Question

5．小楠同学是一个喜欢思考和创新的学生，学习了光学知识后：

（1）在如图1所示的“探究平面镜成像规律”实验中，采用透明玻璃板代替平面镜来完成探究活动，虽然成像不如平面镜清晰，但却能在观察到A蜡烛像的同时，也能观察到B蜡烛，这是为了能确定像的位置；
（2）当点燃的蜡烛放在玻璃板前20cm的A处时，玻璃板后B处的蜡烛好像也被“点燃”了；移去B处的蜡烛，取一光屏放在B处，发现光屏上并没有出现蜡烛的像，这说明平面镜所成的像是虚像；
（3）将玻璃板移走，在玻璃板位置放一凸透镜，B处放一光屏，发现光屏上恰好成清晰的倒立、等大的蜡烛像，则该凸透镜的焦距为10cm．
学完了热学知识后，小楠想不同种类物质的吸热能力是否会不同呢？于是他取了沙子和水这两种不同物质，从而研究它们吸热能力的差异．他设计了如图甲所示的实验装置．使用的实验器材有：两个完全相同的酒精灯，两个完全相同的金属盒，两支完全相同的温度计等．
在完成每一个实验步骤时要考虑很多问题，下面是小楠同学的实验步骤，请根据要求补充完成：
（4）先测量质量（选填“体积”或“质量”）相同的水和沙子；
（5）在实验时只要控制加热时间 （选填“加热时间”或“温度变化”）相同就可以确定水和沙子吸收了相同的热量；加热完成后只要比较他们温度变化（选填“加热时间”或“温度变化”）的多少就可以比较出沙子和水吸热能力差异；
（6）根据小楠同学得出的结论，结合图乙的信息，此时是中午（选填“中午”或“夜晚”）．

Answer 1

分析 （1）实验中用透明的玻璃板代替平面镜，是为了便于确定像的位置；
（2）实像能用光屏承接，虚像不能用光屏承接．
（3）根据凸透镜成像的规律及其应用之一：u=2f，成倒立等大的实像，可以确定凸透镜的焦距．
（4）探究不同种类物质的吸热能力，需要控制物质的质量相同；
（5）水和沙子吸收了热量的多少是通过控制酒精灯的加热时间体现的，通过比较温度的变化，得出相应的结论；
（6）分析图中海水和沙滩温度的高低判断是中午还是夜晚．

解答 解：
（1）实验中用透明的玻璃板代替平面镜，是为了便于确定像的位置；
（2）蜡烛在平面镜中成虚像，将光屏放在像的位置，在光屏上不能成像，在像的一侧观察将看不到烛焰的像．
（3）由题意可知，此时物距为20cm，光屏上恰好成清晰的倒立、等大的蜡烛像，根据凸透镜成像的规律可知，此时的物距等于二倍焦距，即20cm=2f，所以凸透镜的焦距是10cm．
（4）探究不同种类物质的吸热能力是否会不同，需要控制水和沙子的质量相同．
（5）由于两个酒精灯、两个金属盒都完全相同，所以，在实验时只要控制加热时间相同，就可以确定水和沙子吸收了相同的热量；加热完成后只要比较它们温度变化的多少就可以比较出沙子和水吸热能力差异．
（6）由图乙可见，海水的温度低，沙滩的温度高，说明这是海水和沙滩的吸热过程，水的比热容大，升温慢，因此这是中午；如果海水的温度高，沙滩的温度低，则说明是夜晚．
故答案为：（1）位置；（2）虚；（3）10；（4）质量；（5）加热时间；温度变化；（6）中午．

点评 ①物体在平面镜中成像特点是平面镜成像习题的重要依据，一定要熟练掌握．用光屏是否能承接到像，是区别实像和虚像的重要方法．本题还涉及到了测量凸透镜的焦距方法，要求学生应熟练掌握才行．
②本题是探究沙子和水的吸热能力实验，注意控制变量法在本实验中的应用，同时应用物理知识解决实际问题的能力．