全国中学生物理竞赛集锦(光学)答案
2023第40届全国中学生物理竞赛决赛实验标准答案
第40届全国中学生物理竞赛决赛实验考试标准答案得分阅卷复核第_题（16分）--------------------------------1.1（2分）速度V（t）的表达式：知）=2（"**°厂赢）（1分）收尾速度％的表达式：v0=2（p-y（i分）1.2（2分）估算小球下落速度为O.99v o时的下落距离&=0.000086m〜0.00017Im1.3（3分）粘滞系数的计算公式片史誓竺，（0.5分）粘滞系数〃=1.65P q・s。
（1分）粘滞系数7的不确定度计算公式：M="（琴）2+（¥）2或△!；=3-:撰侦.）2+曾（0.5分）粘滞系数"的不确定度计算结果：0.018或者0.02Pa・s。
（1分）。
1.4（1分）需要进行斯托克斯公式的1阶修正。
1.5（1分）会影响实验结果的准确性的选项是O1.6（2分）你从图中总结出的规律是：粘滞系数随温度升高而减小，室温下粘滞系数越大的液体随温度升高减小的更快，三种液体的粘滞系数大小关系始终不变，曲线没有交点。
（1分）微观解释：液体的粘滞力是相邻层间存在速度差时产生的一种内摩擦力。
温度升高时，液体中分子的热运动加剧，分子间的距离增大，分子间的吸引力减小，从而降低了液体内部的摩擦力。
因此，液体的粘滞系数随温度升高而降低，流动性增加。
（1分）1.7（2分）A=（2.0x10-6〜1.5x10-3）ntPa・s;（1分）B=o（1分）1.8（1分）说法正确的是：C,D o1.9（1分）小球的收尾速度"o=（0.16-0.21）m/s o1.10（1分）关于这个实验设计方案的哪些分析是不正确的：A,C得分阅卷复核2.1（2分）水的体膨胀系数的计算公式6=山（警）2.2 （2分）样品在4（FC时的些=（0.23-0.36）邺,（1分）0.19g/°C<碧<0.23g/°C或0.36g/°C<*<0.40g/°C（0.5分）体膨胀系数（4.63X IO"〜7.25 X10-4真」。
全国中学生物理竞赛集锦(光学)doc-厦门一中年段管理系
全国中学生物理竞赛集锦（光学）doc-厦门一中年段管理系
赛事概述
全国中学生物理竞赛是一项旨在提高中学生物理学习兴趣和能力的竞赛活动。
本次集锦聚焦于光学领域的比赛内容，考察参赛学生对光学知识的理解和运用能力。
比赛过程
比赛分为理论知识考核和实践操作两部分。
理论知识考核主要涉及光的基本性质、光的传播规律以及光学器件等内容，通过选择题和简答题考察学生对光学知识的掌握情况。
实践操作部分则要求学生利用所学知识设计实验方案、进行实验操作并分析数据，考验学生的实践能力和创新思维。
厦门一中年段管理系表现
厦门一中年段管理系在本次全国中学生物理竞赛（光学）中表现出色。
他们经
过系统的备战和训练，充分展现出对光学知识的深刻理解和扎实掌握。
不仅在理论知识考核环节取得优异成绩，而且在实践操作环节展现出出色的实验设计和执行能力。
总结
全国中学生物理竞赛（光学）作为一项重要的学科竞赛活动，对中学生的物理
学习起着促进和推动作用。
厦门一中年段管理系在本次比赛中的优异表现不仅体现了学生个体水平的提高，也彰显了学校对物理学习的重视和支持。
希望通过此次比赛的集锦，能够激励更多学生对物理学习产生兴趣，努力提升自身物理学习水平。
以上是本次全国中学生物理竞赛（光学）doc-厦门一中年段管理系的集锦内容，展现了参赛学生在光学领域的优秀表现。
2020年高中物理竞赛(光学)光的衍射(含真题)光栅衍射(共12张PPT)
光学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
13-4 光栅衍射
一、光栅衍射现象 衍射光栅：由大量等间距、等宽度的平行狭缝 所组成的光学元件。 用于透射光衍射的叫透射光栅。 用于反射光衍射的叫反射光栅。
ba
光栅常数：a+b 数量级为10-5~10-6m
a b
a +b
k k
3 1
6 2
9 3
缺级：k
= 3,6,9,...
