初中物理竞赛辅导-光学
物理奥赛辅导：第13讲_光学基础综述
第十三讲 光学基础一、知识点击1．几何光学的基本实验定律光的直线传播定律：在均匀介质中，光线为一直线．光的独立传播定律：自不同方向或由不同物体发出的光线相交时，对每一光线的独立传播不发生影响．光的反射和折射定律：光从一种介质射向另一种介质时，在界面上会同时产生反射和折射两种现象．光的反射遵从反射定律，光的折射遵从折射定律，折射定律的数学表达式是1122sin sin n i n i =，反射定律可看作是折射定律当21n n =-时的特例．当光从光密介质射向光疏介质且人射角大于或等于临界角时，就发生全反射．2．单球面折射与反射成像 在近轴条件下，折射球面的成像公式为n n n n s s r''--=' 式中s 是物距，s '是像距，r 是球面曲经半径，n 和n'分别为折射球面的物方折射率和像方折射率．上式可改写成更具普遍性的高斯成像公式：1f f s s '+=' 其中n f r n n ''='-和n f r n n='-分别为折射球面的像方焦距和物方焦距。
像长y '与物长y 之比称做垂轴（横向）放大率β，对单折射球面成像，有y ns y n sβ''==' 在球面折射成像公式中，令r=∞，得平面折射成像公式：n s s n''=在球面折射成像公式中，令n n '=-，得球面反射成像公式：112s s r +=' 球面反射成像的垂轴放大率公式为y s y sβ''==- 在平面折射成像公式中，令n n '=-，得平面反射成像公式为s s '=-平面反射成像时垂轴放大率1β=+3．薄透镜的成像近轴条件下，薄透镜的成像公式为211212n n n n n n s s r r ---=+' 利角物方焦距11212n f n n n n r r =--+和像方焦距21212n f n n n n r r '=--+ 就可以得到薄透镜成像的高斯公式：1f f s s'+=' 对于空气中的薄透镜，n 1＝n 2＝1，焦距公式简化为f f '=- 物像公式变为111s s f -=''薄透镜成像的垂轴放大率为12n s y y n sβ''== 4．光的波动性和光的量子性 ⑴光的波动性：光波是一定波长范围内的电磁波。
全国中学生物理竞赛真题汇编---光学 参考答案
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。
初中物理竞赛辅导讲义------光学
竞赛辅导讲义------光学1．有一种自行车尾灯设计得很巧妙。
当后面汽车的灯光以任何方向射到尾灯时，它都能把光钱“反向射回”。
下图是4种尾灯的剖面示意图，其中用于反光的镜面具有不同的形状。
能产生上述效果的镜面是[ ]2．有些电工仪表的刻度盘上有一个弧形缺口，缺口下面有一面镜子，它的作用是[ ]A．读数时使眼睛处于正确位置。
B．增加刻度盘的亮度。
C．检验仪表是否水平。
D．便于观察仪表的内部结构。
3．用放大镜观看彩色电视机荧光屏上的白色区域，会发现它是由_______种颜色的亮点或亮条组成的。
4．检查视力时人与视力表间的距离应为5米。
现在由于屋子太小而使用一个平面镜，视力表到镜子的距离为3米（如图），那么人到镜子的距离应为米。
5．图4中画的是王小刚同学的眼镜，从眼镜判断，他的眼睛[ ]A．是远视眼。
B．是近视眼。
C．视力正常，眼镜是太阳镜。
D．一只眼视力基本正常，另一只是近视眼6．图6是一张在湖边拍摄的照片。
因为湖水平静，岸上景物与湖中倒影在照片上十分相似。
下列几种方法中哪一种不能用来正确区分真实景物与它在湖中的倒影？[ ]A．倒影比真实景物略暗一些。
B．倒影比真实景物的清晰度略差一些。
C．倒影中人物排列的左右位置与拍照时的真实位置正好相反。
D．倒影中人物的身高比真实人物略大一些。
7．黑白照片进行暗室加工时，所用温度计的液注是蓝色的，而不是红色的，以下说法中不正确的是[ ]A．暗室安全灯是红灯，因而一切物体看来都是红的。
温度计的红色液柱在这种环境中不易看清。
B．温度计的蓝色液柱在红光照射下是黑的。
C．蓝色液柱在红光下看得更清楚。
