国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-光学
全国中学生物理竞赛真题汇编---光学 参考答案
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全国中学生物理竞赛真题汇编---光学 参考答案1.参考解答由于光学系统是左右对称的,物、像又是左右对称的,光路一定是左右对称的。
该光线在棱镜中的部分与光轴平行。
由S 射向1L 光心的光线的光路图如图预解19-5所示。
由对称性可知12i r = ①21i r = ②由几何关系得 1260r i α+==︒ ③ 由图可见11i r β=+ ④又从1FSO ∆的边角关系得tan /y f β= ⑤代入数值得arctan(14.3/30.0)25.49β==︒ ⑥由②、③、④与⑥式得130r =︒,155.49i =︒ 根据折射定律,求得11sin 1.65sin i n r == ⑦ 评分标准:本题20分1. 图预解19-5的光路图4分。
未说明这是两个左右对称性的结果只给2分。
2. ①、②、③、④式各给2分,⑤式给3分,⑥式给1分,⑦式给4分。
2.把酒杯放平,分析成像问题。
图11.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。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-电磁学
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实验十一 学习使用数字万用表【思考题参考答案】1.调节电阻箱的电阻为500Ω和5Ω时,电阻的误差是多大?答:以0.1级为例,以每个接点的接触电阻按0.002Ω为例。
对于500Ω电阻从0和9999Ω接线柱输出,误差为Ω=⨯+⨯=∆512.0002.06%1.0500R对于5Ω电阻从0和9.9Ω接线柱输出,误差为Ω=⨯+⨯=∆009.0002.02%1.05R2.电源电压为110V 。
是否可以只用一个电阻箱控制,得到0.5A 的电流? 答:若只用一个电阻箱控制,所需电阻为Ω2205.0110==R 。
这需要电阻箱的100⨯R 档,此档允许电流为0.05A ,实际电流大于额定电流,不能使用。
3.对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程,可能出现的最大数字是多少?最小分辨率是多少?答:最大数字为199.99mV 。
最小分辨率为0.01mV 。
4.使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压,测量值为1.5V ,测量误差为多少?如果测量值为0.15V ,测量误差为多少?如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ,误差为多少?答:我们以0.5级的三位半表为例,()一个字+±=∆x U U %5.0。
2V 量程测量直流电压1.5V 时 ()mV mV V U 5.815.1%5.0±=+⨯±=∆2V 量程测量直流电压0.15V 时()mV mV V U 8.1115.0%5.0±≈+⨯±=∆200mV 量程测量直流电压0.15V 时()mV mV mV U 9.01.0150%5.0±≈+⨯±=∆ 可见,测量小电压尽量选用低量程档。
5.为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻?答:数字万用电表电阻档内置9V 电池,而微安表头内阻在2000Ω左右。
这样测通过表头的电流估计为mA A 5.40045.020009==,这个电流远大于微安表头的满量程电流。
(完整版)物理光学实验题及答案
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e an dAl l t h i ng si 第三章光学(一)概述光学的学生实验共有4个,它们分别是“光反射时的规律”、“平面镜成像的特点”、“色光的混合与颜料的混合”、“探究凸透镜成像的规律”。
(二)光学探究实验对技能的要求1.明确探究目的、原理、器材和步骤。
2.会正确使用各种实验器材,知道它们的摆放要求。
3.知道各种器材在实验实践与探究能力指导中的作用,并能根据实验原理、目的,选择除教科书规定仪器之外的其他器材完成实验。
4.会设计实验步骤并按合理步骤进行实验。
5会设计实验报告,会填写实验报告。
6.会正确记录实验数据。
7.会组装器材并进行实验。
8.明确要观察内容,会观察实验现象,并能解释实验中的一般问题。
9.会分析实验现象和数据,并归纳实验结果。