衍射角
屏
0
x
f
(a+b) sin ——相邻两缝光线的光程差
二、光栅的衍射规律
光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。 光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。 光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。
1、光栅公式
任意相邻两缝对应点在衍射角为 方向的两衍射光
到达P点的光程差为(a+b)sin
光栅衍射明条纹位置满足：
(a+b)sin =kFra bibliotek光栅公式
k=0,±1, ±2, ±3 ···
(a+b)sin =k k=0,±1, ±2, ±3 ···
单色平行光倾斜地射到光栅上
0
0
(a)
(b)
相邻两缝的入射光在入射到光栅前已有光程差
(a+b)sin0
(a+b)(sin sin0 )=k k=0,±1, ±2, ±3 ···
2、暗纹条件 暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消形成的。
( a b ) sin ( k n )
N
k 0,1,2,
k — 主极大级数 N — 光栅缝总数
n为正整数 n 1,2, N 1
物理竞赛光学专题40题刷题练习(带答案详解)
物理竞赛光学专题40题刷题练习（带答案详解)一、单选题1．有3种不同波长的光，每种光同时发出、同时中断，且光强都相同，总的光强为I，脉冲宽度(发光持续时间)为τ，光脉冲的光强I随时间t的变化如图所示。
该光脉冲正入射到一长为L的透明玻璃棒，不考虑光在玻璃棒中的传输损失和端面的反射损失。
在通过玻璃棒后光脉冲的光强I随时间t的变化最可能的图示是(虚线部分为入射前的总光强随时间变化示意图)( )A．B．C．D．【答案】D因为能量是没有损失的，所以通过玻璃棒后光脉冲的光强(图中实线总面积)应该与原来的光强(虚线面积)相同。
又因为是三种不同波长的光，所以在同种介质中传播的速度都不相同，所以到达玻璃棒右端点的时间都不同，故选项D符合题意，选项ABC不合题意。
2．埃及的古夫（Khufu）金字塔内有一条狭窄通道，尽头处被一块镶有两个铜制把手的石块堵住，如图所示．考古学家曾利用一台机器人来探测石块后面隐藏的秘密，该机器人上配备的探测设备有：（甲）超声波回声探测器、（乙）导电性传感器、（丙）可穿透石块的雷达．机器人沿着通道到达石块前，进行了以下探测工作：（1）两个铜把手在石块背面是否彼此连接；（2）石块是否能够移动；（3）在石块后面是否还有其他物体；（4）石块的厚度．针对上述各项探测工作，下表中哪一选项内所选的探测设备最合适?（）A．AB．BC．CD．D【答案】C研究两个铜把手在石块背面是否彼此连接，可以用导电性传感器测试(乙)，因铜导电而石块不导电，若两个铜把手连接，能形成通路，加上电源就能通电；即导电表示两个把手相连，不导电表示两个把手没有连接研究石块是否能够移动，可以用超声波回声探测器(甲)，测量声波碰到石块反射回来的时间差就能获得石块的速度；研究在石块后面是否还有其他物体可以用可穿透石块的雷达(丙)分析.测量石块的厚度可以用超声波回声探测器(甲)，利用前后表面反射波的路程差获得.A.乙丙乙甲与分析结果不相符；故A项不合题意.B.丙乙甲丙与分析结果相符；故B项不合题意.C. 乙甲丙甲与分析结果相符；故C项符合题意.D. 甲乙乙丙与分析结果不相符；故D项不合题意.3．根据光的薄膜干涉原理，可用下图甲的装置检查被检平面是否平整．如果被检平面是平整的，那么被检平面就与透明标准样板之问形成一层很薄的、横截面为三角形的空气层，此时若用平行的单色光按图甲所示的方式照射透明样板，便可看到彼此平行的、等间距的、明暗相间的条纹，如图乙所示．如果在某次检验中看到了如图丙所示的条纹，则据此可知，被检平面有缺陷处的缺陷类型属于（）A．凸起B．凹下C．可能凸起，也可能凹下D．无法判断【答案】B薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同。
第十一届全国中学生物理竞赛题参考答案
第十一届全国中学生物理竞赛题参考答案一. 照相机镜头L 前2.28m 处的物体被清晰地成像在镜头后面12.0cm 处的照相胶片P 上，两面平行的玻璃平板插入镜头与胶片之间，与光轴垂直，位置如图35-3所示．设照相机镜头可看作一个简单薄凸透镜，光线为近轴光线。
1. 求插入玻璃板后，像的新位置．2．如果保持镜头、玻璃板、胶片三者间距离不变，若要求物体仍然清晰地成像于胶片上，则物体应放在何处?解法1 1. 折射率为n ，厚度为d 的两面平行的玻璃板，对于会聚在像点P ’的傍轴光束的折射作用可如下求出：如图35-4，取任一指向P ’点的傍轴光线CP ’，此光线经平行玻璃板折射的光路为CDEP ”，在平板第一面的入射角i 与折射角γ均为小角度，反向延长P E ''交D 点处的法线于F ，容易看出，P P DE '''为平行四边形，则i b b DF P P tan /tan /-=='''γ平行板厚度d 为γtan /b d =得 )t a n /t a n1(i d P P γ-=''' 因为i 与γ都很小，所以 n i i /1s i n /s i n t a n /t a n≈≈γγ 故得)11(n d P P -=''' 以上结果对任何会聚于P '点的傍轴光线均成立，所以向轴上P '点会聚的傍轴光束经平行玻璃板折射后会聚于轴上P ''在这种情形下，平行玻璃板的作用是使像点向远离平板方向移动距离P P '''，由题给数据得)(3.0)5.1/11(9.0cm P P =-⨯='''故像成在镜头后面12.0+0.3＝12.3(cm)处．2．