奥林匹克物理竞赛辅导 光与光学仪器.doc

奥林匹克物理竞赛辅导:光与光学仪器【知识结构】【赛题点拨】例1 如图32，甲、乙、丙、丁是焦距不同的四架照相机，它们所用的底片规格是相同的，分别用它们在同一地点拍摄同一景物。我们可以判定，在图33中，照片_是用照相机甲拍摄的，照片_是用乙拍摄的，照片_是用丙拍摄的，照片_是用丁拍摄的。(2002年全国初中应用物理知识竞赛试题)思路点拨 照相机的镜头相当于一个凸透镜，镜头后面是暗箱，胶片就装在暗箱的底部，胶片相当于光屏。镜头焦距大约等于镜头与相机后背之间的距离，因此在图3-2中所示的四架照相机焦距从长到短的排列顺序是：甲、丙、丁、乙。由照相机原理可知，同一架照相机，焦距一定时，要改变像的大小必须改变物距，但本题中的物距不变，像的大小差别原因在于镜头的焦距不同，用对照比较的方法可得，物距不变，焦距长的照相机所成的像大(可用作光路图证明)。因此，图3-3中的A、B、C、D四张照片是分别由照相机丙、乙、丁、甲拍摄的。解题示范 D、B、A、C。例2 小明在听讲座时，想把银幕上用投影仪投影的彩色幻灯片图像用照相机拍摄下来，由于会场比较暗，他使用了闪光灯，这样拍出来的照片 ( )A.反而看不清投影到银幕上的图像，倒是把银幕上的一些污渍拍出来了B.色彩鲜艳，比不用闪光灯清楚多了C.色彩被“闪”掉了，拍到的仅有黑色的字和线条D.与不用闪光灯时效果一样，因为拍摄的是银幕上的像，而不是实际景物(2002年全国初中应用物理知识竞赛试题)思路点拨 由投影仪原理可知，银幕上所成的像是由幻灯片通过凸透镜放大而成的，要增加像的亮度，只能通过增加幻灯片的亮度，即增加投影仪内的聚光灯的亮度才行。如果用闪光灯照在银幕上，反而使银幕上像变淡，而银幕上的一些污渍却能暴露无遗。解题示范 A。例3 一面镜子竖直挂在墙上，某人站在镜前1米处，从镜子里看到自己的上半身，他想看到自己的全身，则 ( )A应后退到距镜子2米远处 B应前进到距镜子0.5米远处C. 应后退到距镜子4米远处 D无论前进或后退都不能实现(2002年江苏省初中应用物理知识竞赛试题)思路点拨 人在竖直的平面镜内看到自己全身像的条件是镜子的高度最小是人身高的1半，如图3-4所示，AB为人高，O为人眼，为像高，镜面MN是的中位线，易得MN=0.5=0.5AB，某人在镜子里只看到自己的上半身，说明镜子的下端不在N处，而在P处，或者该镜子较短，所以人无论前进还是后退，都不能看到自己的全身像。解题示范 D。例4 如图3-5所示，平面镜和的夹角为，物点S经这两块平面镜所成的像共有几个? ( )A2个 B3个C.4个 D.5个(2001年江苏省初中应用物理知识竞赛试题)思路点拨 若两块平面镜夹角为，物体通过这两面镜子成像个数为，本题中=，代入式子解得n=5。解题示范 D。例5 如图3-6是从一块平面镜中观察到的一只手表的指示情况，此时手表所指示的时间是_。(填写几时几分)(2001年江苏省初中应用物理知识竞赛试题)思路点拨 手表紧发条的手柄处对应的是3，平面镜成像的特点(竖直镜面中看)是上下不颠倒，示数是上3下9，左右颠倒，是左6右12，易知此时手表指示的时间是9时55分。解题示范 9时55分。例6 李东同学从桌面上的近视眼镜中看到自己身后同一个窗户的两个像，如图3-7，这两个像是_像(填“实”或“虚”)，是_面镜(填“平”、“凹”、“凸”)所成的像，其中较大的像是镜片上离李东较_的玻璃面(填“近”或“远”)所成的。(2000年全国初中物理知识竞赛试题)思路点拨 近视眼镜是凹透镜，而题中反映的是镜面反射问题，即来自窗户的光线在镜面凸面上反射所成的虚像，它既可以来自窗户的光线直接在镜片上离李东较近的玻璃面上反射成像，还可以进入镜片在离李东较远的玻璃面上反射成像，即镜片两面都可以反射成像，由于较近的镜面没有较远的镜面凸，其焦距大，故离李东较近的玻璃面所成的像较大。