实验与探究能力培养探究光反射时的规律基础训练1.为了探究光反射时的规律,小明进行了如图19所示的实验(1)请在图19中标出反射角的度数。
(2)小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内,他应如何操作?--————————————————————————————————。
(3)如果让光线逆着OF 的方向射向镜面,会发现反射光线沿着OE 方向射出,这表明:————————————————————————————————。
图19 2.雨后天晴的夜晚,为了不踩到地上的积水,下列判断中正确的是( )。
A.迎着月光走,地上暗处是水,背着月光走地上发亮处是水B.迎着月光走,地上发亮处是水,背着月光走地上暗处是水C.迎着月光走或背着月光走,都应是地上发亮处是水D.迎着月光走或背着月光走,都应是地上暗处是水nt he i rb ei n ga re go 探究平面镜成像的特点基础训练1.平面镜能成像是由于平面镜对光的————射作用,所称的想不能在光屏上呈现,是————像,为了探究平面镜成像的特点,可以用————代替平面镜,选用两只相同的蜡烛是为了————。
2.水平桌面上放置一平面镜,镜面与桌面成45度角,小球沿着桌面向镜滚去,如图5-3所示,那么镜中小球的像如何云动?5—33.在“探究平面镜成像特点”的试验中在平薄玻璃板前放一只点燃的蜡烛A ,在玻璃板后放上一只相同的蜡烛,如图22所示:(1)移动后面的蜡烛B ,直到看上去跟前面的蜡烛A 的像完全重合,这样做的目的是()A 验证像与物到镜面的距离相等B 验证像与物的大小相等图22C 验证平面镜所成的是虚像D 验证平面镜成像满足他的反射条件(2)烛焰在平面镜中所成的像是————像(选填“实”或“虚”)放在图中B 处“烛焰”上的手指————被烧痛(填“会”或“不会”)(3)操作中某同学在桌面上无论怎样调整后方的蜡烛都不能与像重和,其原因可能是—————————————————————————————————————。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-光学
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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,可以看成三棱镜,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 =,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,可以减⼩测量误差,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实验指导书思考题参考标准答案-力学
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全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-力学————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:实验二 在气轨上研究瞬时速度【思考题参考答案】1.试测量气轨倾斜角度β,并把实验中所求得的加速度a 和g sin β相比较。
答:测量β的方法:先用匀速法把气垫导轨调节水平,然后,测出两个支点沿气轨的长度L ,测出垫块的高度h ,L h =βsin 。
测量加速度的方法:(1)将两个光电门安放在一定距离的适中位置,读出距离s ,(2)滑块装上U 型挡光片,将光电计时器调节到测两个速度状态,让滑块静止下滑测量经过两个光电门的速度v 1、v 2。
(3)计算加速度a 并与Lh g g =βsin 比较,其中sv v a 22122-=。
注:为消除粘滞阻力影响,可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。
道理如下:=-=f a a a 下s v v 22122-,s v v a a a f 22423-=+=上,所以sv v v v a 421242322--+= 2.使用平板型挡光片和两个光电门,如何测量滑块通过倾斜气轨上一点A 的瞬时速度。
答:将光电计时器调到测量一个时间间隔状态,在滑块上装平板型挡光片,控制滑块从气轨上一个固定点P 由静止滑下,从挡光片前沿挡第一光电门开始计时,挡第二光电门停止计时,测出时间t ,根据匀变速运动公式,有at v v v B A +==,而()t l at v v v v B =-=+=22选择不同的l ,测出t ,计算出t l v =,在坐标纸上画出v —t 曲线,确定斜率和截距,其斜率的绝对值为a /2,截距为A 点的瞬时速度v 。
