全国高中物理竞赛几何光学训练题答案
【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max ?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 2
sin
2α
d r L =
+
L d r -=
2
sin
2α
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
477.02
sin 21sin =-=+=
αβd L r L r 故 ?=5.28β 于是
?=+=5.342max αβ?
2、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 '
? α L β 图（a ） 图（b ） β max ? α O B
A C α β
O
A
B
图(a) C D
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。对于E 点反射后的光线EF ，通过同样的分析也可用F E ''来代替，其中平面镜1B 为平面镜B 关于1A 的对称镜面，F '为直线
CD 与平面镜1B 的交点。
显然，对于以后的各次反射，我们按照上法依次类推下去，其等效关系都能照样成立。 根据以上分析，我们自OB 出发，每隔α角画一块对称镜面，如图（c ）所示。令其自OB 镜面起，依次为第1、第2、…第n 、第)1(+n 块镜面，再做射线CD ，使其依次与所有可能相交的镜面相交，设其相交后的最后一块镜面为第n 块，其交点K ，则有 αn AOK =∠
这样得出的图的意义是：CD 射线与每一块镜面相交一次，则相当于光线在AB 两镜面间反射一次，在K 点相当于发生最后一次反射，此后的光线不再与第)1(+n 块镜面相遇，即光线此后将在AB 两镜面间平行于某一镜面向外射出。
由图可见，由于第n 块镜面与CD 射线相交，而第)1(+n 块镜面与CD 射线不相交，故
n 值应满足关系式是
βαβα++≤?<+)1(180n n 所以 1180+≤-?<
n n α
β
（*）
（1）根据（*）式结合本题所给的条件有
10180=-?α
β
故得9=n ，即光线自C 点出发后，还将分别在A 、B 镜面上总共发生9次反射，这样便可确定其最后一次反射是发生在平面镜B 上。
（2）光线自C 点出发至最后一次在B 镜面上发生发射，所经历的总路程长等于图中CK 的长度。在图中OCK ?中，有
图（b ） F ' E ' O D C E F A
B 1A 1
B α
α α 图（c ） β D B O θ C K α A α α
?==∠135αn COK ?=--?=∠15180αβn CKO
以θ表示CKO ∠，由正弦定理有
)
sin(sin αθn CK
OC =
73.22
3222sin )
sin(=-
=
?=
θ
αn CO CK （m ）
光线由C 至K 所经历的时间即为光线由C 出发，在A 、B 间多次反射至最后一次在B 镜面上反射所经历的总时间，即
98101.910
373
.2-?=?==
c CK t （s ）
3、在半径2=R m ，孔径5.0=d m 的凹面镜的焦点位置上，放置一块圆形屏幕，使平行于轴的所有入射光线经凹面镜反射后都能到达该圆形屏幕。试求圆形屏幕直径。
解：对凹面镜的所有近轴光线，经凹面镜反射后都将会聚于啊凹面镜的焦点上，显然，本题中的平行于主轴的光线不能看成近轴光线。
如图（a ）所示，O 为凹面镜的曲率中心，F 为其焦点，h 表示凹面镜孔径之半。过P 点的平行于主轴的光线反射后交主轴于1F 点，则
2
cos 211R
R OF OF FF -=
-=α 在直角三角形FQ F 1中，应用小量近似，可得
2
32
1122
sin )cos 1(sin 2sin 2
sin 2sin )2
cos 2(2sin 2tan R h R R R
R R
R FF FF x ≈?
=-=-=-=≈=ααααα
ααααα
将数值代入后可得95.1=x mm 。因此，圆形屏幕直径为3.9mm 。
4、有一只厚玻璃缸，底厚5cm ，内盛4cm 深的水，如图（a ）所示。已知玻璃和水的折射率分别为1.8和1.33。如果竖直向下看，看到缸底下表面离水面的距离是多少呢？
F
O Q
1F
P α2 α
h
α 图（a ）
解：所谓的“竖直向下看”，可以理解成小角度的折射，这是一个重要的条件。在图（b ）中，从缸底A 点发出一条光线经过F 、E 向J 方向射出，入眼观察后感觉A 点在D 处，人看到缸底下表面离水面的距离就是KD CK CD +=。过F 做JD 的平行线FH ，有
KLD ?≌BFH ?，BH KD =， 所以 BH IL CD += ①
因为当时θ很小时，有θθsin tan =，而α、β、γ都很小，所以在ILE ?，有 ααsin tan IE IE IL == ② 在IFE ?中，有
ββsin tan IE IE IF == ③ 由②、③式可得
水n IF IF
IL ==α
β
sin sin ④ 在BHF ?中有 ααs i n t a n BF BF BH == ⑤ 在BAF ?中有 γγs i n t a n BF BF BA == ⑥ 由⑤、⑥式可得
玻璃n BA BA BH ==α
γ
sin sin ⑦ 将④⑦式代入①式，可得
)
cm (4.36.8163.314BA =+=+=）（玻璃
水n n IF CD
5、（第十七届全国中学生物理竞赛预赛）有一水平放置的平行平面玻璃板H ，厚3.0 cm ，折射率 1.5n =。在其下表面下2.0 cm 处有一小物S ；在玻璃扳上方有一薄凸透镜L ，其焦距30cm f =，透镜的主轴与玻璃板面垂直；S 位于透镜的主轴上，如图（a ）所示。若透镜上方的观察者顺着主轴方向观察到S 的像就在S 处，问透镜与玻璃板上表面的距离为多少?