解题示范 虚，凸，近。例7 将筷子竖直插入装水的玻璃杯内，从俯视图中的P点沿水平方向看到的应该是图3-8中的哪种情形? ( )(2000年全国初中物理知识竞赛试题)思路点拨 光从空气到玻璃壁基本沿直线传播到P点，水面下的那部分筷子反射的光从水到玻璃射到P点，由于盛水后的玻璃杯相当于一个凸透镜，而且水中筷子在这个凸透镜的焦点以内，因此在P处看到的水面下的是筷子放大的像，而且像距比物距大，即像离圆心(凸透镜的光心)的距离大，由图可知，图D是正确的。解题示范 D。例8 在光具座上做“研究凸透镜成像”实验，当光屏、透镜及烛焰的相对位置如图3-9所示时，恰能在光屏上观察到清晰的像，那么凸透镜的焦距( )A一定大于20厘米B一定在1016厘米之间C一定小于8厘米D一定在810厘米之间(2000年江苏省初中物理知识竞赛试题)思路点拨 由图可知，u=20厘米，v(=16厘米)U，所以在光屏上成的是倒立缩小的实像，即2F20厘米，F16厘米2F，解之得8厘米F10厘米。解题示范 D。例9 图3-10是两个人眼的简图，其中图(a)中眼的晶状体(相当于凸透镜)焦距比正常眼的长，图(b)中眼的晶状体焦距比正常的短。(1)哪一个眼是近视眼?应配什么眼镜?(2)哪一个眼是远视眼?应配什么眼镜?(3)分别在图上画出配戴度数合格的眼镜后，平行光入射时的光路图。(2000年广东省初中物理知识竞赛试题)思路点拨 近视眼的晶状体折射光线的本领比正常眼要大些，它不能将平行光束会聚在视网膜上，而是会聚在视网膜前，要使这种眼睛能够看清楚远处的物体，必须把物体在视网膜前所成的像正好移到视网膜上，矫正的方法是戴一副用凹透镜做的眼镜，由于图(b)中的晶状体比较凸出可知是近视眼。远视眼与近视眼恰好相反，晶状体比较扁平，折射光的本领比正常眼的小些，远处物体的像成在视网膜后面，矫正的方法是戴一副用凸透镜制成的眼镜。解题示范 (1)图(b)中眼是近视眼，应配凹透镜制成的眼镜。(2)图(a)中眼是远视眼，应配凸透镜制成的眼镜。(3)配戴好眼镜后的光路图如图3-11所示。例10 如图3-12所示，水平桌面上斜放着一个平面镜，桌面上有一个小球向镜面滚去，要使平面镜中小球的像沿竖直方向下落，则镜面与桌面间的夹角为 ( )A30 B45 C60 D90(1999年全国初中物理知识竞赛试题)思路点拨 如图3-13所示，要使平面镜中小球的像沿竖直方向下落，根据平面镜成像的特点可以求出。解题示范 B。例11 某同学要利用一把卷尺和一小块平面镜测出图314所示的水平地面上的一棵大树的高度H。(1)在图中画图表示他的测量方法，并简述实验步骤。(2)用字母表示所测得的量，写出计算大树高度的表达式。(1999年重庆市初中物理知识竞赛试题)思路点拨 本题可利用平面镜成像特点测量，方法见图3-15。解题示范 (1)测量步骤；将平面镜放在水平地面上，人沿着树根A与平面镜B之间的直线，眼睛看到地面上的平面镜前后位置的移动，人在镜中恰能看到树梢D的像时，记下此时人在地面上的位置C。用卷尺量出AB间的距离a，BC间的距离b，人眼离地面的高度h。(2)计算方法：CBE，:CE=AB:CB，即H:h=a:b树高H的表达式为H=h例12 某人身高1.7米，为了测出路灯的高度，他从路灯正下方沿水平公路以1米秒的速度匀速走开，某个时刻他的影子长为1.3米，再经过2秒钟，他的影子长为1.8米，路灯距地面的高度为多少?(1998年全国初中物理知识竞赛试题)思路点拨 根据题意，画出路灯及人的影子如图316所示，AB表示路灯的高，人高EG=FH=1.7米，当人站在E处肘，人影长为ED=1.3米；当人匀速走至F处时，人影长为FC=1.8米，EF为人在2秒钟通过的路程，EF=vt=1米秒2秒=2米，然后通过几何方法求解，即可得路灯距地面的高度AB。