设照相机镜头焦距为f ，不放玻璃板时有 1/228+1/2=1/f 可得 cm f 4.11= 插入玻璃板时，若要像仍成在离镜头12cm 处的胶片上，应改变物距使不放玻璃板时成像在镜头后面υ处，即 )(7.113.00.12cm =-=υ设这时物距为u ，则4.11/17.11/1/1=+u 得 m u 45.4≈图35-3 图35-4即：物体置于镜头前4 .45m 时，插入玻璃平板后，仍可在胶片上得到清晰的像．解法21． 对于玻璃板第一面上的折射，其物距为,5.1,0.1,9.80==-=n n cm AP根据公式 01//n n AP AP -=(见图35-5)， 可得 )(35.13)0.1/5.1)(9.8(/01cm n n AP AP =--=⋅-=对于玻璃板第二面上的折射，(见图35-6) 其物距为cm AB AP BP45.12)(11-=--= 又根据 n n BP BP //012-= 可得 )(3.8)45.12)(5.1/0.1()/(102cm BP n n BP=--=⋅-= 故像成在镜头后面的像距为)(3.123.89.01.3cm =++=υ比原像向后移动υ∆，即)(3.0123.12cm =-=∆υ2．设照相机镜头焦距为f ，不插入玻璃板时， 12/1228/1/1+=f 得 f=11.4cm要使放上玻璃板后，像还成在离镜头12cm 处的胶片上，可采用光路可逆性原理从已知像2P 的位置，求此时物体应在的位置．对于玻璃板第二面上的折射：已知：像距BP 2 ＝8cm ，n ＝1.50，n 。
物理竞赛专题训练(光学)
初中竞赛专项训练—光的反射（每空8分共计120分）1.为了能迅速地判断出日食的食相，我们用线段MN 、PQ 分别表示太阳、月亮，地球上的观察者在A 点。
从A 点作射线AP 、AQ ，则可出现下列四种情况，如图所示。
观察者在A 点看到的食相情况是：甲图中可看到____________，乙图中可看到______________，丙图 中可看到___________， 丁图中可看到 _________________________。
2.如图所示，A 、B 两个平面镜平行放置，一束光线入射A 镜，反射后从B 镜射出．若保持入射光线不变，而只让B镜转动θ角，则转动后从B 镜射出的光线与A 镜的反射间的夹角为____________________。
3.如图，在圆筒中心放一平面镜，光点Ｓ1发光射到镜面上，反射光在筒壁上呈现光斑Ｓ2，当平面镜绕筒的中轴线Ｏ以角速度ω匀速 旋转一小角度时，光点Ｓ1在平面镜里的像Ｓ1′的角速度等于 ， 光斑Ｓ2在平面镜里的像Ｓ2′的角速度等于 。
4.如图所示,平面镜OM 1与OM 2成θ角,A 为OM 1上一点,光线从A 点出发,对于OM 2的入射角i 1是50º,经过来回四次反射后跟OM 2平行,则θ角为__________度。
5.如图所示，一发光点Ｓ从Ａ点沿ＡＢ连线方向做匀速直线运动，速度为ｖ＝3ｍ／ｓ，与出发点Ａ相距Ｌ＝3ｍ处有一垂直于纸面的轴Ｏ，ＯＡ垂直于ＡＢ，平面镜ＭＮ可绕Ｏ点旋转，为使发光点Ｓ经平面镜成的像始终处于与ＡＢ平行的ＰＯ连线上，经时间ｔ＝1ｓ后平面镜转过的角度是 。
6.如图所示，平面镜M 开始时与天花板AB 平行，M 与墙的距离为h 。
一束光线沿垂直天花板面方向射到平面镜上的O 点。
现让平面镜绕O 点且垂直纸面的轴以角速度ω匀速转动，当M 转过θ角时，其反射光射到天花板上，形成一光点P 。
此时光点P 运动速度的_________m/s 。
7.如图所示,如xoy 平面内的S 点(位置坐标为x=100cm,y=50cm)有一射灯发出一束发散角为15度的光束，此光束在xoy 平面内匀速转动,转动为每分钟120圈.此光束转至某位置时,经位于x 轴上的平面镜反射后便可射到y 轴上的刻度尺MN 上(M,.N 两点的y 坐标分别为123cm 和50cm).图中PQ 为挡光板,使这些光束不能直接照射到MN 上,每次有镜面反射光照射到MN 上（包括MN 全部被照射和部分被照射）的时间为_________秒 （3＝1.73）8.图所示，在X 轴的原点放一点光源S ，距点光源为 a 处放一不透光的边长为a 的正方体物块。
全国中学生物理竞赛集锦(光学)..
全国中学生物理竞赛集锦（光学）第29届预赛3•图中L 为一薄凸透镜，ab 为一发光圆面，二者共轴， S 为与L 平行放置的屏，已知这时 ab 可在屏上成清晰的像•现将透镜切除一半，只保留主轴以上的一半透镜，这时ab 在S 上的像（B ）A •尺寸不变，亮度不变. SB •尺寸不变，亮度降低. |a A L c •只剩半个圆，亮度不变. tvD •只剩半个圆，亮度降低.第29届复赛七、（16分）图中乙为一薄凸透镜.0为髙等于2, 00cm 与光轴垂 直放置的线状物，已知Q 经厶成一实像，像距为40.0cm.现于妇 的右方依次放置薄凹透镜S 厶和薄凸透镜乂以及屏巴它们之间 的距离如图所示*所有的透镜都共轴，屏与光轴垂直，3、。
焦距 已知物Q 经上述四个透镜最后在屏上成倒立的实像，橡高为0.500cm.T 1 27,5cm —H1 2&0ctn 一H2,5cm5.0cmt 厶焦距的大小为 _______________ cm f h 焦距的大小为 ______________ cm.现保持Q 、血、人和尸位置不变，而沿光轴平移鸟和最后在屏上成倒立的实像，像髙为1- 82cm,此时&到乙的距离为 ___________________ cmt 為到“的距离为 _______________ cm.最后结果保留至小数点后一位.的大小均为15. Oem第28届预赛7. （10分）近年来，由于 微结构材料”的发展，研 制具有负折射率的人工材料的光学性质及其应用， 已受人们关注.对正常介质，光线从真空射人折射 率为n 的介质时，人射角和折射角满足折射定律公 式，人射光线和折射光线分布在界面法线的两侧； 若介质的折射率为负，即 n<0,这时人射角和折射角仍满足折射定律公式，但人射光线与折射光线分 布在界面法线的同一侧•现考虑由共轴的两个薄凸 透镜L !和L 2构成的光学系统，两透镜的光心分别为 很小夹角的光线人射到 有负折射率的介质平板 介质的折射率第28届复赛七、（20分）如图所示，L 是 一焦距为2R 的薄凸透镜，MN M ； ? 为其主光轴。
