全国中学生物理竞赛分类汇编—光学(30页)

百度空间“幼儿居住”收集了名青少年智力语言野心，中庸说全国中学生物理竞赛分类汇编光学第21届预赛1，(15分钟)填空1.d .一个可见光光子的能量级别为_ _J。平面镜反射的光源能量被称为入射光能量的80%。请判断以下陈述是否正确，并说明原因。A.反射光子的数量为入射光子的80%。B.每个反射光子的能量是入射光子能量的80%。6，(15分钟)有高脚酒杯，如图所示。杯子的内底面为凸面球体，向心为顶点o下方玻璃的c点，球体的半径r=1.50cm，从o到杯子口平面的距离为8.0cm。在杯子脚底的中心，p点紧贴在离o点6.3厘米的一张画上。这种酒杯不跟着酒的时候，如果看杯底，看不到画的景物，但如果跟着酒，就从杯口看杯底，看画的景物。玻璃的折射率为n1=1.56，酒的折射率为N2=1.34。尝试通过分析、计算和演示说明这一现象。第21届福田4，(20分钟)目前高功率半导体激光器的主要结构是许多发光区域排列在一定距离的长条，一般称为激光二极管条。但是，这种半导体激光器发射出很多束发散光束，光能分布不集中，不利于传输和应用。要解决此问题，请根据特定的应用要求，进行光线所需的转换(或成型)。如果能把来自半导体激光二极管条的光转换成非常细微的平行光，半导体激光器的传输和应用将具有非常重要的意义。为此，提出了将多束散光收敛为一点，然后转换为平行光的方案，其基本原理可以通过简化进行说明，如下所述。zlS1S3paaS2ahh例如，S1、S2、S3是以等距离(h)对齐的三个点光源，每个点光源沿与该连接垂直的方向发射a=arctan的半角圆锥形光束。使用完全相同的焦距f=1.50h、半径r=0.75 h的三个圆形薄凸透镜作为在同一平面上加工、装配的一个组合透镜。可以将所有三条光线投射到此组合镜头上，并且由镜头折射的所有光线都从z轴(从S2开始垂直于三个点光源，与光束中心线方向相同的光线)到S2的距离L=12.0 h的p点(处理时可以更改镜头的形状，但不能更改镜头焦距)1.在组合镜头中找出每个镜头的光心位置。说明3个镜头如何加工、组装，并获取相关资料。第20届预赛1，(20分钟)如图所示，定位两个薄镜头L1和L2的同轴。已知L1的焦距f1=f，L2的焦距F2=-f，两个镜头之间的距离也f。小物体在物体面p上，距离u1=3f.(1)通过这两个镜头制作的小物体是L2的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)现在，如果改变两个镜头的位置，给定的原始物体在原始图像中成像， 这两个镜头总体上是光轴_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ u第20届福田4，(20分钟)图中显示，具有半径、折射索引的玻璃半球位于空气中，平面表面中央半径的区域被涂为黑色。平行光线垂直进入此平面，正好复盖整个表面。以向心力为原点，扁平垂直的座标轴取得光源在等轴上玻璃半球右侧通过的每个点(有射线段)和光源未通过的每个点(没有射线段)的边界点的座标。第19届预赛5，(20分钟)也是在词典19-5中，棱镜的顶角为60，棱镜两侧对称的位置具有相同焦距的两个相同的凸透镜L1和L2。在L1的前焦点面上，如果从主光轴下方放置单色点光源，则已知其相对于光学系统左右对称。尝试棱镜的折射率。第19届福田5，(20分钟)薄凸透镜放在空气中时，两边的焦点与透镜中心的距离相同。如果此薄镜头两侧的介质不同，且其折射率分别为和，则镜头两侧各有焦点(和设置为)，且与镜头中心的距离不相同，其值分别为和。现有的薄凸透镜已知该凸透镜在平行光束上会聚，该凸透镜位于左右介质的折射率和焦点的位置，如图19-5所示。1.这时请了解距离、照片距离、焦距、四者之间的关系。2.如果近轴光线指向镜头中心，并且知道与镜头主轴的角度，那么相应的出射线和主轴的角度是多少？三、四之间的关系是什么？6，(20分钟)基于实验室的静止，平面直角坐标系有一个光子，它沿着正轴在坐标原点发射静止的电子。散射光子在轴方向被探测到。已知电子的静止质量是光速，入射光子的能量和散射光的能量之差等于电子静止能量的十分之一。1.寻找电子运动速度的大小，电子运动的方向和轴的角度；从电子运动(以已知量)到原点下降的时间。2.当电子以1的速度开始移动时，观察者会根据坐标系，沿着中间电子的移动方向(即相对于电子的停止)测量速度，测试其长度。第18届预赛3，(18分钟)沿薄平面凸透镜的主光轴入射的平行光通过透镜折射后会聚于透镜，保持透镜的折射率。如果把这个镜头的凸包镀银放在平面的前12个地方，请找出最后拍摄的地方。第18届福田1，(22分钟)置于空气中的玻璃棒，折射率，中轴长度，一端有半径的凸面球体。1.