【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。
滑块在气轨上运动,由于内摩擦和气轨平整度问题,也会有较小的阻力,一般认为阻力与速度方向相反,大小成正比。
即bv f =。
8上-09-光学实验专题精练(解析版)--全国初中物理竞赛试题精编
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全国初中物理竞赛试题精编光学实验专题精练1.小红在学习了光学的相关知识后,在暗室进行了一些实验探究.(1)实验一:让一细束太阳光照射三棱镜,射出的光射到竖直放置的白屏上.如图所示,白屏Ⅱ区上出现了彩色光带,这是光的________现象.将灵敏温度计放在________(选填“Ⅰ”或“Ⅲ")区,温度计示数会明显升高,是因为________;(2)实验二:将一束蓝光照在穿白上衣、红裙子的洋娃娃身上,小红看到了洋娃娃上衣呈________色,裙子呈________色;(3)实验三:通过学习,小红知道红、________、蓝是光的三原色,它们自身________(选填“能”或“不能”)由其它色光混合而成.她将亮度相等的这三种色光叠加在一起,看到了________光.【答案】色散Ⅲ红外线具有热效应蓝黑绿不能白【详解】(1)实验一:太阳光经过三棱镜后被分解为七色光的现象,是光的色散现象.红光的折射较小,紫光的折射较大,所以图中Ⅲ区是红外线,且红外线具有明显的热效应,所以将灵敏温度计放在Ⅲ区,温度计示数会明显升高.(2)实验二:将一束蓝光照在穿白上衣,白上衣能反射所有颜色的光,即白上衣反射蓝光,所以小红看到了洋娃娃上衣呈蓝色;红裙子只能反射红光,所以蓝光照在红裙子上,洋娃娃身上裙子呈黑色.(3)实验三:光的三原色是红、绿、蓝,它们自身不能由其它色光混合而成,她将亮度相等的这三种色光叠加在一起,看到了白光.2.“关爱生命,安全出行,争当安全模范公民”的教育活动,在全国各地轰轰烈烈地展开.“红灯停,绿灯行”是公民的基本素质.交通信号灯用红、绿灯,而不用蓝色、紫色等其它颜色的灯.对此,小明、小华、小宇三位同学展开讨论:①小明说:人的眼睛对红色光、绿色光比较敏感.用红绿灯作为交通指挥灯,容易引起视觉反应,可以提高人们的警惕性,减少交通事故的发生.②小华说:红光穿透能力比蓝色、紫色等其它的色光强,很远处就能看到;人的眼睛对绿色光敏感.③小宇说:红绿灯作为交通指挥灯,是国际通用的,并不具有科学依据.(1)雾天,小明、小华和小宇一起在远处观看路口的红绿灯,收集有关“红色光穿透能力强”的证据.小明和小宇看到红灯亮时,小华却认为红灯不亮.此事实说明红色光引起的视觉效果与________有关;三位同学向路口的红灯走近,都感到红色光强度逐渐增强,表明色光的穿透能力与________有关.影响色光穿透能力的因素还有________(至少答出一条).(2)依据你的生活体验,并结合学过的物理知识,对小宇的说法作出评价:________.(3)红绿色盲的人不能分辨红绿灯颜色的变换.请你描述现行交通信号灯是如何让色盲的行人做到“红灯停、绿灯行”的或提出一条合理化建议.________(回答一条即可).【答案】各个不同的人距离空气的质量不正确.红色光穿透能力强,人的眼睛对红色光、绿色光比较敏感采用灯光图形或者语音提示等方法提醒行人【详解】(1)同样的一盏红灯,小明、小华和小宇一起在远处观看,小华却认为红灯不亮.说明红光引起的视觉效果和不同的人有关;向路口的红灯走近,都感到红色光强度逐渐增强,说明红光的穿透能力和红光传播的距离有关,距离越短,红光的穿透能力越强;空气中的灰尘等颗粒物越多时,光的穿透能力就越弱,所以影响色光穿透能力的因素还有空气的质量;(2)小宇的说法不对,用红绿灯作为交通指挥灯有科学依据,红光的波长更长,不容易被散射,在空气中可以传播得更远,人眼对红光、绿光比较敏感;(3)红绿色盲的人不能分辨出红灯和绿灯,可以同时在红灯和绿灯发光的同时加上语音提示,或者将红灯和绿灯用不同的形状制成等.3.在“探究光的反射规律”实验中,实验装置如图所示,把一个可绕ON折转的白色硬纸板竖直放置在水平的平面镜M上,使一束光紧贴硬纸板射向镜面的O点,在硬纸板上便可描出入射光线和反射光线。
全国高中物理竞赛几何光学训练题答案
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【训练题答案】1、两块平面镜宽度均为5=L cm ,相交成角︒=12α,如图(a )所示,构成光通道。
两镜的右端相距为2=d cm ,左端靠在光接收器的圆柱形的感光面上。