全国初中物理竞赛试题精编(八年级上)：第10讲—光学作图专题精练(解析版)
全国初中物理竞赛试题精编第10讲—光学作图专题精练1．如图甲所示，是凹透镜的三条特殊光线画法。
实际上凹透镜也可以成像，物体经凹透镜所成的像是正立缩小的虚像。
如图乙所示，MN是主光轴，A'B'是物体AB通过凹透镜所成的像，请你根据凹透镜的三条特殊光线，在乙图中画出凹透镜的位置并标出其中一个焦点的位置。
（保留作图痕迹）【答案】【详解】连接AA'，与MN的交点即为凹透镜的光心O，然后画凹透镜，作平行与MN的光线AC，连接A'C即为折射光线，折射光线与MN的交点即为焦点F。
如图所示2．有一点光源S，它在平面镜中的像与凸透镜的焦点F重合，S发出的一条光线经平面镜反射后，反射光线为a，如图所示，并且光线a经凸透镜折射后的折射光线与凸透镜的光轴平行。
请在图中画出：（1）凸透镜的焦点F；（2）点光源S的位置。
【答案】【详解】（1）因为S发出的一条光线经平面镜反射后，反射光线为a，光线a经凸透镜折射后的折射光线与凸透镜的光轴平行，由此可知光线a的反向延长线过焦点，所以反向延长光线a，与主光轴的交点为透镜的焦点F（S'）。
（2）已知点光源S在平面镜中的像与凸透镜的焦点F重合，画出像S'（F）的对称点，可得点光源的位置S。
所求画图如图所示3．已知暗箱内有一只凹透镜和一只平面镜。
请在暗箱内画出完整的光路图，填上光学仪器，并注明凹透镜虚焦点F的位置。
【答案】【详解】延长射入黑箱的光线，该光线经平面镜反射后，反射光线与射出黑箱的光线交于一点B，过该点垂直主光轴画出凹透镜；前面反射光线OB与主光轴的交点F为凹透镜的焦点；画出入射光线AO与反射光线OB的夹角的角平分线，即法线，垂直法线画出平面镜，如图所示：4．承德避暑山庄湖景如画，如图甲所示。
小玉同学在岸边，通过平静的湖面，既可看到建筑物的倒影，又可看到水中的鲤鱼。
图乙中，A点代表建筑物的顶点，B点代表小玉看到的鱼，C点代表小玉的眼睛。
全国初中应用物理竞赛试题光学部分
全国初中应用物理竞赛试题光学专题第一部分：选择题1．汽车的观后镜是用来观察车后路面情况的装置，一般为凸面镜。
正常情况下，坐在驾驶员位置的人通过左侧观后镜应该看见如图1甲所示的效果。
在某次准备驾车外出前，坐在驾驶员位置的王师傅发现，从左侧观后镜中看到的是如图1乙所示的情景。
为确保行驶安全，左侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作( )2．将一只点燃的蜡烛靠近家里的镜子，会发现镜子中出现了多个蜡烛的像，如图7所示。
对于这种现象，下列解释中正确的是 ( )A．镜子的质量不好，反射面不平整B．光经玻璃前表面和后表面发生多次反射后形成了多个虚像C．烛焰将附近的空气加热后，由于空气密度不均匀导致的折射形成了多个虚像D．火焰抖动的过程中，由于视觉暂留效应形成的错觉3.如图17所示为16mm电影放映机放电影，这种电影放映机使用宽度为16mm的电影胶片，电影中的声音以声音信号的方式刻录在电影胶片上，如图18所示。
电影放映机正常放映时，有关放映灯泡、放映机镜头（凸透镜）、电影胶片、反光镜（凸面镜或凹面镜）的种类及其相对位置关系，提出了如图19所示的几种猜想，其中可能正确的是( )4．有一次，电影刚开始放映时，小新发现银幕上的画面全部是倒立的。
在这种情况下，下列所述的观看效果中，不可能出现的场景是 ( )A.人退着向后走B．地上的碎陶片突然聚集起来，最后形成一只漂亮的陶罐C．听到的是正常的影片中的对白D.箭倒着飞向弓5．50年前华裔物理学家高锟在光导纤维通信领域取得突破性的进展并因此获得2009年的诺贝尔物理学奖。
光纤传播信息利用的原理是( )(A)光的全反射(B)光的折射(C)光的衍射(D)光的散射6．为了节能，商场安装了智能化的电动扶梯。
无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人走近扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。
要实现这样的功能，需要安装传感器，则一般采用的传感器为( )(A)位移传感器(B)电压传感器(C)光电传感器(D)温度传感器7．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示。
物理竞赛几何光学训练(含答案)
D 几何光学训练题1．对于下列光现象的说法中，正确的是（ ）A ．夏天烈日照射下公路远望像洒了一层水一样，这是光的全反射现象B ．通过玻璃三棱镜看到的像比物体实际位置要低C ．光导纤维是利用光的全反射现象制成的D ．手术台上的无影灯消除影子是由于光没直线传播的形成的 2.对于光的传播,下列说法中正确的是( ). A.一定颜色的光传播度大小由媒质决定B.不同颜色的光在同一种媒质中传播时,波长越短的光传播速度越快C.同一频率的光在不同媒质波长不同,而在真空中的波长最长D.同一色光的频率随传播速度不同而改变3．简易潜望镜中的两块平面镜中心点之间的距离为Ｌ，通过潜望镜观察水平正前方的物体，看到像的位置比物体的实际位置（ ）.A.水平方向远Ｌ，竖直方向低ＬB.水平方向远Ｌ，竖直方向高ＬC.水平方向近Ｌ，竖直方向高ＬD.水平方向近Ｌ，竖直方向低Ｌ4.