解：物体S 通过平行玻璃板及透镜成三次像才能被观察到。设透镜的主轴与玻璃板下表面和上表面的交点分别
为A 和B ，S 作为物，通过玻璃板H 的下表面折射成像于点1S 处，由图（b ），根据折射定律，有
sin sin n i n r '=
式中 1.0n '=是空气的折射率，对傍轴光线，i 、r 很小，sin tan i i ≈，sin tan r r ≈，则
AD AD
n
SA S A
= β
α 图（b ）
B
H F
C
I
水
玻璃
E
y A
J
K L D 图（a ）
式中SA 为物距，1S A 为像距，有
1S A nSA = （1） 将1S 作为物，再通过玻璃板H 的上表面折射成像于点2S 处，这时物距为11S B S A AB =+．同样根据折射定律可得像距 12S B
S B n
=
（2） 将2S 作为物，通过透镜L 成像，设透镜与H 上表面的距离为x ，则物距2u x S B
=+．根据题意知最后所成像的像距()v x SA AB =-++，代入透镜成像公式，有
2111
f
x S B x SA AB -=+++ （3）
由（1）、（2）、（3）式代入数据可求得
1.0cm x = （4） 即L 应置于距玻璃板H 上表面1.0 cm 处。
6、如图所示，全反射棱镜上方6cm 处放置一物体AB ，棱镜直角边长为6cm ，棱镜右侧10cm 处放置一焦距的
101=f cm 的凸透镜，凸透镜
右侧15cm 处再放置一焦距为102=f cm 的凹透镜，
求该光学系统成像的位置和放大率（全反射棱镜的折射率
1.5n =）
。 解：物体AB 经斜面全反
射，在它的右侧成像，但像的位置却不能根据平面镜成像的特点确定，因光线经直角面时均要发生折射。
对斜面来说，它看到的物体AB 离三棱镜上侧直角面的距离
13
69(cm)2
h nh ==
?= 经棱镜斜面成的像在棱镜的右侧（垂直于图中主轴），离右侧直角面的距离应为 13315(cm)l h =++=
但对棱镜右侧的凸透镜来说，它看到的像离棱镜右侧直角面的距离应为视深2h ，即
151.510(cm)h l h ===
图（b ）
6cm
6cm
10cm 15cm A
B
?45
?45
所以对凸透镜来说
)cm (20cm )1010(1=+=u 由凸透镜成像公式
1
11111f v u =+ 得 cm 201=v 则对凹透镜来说
215(cm)u d v =-=- 由成像公式
2
221
11f v u =
+ 得 210c m v =
结果表明最后的像成在凹透镜右侧距离凹透镜10cm 处，为倒立实像。最后像的放大率为1212
|
|||2v v
m u u =?=。 7、球形介质中物体的视深会发生变化。有一个直径为8cm 的实心玻璃球内有一个小气泡，当观察者沿着气泡和球心连线的方向观看时，气泡似距球面2cm ，那么气泡和球面的实际距离是多少呢？（玻璃的折射率 1.5n =）
解：如图所示。设气泡位置在P 点，气泡发出的光线经D 点折射后射入人眼。因为人是沿着气泡和球心连线的方向观看，所以α，β，i ，r ，θ角都很小。入射角i βθ=-，折射角r αθ=-，气泡的视深CP '。
1sin sin i i n r r βθαθ
-===- 因为 sin BD BD
P D P C αα==='' sin BD BD
PD PC ββ=== sin BD
OD
θθ==
所以
1BD PC BD OD n BD P C BD OD
-='-
P ' α P
β
C B
θ
O
r
i D
解得 2.4(cm)(1)
n OD P C
PC OD P C n '??=='+-
8、(第十九届全国中学生物理竞赛复赛）薄凸透镜放在空气中时，两侧焦点与透镜中心的距离相等。如果此薄透镜两侧的介质不同，其折射率分别为1n 和2n ，则透镜两侧各有一个焦点（设为1F 和2F ），但1F 、2F 和透镜中心的距离不相等，其值分别为1f 和2f 。现有一个薄凸透镜L ，已知此凸透镜对平行光束起会聚作用，在其左右两侧介质的折射率及焦点的位置如图（a ）所示。
1．试求出此时物距u ，像距v ，焦距1f 、2f 四者之间的关系式。
2．若有一傍轴光线射向透镜中心，已知它与透镜主轴的夹角为1θ，则与之相应的出射线与主轴的夹角2θ多大？
3．1f ，2f ，1n ，2n 四者之间有何关系？
解：利用焦点的性质，用作图法可求得小物PQ 的像P Q ''，如图（b ）所示。
（1）用y 和y '分别表示物和像的大小，则由图中的几何关系可得
1
212
u f f y y f v f -=='- （1） 1212()()u f v f f f --=
简化后即得物像距公式，即u ，v ，1f ，2f 之间的关系式
12
1f f u v
+= （2） （2）薄透镜中心附近可视为筹薄平行板，入射光线经过两次折射后射出，放大后的光
图（a ）
Q
Q '
P ' P F 1
F 2
u
v
n 1 n 2
y
y '
f 1
f 2
图复解 19-5-1 图（b ）
路如图（c ）所示。图中1θ为入射角，2θ为与之相应的出射角，γ为平行板中的光线与法线的夹角。设透镜的折射率为n ，则由折射定律得
1122sin sin sin n n n θγθ== （3） 对傍轴光线，1θ、2θ≤1，得11sin θθ≈，
22sin θθ≈，因而得
1
212
n n θθ=
（4） （3）由物点Q 射向中心O 的入射线，经L 折射后，出射线应射向Q '，如图（d ）所示，
在傍轴的条件下，有
1122tan tan y y u v θθθθ'
=≈=≈， （5） 二式相除并利用（4）式，得
1
2
n y u yv n '= （6） 用（1）式的11//()y y f u f '=-代入（6）式，得
1112
()f u n
u f v n =-
即 1121n uv
f n u n v
=
+ （7）
用（1）式的22/()/y y v f f '=-代入（6）式，得
21
22
()v f u n f v n -= 即 2221n uv
f n u n v
=
+ （8）
n 1 n 2
θ1
θ2
γ γ
n 图复解 19-5-2
图（c ）
Q
Q '
P
P ' F 1 F 2
L
θ2
u
v u
y
θ1 y '
n 1
n 2
图复解 19-5-3 图（d ）
从而得1f ，2f ，1n ，2n 之间关系式
22
11
f n f n =
9、（第十八届全国中学生物理竞赛复赛）有一放在空气中的玻璃棒，折射率 1.5n =，中心轴线长45cm L =，一端是半径为110cm R =的凸球面．
1．要使玻璃棒的作用相当于一架理想的天文望远镜（使主光轴上无限远处物成像于主光轴上无限远处的望远系统），取中心轴线为主光轴，玻璃棒另一端应磨成什么样的球面？ 2．对于这个玻璃棒，由无限远物点射来的平行入射光柬与玻璃棒的主光轴成小角度1φ时，从棒射出的平行光束与主光轴成小角度，求21/φφ（此比值等于此玻璃棒望远系统的视角放大率）．
解：1. 对于一个望远系统来说，从主光轴上无限远处的物点发出的入射光为平行于主光轴的光线，它经过系统后的出射光线也应与主光轴平行，即像点也在主光轴上无限远处，