试问入射光线与光通道的轴成的最大角度m ax ϕ为多少,才能射到光接收器上?解:从最大角度射入的光线应当与光接收器表面相切。
为了简化解题,可以讨论入射光线在两块平面镜之间未经受多次反射就通过平面镜系统的情况。
如图(b )所示,由三角形AOC 得到光接收器圆柱形表面的半径 2sin2αd r L =+L d r -=2sin2α由于平面镜的反射不会影响到光线到接收器圆心的垂直距离,故可以不考虑多次反射的情况。
从三角形ABO 中可以知道477.02sin 21sin =-=+=αβd L r L r 故 ︒=5.28β于是 ︒=+=5.342max αβϕ2、如图(a )所示,两平面镜A 和B 的镜面分别与纸面垂直,两镜面的交线过图中的O 点,两镜面间夹角为︒=15α,今自A 镜面上的C 点处沿与A 镜面夹角︒=30β的方向在纸面内射出一条光线,此光线在两镜面经多次反射后而不再与镜面相遇。
设两镜面足够大,1=CO m 。
试求:(1)上述光线的多次反射中,最后一次反射是发生在哪块镜面上? (2)光线自C 点出发至最后一次反射,共经历多长的时间? 解:首先就一般情况进行讨论,如图(b )。
设光线第一次在平面镜B 上发生反射时,CD 为入射光线,DE 为反射光线,又设图中的A 为平面镜A 关于OB 的对称镜面,则图中E D '图(a ) 图(b )图(a)与DE 也关于OB 对称,即DE E D ='。
又由光的反射定律和图中的对称关系容易得出:C 、D 、E '三点在同一直线上,且E D '对平面镜1A 的入射角等于DE 对平面镜A 的入射角。
因此光线由E D C --所经过的路径和它将进一步发生反射的情况,可以用光线在D 处不发生反射而沿直线前进至镜面1A 上的情况来代替。
物理竞赛试题与解答(光学)
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从图中几何关系,有
(1)
若光线1和2在球外相交,有条件 ,考虑到 和 都是锐角,此条件写成
(2)
根据折射定律,又有
(3)
联立式(2)、(3),再利用关系式 ,得
几何光学
7.证明:光线相继经过几个平行分介面的多层介质时,出射光线的方向只与入射方向及两边的折射率有关,与中间各层介质无关。
证:因为界面都是平行的,所以光线在同一层介质中上界面的折射角相等。如图所示,由折射定律有
……………..
由此可见,最后出射光线的方向只与当初入射方向及两边介质的折射率有关。
8.顶角α很小的棱镜称为光楔。证明光楔使垂直入射的光线产生偏向角 ,其中是光楔的折射率。
(2)对波长比 长的红光,n1和n2均小于1.5。对波长比 短的蓝光,n1和n2均大于1.5。所以入射角相同的、波长为 、 和 的三种不同光线经AD面折射后在介质中的折射光线如图2中所示, 折射角最小, 折射角最大。
再讨论一下光线抵达AC面的折射。对于波长 的光,有
即
对于波长 的光
因 ,所以
同理,对于波长 的光
所以此时ABC上被照区变为以DB为对称轴球面上一圆盘。
而当 时,由式(5)可得到n的值,再代回式(2),可以判定, 。即ABC上被照区仍为球面上一圆盘。
当n再大时,又变为球面上一圆环。
当 时,由式(2)和(5)可知, ,ABC上圆环趋于一圆线。这种情况,即QM光线 PA光线,入射光线只有一条光线PA才能经折射再与黑球相切射抵ABC球面,当 时,所有光线都照不到ABC球面上。
光学基础实验思考题及答案
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1 图片细节模糊如何用空间滤波加以改善光点离谱面中心的距离是标志面上该频率成分的高低离中心远的点代表物面上的高频成分反映物的细节成分。
靠近中心的点代表物面的低频成分反映物的粗轮廓中心亮点是零级衍射即零频它不包含任何物的信息所以反映在像面上呈现均匀光斑而不能成像。
如果使离谱面中心的距离远的光点即代表物面上的高频成分的光点透过狭缝则可使细节比较模糊的照片变的较清晰。
2 物理实验全息照相中的参考光和物光的光程差为什么要相等?为什么不能用白光拍摄?全息照相记录的是参考光和物光的干涉条纹,显然只有两者的光程相近时,才会发生干涉。
全息照相一般用激光,单色光,饱和度好,也有用白光拍摄的,那样拍出来的照片在日光下就能看出立体的影像,但是那种拍摄有比较高的要求。
激光拍摄在原光路中就能看出立体影像。
椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率1.什么是用椭圆偏振仪测量薄膜厚度的基本思路?一束自然光经起偏器变成线偏振光,再经1/4波片,使它变成椭圆偏振光入射在待测的膜面上。
反射时,光的偏振状态将发生变化。