某一单色光在折射率为n 1的媒质中传播时,它的波长、频率和波速分别用λ1、γ1和υ1表示,在折射度为n 2的媒质中,分别用λ2、γ2和υ2表示,以上这些物理量存在如下的关系( ).5.在两束频率相同的单色光的交点前放一块平行的玻璃砖后，则交点的位置与不放玻璃砖前相比（ ）.（如图7－2－4所示）A.不变B.向左C.向右D.向左还是向右由光的频率大小决定6．点光源S 通过带有圆孔的挡板N ，照射到屏M 上，形成直径为d 的亮圆．如果在挡 板靠近光屏一侧放上一块厚玻璃砖，如图20-14所示，这时点光源通过圆孔和玻璃，在屏上形成直径为D 的亮圆．则直径D 和d 的大小关系为 （ ）A ．d >DB ．d =DC ．d <D D ．无法确定7．如图所示,任意一条光线射向夹角为ϕ的两平面镜的相对镜面上,相继经两镜面反射后,最后射出线与最初入射线的方向间夹角应为( )(A) ϕ (B)2ϕ (C)3ϕ (D)4ϕ8．某同学为了研究光的色散，设计了如下实验：在墙角放置一个盛水 的容器，其中有一块与水平面成45°角放置的平面镜M ，如图所示，一细束白光斜射向水面，经水折射向平面镜，被平面镜反射经 水面折射后照在墙上，该同学可在墙上看到 ( ) A ．上紫下红的彩色光带 B ．上红下紫的彩色光带 C ．外红内紫的环状光带 D ．一片白光 9．如图所示，两个同种玻璃制成的棱镜，顶角α1 略大于α2 ，两单色光1和2分别垂直入射三棱镜，其出射光线与第二界面的夹角β1 =β2 ，则A 、在棱镜中1光的折射率比2光小B 、在光谱中，1光比较靠近红光C 、在棱镜中1光的传播速度比2光的小D 、把此两光由水中射向空气，产生全反射时，1光的临界角比2光的临界角大。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案光学
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案光学实验二十八测定玻璃的折射率【思考题参考答案】1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。
这是因为如果两个界面不平行，能够看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能确定对应的入射角和折射角，从而按折射定律计算折射率。
对视深法测量结果是否影响，请自己根据测量原理思考。
2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？答：厚些好。
在视深法中，玻璃砖越厚h越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。
在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。
3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。
入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。
4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？答：折射率的测量值偏小。
如果所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。
实际折射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin sin ，测量折射率值偏小。
间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。
实验二十九 测定薄透镜的焦距【思考题参考答案】1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。
由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，能够减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共轴)。
全国中学生物理竞赛——光学
二、知识要点
8、薄透镜成像作图方法 （3）基本作图
A F B F
B`
A`
二、知识要点
8、薄透镜成像作图方法 （3）基本作图
A B
A`
F B`
F
二、知识要点
8、薄透镜成像作图方法 （3）基本作图
S
F
F
S`
二、知识要点
1 1 1 （1）薄透镜成像公式： u v f 成像公式是几何光学中的基本公式之一，应用是应注意 以下几点：
二、知识要点
3、球面镜成像例题分析 （2）一个点状物放在离凹面镜镜前0.05m处，凹球面镜 的曲率半径为0.20m，试确定像的位置和性质。
解：由球面镜成像公式及符号法则得：
R f 2 1 1 1 u v f
v 0.10m
（成虚像）
二、知识要点
3、球面镜成像例题分析 （3）在离球面镜10cm远处放一个1cm高的物体，若它 所成的像在镜后6cm处，则这个镜是______，镜面曲率半 径r=______cm，像高为_____。
主光轴 副光轴
二、知识要点
7、薄透镜成像 （3）平行于主光轴（或副光轴）的近轴光线经透镜后将 会聚（或反向延长后相交）于主光轴（或副光轴）的一点， 该点称为焦点（副焦点）。由于只讨论近轴光线，所以所 有副焦点都位于垂直于主光轴的平面内，称为焦平面。
F F F
主光轴
二、知识要点
7、薄透镜成像 （3）平行于主光轴（或副光轴）的近轴光线经透镜后将 会聚（或反向延长后相交）于主光轴（或副光轴）的一点， 该点称为焦点（副焦点）。由于只讨论近轴光线，所以所 有副焦点都位于垂直于主光轴的平面内，称为焦平面。
A
日 月 B