如图（a ）所示，图中1C 为左端球面的球心．
由正弦定理、折射定律和小角度近似得
11111111111s i n 11
sin()(/)11AF R r r R i r i r i r n -=≈=≈
---- （1） 即
111
11
AF R n -=
- （2） 光线1PF 射到另一端面时，其折射光线为平行于主光轴的光线，由此可知该端面的球心
2C 一定在端面顶点B 的左方，2C B 等于球面的半径2R ，如图（a ）．
仿照上面对左端球面上折射的关系可得
图（a ）
121
11
BF R n -=
- （3） 又有 11BF L AF =- （4） 由（2）、（3）、（4）式并代入数值可得
25cm R = （5） 即右端为半径等于5cm 的向外凸的球面．
2. 设从无限远处物点射入的平行光线用①、②表示，令①过1C ，②过A ，如图（b ）所示，则这两条光线经左端球面折射后的相交点M ，即为左端球面对此无限远物点成的像
点．现在求M 点的位置。在1AC M ?中
1
1111
s i n ()s i n s i n ()R A M
A C
πφφφφ=
='-- （6） 又
1
1sin sin n φφ'= （7） 已知1φ，1φ'均为小角度，则有
11
11
(1)
R AM
n
φφ≈
- （8）
与（2）式比较可知，1AM AF ≈，即M 位于过1F 垂直于主光轴的平面上．上面已知，玻璃棒为天文望远系统，则凡是过M 点的傍轴光线从棒的右端面射出时都将是相互平行的光线．容易看出，从M 射出2C 的光线将沿原方向射出，这也就是过M 点的任意光线（包括光线①、②）从玻璃棒射出的平行光线的方向。此方向与主光轴的夹角即为2φ，由图（b ）可得
图（b ）
11111
22112
C F AF R C F BF R φφ-==
- （9） 由（2）、（3）式可得
111
2
12
AF R R R BF R -=
- 则
21
12
2R R φφ== （10）
10、望远镜的物镜直径D ＝250cm ，其焦距f ＝160cm 。要用此望远镜对相距L ＝320km ，直径d ＝2m 的人造地球卫星拍摄照片，试问：（1）照像底片应该放在距焦点多远的位置上？（2）人造卫星的像的大小是多少？（3）在冲洗好的照片中卫星的直径是多大。
解：因卫星离观察者的距离大于透镜焦距，故可认为像在底片的焦点外侧很近处，根据这个关键可进行适当近似。
（1） 设照像底片应放在焦点外侧相距x ?处，由透镜成像公式的变形得
()v fu u f =-
将像矩v f x =+?，物距u L =代入上式得
22
fL f f x f L f L f L
?=-=≈
-- （L f ） 代入数据后得 8c m x ?=（）
（2） 设人造卫星像的直径为d ，人造卫星的直径为D ，m 为放大率，则有
v f x f d mD D D D u L L
+?==
=≈（f x ? ） 代入数据后得 d ＝1（mm ）
（3）由于人造卫星很远，由卫星发出的光线进入望远镜时都可视为平行线，如图所示，由光路图可得
22h x
D f
?=
代入数据后得冲洗后的像片中卫星的直径是
h ＝1.25（mm ）
11、有一薄透镜如图（a ），1S 面是旋转椭球面（椭圆绕长轴旋转而成的曲面），其焦点
为1F 和2F ；2S 是球面，其球心
C 与2F 重合。已知此透镜放在空气中时能使从无穷远处位F 2D
2h f x ?
于椭圆长轴的物点射来的全部入射光线（不限于傍轴光线）会聚于一个像点上，椭圆的偏心率为e 。
（1）求此透镜材料的折射率n （要论证）。 （2）如果将此透镜置于折射率n '的介质中，并能达到上述的同样要求，椭圆应满足什么条件？
解：（1）根据题设，所有平行于旋转椭球长轴
的入射光线经旋转椭球面和球面两次折射后全部都能会聚于同一像点，可作如下论证：如果经椭球面折射后射向球面的光线都射向球心C ，即射向旋转椭球面的第二焦点2F ，则可满足题设要求。光路图如图（b ）所示：PA 为入射线，AC 为经椭球面折射后的折射线，BN 为A 点处椭球面的法线，i 为入射角，r 为折射角。根据椭圆性质，法线BN 平分12F AF ∠，故1AF 与法线的夹角也是r ，由正弦定律可得
11s i n s i n F A i
n F B r ==，
22s i n s i n F A i
n F B r
== 从而可求得
121221
2F A F A a n F B F B c e
+=
==+
2a 为长轴的长度，2c 为焦点间的距离；即只要n 满足以上条件，任意入射角为i 的平
行于旋转椭圆球长轴的入射光线都能会聚于C （即2F 点）。
（2）如果透镜置于折射率为n '的介质中，则要求
sin 1
sin i n r n e
==' 即椭圆的偏心率e 应满足n e n
'
=
由于椭圆的1e <，如果n n '>就无解，只要n n '<，总可以找到一个椭球面能满足要求。
12、有一薄平凹透镜，凹面半径为0.5m ，玻璃的折射率为1.5，且在平面上镀一层反射层，如图所示。在此系统的左侧主轴上放一物S ，S 距系统1.5m ，问S 成像于何处？
解：本题可等效为物点S 先经薄平凹透镜成像，其像为平
1F
C 1F
1S 2S
? ? 图（a ）
图（b ）
N
O C 2F
θ
B r A 1S P 1F i
r
2S C
S 1.5m
0.5m
面镜的物，平面镜对物成像又为薄平凹透镜成像的物，根据成像规律，逐次求出最终像的位置。
根据以上分析，首先考虑物S 经平凹透镜的成像S '。根据公式 1
1111P P f +=' 其中
12
1
111(1)()11
(1.51)()0.51m n f R R -=--=---∞
=- 故有
1
1111.5P +=-' 10.6m
P '=- 成像在左侧，为虚像。该虚像再经平凹透镜成像S ''后，其像矩为
2210.6m P P P ''=-=-=
成像在有限额，为虚像。该虚像再经平凹透镜成像S '''，有
33111P P f
+=' 其中 320.6m P P '==，
11
1m f
-=- 故
31110.6
P +=-' 30.375m P '=-
成虚像于系统右侧0.375m 处。
13、如图（a ）所示，一半径为0.128m R =的玻璃半球，过球心并与其平面部分垂直
的直线为其主轴，在主轴上沿主轴放置一细条形发光体12A A （2A 离球心O 较近），其长度为0.02m l =，若人眼在主轴附近对着平面部分向半球望去，可以看到条形发光体的两个不很亮的像，当条形发光体在主轴上前后移动时，这两个像也在主轴上随着移动，现调整条形发光体的位置，使得它的两个镜像恰好头尾
1A 2A
l O
C
图（a ）
相接，连在一起，此时条形发光体的近端2A 距球心O 的距离为20.02m a =，试求出玻璃半球的折射率。
解：设12A A ''为12A A 经平面反射形成的像，12D D 为12A A 经平面折射又经凹面镜反射再经平面镜折射形成的像，由
111u v f
+= 知，u 大（如1A 点的物距比2A 点的物距大），则v 小（即2D 比1D 离C 远）。 对发光点2A 有