根据偏振光在反射前后的偏振状态变化,包括振幅和相位的变化,便可以确定样品表面的许多光学特性,可以推算出待测膜面的某些光学参数(如膜厚和折射率)。
2.什么是线偏振光?什么是椭圆偏振光?什么是圆偏振光?什么是四分之一波片?什么是二分之一波片?什么是布儒斯特角?⑴线偏振光,在光的传播过程中,只包含一种振动,其振动方向始终保持在同一平面内,这种光称为线偏振光(或平面偏振光)。
⑵椭圆偏振光,在光的传播过程中,空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动,且电矢量端点描出一个椭圆轨迹,这种光称为椭圆偏振光。
迎着光线方向看,凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光,凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。
椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果(见波片)。
⑶圆偏振光,旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光,是椭圆偏振光的特殊情形。
全国高中物理竞赛几何光学训练题答案
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【训练题答案】1、两块平面镜宽度均为5=L cm ,相交成角︒=12α,如图(a )所示,构成光通道。
两镜的右端相距为2=d cm ,左端靠在光接收器的圆柱形的感光面上。
试问入射光线与光通道的轴成的最大角度m ax ϕ为多少,才能射到光接收器上?解:从最大角度射入的光线应当与光接收器表面相切。
为了简化解题,可以讨论入射光线在两块平面镜之间未经受多次反射就通过平面镜系统的情况。
如图(b )所示,由三角形AOC 得到光接收器圆柱形表面的半径 2sin2αd r L =+L d r -=2sin2α由于平面镜的反射不会影响到光线到接收器圆心的垂直距离,故可以不考虑多次反射的情况。
从三角形ABO 中可以知道477.02sin 21sin =-=+=αβd L r L r 故 ︒=5.28β于是 ︒=+=5.342max αβϕ2、如图(a )所示,两平面镜A 和B 的镜面分别与纸面垂直,两镜面的交线过图中的O 点,两镜面间夹角为︒=15α,今自A 镜面上的C 点处沿与A 镜面夹角︒=30β的方向在纸面内射出一条光线,此光线在两镜面经多次反射后而不再与镜面相遇。
设两镜面足够大,1=CO m 。
试求:(1)上述光线的多次反射中,最后一次反射是发生在哪块镜面上? (2)光线自C 点出发至最后一次反射,共经历多长的时间? 解:首先就一般情况进行讨论,如图(b )。
设光线第一次在平面镜B 上发生反射时,CD 为入射光线,DE 为反射光线,又设图中的A 为平面镜A 关于OB 的对称镜面,则图中E D '图(a ) 图(b )图(a)与DE 也关于OB 对称,即DE E D ='。
又由光的反射定律和图中的对称关系容易得出:C 、D 、E '三点在同一直线上,且E D '对平面镜1A 的入射角等于DE 对平面镜A 的入射角。
因此光线由E D C --所经过的路径和它将进一步发生反射的情况,可以用光线在D 处不发生反射而沿直线前进至镜面1A 上的情况来代替。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案及解析_电磁学
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实验十一学习使用数字万用表【思考题参考答案】1.调节电阻箱的电阻为500和5时,电阻的误差是多大?答:以0.1级为例,以每个接点的接触电阻按0.002为例。
对于500电阻从0和9999接线柱输出,误差为512.0002.06%1.0500R对于5电阻从0和9.9接线柱输出,误差为009.0002.02%1.05R2.电源电压为110V 。
是否可以只用一个电阻箱控制,得到0.5A 的电流?答:若只用一个电阻箱控制,所需电阻为Ω2205.0110R。
这需要电阻箱的100R 档,此档允许电流为0.05A ,实际电流大于额定电流,不能使用。
3.对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程,可能出现的最大数字是多少?最小分辨率是多少?答:最大数字为199.99mV 。
最小分辨率为0.01mV 。