全国初中应用物理竞赛试题光学部分
全国初中应用物理竞赛试题光学专题第一部分：选择题1．汽车的观后镜是用来观察车后路面情况的装置，一般为凸面镜。
正常情况下，坐在驾驶员位置的人通过左侧观后镜应该看见如图1甲所示的效果。
在某次准备驾车外出前，坐在驾驶员位置的王师傅发现，从左侧观后镜中看到的是如图1乙所示的情景。
为确保行驶安全，左侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作( )2．将一只点燃的蜡烛靠近家里的镜子，会发现镜子中出现了多个蜡烛的像，如图7所示。
对于这种现象，下列解释中正确的是 ( )A．镜子的质量不好，反射面不平整B．光经玻璃前表面和后表面发生多次反射后形成了多个虚像C．烛焰将附近的空气加热后，由于空气密度不均匀导致的折射形成了多个虚像D．火焰抖动的过程中，由于视觉暂留效应形成的错觉3.如图17所示为16mm电影放映机放电影，这种电影放映机使用宽度为16mm的电影胶片，电影中的声音以声音信号的方式刻录在电影胶片上，如图18所示。
电影放映机正常放映时，有关放映灯泡、放映机镜头（凸透镜）、电影胶片、反光镜（凸面镜或凹面镜）的种类及其相对位置关系，提出了如图19所示的几种猜想，其中可能正确的是( )4．有一次，电影刚开始放映时，小新发现银幕上的画面全部是倒立的。
在这种情况下，下列所述的观看效果中，不可能出现的场景是 ( )A.人退着向后走B．地上的碎陶片突然聚集起来，最后形成一只漂亮的陶罐C．听到的是正常的影片中的对白D.箭倒着飞向弓5．50年前华裔物理学家高锟在光导纤维通信领域取得突破性的进展并因此获得2009年的诺贝尔物理学奖。
光纤传播信息利用的原理是( )(A)光的全反射(B)光的折射(C)光的衍射(D)光的散射6．为了节能，商场安装了智能化的电动扶梯。
无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人走近扶 梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。
要实现这样的功能，需要安装传感器，则一般采用的 传感器为( )(A)位移传感器 (B)电压传感器 (C)光电传感器 (D)温度传感器7．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a 、b 两束单色光，其传播方向如图所示。
全国中学生物理竞赛集锦(光学)和答案
全国中学生物理竞赛集锦（光学） 第21届预赛2004.9.5一、（15分）填空1．d ．一个可见光光子的能量的数量级为_________J 。
2．已知某个平面镜反射的光能量为入射光能量的80％。
试判断下列说法是否正确，并简述理由。
a ． 反射光子数为入射光子数的80％；b ．每个反射光子的能量是入射光子能量的80％。
六、（15分）有一种高脚酒杯，如图所示。
杯内底面为一凸起的球面，球心在顶点O 下方玻璃中的C 点，球面的半径R ＝1.50cm ，O 到杯口平面的距离为8.0cm 。
在杯脚底中心处P 点紧贴一张画片，P 点距O 点6.3cm 。
这种酒杯未斟酒时，若在杯口处向杯底方向观看，看不出画片上的景物，但如果斟了酒，再在杯口处向杯底方向观看，将看到画片上的景物。
已知玻璃的折射率n 1＝1.56，酒的折射率n 2＝1.34。
试通过分析计算与论证解释这一现象。
第21届复赛四、(20分)目前，大功率半导体激光器的主要结构形式是由许多发光区等距离地排列在一条直线上的长条状，通常称为激光二极管条．但这样的半导体激光器发出的是很多束发散光束，光能分布很不集中，不利于传输和应用．为了解决这个问题，需要根据具体应用的要求，对光束进行必需的变换（或称整形）．如果能把一个半导体激光二极管条发出的光变换成一束很细的平行光束，对半导体激光的传输和应用将是非常有意义的．为此，有人提出了先把多束发散光会聚到一点，再变换为平行光的方案，其基本原理可通过如下所述的简化了的情况来说明．如图，S 1、S 2、S 3 是等距离（h ）地排列在一直线上的三个点光源，各自向垂直于它们的连线的同一方向发出半顶角为α =arctan ()41的圆锥形光束．请使用三个完全相同的、焦距为f = 1.50h 、半径为r =0.75 h 的圆形薄凸透镜，经加工、组装成一个三者在同一平面内的组合透镜，使三束光都能全部投射到这个组合透镜上，且经透镜折射后的光线能全部会聚于z 轴（以S 2为起点，垂直于三个点光源连线，与光束中心线方向相同的射线）上距离S 2为 L = 12.0 h 处的P 点．（加工时可对透镜进行外形的改变，但不能改变透镜焦距．）1．求出组合透镜中每个透镜光心的位置．2．说明对三个透镜应如何加工和组装，并求出有关数据．第20届预赛一、（20分）两个薄透镜L 1和L 2共轴放置，如图所示．已知L 1的焦距f 1=f , L 2的焦距f 2=—f ，两透镜间距离也是f ．小物体位于物面P 上，物距u 1 ＝3f ．（1）小物体经这两个透镜所成的像在L 2的__________边，到L 2的距离为_________，是__________倍（虚或实）、____________像（正或倒），放大率为_________________。
第37届全国中学生物理竞赛预赛试题及答案解读
第37届全国中学生物理竞赛预赛试题及答案解读一、选择题1. [题目] 一个物体在平地上做直线运动，下列哪个因素对该物体的运动状态影响最大？A. 物体的质量B. 物体的速度C. 物体受到的摩擦力D. 物体的加速度答案[答案] D. 物体的加速度解读[解读] 加速度是描述速度变化快慢的物理量，对物体的运动状态影响最大。