2OA a =
经折射相当于从B 处b na =处（离O 点）发出，对凹面镜而言 u na R =+ 2f R = 因而由
111u v f
+= 得 2n a R
v R
na R
+=+（这是离C 点的距离）
离O 点 2naR
v R v na R '=-=+
又经折射 2v aR
v n na R
'''==+（离O 点）
由题意1D 与2A '重合，即对D 点有 0.022aR
na R
=+
将0.04m a =，0.128m R =代入得 1.6n =
14、（第25届全国中学生物理竞赛预赛）如图（a ）所示，一细长的圆柱形均匀玻璃棒，其一个端面是平面（垂直于轴线），另一个端面是球面，球心位于轴线上．现有一很细的光束沿平行于轴线方向且很靠近轴线人射．当光从平端面射人棒内时，光线从另一端面射出后与轴线的交点到球面的距离为a ；当光线从球形端面射人棒内时，光线在棒内与轴线的交点到球面的距离为b ．试近似地求出玻璃的折射率n 。
入射的两条光线如图（b ）所示。α1、β1是从平端入射的光线通过球形端面时的入射角和折射角；α2、β2是从球形端面入射的光线通过球面时的入射角和折射角。根据折射定律有
n sin α1=sin β1 (1) sin α2=n sin β2
(2) 由几何关系有 β1=α1+δ1
(3) α2=β2+δ2
(4)
设球面的半径为R ，注意到α1、α2、δ1、δ2都是小角度，故有
R α1=a δ1 (5) R α2=b δ2
(6) 根据题给的条件，(1)、(2)式可近似表示成
n α1=β1 (7) α2=n β2
(8) 由(3)式?(8)式得 a
b n = (9)
15、（第23届全国中学生物理竞赛复赛）有一种被称为直视分光镜的光谱学仪器。所有光学元件均放在一直长圆筒内。筒内有：三个焦距分别为1f 、2f 和3f 的透镜1L ,2L ,3L ，
321f f f >=；观察屏P ，它是一块带有刻度的玻璃
片；由三块形状相同的等腰棱镜构成的
分光元件（如图（a ）所示），棱镜分别用折射率不同的玻璃制成，两侧棱镜的质料相同，中间棱镜则与它们不同，棱镜底面与圆筒轴平行。圆筒的一端有一与圆筒轴垂直的狭缝，它与圆筒轴的交点为S ，缝平行于棱镜的底面．当有狭缝的一端对准筒外的光源时，位于圆筒另一端的人眼可观察到屏上的光谱。
已知：当光源是钠光源时，它的黄色谱线（波长为589.3 nm ，称为D 线）位于圆筒轴与观察屏相
交处。制作棱镜所用的玻璃，一种为冕牌玻璃，它对钠D 线的折射率D n ＝1.5170;另一种为火石玻璃，它对钠D 线的折射率D n '=1.7200。
图（b ）
α
图（a ）
1.试在图（b ）中绘出圆筒内诸光学元件相对位置的示意图并说出各元件的作用。
2.试论证三块棱镜各应由何种玻璃制成并求出三棱镜的顶角α的数值。
解：1. 圆筒内光学元件的相对位置如图1所示．各元件的作用如下：
狭缝S ：光源的光由此进入分光镜，观察到的谱线就是狭缝的像．
透镜L 1：与狭缝的距离为f 1，使由狭缝射来的光束经L 1后成为与圆筒轴平行的平行光束． 分光棱镜：使由L 1射来的平行光束中频率不同的单色光经棱镜后成为沿不同方向出射的平行光束．
透镜L 2：使各种单色平行光束经L 2 成像在它的焦平面上，形成狭缝的像（即光谱线）． 观察屏P ：位于L 2焦平面上，光源的谱线即在此屏上．
透镜L 3：与P 的距离≤f 3，是人眼观察光谱线所用的放大镜（目镜）．
2．已知钠黄光的谱线位于P 的中央，S 的像位于L 2 的焦点上，由此可知，对分光棱镜系统来说，钠黄光的入射光束和出射光束都与轴平行，由于棱镜系统是左右对称，因此钠黄光在棱镜内的光路应该是左右对称的，在中间棱镜中的光路应该与轴平行，分光元件中的光路图如图2所示，左半部的光路如图3．用i 1、r 1、i 2、r 2分别表示两次折射时的入射角和折射角，用n 1、n 2分别表示两块棱镜对D 线的折射率，由图3可以看出，在两棱镜界面上发生折射时，22i r >，表明21n n >，即中间的棱镜应用折射率较大的火石玻璃制成，两侧棱镜用冕牌玻璃制成，故有D n n =1=1.5170，D n n '=2=1.7200．
图（b ）
r 1
i 2
r 2
i 1
α
n 2 2α
n 1
L 2
L 1
L 3
狭缝
S
P
圆筒轴
图1
由几何关系可得
122
i r α
==
（1）
12r i α+= （2）
由折射定律可得
111sin sin i n r = （3）
1222sin sin n i n r = （4） 从以上各式中消去1i 、2i 、1r 和2r 得
2221221121sin 1sin 12sin 222n n n ααα?????
?----= ? ? ??????
? （5）
解（5）式得
()()
2
212
22124142sin n n n n -+-=
??
?
??
α （6）
以5170.11=n ，7200.12=n 代入，得
123.6α= （7）
16、（第22届全国中学生物理竞赛预赛题）内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一半
径为R 的黑球，距球心为2R 处有一点光源S ，球心O 和光源S 皆在圆筒轴线上，如图所示．若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收，则筒的内半径r 最大为多少？
解：自S 作球的切线S M ，并画出S 经管壁反射形成
的虚像点S '，及由S '画出球面的切线S 'N ，如图1所示，由图可看出，只要M S '和N S '之间有一夹角，则筒
壁对从S 向右的光线的反射光线就有一部分进入球的右方，不会完全落在球上被吸收．
由图可看出，如果r 的大小恰能使N S '与M S '重合，如图2，则r 就是题所要求的筒的
r M
N
S
θ
S '
图2
O R θ
2R
N
r
M
S
O
2R
图1
S '
θ
2R S
r R O
内半径的最大值．这时SM 与MN 的交点到球心的距离MO 就是所要求的筒的半径r ．由图2可得
θ
θ2sin 1cos -=
=
R
R r （1） 由几何关系可知
()R R 2s i n
=θ （2） 由（1）、（2）式得
R r 3
3
2=
（3）
17、（第十九届全国中学生物理竞赛预赛）如图1中，三棱镜的顶角α为60?，在三棱镜两侧对称位置上放置焦距均为
30.0cm f =的两个完全相同的凸
透镜L 1和 L 2．若在L 1的前焦面上距主光轴下方14.3cm y =处放一单色点光源S ，已知其像S '与S 对该光学系统是左右对称的．试
求该三棱镜的折射率． 解：
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2所示。由对称性可知
12i r = ①
A 2
L 1
L C n
S 'f 'F '
S
f F 2i
1r
β
y '? ?y β
β
2r 1O 1i
β
β
2O B
α
图2
β 图1
S f
α
F y
2
L 1
L S '
n
?