D．红色液柱在红灯照射下反射白光。
8．老师利用投影仪把课前写好的透明胶片投射到屏幕上，得到了清晰的像（图9）。
当他再把两块条形磁铁放在投影仪上，在磁铁上面铺好玻璃板，用铁粉演示磁感线的分布时、屏幕上磁感线的像却不清晰，这时应该向______移动投影仪的镜头。
9．给你一个透镜，怎样用最简单易行的方法判断它是不是凸透镜？说出两种最简便的估测凸透镜焦距的方法。
初中物理竞赛-第一讲光学
第一讲光学一、光的直线传播1、于日食和月食,下列说法中正确的个数是( )(1)在月球的本影区里可看到日全食(2)在月球的半影区里可看到日偏食(3)在月球进入地球的半影区时,可看到月偏食(4)在月球完全进入地球的本影区时,可看到月全食(A)1个(B)2个(C)3个(D)4个2、早在公元前305年，著名天文家埃拉托色尼就已经测量出了地球的周长，与现代科学公认的地球周长的真实值相差不到0．1％。
他在研究中发现，每年夏至这天，塞恩城(今埃及阿斯旺)正午的太阳光正好直射到城内一口深井的底部，而远在S千米以外的亚历山大城，夏至这天正午的太阳光却会使物体在地面上留下一条影子，他测得太阳光方向与竖直方向之间的夹角为 。
，由此得出地球的周长为( )3、夜晚，人们仰望天空，有时能看到闪烁的人造地球卫星。
地球赤道处有一观察者，在日落4小时后看到一颗人造地球卫星从赤道正上方高空中经过，设地球半径为R，则这颗人造地球卫星距赤道地面的高度至少为(A)R/2 (B)R (C)2R (D)4R4、如图所示，点光源S离开水平地面的距离为3米，在点光源S的正下方有一个身高为1.5米的学生，现让这个学生从该位置开始以大小为1米/秒的速度匀速直立向右运动，则该学生头顶在地面上投影的运动速度大小变化情况是___________（变大、变小、不变），在该学生开始运动的6秒内，该学生头顶在地面上投影的运动的平均速度为_________米/秒。
二、光的反射1、如图所示，两平面镜夹角为60°，op为角平分线，某人站在p点，则平面镜M内此人所成的像的个数是( )(A)2个 (B)3个 (C)5个 (D)6个2. 如图所示，平面镜OM与ON的夹角为θ，一条平行于平面镜ON的光线经过两个平面镜的多次反射后，能够沿着原来的光路返回。
则平面镜之间的夹角不可能是（）Ａ．１°Ｂ．２°Ｃ．３°Ｄ．４°3、如图所示，平面镜OA与OB夹角为α，若平行于平面镜OB的光线PQ经过两次反射后，反射光线恰好平行于平面镜OA，则两平面镜之间的夹角α为________；若要使平行于平面镜OB的光线PQ在两个平面镜之间最多能发生m次反射，则现平面镜之间的夹角α必须满足的条件是______________。
物理竞赛光学部分基本要求(“衍射”相关文档)共9张
2.会用半波带法分析单缝的夫琅禾费衍射图样; 掌握
单缝的夫琅禾费衍射图样的特点, 会分析缝宽及波
长对衍射条纹分布的影响。 3.掌握光栅方程及光栅衍射条纹的特点; 会分析并确
定光栅衍射的主极大谱线的条件及位置; 会分析光
栅常数及波长对光栅衍射的影响; 掌握缺级现象。 4.掌握衍射对光学仪器分辨率的影响, 尤其是光栅衍
自然光
起偏与检偏
偏振光
光获 的得 方偏 法振
偏振片 折射起偏 反射起偏 双折射
晶体二向色性
马吕斯定律
I I0co2s
布儒斯特定律
tan
i0
n2 n1
尼科尔棱镜
波片: 1/4波片 1/2波片
几种偏振状态
完 部自 全分 偏 偏然 振振 光 光光
线偏振光
圆偏振光 椭圆偏光
4. 掌握薄膜等厚干涉条纹和等倾干涉条纹的主要规律; 理解光的起偏和检偏, 掌握马吕斯定律及应用。 长对衍射条纹分布的影响。 掌握迈克耳逊干涉仪的构造和原理。 熟练掌握劈尖、牛顿环、平行膜的计算。 光的干涉(Interference of Light)
栅常数及波长对光栅衍射的影响; 掌握缺级现象。 了解原子发光的特点, 理解相干光的条件和获得相干 对可见度的影响 长对衍射条纹分布的影响。 镜不产生附加的光程差。 长对衍射条纹分布的影响。 熟练掌握扬氏干涉实验、干涉条纹的分布规律及相 会用半波带法分析单缝的夫琅禾费衍射图样; 掌握 理解光的起偏和检偏, 掌握马吕斯定律及应用。 以及光程差与干涉条纹的关系,掌握半波损失,知道透 长对衍射条纹分布的影响。 掌握迈克耳逊干涉仪的构造和原理。 理解光程的物理意义, 熟练掌握光程、光程差的计算 理解垂直入射的线偏振光进入波片后, 分解为互相 理解光程的物理意义, 熟练掌握光程、光程差的计算