解题示范 由图316可知，ABDGED，得，ABCHFC，得GE=HF，解之得：BE=5.2米AB=，即路灯离地面的高度为8.5米。例13 晴天，某人从高出海平面6.32米处用高倍望远镜观察平静的海面，他最远能看到大约_米远的海面。(已知地球半径约为米)(1999年上海市初中物理竞赛试题)思路点拨 由于地球是一个球；某人站在图3-17所示中的A点，AC=h，海平面为圆周，根据光的直线传播规律，看到的最远处B为切点，AB即为圆的切线，可延长AO交圆周于D，则CD为圆之直径，由切割线定理即可解出AB的长。解题示范 如图317所示，由切割线定理得，由于h 2R，AB=9米，即他能最远看到大约9米远的海面。例14 甲乙两只机械手表，放在凸透镜的主光轴上，如图3-18所示，手表的表面正对透镜，跟主光轴垂直，从透镜的另一侧。适当位置观察手表，则下列关于手表秒针旋转方向的说法中正确的是 ( )A甲表秒针逆时针旋转B. 乙表秒针顺时针旋转，跟直接看表相同C. 乙表秒针逆时针旋转，但表面上下左右都颠倒过来了D甲表秒针顺时针旋转(1999年上海市初中物理竞赛试题)思路点拨 由图318可知，甲表处于焦点以内，所成的是正立放大的虚像，观察到的秒针也以顺时针方向旋转，而乙处于焦点之外，2倍焦距以内，所成的是倒立放大的实像其左右位置也将互换，像的秒针也是按顺时针方向转动，但与直接看表不相同。解题示范 D。【综合能力训练】1光在_中沿直线传播，例如_、_、_。2能_的物体叫光源，光在不同的介质中传播的速度是_的，在_中传播的速度最大，为_千米秒。光在一年内通过的距离叫_。3光在传播过程中遇到两种物质的分界面时改变_，又返回_中的现象叫光的反射。反射通常分为_和_两类，它们都遵守_。在反射现象中，_是可逆的。平面镜和球面镜都是利用光的_来产生作用的。其中_镜对光有会聚作用，_镜对光有发散作用。4物体通过平面镜能成_、_的_像，物、像关于镜面成_。5光由一种物质进入另一种物质时_发生改变的现象叫光的折射，光的折射遵循_，光从空气斜射到水或玻璃表面时，折射光线向_靠拢，折射角_入射角，光垂直射到水或玻璃表面时，在水和玻璃中的传播方向_。6透镜是利用光的_而产生作用的，我们把中央厚、边缘薄的透镜叫_，它有_作用，把中央薄、边缘厚的透镜叫_，它有_作用。7.请完成下表：8在图3-1中，入射线为_，反射线为_，折射线为_，法线为_，界面为_，_侧为透明物质，入射角为_，反射角为_，折射角为_。9电影技术是利用了人的视觉生理特点_，当景物从人的眼前消失后，其视觉并不马上消失，视神经对景物的印象还会保留约_秒的时间。拍电影时，摄像机每秒钟拍24张照片，放映时，这些照片按每秒_张的速度依次从镜头处通过。有时电影技术中还采用“慢镜头”和“快镜头”，慢镜头的原理，拍摄时可加快拍摄速度，每秒钟拍摄的照片应_，放映时按正常速度每秒钟放_张，银幕上出现的动作就比实际动作慢些。10可见光的颜色有_(七色光)，其中的_、_、_称为光的三基光，七色光混合为_色光，七种颜色的颜料混合为_颜色，把其中的_、_、_称为颜料的三原色。11不同物体对不同色光的反射、吸收和通过的情况不同，因而呈现出不同的_，透明物体的颜色是由它_的色光决定的，能够让各种色光透过的透明体是_的，有色的不透明体_与它本身颜色相同的光，白色物体能反射_色光，黑色物体对各种色光都是_的。12太阳光通过棱镜后，分解成七色光的现象叫做光的_，不同的色光通过棱镜时偏折的程度是不同的，其中的红光偏折程度最_，所以常把红灯作为交通的警戒信号，紫光的偏折程度最_。雨后，天空中出现绚丽的弧形彩虹，它的外侧是_色，而内侧是_色。13正常眼的明视距离为_厘米，近视眼成像在视网膜_(填“前”或“后”)，通过戴_制成的眼镜来矫正；远视眼成像在视网膜_，通过戴_制成的眼镜来矫正。