21i 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
1
1
sin 1.65sin i n r =
= ⑦ 18、（第十七届全国中学生物理竞赛复赛）普通光纤是一种可传输光的圆柱形细丝，
由具有圆形截面的纤芯A 和包层B 组成，
B 的折射率小于A 的折射率，光纤的端面
和圆柱体的轴垂直，由一端面射入的光在很长的光纤中传播时，在纤芯A 和包层B 的分界面上发生多次全反射．现在利用普通光纤测量流体F 的折射率．实验方法如下：
让光纤的一端（出射端）浸在流体F 中．令与光纤轴平行的单色平行光束经凸透镜折射后会聚光纤入射端面的中心O ，经端面折射进入光纤，在光纤中传播．由点O 出发的光束为圆锥形，已知其边缘光线和轴的夹角为
0α，如图（a ）所示．最后光从另一端面
出射进入流体F ．在距出射端面1h 处放置一垂直于光纤轴的毛玻璃屏D ，在D 上出现一圆形光斑，测出其直径为1d ，然后移动光屏D 至距光纤出射端面2
h 图（a ）
处，再测出圆形光斑的直径2d ，如图（b ）所示．
1．若已知A 和B 的折射率分别为A n 与B n ，求被测流体F 的折射率F n 的表达式． 2．若A n 、B n 和0α均为未知量，如何通过进一步的实验以测出F n 的值?
解：1．由于光纤内所有光线都从轴上的O 点出发，在光纤中传播的光线都与轴相交，位于通过轴的纵剖面内，图（c ）为纵剖面内的光路图，设由O 点发出的与轴的夹角为α的光线，射至A 、B 分界面的入射角为i ，反射角也为i ．该光线在光纤中多次反射时的入射角均为i ，射至出射端面时的入射角为α．若该光线折射后的折射角为θ，则由几何关系和折射定律可得
90i α+=? （1） sin sin F A n n αθ= （2）
当i 大于全反射临界角C i 时将发生全反射，没有光能损失，相应的光线将以不变的光强射向出射端面，而C i i <的光线则因在发生反射时有部分光线通过折射进入B ，反射光强随着反射次数的增大而越来越弱，以致在未到达出射端面之前就已经衰减为零了．因而能射向出射端面的光线的i 的数值一定大于或等于C i ，C i 的值由下式决定
sin A C B n i n = （3）
与C i 对应的α值为
90C C i α=?- （4）
当
0C αα>时，即220sin sin cos 1sin 1(/)B C C C A i i n n αα>==-=-时，或
220sin A B A n n n α>-时，由O 发出的光束中，只有C αα≤的光线才满足C i i ≥的条件，才能
射向端面，此时出射端面处α的最大值为
max 90C C i αα==?- （5）
图（c ）
高中物理专题17：几何光学
高中物理专题17：几何光学 例1、 如图示是两个同种玻璃制成的棱镜,顶角α1略大于α2 ,两束单色光A 和B 分不垂直射于三棱镜后,出射光线与第二界面的夹角 β1= β2 , 那么 ( AD ) A. A 光束的频率比B 光束的小. B.在棱镜中A 光束的波长比B 光束的短. C.在棱镜中B 光束的传播速度比A 光束的大. D.把两束光由水中射向空气, 产生全反射,A 光的临界角比B 的临界角大. 解: n = cos β /sin α ∵α1 ＞ α2 ∴ n 1 ＜ n 2 ∴频率ν1＜ ν2 sinC=1/n ∴ C 1＞C 2 例2；91年高考. 一束光从空气射向折射率n=2的某种玻璃的表面, 如下图. i 代表入射角,那么〔 BCD 〕 (A) 当i >45°时会发生全反射现象 (B)不管入射角i 是多大,折射角r 都可不能超过45° (C) 欲使折射角r=30,应以i =45°的角度入射 (D)当入射角i =arctg 2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
例3、如图示，一块用折射率n=2 的透亮材料制成的柱体，其截面为1/4圆，圆半径O a=6cm，当一束平行光垂直照耀O a面时，请作出图中代表性光线2、3通过该透亮材料的光路图〔忽略二次反射光线〕，并运算ab弧面上被照亮的弧长为多少？ 解：sin C=1/n=0.5 C=30 30 °<α< 45 °全反射如图 示°对光线2：sin α=2/3=0.667 对光线3：sin β=1/3 < 0.5 β< 30 °可不能全反射如图示假设射到弧面上的光线刚能全反射那么bA弧面被照亮 ∴bA =2π×r /12 = 3.14cm 1 2 3 4
高中物理竞赛几何光学测试题(含详细解析)
几何光学测试题 1、如图（a ）所示，一细长的圆柱形均匀玻璃棒，其一个端面是平面（垂直于轴线），另一个端面是球面，球心位于轴线上．现有一很细的光束沿平行于轴线方向且很靠近轴线人射．当光从平端面射人棒内时，光线从另一端面射出后与轴线的交点到球面的距离为a ；当光线从球形端面射人棒内时，光线在棒内与轴线的交点到球面的距离为b ．试近似地求出玻璃的折射率n 。 2、内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一半径为R 的黑球，距球心为2R 处有一点光源S ，球心O 和光源S 皆在圆筒轴线上，如图所示．若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收，则筒的内半径r 最大为多少？ 3、如图1中，三棱镜的顶角α为60?，在三棱镜两侧对称位置上放置焦距均为 30.0cm f =的两个完全相同的凸透镜L 1和 L 2．若在L 1的前焦面上距主光轴下方14.3cm y =处放一单色点光源S ，已知其像S '与S 对该光学系统是左右对称的．试求该三棱镜的折射率． 4、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？ 5、有一水平放置的平行平面玻璃板H ，厚3.0 cm ，折射率 1.5n =。在其下表面下2.0 cm 处有一小物S ；在玻璃扳上方有一薄凸透镜L ，其焦距30cm f =，透镜的主轴与玻璃板面垂直；S 位于透镜的主轴上，如图（a ）所示。若透镜上方的观察者顺着主轴方向观察到S 的像就在S 处，问透镜与玻璃板上表面的距离为多少? 6、望远镜的物镜直径D ＝250cm ，其焦距f ＝160m 。要用此望远镜对相距L ＝320km ，直径d ＝2m 的人造地球卫星拍摄照片，试问：（1）照像底片应该放在距焦点多远的位置上？（2）人造卫星的像的大小是多少？ α β O A B 图(a) C D 图（a ） 2R S r R O 图1 S f α F y 2 L 1 L S ' n ? 图（a ）
全国第31届高中物理竞赛初赛试题