4.使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压,测量值为 1.5V ,测量误差为多少?如果测量值为0.15V ,测量误差为多少?如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ,误差为多少?答:我们以0.5级的三位半表为例,一个字x U U%5.0。
2V 量程测量直流电压 1.5V 时mV mV V U5.815.1%5.02V 量程测量直流电压0.15V 时mV mVVU 8.1115.0%5.0200mV 量程测量直流电压0.15V 时mVmVmVU 9.01.0150%5.0可见,测量小电压尽量选用低量程档。
5.为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻?答:数字万用电表电阻档内置9V 电池,而微安表头内阻在2000左右。
这样测通过表头的电流估计为mA A5.40045.020009,这个电流远大于微安表头的满量程电流。
6.为什么不能用数字万用电表的电阻档测量电源内阻?答:电阻档的使用条件是被测电阻中无电流通过,或者被测电阻两端无电压。
对电源内阻来说,一旦用电阻档测量,电源就为内阻提供了电流,这样容易烧毁电表。
最新全国中学生物理竞赛真题汇编---光学--参考答案
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全国中学生物理竞赛真题汇编---光学 参考答案1.参考解答由于光学系统是左右对称的,物、像又是左右对称的,光路一定是左右对称的。
该光线在棱镜中的部分与光轴平行。
由S 射向1L 光心的光线的光路图如图预解19-5所示。
由对称性可知12i r = ①21i r = ②由几何关系得 1260r i α+==︒ ③ 由图可见11i r β=+ ④又从1FSO ∆的边角关系得tan /y f β= ⑤代入数值得arctan(14.3/30.0)25.49β==︒ ⑥由②、③、④与⑥式得130r =︒,155.49i =︒ 根据折射定律,求得11sin 1.65sin i n r == ⑦ 评分标准:本题20分1. 图预解19-5的光路图4分。
未说明这是两个左右对称性的结果只给2分。
2. ①、②、③、④式各给2分,⑤式给3分,⑥式给1分,⑦式给4分。
2.把酒杯放平,分析成像问题。
图11.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。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案光学
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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
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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
光学实验思考题答案
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40
50
伏安特性曲线照度与光电
流曲线
(3)零电压下的光电流及截止电压与照度的关系
20.0
1.96
30.0 1.06 0.65
35.0 0.85 0.66
40.0 0.64 0.62
50.0 0.61 0.64
60.0 0.58 0.65
70.0 0.55 0.63
答:临界截止
u/v
s0.64
25.0 1.85 0.63
2.在杨氏实验装置中,光源波长为640nm,两狭缝间距为0.4mm,光屏离狭缝的距离为50cm.试求:(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离;(2)若p点离中央亮条纹为0.1mm,问两束光在p点的相位差是多少?(3)求p点的光强度和中央点的强度之比.
?y?
解:(1)由公式
r0
?d
?y?
得
r050??6.4?10?5?8.0?10?2cmd =0.4
③为了使十字丝对准光谱线,可以使用望远镜微调螺钉12来对准。
④测量时,可将望远镜置最右端,从-l级到+1级依次测量,以免漏测数据。
数据处理
左1级右1级
(k=-1) (k=+1)
(2)计算出紫色谱线波长的不确定度
2
?
其中
? ? +
(a b)sin ?
u ? ? = a + ?
cos15 60 180 092
(2)由课本第20页图1-2的几何关系可知
r2?r1?dsin??dtan??d
y0.01
?0.04?0.8?10?5cmr050
???
2?
?
(r2?r1)?
2???5?0.8?10?