2. [题目] 在真空中，光速为多少？A. 299,792,458 m/sB. 186,000 km/sC. 150,000 km/hD. 3×10^8 m/s答案[答案] A. 299,792,458 m/s解读[解读] 光在真空中的传播速度是一个常数，为299,792,458 m/s。
这是一个基础知识点，需要准确掌握。
二、填空题3. [题目] 在自由落体运动中，物体下落的加速度称为________。
答案[答案] 重力加速度解读[解读] 自由落体运动中，物体仅受重力作用，下落的加速度称为重力加速度。
三、计算题4. [题目] 一个物体从静止开始沿着光滑的斜面滑下，已知斜面倾角为30°，物体滑下距离为5m，求物体滑下的速度。
答案[答案] v = 5 m/s解读[解读] 根据机械能守恒定律，物体从斜面顶端滑到底端的过程中，重力势能转化为动能。
通过计算可以得出物体滑下的速度为5m/s。
四、实验题5. [题目] 某同学进行了一个测定弹簧常数的实验，实验过程中，同学将一个质量为200g的物体悬挂在弹簧测力计下，记录弹簧测力计的读数为2N。
请计算弹簧的劲度系数。
答案[答案] k = 10 N/m解读[解读] 弹簧的劲度系数 k 可以通过公式 F = kx 计算，其中 F 为弹簧所受力，x 为弹簧的形变量。
在本题中，弹簧所受力为2N，形变量为0.2m（物体下垂的高度），因此劲度系数 k = 2N / 0.2m = 10 N/m。
五、论述题6. [题目] 请简述光的干涉现象及其产生条件。
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全国中学生物理竞赛集锦（光学）答案 第21届预赛2004.9.5一、1. d. 10－192. a 正确，b 不正确。
理由：反射时光频率ν 不变，这表明每个光子能量h ν 不变。
评分标准：本题15分，第1问10分，每一空2分。
第二问5分，其中结论占2分，理由占3分。
六、把酒杯放平，分析成像问题。
1．未斟酒时，杯底凸球面的两侧介质的折射率分别为n 1和n 0＝1。
在图1中，P 为画片中心，由P 发出经过球心C 的光线PO 经过顶点不变方向进入空气中；由P 发出的与PO 成α 角的另一光线PA 在A 处折射。
设A 处入射角为i ，折射角为r ，半径CA 与PO 的夹角为θ ，由折射定律和几何关系可得n 1sin i ＝n 0sin r （1） θ ＝i +α （2）在△PAC 中，由正弦定理，有sin sin R PCiα= （3） 考虑近轴光线成像，α、i 、r 都是小角度，则有1n r i n =（4） Ri PCα=（5） 由（2）、（4）、（5）式、n 0、n l 、R 的数值及 4.8PC PO CO =-=cm 可得θ ＝1.31i （6）r ＝1.56i （7）由（6）、（7）式有r ＞θ （8）由上式及图1可知，折射线将与PO 延长线相交于P '，P ' 即为P 点的实像．画面将成实像于P ' 处。
在△CAP ' 中，由正弦定理有sin sin R CP rβ'=（9） 图1又有 r ＝θ +β (10) 考虑到是近轴光线，由（9）、（l0）式可得rCP R r θ'=- (11) 又有OP CP R ''=- （12）由以上各式并代入数据，可得7.9OP '= cm （13）由此可见，未斟酒时，画片上景物所成实像在杯口距O 点7.9 cm 处。
已知O 到杯口平面的距离为8.0cm ，当人眼在杯口处向杯底方向观看时，该实像离人眼太近，所以看不出画片上的景物。
2．斟酒后，杯底凸球面两侧介质分别为玻璃和酒，折射率分别为n 1和n 2，如图2所示，考虑到近轴光线有12n r i n =（14） 代入n 1和n 2的值，可得r ＝1.16i （15）与（6）式比较，可知r ＜θ （16）由上式及图2可知，折射线将与OP 延长线相交于P '，P ' 即为P 点的虚像。
画面将成虚像于P ' 处。
计算可得rCP R rθ'=- （17） 又有OP CP R ''=+ （18）由以上各式并代入数据得13OP '= cm （19）由此可见，斟酒后画片上景物成虚像于P '处，距O 点13cm ．即距杯口21 cm 。
虽然该虚像还要因酒液平表面的折射而向杯口处拉近一定距离，但仍然离杯口处足够远，所以人眼在杯口处向杯底方向观看时，可以看到画片上景物的虚像。
图2评分标准：本题15分．求得（13）式给5分，说明“看不出”再给2分；求出（l9）式，给5分，说明“看到”再给3分。
第21届复赛四、1．考虑到使3个点光源的3束光分别通过3个透镜都成实像于P 点的要求，组合透镜所在的平面应垂直于z 轴，三个光心O 1、O 2、O 3的连线平行于3个光源的连线，O 2位于z 轴上，如图1所示．图中M M '表示组合透镜的平面，1S '、2S '、3S '为三个光束中心光线与该平面的交点． 22O S ＝ u 就是物距．根据透镜成像公式 fu L u 111=-+ (1) 可解得]4[212fL L L u -±=因为要保证经透镜折射后的光线都能全部会聚于P 点，来自各光源的光线在投射到透镜之前不能交叉，必须有2u tan α ≤h 即u ≤2h ．在上式中取“－”号，代入f 和L 的值，算得h u )236(-=≈1.757h (2)此解满足上面的条件．分别作3个点光源与P 点的连线．为使3个点光源都能同时成像于P 点，3个透镜的光心O 1、O 2、O 3应分别位于这3条连线上（如图1）．由几何关系知，有 h h h L u L O O O O 854.0)24121(3221≈+=-==(3)即光心O 1的位置应在1S '之下与1S '的距离为 h O O h O S 146.02111=-=' (4) 同理，O 3的位置应在3S '之上与3S '的距离为0.146h 处．由(3)式可知组合透镜中相邻薄透镜中心之间距离必须等于0.854h ，才能使S 1、S 2、S 3都能成像于P 点． 