14光在传播过程中，射到两种物质的分界面上，发生全反射的条件有两个：一是光应从光密介质射入_介质，二是入射角应等于或大于_角。全反射是常见的光现象，水中或玻璃中的气泡，看起来特别_，草叶上的露珠在太阳光照射下，看起来也特别_，都是_引起的。全反射现象在当代科技中的一项重要应用就是用_来传播激光。【点将过关】一、填空题(每空1分，共36分)1太阳光通过一个很小的三角孔，在光屏上将形成一个_形的光斑，它是_所成的一个_像。(填“虚”或“实”)2用两架照相机(焦距不同)在同一位置拍摄同一处景物的像，用焦距较小的照相机拍摄到的景物的像较_，用普通照相机拍摄不同的景物时，要调节镜头，使底片上得到清晰的像，摄影术语称为“调焦”，其实这种操作并不是改变镜头的焦距，而是根据_调节_，为了控制曝光量，可以利用_控制进入镜头光的多少，或者利用_控制曝光时间。3电影银幕通常都用粗白布做成，这是因为粗白布能产生_，使观众都能看清电影，而且粗白布还能反射_，可以放彩色电影。4有两块正对而平行放置的平面镜相距2米，某人立于两镜之间的中间位置，则他看到的第1个正面像和他所看到的第1个背面像之间的距离为_米。5.如果在点燃的蜡烛和光屏之间，将一凸透镜从靠近蜡烛的一方沿主轴慢慢移向光屏，发现在屏上得到两次清晰的像，它们一定都是_像，其中第一次成的是的像，第二次成的是_的像。6.白光通过三棱镜后，在光屏上形成_，这是因为各种单色光通过棱镜时偏折的程度不同，偏折最小的是_光，偏折最大的是_光，依次介于它们中间的单色光分别是_。7.以相同的入射角射到镜面上某点的光线有_条，以某一角度射到镜面的一条光线有_条反射光线。8.五官科医生在为病人看病时，头上戴着一只反光镜，这只反光镜是_面镜，利用该镜对光有_作用，从而照亮所要观察的部位。9阳光下微风吹拂河面，看上去波光粼粼，这是光的 _现象，透过厚薄不均匀的玻璃看室外的电线，会看到粗细不均匀且是弯弯曲曲的，这是光的_现象。10某人身高1.7米，眼睛距头顶8厘米，如果他想从竖直挂在墙上的平面镜里看到自己的脚，这面镜子的下底边离地面的高度应不超过_米。11常用体温计的刻度部分为三棱柱体，横截面形如“”，其正面是圆弧形，这就可以看清体温计内极细的水银柱，以便读数，这是因为圆弧形玻璃的作用相当于_，是我们看到水银柱放大后的_像。12夏天，在雨过天晴后，有时天空会出现彩虹，它是太阳光通过空中的小水滴，经过_和_后所形成的彩色光弧。13晚上，在黑暗的房间里，用手电筒分别照射镜面和一张灰色的纸，比较它们的亮暗程度，会发现_亮一些。14外科手术室里使用的无影灯，可以避免手术时出现手及医疗器械产生的黑影，这种无影灯是由许多发光面较大的_组成的。15小明的视力正常，当他用镜子仔细观察自己的脸部时，应当把镜子拿到离眼睛_厘米处最为合适。16桥在河里的“倒影”和“立竿见影”的影，从它们的成因来看，原理是不同的，前者是由光的_引起的，后者是由于光的_规律引起的。17如图3-19所示，有一个写着F字样的胶片，放在教学投影仪上，此时屏幕上刚好形成一个清晰的像，请在屏幕上画出F的像，如果要得到更大、更清晰的像，应使投影仪_(填“远离”或“靠近”)屏幕，并把透镜向_(填“上”或“下”)移动。(不要求做光路图)二、选择题(每题1.5分，共33分)1小明的写字台上有一盏台灯。晚上在灯前学习的时候，铺在台面上的玻璃“发出”刺眼的光，影响阅读。在下面的解决方法中，最简单、效果最好的是 ( )A把台灯换为吊灯 B把台灯放在正前方C把台灯移至左臂外侧 D把台灯移至右臂外侧2如图3-20，纸筒A的一端蒙了一层半透明纸，纸筒B的一端嵌了一个凸透镜，两纸筒套在一起组成了一个模型照相机。