn)出上下顛倒的特性，故C錯(cuò)誤；
D、L形狀的光源，上下顛倒、左右顛倒后，形狀和原來都是不一樣的，所以能明顯的表現(xiàn)出小孔成像的特性，故D正確；
（3）①保持孔的大小與形狀不變，讓卡片紙逐漸靠近光屏，發(fā)現(xiàn)像由圓形慢慢變成方形，說明光斑的形狀與孔到光屏的距離有關(guān)，說明小強(qiáng)的猜想是正確的；
保持卡片紙離光屏的距離s不變，逐漸增大方形孔，發(fā)現(xiàn)像由圓形慢慢變成方形，說明光斑的形狀與孔的大小有關(guān)，證明小林的猜想是正確的；
由以上分析可知，小星與小林兩人的猜想都是正確的；
②由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，a變?yōu)樵瓉淼?、3、4倍時(shí)，s變?yōu)樵瓉淼模?、9、16倍，說明s與a的平方成正比，設(shè)s=ka²，將a=0.2cm、s=8cm代入解得：k=200/cm，
則臨界值s和小方孔的邊長(zhǎng)a之間的數(shù)量關(guān)系為s=200a²；如果小方孔的邊長(zhǎng)為2.0cm，s的臨界值：s=200a²=200/cm×（2.0cm）²=800cm，
則卡片紙到地面的距離至少為800cm時(shí)才能看到圓形的光斑；
故答案為：（1）倒立；暗；
（2）①大；②物體的高度；小孔到半透明紙的距離；③D；
（3）①兩人；②200；800．

點(diǎn)評(píng) 此題主要考查小孔成像的原理和像的特點(diǎn)，重點(diǎn)是小孔、蠟燭、薄膜三者之間的位置關(guān)系和大小變化規(guī)律，屬于光學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)掌握．