2．现在讨论如何把三个透镜L 1、L 2、L 3加工组装成组合透镜． 因为三个透镜的半径r = 0.75h ，将它们的光心分别放置到O 1、O 2、O 3处时，由于21O O ＝32O O ＝0.854h <2r ，透镜必然发生相互重叠，必须对透镜进行加工，各切去一部分，然后再将它们粘起来，才能满足(3)式的要求．由于对称关系，我们只需讨论上半部分的情况．图2画出了L 1、L 2放在M M '平面内时相互交叠的情况（纸面为M M '平面）．图中C 1、C 2表示L 1、L 2的边缘，1S '、2S '为光束中心光线与透镜的交点，W 1、W 2分别为C 1、C 2与O 1O 2的交点． 1S '为圆心的圆1和以2S '（与O 2重合）为圆心的圆2分别是h h图2光源S 1和S 2投射到L 1和L 2时产生的光斑的边缘，其半径均为h u 439.0tan ==αρ (5)根据题意，圆1和圆2内的光线必须能全部进入透镜．首先，圆1的K 点（见图2）是否落在L 1上？由几何关系可知()h r h h S O K O 75.0585.0146.0439.0111=<=+='+=ρ (6) 故从S 1发出的光束能全部进入L 1．为了保证全部光束能进入透镜组合，对L 1和L 2进行加工时必须保留圆1和圆2内的透镜部分．下面举出一种对透镜进行加工、组装的方法．在O 1和O 2之间作垂直于O 1O 2且分别与圆1和圆2相切的切线Q Q '和N N '．若沿位于Q Q '和N N '之间且与它们平行的任意直线T T '对透镜L 1和L 2进行切割，去掉两透镜的弓形部分，然后把它们沿此线粘合就得到符合所需组合透镜的上半部．同理，对L 2的下半部和L 3进行切割，然后将L 2的下半部和L 3粘合起来，就得到符合需要的整个组合透镜．这个组合透镜可以将S 1、S 2、S 3发出的全部光线都会聚到P 点．现在计算Q Q '和N N '的位置以及对各个透镜切去部分的大小应符合的条件．设透镜L 1被切去部分沿O 1O 2方向的长度为x 1，透镜L 2被切去部分沿O 1O 2方向的长度为x 2，如图2所示，则对任意一条切割线T T '， x 1、x 2之和为h O O r x x d 646.022121=-=+=（7）由于T T '必须在Q Q '和N N '之间，从图2可看出，沿Q Q '切割时，x 1达最大值(x 1M )，x 2达最小值(x 2m )，ρ-'+=111O S r x M 代入r ，ρ 和11O S '的值，得h x M 457.01=(8) 代入(7)式，得h x d x M m 189.012=-=(9)由图2可看出，沿N N '切割时，x 2达最大值(x 2M )，x 1达最小值(x 1m )，ρ-=r x M 2 代入r 和ρ 的值，得h x M 311.02= (10)h x d x M m 335.021=-= （11）由对称性，对L 3的加工与对L 1相同，对L 2下半部的加工与对上半部的加工相同．评分标准：本题20分．第1问10分，其中（2）式5分，（3）式5分，第2问10分，其中(5)式3分，(6)式3分，(7)式2分，(8)式、(9)式共1分，(10)式、(11)式共1分．如果学生解答中没有(7)—(11)式，但说了“将图2中三个圆锥光束照射到透镜部分全部保留，透镜其它部分可根据需要磨去（或切割掉）”给3分，再说明将加工后的透镜组装成透镜组合时必须保证O 1O 2=O 1O 2=0.854h ，再给1分，即给(7)—(11)式的全分（4分）．第20届预赛一、参考解答（1） 右 f 实 倒 1 。
（2） 左 2f 实 倒 1 。
评分标准：本题20分，每空2分。
第20届复赛四、参考解答图复解20-4-1中画出的是进入玻璃半球的任一光线的光路（图中阴影处是无光线进入的区域），光线在球面上的入射角和折射角分别为i 和i '，折射光线与坐标轴的交点在P 。
令轴上OP 的距离为x ，MP 的距离为l ，根据折射定律，有sin sin i n i'= （1）在OMP ∆中sin sin l xi i ='（2） 2222cos l R x Rx i =+- （3）由式（1）和式（2）得x nl = 再由式（3）得2222(2cos )x n R x Rx i =+-设M 点到Ox 的距离为h ，有sin h R i =cos R i 得22222x R x n =+-2221(1)20x R n--= （4）解式（4）可得x = （5）为排除上式中应舍弃的解，令0h →，则x 处应为玻璃半球在光轴Ox 上的傍轴焦点，由上式2(1)111n n n nx R R R n n n ±→=-+-或 由图可知，应有x R >，故式（5）中应排除±号中的负号，所以x 应表示为x =（6） 上式给出x 随h 变化的关系。
因为半球平表面中心有涂黑的面积，所以进入玻璃半球的光线都有0h h ≥，其中折射光线与Ox 轴交点最远处的坐标为0x =（7）在轴上0x x >处，无光线通过。
随h 增大，球面上入射角i 增大，当i 大于临界角C i 时，即会发生全反射，没有折射光线。
与临界角C i 相应的光线有C C 1sin h R i R n== 这光线的折射线与轴线的交点处于C x =（8）在轴Ox 上C R x x <<处没有折射光线通过。
由以上分析可知，在轴Ox 上玻璃半球以右C 0x x x ≤≤ （9） 的一段为有光线段，其它各点属于无光线段。
0x 与C x 就是所要求的分界点，如图复解20-4-2所示评分标准：本题20分。
求得式（7）并指出在Ox 轴上0x x >处无光线通过，给10分；求得式（8）并指出在Ox 轴上0x x <处无光线通过，给6分；得到式（9）并指出Ox 上有光线段的位置，给4分。