竞赛辅导-光学习题解答
物理竞赛辅导——光学一、干涉 ◆杨氏双缝1、P858-11如图的洛埃镜镜长cm .B 005=，幕与镜的右端相距m .C 005=，点光源高出镜面距离为mm .d 5000=，与镜左端的水平距离cm .A 002=，光波波长nm 600=λ.（1）试求幕上干涉条纹的间距，（2）试问幕上总共能出现多少条干涉条纹。
（3）λ∆有何要求？(1)条纹间距m dCB A x 31004.32-⨯=++=∆λ (2)干涉条纹数()()294.29XH H N m 1093.8BA dC A d C B tg C tg C B H H 1221212≈=∆-=⨯=+⋅-+θ⋅-θ+=-- (3)忽略半波损失，在叠加区最大光程差：2m 1055.2Ad 2A d d 2CB H A d ,tg d 222m ⨯==⋅=+=θ⋅=∆看清全部条纹的条件是：nm 1044.1)(L 822C m -⨯=∆λ≤λ∆∴λ∆λ=≤∆m相干长度2、P859-12间距为d 的双孔1S 和2S 后放置一会聚透镜，透镜后焦平面上放一屏幕。
上述干涉装置正对遥远的双星S 和S '，在幕上观察双星产生的干涉条纹。
当d 从小连续变大时，干涉条纹的反衬度将作周期性变化。
（1）试解释此现象；（2）若星光的平均波长为nm 550，当d 变到mm .02时，条纹第一次变模糊，试求双星的角间距。
(1) 设双星角距离为θ入射光S 在P 点光程差为：P S P S NS 122-+=∆ 入射光S '在P 点光程差为：P S S N P S 112-'-=∆'d 2d2NS 2S N NS 212θ=θ≈='+=∆'-∆∴两套条纹级次差为λθ=λ∆'-∆=∆∴dk 当...3,2,1k =∆∴两套条纹的极大值重合，条纹最清晰 当 (2)5,23,21k =∆∴两套条纹的极大与极小重合，条纹最模糊 当d 从零开始增大时，使21k =∆∴时，条纹第一次出现模糊， 此时θλ=∴2d （2）双星角间距rad 104.10.22105.5d 244--⨯=⨯⨯=λ=θ 3、竞1届：波长为λ的两相干的单色平行光束1、2，分别以入射角ϕθ,入射在屏幕面MN 上，求屏幕上干涉条纹的间距。
初中物理竞赛辅导资(光学)
初中物理竞赛辅导资料（光学）班别：姓名：（一）光的反射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.从地球向月球发射一束激光信号，经过月球反射返回地球共需2.56 秒，那么月球到地球的距离是（）A、3.84×105kmB、3.84×108kmC、7.68×105mD、7.68×108m3.日光灯的发光效率比白炽灯高，是一种节能光源，但车床照明不使用日光灯，主要的原因是（）A.日光灯是管形的，因此用它照明看不清零件的细节；B．长期在日光灯照射下人感到疲劳；C．日光灯发光是不连续的，所以在它照射下观看转动的物体会发生错觉；D．日光灯长度大，不便于工人操作。
4.甲乙两人在照同一个镜子。
甲在镜中看到了乙的眼睛。
以下说法中正确的是（）A．乙也一定能看到甲的眼睛；B．乙只能看到甲的眼睛；C．乙不可能看到甲的眼睛；D．乙不可能看到甲的全身。
5.下列有关激光应用的说法中，错误的是（）A.利用激光进行室内照明；B. 利用激光进行通信；C.利用激光加工坚硬的材料；D.利用激光进行长距离测距。
6．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”刺眼的亮光，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．把台灯放到正前方C．把台灯移到左臂外侧D．把台灯移到右臂外侧7.图6 是月球的影区分布，当人随地球运动到区时会看到日全食，运动到区时会看到日偏食，运动到区时会看到日环食。