全国第31届中学生物理竞赛预赛试题 一、选择题．本题共5小题，每小题6分，在每小题给出的4个选 项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意．把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分． 1．一线膨胀系数为α的正立方体物块，当膨胀量较小时，其体膨胀系数等于 A．αB．α1/3 C．α3D．3α 2．按如下原理制作一杆可直接测量液体密度的秤，称为密度秤，其外形和普通的杆秤差不多，装秤钩的地方吊着一体积为lcm3的较重的合金块，杆上有表示液体密度数值的刻度．当秤砣放在Q点处时秤杆恰好平衡，如图所示，当合金块完全浸没在待测密度的液体中时，移动秤砣的悬挂点，直至秤杆恰好重新平衡，便可直接在杆秤上读出液体的密度．下列说法中错误的是 A．密度秤的零点刻度在Q点 B．秤杆上密度读数较大的刻度在较小的刻度的左边 C．密度秤的刻度都在Q点的右侧 D．密度秤的刻度都在Q点的左侧 3．一列简谐横波在均匀的介质中沿z轴正向传播，两质点P1和P2的平衡位置在x轴上，它们相距60cm，当P1质点在平衡位置处向上运动时，P2质点处在波谷位置，若波的传播速度为24 m/s，则该波的频率可能为 A．50Hz B．60Hz C．400Hz D．410Hz 4．电磁驱动是与炮弹发射、航空母舰上飞机弹射起飞有关的一种新型驱动方式，电磁驱动的原理如图所示，当直流电流突然加到一固定线圈上，可以将置于线圈上的环弹射出去．现在同一个固定线圈上，先后置有分别用钢、铝和硅制成的形状、大小和横截面积均相同的三种环；当电流突然接通时，它们所受到的推力分别为F1、F2和F3．若环的重力可忽略，下列说法正确的是 A．F1>F2>F3B．F2>F3 >F1 C．F3 >F2> F1D．F1=F2=F3 5．质量为m A的A球，以某一速度沿光滑水平面向静止的B球运动，并与B球发生弹性正碰．假设B球的质量m B可选取为不同的值，则 A．当m B=m A时，碰后B球的速度最大 B．当m B=m A时，碰后B球的动能最大
全国高中物理竞赛-历年赛题分析电学+力学
24届 二、（25分）图中所示为用三角形刚性细杆AB、BC、CD连成的平面连杆结构图。AB和CD杆可分别绕过A、D的垂直于纸面的固定轴转动，A、D两点位于同一水平线上。BC杆的两端分别与AB杆和CD杆相连，可绕连接处转动（类似铰链）。当AB杆绕A轴以恒定的角速度 转到图中所示的位置时，AB杆处于竖直位置。BC杆与CD杆都与水平方向成45°角， a的大小和方向已知AB杆的长度为l，BC杆和CD杆的长度由图给定。求此时C点加速度 c （用与CD杆之间的夹角表示） 27复 28复 二、（20分）质量均匀分布的刚性杆AB、CD如图放置，A点与水平地面接触，与地面间的 静摩擦系数为μA，B、D两点与光滑竖直墙面接触， 杆AB和CD接触处的静摩擦系数为μC，两杆的质量均 为m，长度均为l。 1、已知系统平衡时AB杆与墙面夹角为θ，求CD杆 与墙面夹角α应该满足的条件（用α及已知量满足的 方程式表示）。 2、若μA=1.00，μC=0.866，θ=60.0°。求系统平衡时 α的取值范围（用数值计算求出）。
26复 二、（20分）图示正方形轻质刚性水平桌面由四条完全相同的轻质细桌腿1、2、3、4支撑于桌角A 、B 、C 、D 处，桌腿竖直立在水平粗糙刚性地面上。已知桌腿受力后将产生弹性微小形变。现于桌面中心点O 至角A 的连线 OA 上某点P 施加一竖直向下的力F ，令c OA OP =，求桌面 对桌腿1的压力F 1。 25复 三、（22分）足球射到球门横梁上时，因速度方向不同、射在横梁上的位置有别，其落地点也是不同的。已知球门的横梁为圆柱形，设足球以水平方向的速度沿垂直于横梁的方向射到横梁上，球与横梁间的滑动摩擦系数0.70μ=，球与横梁碰撞时的恢复系数e=0.70。试问足球应射在横梁上什么位置才能使球心落在球门线内（含球门上）？足球射在横梁上的位置用球与横梁的撞击点到横梁轴线的垂线与水平方向（垂直于横梁的轴线）的夹角θ（小于 90 ）来表示。不计空气及重力的影响。 27复 24届 一、（20分）如图所示，一块长为m L 00.1=的光滑平板PQ 固定在轻质弹簧上端，弹 A
高中物理竞赛试题及答案
高中物理竞赛模拟试卷（一） 说明：本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共150 分，考试时间 120 分钟. 第Ⅰ卷（选择题 共 40 分） 一、本题共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分，在每小题给出的 4 个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得 4 分，选不全的得 2 分，有错选或不答的得 0 分. 1.置于水平面的支架上吊着一只装满细砂的漏斗，让漏斗左、右摆动，于是桌面上漏下许多砂子，经过一段时间形成一砂堆，砂堆的纵剖面最接近下图Ⅰ-1中的哪一种形状 2.如图Ⅰ-2所示，甲乙两物体在同一光滑水平轨道上相向运动，乙上连有一段轻弹簧，甲乙相互作用过程中无机械能损失，下列说法正确的有 A.若甲的初速度比乙大，则甲的速度后减到 0 B.若甲的初动量比乙大，则甲的速度后减到0 C.若甲的初动能比乙大，则甲的速度后减到0 D.若甲的质量比乙大，则甲的速度后减到0 3.特技演员从高处跳下，要求落地时必须脚先着地，为尽量保证安全，他落地时最好是采用哪种方法 A.让脚尖先着地，且着地瞬间同时下蹲 B.让整个脚板着地，且着地瞬间同时下蹲 C.让整个脚板着地，且着地瞬间不下蹲 D.让脚跟先着地，且着地瞬间同时下蹲 4.动物园的水平地面上放着一只质量为M 的笼子，笼内有一只质量为 m 的猴子.当猴以某一加速度沿竖直柱子加速向上爬时，笼子对地面的压力为F 1；当猴以同样大小的加速度沿竖直柱子加速下滑时，笼子对地面的压力为 F 2（如图Ⅰ-3），关于 F 1 和 F 2 的大小，下列判断中正确的是 A.F 1 = F 2＞(M + m )g B.F 1＞(M + m )g ,F 2＜(M + m )g C.F 1＞F 2＞(M + m )g D.F 1＜(M + m )g ，F 2＞(M + m )g 5.下列说法中正确的是 A.布朗运动与分子的运动无关 B.分子力做正功时，分子间距离一定减小 C.在环绕地球运行的空间实验室里不能观察热传递的对流现象 D.通过热传递可以使热转变为功 6.如图Ⅰ-4所示，虚线a 、b 、c 代表电场中的三个等势面，相邻等势面之 图Ⅰ -3 图Ⅰ -4 图Ⅰ-2
中学生物理竞赛系列练习试题几何光学
中学生物理竞赛系列练习题 第十章 几何光学 1、如图所示，一物体在曲率半径为12cm 的凹面镜的顶点左方4cm 处，求相的位置及横向放大率，并作出光路图。 d = 30cm ，求物体PQ 的像P ′Q ′与PQ 之间的距离d 2 。 答案：d 2 = 10cm 3、有一凹面镜，球心为C ，内盛透明液体，已知C 至液面的高度CE = 40.0cm ，主轴CO 上有一物体A 。当物离液面的高度AE = 30.0cm 时，A 的实像和物恰好处于同一高度。实验时光圈直径很小，可以保证近轴光线成像。试求该透明液体的折射率n 。 解法一：第一次，折射 v 1 = n ·AE = 30n 第二次，反射 u 2 = 30n + OE f = 2 OE 40+ v 2 = OE 40n 60)OE n 30)(OE 40(+-++ 第三次，折射 u 3 = v 2 － OE = OE 40n 60OE 80nOE 30n 1200+-+- v 3 = n u 3 = 30 即 180n 2 +（6OE － 240）n － 8OE = 0 得 n 1 = 3 4 ，n 2 = －30 OE （舍去） 解法二：据光路图（水中反射线应指向C ）。再根据题意“近轴光线”，可以近似处理 sini ≈ tgi ，易得结论。n = r sin i sin ≈tgr tgi = AE CE