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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,可以看成三棱镜,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) A B CD a b ~ d i r下成像质量好,基本无像差,可以减小测量误差,必须使各个透镜的主光轴重合(即共轴)。
否则,会造成成像质量低,甚至光路不通。
共轴调节的基本步骤是:(1)粗调。
将物、透镜、屏等元件靠近光源,调节它们的取向和高低、左右位置,使它们的中心处在一条和水平导轨平行的直线上,且这些元件的面要与导轨垂直;(2)细调。
借助于其它仪器和成像规律,按一定顺序,仔细调节每个元件的中心位置和中心面,最大限度做到共轴。
例如利用位移法成像的规律进行共轴调节,保持物不动,成小像时调光屏,使光屏中心与小像中心重合;成大像时调透镜,使大像中心与光屏中心重合。
如此反复几次即可调节共轴。
对多透镜系统,先调节单个透镜的共轴,再逐次放入其它透镜,每放入一个透镜调节成像和它的高低左右,使同一物点在屏上的像点位置不变。
2.位移法测透镜焦距,为何物屏间距离要大于四倍焦距此法有何优点物屏距离为何不可取的太大答:物屏间距离要大于四倍焦距是两次成实像的条件。
如果物屏间距离小于四倍焦距,当移动凸透镜时不能两次成实像,无法用位移法测量焦距。
位移法的优点是:通过测量两次成像时凸透镜的位移测量焦距,克服了透镜光心与滑块刻痕不一致引起的系统误差。
另外位移法测量时,像的清晰容易判断。
一旦屏上出现清晰的像,当透镜的位置稍有变化时,它总是同时影响到物距和像距,并且是一个变小,另一个变大,像的清晰程度变化明显.在位移法测量焦距时,如果物屏距离太大,势必造成大像太大,小像太小,这样大像模糊不清,很难准确判断成大像时凸透镜的准确位置,使测量误差变大。
3.怎样用视差法确定实像位置答:用“针尖”取代像屏,置于实像附近。
观察者眼睛左右、上下移动,观察针尖与实像之间的视差,若像的移动方向与眼睛移动方向相同,说明像在针尖与透镜之间,将针尖推向透镜;反之,则将针尖推向观察者。
直至眼睛移动时,像和针尖不错位,即无视差,这时针尖的位置就是实像的位置。
、4.能否用眼睛直接观察实像为什么人们喜欢用毛玻璃(或白屏)看实像答:当然能,但是,只能迎着光在一狭窄范围内(主轴附近)看到实像。
用毛玻璃(或白屏)看实像,由于漫反射,可以从更大范围内看到实像。
5.物像距法测凹透镜焦距二次成像的前提条件是什么*答:放入凹透镜后组合透镜应为正透镜,组合透镜焦距为df f f f f -+=2121,则当d f f <+21时就能成实像。
(1)021>-=∆f f f ,f d ∆>;(2)21f f <。
6.自准直法测凸透镜焦距,当物距远小于焦距时,也会在物屏上生成一倒立、等大的实像,且取走平面镜后,此像依然存在,请予以解释。
答:假设凸透镜是一个薄的双凸面透镜,这个像是由于物体发出的光经第一个凸面折射进入玻璃内,第二个面反射,再经第一个面折射形成的。
[补充思考题]自准直法测凸透镜焦距,当像在物与透镜之间时,怎么调节答:将物体缓慢推向透镜,或将透镜缓慢推向物体,直至像和物出现在同一位置。
\【实验拓展】设计自准直法测量凹透镜焦距的实验方案,画原理性光P路,说明测量原理,写出操作步骤。
提示:考虑凸透镜辅助。
参考光路如图。
答:凸透镜L1将物物体发出的光成像于像屏P记下位置,将待测凹透镜L2置于L l与像屏P之间,当移动L2并使其光心到屏P之间距等于凹透镜L2的焦距时,光线经L2后将成为平行光束,这时,若在L2与P之间放一平面镜M,这束平行光被M反射,将在物平面上成一与物体等大倒立的实像。
因此,只要测量L2与P之间的距离,即可求得凹透镜L2的焦距。
实验三十一光的干涉现象【思考题参考答案】1.如果狭缝和双棱镜的棱脊不平行,是否能观察到干涉条纹为什么答:不能。
可以证明对于点光源,双棱镜的两个虚光源是一对相干点光源,得到的干涉条纹是明暗相间的条纹。