8.举出四个利用光的直线传播规律解决实际问题的例子（相似的用法只算一个）。
（二）光的反射1.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。
全国中学生物理竞赛光学(一)
全国中学生物理竞赛光学(一)近日，全国中学生物理竞赛光学赛事吸引了众多中学生的参与。
光学是物理学中的重要分支，它研究光的产生、传播、变化、应用和性质等，具有广泛的应用和深远的影响，因此这次竞赛也备受关注。
竞赛内容主要集中在光学基本原理、光谱学、偏振光、光学器件、光学成像、激光等领域。
竞赛旨在考察选手对于光学的理解和应用能力，强化选手对物理知识的掌握和应用。
作为一项高水平的比赛，全国中学生物理竞赛光学不仅考察了选手的专业知识水平，还要求选手具备较高的分析能力和实际操作能力。
比赛题目设计的深入浅出，使选手能够通过研究、分析、实验等多种形式来巩固和深化物理学科知识，并在实践中发现知识的不足之处。
在比赛中获得好成绩需要选手有充分的知识积累和实践经验。
对于学生来说，要想做好这次竞赛，首先需要掌握好物理学基础知识，进行多次练习，熟练掌握解题技巧。
其次，参与搭建物理实验装置、进行实验设计和数据处理，有助于提高选手操作实验的能力，纠正不规范操作，规范数据处理。
此外，适当组队，加强队员之间的交流，共同探讨并解决困难，可以使竞赛成绩更上一层楼。
除了能够帮助选手提高物理学成绩和综合素质外，参加这样的比赛还有其他的好处。
首先，可以激发学生学习物理学科的兴趣，进一步激发自己的求知欲望，增强学习积极性。
其次，在比赛中结交志同道合的伙伴，增强自信心和团队合作精神。
最后，比赛为学生提供了一个展示自己学习成果的平台，也能让学生了解其他同龄人的学习水平，激发他们的竞争意识。
总之，全国中学生物理竞赛光学无疑是学生们展示自己物理学科知识水平和综合素质的好机会，也是激发学生求知欲和竞争意识的好平台。
希望更多的学生参与进来，争取更好的成绩和更广阔的发展空间。
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初中物理竞赛辅导资料（光学）
班别：姓名：
（一）光的反射
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．从地球向月球发射一束激光信号，经过月球反射返回地球共需2.56秒，那么月球到地球的距离是（）
A、3.84×105km
B、3.84×108km
C、7.68×105m
D、7.68×108m
3．日光灯的发光效率比白炽灯高，是一种节能光源，但车床照明不使用日光灯，主要的原因是（）
A．日光灯是管形的，因此用它照明看不清零件的细节；
B．长期在日光灯照射下人感到疲劳；
C．日光灯发光是不连续的，所以在它照射下观看转动的物体会发生错觉；
D．日光灯长度大，不便于工人操作。
4．甲乙两人在照同一个镜子。
甲在镜中看到了乙的眼睛。
以下说法中正确的是（）A．乙也一定能看到甲的眼睛； B．乙只能看到甲的眼睛；
C．乙不可能看到甲的眼睛； D．乙不可能看到甲的全身。
5. 下列有关激光应用的说法中，错误的是（）
A. 利用激光进行室内照明；
B. 利用激光进行通信；
C. 利用激光加工坚硬的材料；
D. 利用激光进行长距离测距。
6．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”刺眼的亮光，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．把台灯放到正前方
C．把台灯移到左臂外侧 D．把台灯移到右臂外侧
7．图6是月球的影区分布，当人随地球运动到___区时会看
到日全食，运动到___区时会看到日偏食，运动到____区时
会看到日环食。
8.举出四个利用光的直线传播规律解决实际问题的例子（相
似的用法只算一个）。
（二）光的反射
1．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。