答案：n =1.33 。 4、内径为r 、外径为R（R＞r）的玻璃管内装满了发光的液体。液体在伦 琴射线的照射下发绿光，玻璃对绿光的折射率为n 1，液体对绿光的折射率为n 2 。 从旁边看玻璃管，玻璃管的厚度象是零，那么r/R应满足什么条件？ 答案：当n 1≤n 2 时， R r≥ 1 n 1；当n 1 ≥n 2 时， R r≥ 2 n 1 5、凸透镜焦距为10cm ，凹透镜焦距为4cm ，两透镜相距12cm共主轴放置。已知物在凸透镜左方20cm处，计算像的位置及横向放大率，并作出光路图。 答案：凹透镜左方8cm处；横向放大率为1（望远镜？）光路图如下—— 6、在折射率为5/3的透明液体中，有一会聚透镜L ，它在液体中的焦距为7cm ，主轴竖直。另有一遮光板紧贴镜面，板上有小孔P可以透光，P离透镜的光心6cm 。若在透镜下方主轴上放一点光源，试问：点光源置于何处才能有光线经P孔射至液面并进入空气中？ 提示：先寻求液体的临界角C = 36.87°， 可得两种成像可能——a、虚像S′，v 1 = － 8.0cm b、实像S″，v 2 = 8.0cm 它们对应的物距范围即为所求… 答案：距透镜56cm到3.7cm之间（不包 括边界值）。 7、一显微镜的物镜焦距为1cm ，目镜焦距为4cm ，两者相距16cm 。如果观察者的明视距离为24cm ，观察物应放在物镜前多远？如果物长0.5mm ，最后的像长应为多少？ 答案：1.09cm ；4.05cm
历届全国初中物理竞赛(简单机械)
最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题12--简单机械 一、选择题 1. （2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题）某次刮大风时把一棵大树吹倒了，需要两个工人把它扶起，工人们想到了如图l2所示的四种方案，每个人所需拉力最小的方案是 ( ) 1.答案：B 解析：根据滑轮知识，AB图绳中拉力为二人拉力之和，且拉树的力为两根绳中的拉力。根据杠杆知识，B图在动力臂大，所以每个人所需拉力最小的方案是B。 2.(2010全国初中应用物理知识竞赛题).图5是环卫工人用的一种垃圾夹的结构示意图。拉绳的一端固定在手把上，另一端穿过空心管杆与两夹爪的一端相连。当用力捏手把时，夹爪在拉绳的作用下可夹持物体，同时弹簧被压缩；当松开手把时， 夹爪在弹簧的作用下恢复原状。在使用过程中，手 把和夹爪分别是 ( ) A.省力杠杆，费力杠杆 B.费力杠杆，省力杠杆 C省力杠杆，省力杠杆 D.费力杠杆，费力杠杆 . 答案：A解析：手把动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，夹爪动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。 3.(2010全国初中应用物理知识竞赛题).体操、投掷、攀岩等体育运动都不能缺少的“镁粉”，它的学名是碳酸镁。体操运动员在上杠前都要在手上涂擦“镁粉”，其目的是 ( ) A.仅仅是为了利用“镁粉”，吸汗的作用，增加手和器械表面的摩擦而防止打滑 B.仅仅是为了利用手握着器械并急剧转动时“镁粉”，能起到衬垫作用，相当于在中间添加了一层“小球”做“滚动摩擦” C仅仅是为了利用“镁粉”，填平手掌的褶皱和纹路，使手掌与器械的接触面增大，将握力变得更加实在和均匀 D.上述各种功能都具有
.答案：D解析：体操运动员在上杠前在手上涂擦“镁粉”的目的是为了利用“镁粉”吸汗的作用，增加手和器械表面的摩擦而防止打滑；利用手握着器械并急剧转动时“镁粉”能起到衬垫作用，相当于在中间添加了一层“小球”做“滚动摩擦”；利用“镁粉”填平手掌的褶皱和纹路，使手掌与器械的接触面增大，将握力变得更加实在和均匀，所以选项D正确。 4. (2011上海初中物理知识竞赛题)某人在车后用80牛的水平力推车，使车在平直公路上匀速前进，突然发现车辆前方出现情况，他马上改用120的水平拉力使车减速，在减速的过程中，车受到的合力大小为( ) A．40牛 B．80牛 C．120牛 D．200牛 3. 答案：D解析：用80牛的水平力推车，使车在平直公路上匀速前进，说明车运动受到的阻力为80N。改用120的水平拉力使车减速，在减速的过程中，车受到人向后拉力120N，阻力80N，所以车受到的合力大小为120N+80N=200N. ，选项D正确。 5. （2011上海初中物理知识竞赛题）分别用铁和铝做成两个外部直径和高度 相等，但内径不等的圆柱形容器，铁杯装满质量为m1的水后总重为G1；铝杯装 满质量为m2的水后总重为G2。下列关系不可能正确的是（） A．G1
《全国中学生物理竞赛大纲》2020版
《全国中学生物理竞赛大纲2020版》 (2020年4月修订，2020年开始实行) 2011年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订，修订稿经全国中学生物理竞赛委员会第30次全体会议通过，并决定从2020年开始实行。修订后的“内容提要”中，凡用※号标出的内容，仅限于复赛和决赛。 力学 1.运动学 参考系 坐标系直角坐标系 ※平面极坐标※自然坐标系 矢量和标量 质点运动的位移和路程速度加速度 匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成与分解抛体运动圆周运动 圆周运动中的切向加速度和法向加速度 曲率半径角速度和※角加速度 相对运动伽里略速度变换 2．动力学 重力弹性力摩擦力惯性参考系 牛顿第一、二、三运动定律胡克定律万有引力定律均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式(不要求导出) ※非惯性参考系※平动加速参考系中的惯性力 ※匀速转动参考系惯性离心力、视重 ☆科里奥利力 3．物体的平衡 共点力作用下物体的平衡 力矩刚体的平衡条件 ☆虚功原理 4．动量 冲量动量质点与质点组的动量定理动量守恒定律※质心 ※质心运动定理 ※质心参考系 反冲运动 ※变质量体系的运动 5．机械能 功和功率