要想让玻璃棒起到理想的天文望远镜的作用(要在主轴上成像无限远的望远系统)，就要把中轴带到主轴上，玻璃棒的另一端要磨成什么样的球体呢？2.对于这个玻璃棒，无限远的点发射的平行入射光柬埔寨与玻璃棒的主光轴成较小的角度，从杆子发出的平行光线与主光轴成较小的角度(这个比例等于这个玻璃棒望远系统的视图比例)。第17届预赛3，(15分钟)水平放置的平行平板玻璃，厚度为3.0厘米，折射率为。底部表面下2.0厘米处有一个小的。玻璃扳手上有焦距，镜片主轴垂直于玻璃板面的薄凸透镜。如图17-3所示，位于镜头的主轴上。如果镜头上的观测者在主轴方向看到的图像，问镜头和玻璃板表面的距离是多少？第17届福田2，(20分钟)如图17-2所示，真空具有折射率(，真空的折射率)，半径=均匀纹理的小球体。有频率的微小激光束在真空中以直线传播。直线与球体中心的距离()小球体表面的光线折射，进入球(球成为光电波的介质)，球表面的点再次折射，进入真空。设置激光束的频率在上述两次折射后保持不变。寻找光子在两次折射期间作用于球上的平均力的大小。6，(25分钟)普通纤维是由具有圆形截面的芯和包层组成的可传输圆柱形灯丝，折射率小，光纤的端面和圆柱的轴垂直，由一面射出的光在长光纤中传播时，在芯和包层的子界面上多次发生完全反射。现在使用普通光纤测量流体的折射率。实验方法如下：将光纤的一端(发射端)浸入流体中。平行于光纤轴的单色平行光束被凸透镜折射后收敛到光纤入射端面的中心，通过端面折射到光纤，在光纤中传播。从点发出的光线是圆锥形的，其变光和轴的角度从另一端向流体发射最后一束光，如图17-6-1所示。在输出端放置垂直于光纤轴的玻璃屏幕，圆形光斑出现在上面，测量直径，将光学屏幕移动到光纤输出端，测量圆形光斑的直径，如图17-6-2所示。1.和的折射率分别为和时，用于查找正在测量的流体的折射率的表达式。如果、和都是未知量，则通过额外的实验如何测量值？第16届预赛5，(15分钟)1平面凸透镜的焦距在平面上镀了银，现在凸面垂直于主轴定位高，其底部位于透镜的主轴上(图词典16-5)。1.用图画法画的是镀银镜头制作的形象，表示其形象是虚拟的，是真实的。使用计算方法查找此图像的位置和大小。第16届福田两个(25分钟)的焦距分别是和的薄透镜，被放置在相同的轴上。1.如果接收光线及其发送光线必须相互平行，则接收光线必须满足哪些条件？2.根据结果，绘制了各种可能条件的光路图。参考答案第21届预赛2004.9.5一、1.d.10-192.a正确，b无效。原因：反射时间频率n不变。这表明每个光子能量HN保持不变。评分标准：本问题15分，问题1 10分，空白2分。第二个问题5分，其中结论是2分，原因是3分。图1第六，平整酒杯，分析成像问题。1.推迟时，杯子底部凸面球体两侧介质的折射率分别为n1和n0=1。在图1中，p是中心图，p以固定方向将通过中心c的光源PO从顶点发送到空气。p以a角度由PO发射的其他射线PA从a折射。将a的入射角设置为I，折射角设置为r，半径CA和PO的角度设置为q，与折射定律的几何关系N1 Sini=n 0 SINR (1)Q=I a (2)在PAC中，通过正弦定理(3)考虑到近轴射线成像，如果a，I，r都是小角度(4)(5)(2)、(4)、(5)样式、n0、nl、r值和cmQ=1.31i (6)R=1.56i (7)(6)，(7)格式R q (8)如上图和图1所示，折射线在p处与PO延长线相交。p是p点的实际几何图形。屏幕在p中实际出现。在CAP中通过正弦定理(9)还有R=q b (10)(9)，(l0)考虑样式中可用的近射线(11)还有吗(12)您可以取代所有这些类型的资料。Cm (13)所以，不倒酒的时候，在o点7.9厘米的距离上画场面的真实样子。o知道在8.0厘米的距离上朝杯子的底部方向看人眼时太近了，看不到图片的场景。图22.倒入后，考虑杯底凸球形两侧的介质分别为玻璃和葡萄酒，折射率分别为n1和N2，有近轴光线，如图2所示(14)您可以改用N1和N2的值来R=1.16i (15)(6)和表达式比较就知道了R q (16)如上图和图2所示，折射线与p延长线相交，p是p点的虚拟图像。屏幕被放在p和虚拟上。可以计算(17)还有吗(18)所有这些数据Cm (19)在品酒后风景是p，o:13厘米。也就是说，离杯口21厘米，虚位。这个假象还因酒的平面折射而向杯子的嘴缩小了一定的距离，但仍然距离杯子的嘴足够远，当人眼朝向杯子底部时，可以看到那幅画的场景的假象。评分标准：这个问题是15分(13)，求出式5分，说明“看不见”，再给2分。(L9)求表达式，给5分，说明“看”，再给3分。第21届福田zalS1paS2ahhS3 O1O2(S2 )O3图1m mu4，1。考虑到使3点光源的3个光束通过3个镜头与p点相等的要求，组合镜头必须垂直于z轴，3个光芯O1、O2、O3连接必须平行于3个光源连接，O2