2.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____________。
3.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。
4.一束光线以30°角入射到平面镜上，当入射角增大20°时，反射光线与入射光线的夹角为（）
A.100°
B.120°
C.140°
D.160°
5．关于镜面反射和漫反射，下面说法中不正确的是（）
A.无论镜面反射还是漫反射，对应一条入射光线，只有一条反射光线
B.镜面反射的每一条光线都遵循光的反射规律
C.漫反射中有些光线不遵循光的反射规律
D.入射光线彼此平行时，漫反射后的反射光线彼此不平行
6．有一种自行车尾灯设计得很巧妙。
当后面汽车的灯光以任何方向射到尾灯时，它都能把光钱“反向射回”。
下图是4种尾灯的剖面示意图，其中用于反光的镜面具有不同的形状。
能产生上述效果的镜面是（）
A B C D
7．公路交通标志由基板和附着其上的反光膜组成，夜晚它可以反射汽车射来的灯光，使司机看清交通标志。
以下反光膜结构的示意图中，正确的是图（）
A B C D
8．在一个圆筒内垂直地放了两个平面镜M
1和M
2
(如图)．一束入射光射入筒内，经两平面
镜反射后又从筒内反射出去．出射光与入射光的位置关系是
（ )
A．互相平行 B．相交，交角小于90°
C．相交，交角大于90° D．不在同一平面内
9．有一种液面微变监视器，基本结构原理如图5所示：光发
射器始终以一定角度向被监视的液面发射一束细光；光束经液
面反射，其反射光被水平放置的平面光电转换器接收；光电转
换器将光信号转换为电信号并通过显示器显示出来。
若反射到
光电转换器接收平面上的光点从S1点移向S 2点,则表明被监
视的液面是_______(选填“上升”或“下降”)；当液面升降
高度一定时，接收平面上的光点S1和S 2之间的距离与接收
平面到液面的距离有没有关系?答____。
(选填“有”或“没有”)。
（三）平面镜
1．五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。
2．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。
3．如图5所示为潜望镜工作原理图。
若现有一军舰位于S点处，则潜水艇
中的人通过潜望镜看到军舰的像在图中的______点处。
4．检查视力时，要求眼睛与视力表相距5 m。
医院里常按图1所示的方式
检查视力，让被检查者面对平面镜而坐，身后是视力表。
已知人距平面镜2 m，
那么视力表离平面镜的距离应是( )
A．5 m B．2 m C．3 m D．4 m
5.小新同学家中的墙壁上竖直悬挂着一指针式电子钟，当其因电池电能不
是而停止时，指针最可能停在如图中所示的哪个位置附近( )
6．有些电工仪表的刻度盘上有一个弧形缺口，缺口下面有一面镜
子，它的作用是( )
A．读数时使眼睛处于正确位置 B．增加刻度盘的亮度
C．检验仪表是否水平 D．便于观察仪表的内部结构
7．如图所示，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
α应为( )
A．30°B．45° C．60°D．90°
8、一平面镜与水平桌面成45°角固定在水平桌面上，如图所示，小球以1m/s的速度
沿桌面向平面镜匀速滚去，则小球在平面镜里的像（）
A、以1m/s的速度做竖直向上的运动；
B、以1m/s的速度做竖直向下的运动；
C、以2m/s的速度做竖直向上的运动；
D、以2m/s的速度做竖直向下的运动。
9．汽车的前挡风玻璃有一定的倾斜角度，而卡车、公交车等大型车辆的前挡风玻璃却几乎是竖直的。
请用光学知识分析小汽车前挡风玻璃这样安装的原因（可以画图说明）。
10．在观看河岸边的城市夜景时，往往发现每盏灯在水里的像不是一盏灯，而是一条光柱，请你分析这是为什么。
11．图9是李阳把刻度尺直立在玻璃镜面上拍得的一张照片，请根据照片上的信息，估算一下玻璃镜的厚度，并说明估算的依据。