对于缝光源,如果缝光源与棱脊平行,两个虚光源是两个对称的缝光源,把缝光源看成一系列相互独立的点光源,观察屏上一点的光强是各个点光源产生的强度之和,由于每对点光源的干涉条纹重合,干涉条纹亮度增大。
如果狭缝和双棱镜的棱脊不平行,每对点光源的干涉条纹不重合,导致干涉条纹的可见度下降,甚至消失。
…2.干涉条纹的间距与哪些因素有关当狭缝S与双棱镜B之间的距离加大时,条纹间距是变大还是变小答:条纹间距与狭缝到观察屏的距离D、虚光源间距l和波长有关。
当狭缝S与双棱镜B之间的距离R加大时,虚光源间距l增大,由于条纹间距与l成反比,所以条纹间距变小。
3.如果在双棱镜前面用一小孔代替狭缝,得到的干涉条纹是什么形状为什么本实验中用狭缝而不用小孔答:如果在双棱镜前面用一小孔代替狭缝,得到的干涉条纹是明暗相间的条纹。
由于小孔透射的光强很小,干涉条纹明纹亮度很低,位置不易测准,所以实际实验中用狭缝,狭缝光源可以无穷多点光源,如果狭缝和棱镜平行,这些电源的干涉条纹重合,干涉条纹明亮。
4.用白炽灯代替钠光灯作光源时,干涉条纹有何特点答:只有单色光才相干,白炽灯作光源时,不同的单色光的干涉条纹错开,形成彩色干涉条纹,从中间往外看条纹颜色是紫色在里面,红色在外面。
5.用双棱镜测量波长时怎样减小误差答:双棱镜测量波长的误差主要是狭缝到观察屏的距离D、虚光源间距l测量不准和测微目镜读数错误。
为减小误差,测量D时,要注意狭缝与狭缝的滑块中心不在一个位置,干涉条纹在目镜的分划板上,而目镜的分划板与滑块中心不在一个位置,需要估计出它们之间的距离。
测量l时,由于是级的数字,又不能用测长仪器直接测量,为减小误差用成像的位移法(二次成像)测量,要注意大小像不要差别过大。
测量条纹位置时超一个方向进行测量,细心读测微目镜。
&实验三十三调节分光计并用掠入射法测定折射率【思考题参考答案】1.平面镜转动时,目镜中“十”字像的运动轨迹与MN线不平行,原因何在如何解决答:这有可能是MN线不水平。
转动望远镜目镜使MN线水平即可。
2.三棱镜调好后,为何不能拿下再放上答:这样容易破坏三棱镜的主截面与分光计的转轴垂直,导致顶角A的测量不准确。
原因是,棱镜顶角是棱镜主截面上三角形的一个角,如果棱镜主截面与仪器主轴不垂直,也就与待测光路平面(望远镜和平行光管光轴或入射光所在平面)不一致。
3.如何判断物和像(例如“十”字和它的反射像)是否在同一平面内若亮“十”字反射像位于“十”准线之前,距观察者更远,应怎样调节分划板答:利用视差判断。
松开望远镜套筒锁定螺钉,前后移动望远镜套筒,直到亮“十”字反射像最清晰,并与“十”准线无视差。
若亮“十”字反射像位于“十”准线之前,应将套筒前移。
{4.平面镜旋转180前后的两个亮“十”字反射像分别位于MN线下方a和5a处,试问:(1)平面镜是否平行于转轴(2)望远镜是否垂直于转轴(3)设计一种方法,使望远镜光轴与仪器转轴垂直的调节最迅速。
答:(1)平面镜与转轴不平行;(2)望远镜与转轴不垂直;(3)先就后一情况,调节望远镜倾角,使5a处的亮“十”字反射像到MN的下方大约a的位置。
再将平面镜转动180,按减半逐步逼近法调节。
当按减半逐步逼近法调节反复几次后,直到平面镜旋转180前后,亮“十”字反射像始终落到MN线上。
[补充](1)借助平面镜调节望远镜光轴使之垂直于分光计主轴时,为什么要旋转180度使平面镜两面的法线先后都与望远镜的光轴平行只调节一面行吗答:调节两面是为了防止出现虽然望远镜光轴垂直于分光计主轴,但他们都没有达到水平,而是同时倾斜,只是处于倾斜角度相同的状态的情况。
所以只调节一面不行。
(2)调节望远镜光轴与分光计的中心轴相垂直时,如果只对一个光学面观察到反射的十字像,如何调节答:当望远镜光轴和载物台都倾斜,但望远镜的光轴垂直或大致垂直于光学平行平板的镜面时,从望远镜中可观察到反射的十字像。
将光学平行平板随载物台转过180度后,望远镜的光轴与光学平行平板的镜面不再有垂直或大致垂直的关系,反射的十字像则可能无法进入望远镜。
因此,只能观察到一个光学面反射的十字像。
根据望远镜光轴和载物台的倾斜方向,可分析判断反射的未进入望远镜的十字像,是在望远镜筒外的上方还是下方。
由此,可决定进一步的调节方向,或者重新进行粗调。
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