为了在A端得到清晰的像，要调整A、B间的距离，这时 ( )A眼睛应对着B端向筒内观察，看看像是否清楚B如果看近处的景物时像很清楚，再看远处的景物时就应该把B向外拉，增加A、B间的距离C应把A端朝着明亮的室外，B端朝着较暗的室内，否则看不清楚D应把B端朝着明亮的室外，A端朝着较暗的室内，否则看不清楚3一个大平面镜，镜面向东竖立于地面上，一人在镜前以1米秒的速度向北偏西角的方向运动，则人在镜中的像相对于镜面是 ( )A.以1米秒的速度向北偏东角的方向运动B.以1米秒的速度向南偏西角的方向运动C.以2米秒的速度向北偏东角的方向运动D.以2米秒的速度向南偏西角的方向运动4如图321所示，把一个反射面向上的凹面镜放在容器内，在凹面镜的焦点F处，放一点光源S，然后在容器内注入水，使水面处于焦点F和凹面镜之间，要使点光源S射到凹面镜的光线仍平行射到空气中，则光源S的位置应 ( )A保持不变 B适当提高C适当降低 D无法确定5要使平行的光束更加集中一些，下面几种物件中可以选用的是 ( )A两个焦距相等的凸透镜 B两个焦距不等的凸透镜C两个焦距相等的凹透镜 D两个焦距不等的凹透镜6在星光灿烂的夜空仰望天空，会看到繁星在夜空中闪烁，其原因是 ( )A星星发出的光是断断续续的 B被其他星体瞬间遮挡的结果C星光被地球大气层反射的结果 D星光被地球大气层折射的结果7有一正方形玻璃砖，其中有一个球形的大气泡，隔着气泡看玻璃砖后面的物体时，看到的将是 ( )A正立放大的像 B正立缩小的像 C等大的像 D看不到物体8用照相机给某人照了张2英寸的全身像，再用它给这个人照一张2英寸的半身像，应该 ( )A使照相机与人的距离增大，同时缩短暗箱B使照相机与人的距离增大，同时将暗箱拉长C使照相机与人的距离减小，同时缩短暗箱D使照相机与人的距离减小，同时将暗箱拉长9测绘人员绘制地图时，常需要从高空飞机上向地面拍照，若照相机的焦距为50厘米，则底片与镜头的距离为 ( )A100厘米以外 B恰为50厘米 C50厘米以内 D略大于50厘米10哈哈镜的表面呈波浪形，能使人像变形，以下说法正确的是 ( )A表面凸的部分把人像拉长了，凹的部分也把人像拉长了B表面凸的部分把人像拉长了，凹的部分却把人像拉短了C表面凸的部分把人像拉短了，凹的部分却把人像拉长了D表面凸的部分把人像拉短了，凹的部分也把人像拉短了11现代摄影机所用的光学镜头的焦距是可变的，当物距改变时，可以不改变镜头到底片的距离，仍可获得清晰的像，如果被摄物体远离镜头而去，则镜头焦距应 ( )A变小 B变大 C先变小后变大 D先变大后变小12人在岸上观看水中的物体，看到的是 ( )A实物 B变浅了的等大的虚像C变浅了的放大的虚像 D变浅了的缩小的虚像13人在照镜子时，总是走近平面镜去看，其原因是走近时 ( )A平面镜所成的像会变大，人看到的像也变大B平面镜所成的像大小不变，但人看到的像却更清晰C平面镜所成的像大小不变，人看到的像也大小不变D只有走近平面镜时，人才能看到自己的全身像14某同学在厚玻璃砖上方M处观察，看到砖内P点有一小气泡，如图3-22所示，则小气泡的实际位置在 ( )AP点上方 BP点下方C在P点 D无法确定15如图3-23所示，某人站在岸边P点处，看到清澈的河底A处有一白色的鹅卵石，此人欲用激光手电筒发出的激光照射在这个鹅卵石上，激光照射的方向应从P点射向 ( )AA点的上方 BA点的下方CA点 D无法确定16居民住宅大门上装的“猫眼”是个小圆玻璃片，室内的人将眼贴近可以清楚地看到被缩小的室外来客，而门外的人却无法窥视室内的动静，这个小圆玻璃片是 ( )A圆形平板玻璃片 B凸透镜C凹透镜 D平面镜17在晴朗的夏日中午，往树或花的叶子上浇水，常会把叶子烧焦，其原因是( )A水滴蒸发，带走叶子的热量B水滴在阳光下温度升高，把叶子烧焦C水滴容易透过阳光D水滴会使阳光会聚，把叶子烧焦18老奶奶用老花眼镜看报时