动能和动能定理※质心动能定理 重力势能引力势能 质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式(不要求导出)弹簧的弹性势能功能原理机械能守恒定律 碰撞 弹性碰撞与非弹性碰撞恢复系数 6．※角动量 冲量矩角动量 质点和质点组的角动量定理和转动定理 角动量守恒定律 7．有心运动 在万有引力和库仑力作用下物体的运动 开普勒定律 行星和人造天体的圆轨道和椭圆轨道运动 8．※刚体 刚体的平动刚体的定轴转动 绕轴的转动惯量 平行轴定理正交轴定理 刚体定轴转动的角动量定理刚体的平面平行运动9．流体力学 静止流体中的压强 浮力 ☆连续性方程☆伯努利方程 10．振动 简谐振动振幅频率和周期相位 振动的图像 参考圆简谐振动的速度 （线性）恢复力由动力学方程确定简谐振动的频率简谐振动的能量同方向同频率简谐振动的合成 阻尼振动受迫振动和共振(定性了解) 11．波动 横波和纵波 波长频率和波速的关系 波的图像 ※平面简谐波的表示式 波的干涉※驻波波的衍射(定性) 声波 声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声
高中物理几何光学习题
高中物理几何光学习题 1.如图,直角三角形ABC 为一透明介质制成的三棱镜的截面,且30=∠A 0,在整个AC 面上有一束垂直于AC 的平行光线射入,已知这种介质的折射率n>2,则( ) A.可能有光线垂直AB 面射出 B.一定有光线垂直BC 面射出 C.一定有光线垂直AC 面射出 D.从AB 面与BC 面出射的光线能会聚一点 2、如图所示,长方形玻璃abcd 的折射率为55.1=n ,在靠近ab 面的一侧固定一枚大头针P ,用眼睛在另外三个侧面分别观察大头针P 的像,下列说法中正确的就是( ) A 、 在ad 面一侧偏下的位置可以瞧到P 的像 B 、 在bc 面一侧偏上的位置瞧不到P 的像 C 、 在cd 面一侧偏右的位置可以瞧到P 的像 D 、 在以上的三个位置都可以瞧到P 的像 4.如图,横截面为等腰三角形的两个玻璃三棱镜,它们的顶角分别为α、β,且α < β。a 、b 两细束单色光分别以垂直于三棱镜的一个腰的方向射入,从另一个腰射出,射出的光线与入射光线的偏折角均为θ。则ab 两种单色光的频率υ1、υ2间的关系就是(B) A ． υ1 = υ2 B ． υ1 > υ2 C ． υ1 < υ2 D ． 无法确定 5、发出白光的细线光源ab ,长度为L,竖直放置,上端a 恰好在水面以下,如图所示,现考虑线光源ab 发出的靠近水面法线(图中虚线)的细光束经水面折射后所成的像,由于水对光有色散作用,若以1L 表示红光成的像长度,2L 表示蓝光成的像的长度,则( ) A 、L L L <<21 B 、L L L >>21 C 、L L L >>12 D 、L L L <<12 6.如图所示,有一玻璃直角三棱镜ABC,其临界角小于45°,一束平行于BC 边的白光射到AB 面,在光束射出三棱镜时(设光线在棱镜内射至BC 边上),下列说法中正确的就是( ) A.从BC 面出射的就是白色光束 B.从AC 面出射的就是白色光束 C.从AC 面出射的就是有色的不平行光束 D.从AC 面出射的就是平行于入射光线的有色光束 7.abc 为一全反射棱镜,它的主截面就是等腰直角三角形,如图所示,一束白光垂直入射到ac 面上, 在ab 面上发生全反射,若光线入射点O 的位置保持不变,改变光线的入射方向(不考虑自bc 面反射的光线)( ) A.使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出ab 面,则红光首先射出 B.使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出ab 面,则紫光首先射出 C.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,红光将首先射出ab 面 D.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,紫光将首先射出ab 面 8、如图所示,真空中有一个半径为R,质量分布均匀的玻璃球,频率为0υ的细激光束在真空中沿直 P a b c d 水 a b b c O 顺逆
2020年高中物理竞赛习题专题十一：几何光学(Word版含解析)
【预赛 三一 自招】高中物理竞赛模拟专题之《几何光学》 1 如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d .当桶内无油时，从某点A 恰能看到桶底边缘上的某点B .当桶内油的深度等于桶高一半时，在A 点沿AB 方向看去，看到桶底上的C 点，C 、B 相距 .4 d 由此可得油的折射率以及光在油中传播的速度为（） (A) 17s m 10106,10 2 -?? (B) 17s m 10106,210-?? (C) 18s m 10105.1,210-?? (D) 18s m 10105.1,10 2 -?? 分析与解 如图所示，C 点发出的光线经O 点折射后射向A 点，则由折射定律 r n i n sin sin 0=（n 为油的折射率，0n 为空气的折射率），可知油的折射率 2 10 /45sin sin sin ===OC CD i r n .光在折射率为n 的介质中速度n c v =，因而可进一步求得 光在油中传播的速度1718 s m 10106s m 2 /10103--??=??==n c v .故选（B ）. 题 13-1 图 2 在水中的鱼看来，水面上和岸上的所有景物，都出现在一倒立圆锥里，其顶角为（ ） （A ）48.8 （B ）41.2 （C ）97.6 （D ）82.4 分析与解 本题是一个全反射的应用题.根据水的折射率，光线从空气射入水中时反射光的临界角 8.481 arcsin ≈=n i c ,其中n =1.33为水的折射率.如图所示，当光线以90 的最大入射角射入水中时，折射角为r ，故所有射入水中的光线的折射角均小于r ，根据空间旋转对称，水面上所有的景物都落在顶角为 6.9722c ==i r 的锥面内.故选（C ）.
全国高中物理竞赛初赛试题及标准答案
2014第31届全国中学生物理竞赛预赛试题及参考答案与评分标准 一、选择题．本题共5小题，每小题6分，在每小题给出的4个选 项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意．把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分． 1．一线膨胀系数为α的正立方体物块，当膨胀量较小时，其体膨胀系数等于 A．αB．α1/3 C．α3D．3α 2．按如下原理制作一杆可直接测量液体密度的秤，称为密度秤，其外形和普通的杆秤差不多，装秤钩的地方吊着一体积为lcm3的较重的合金块，杆上有表示液体密度数值的刻度．当秤砣放在Q点处时秤杆恰好平衡，如图所示，当合金块完全浸没在待测密度的液体中时，移动秤砣的悬挂点，直至秤杆恰好重新平衡，便可直接在杆秤上读出液体的密度．下列说法中错误的是 A．密度秤的零点刻度在Q点 B．秤杆上密度读数较大的刻度在较小的刻度的左边 C．密度秤的刻度都在Q点的右侧 D．密度秤的刻度都在Q点的左侧 3．一列简谐横波在均匀的介质中沿z轴正向传播，两质点P1和P2的平衡位置在x轴上，它们相距60cm，当P1质点在平衡位置处向上运动时，P2质点处在波谷位置，若波的传播速度为24 m/s，则该波的频率可能为 A．50Hz B．60Hz C．400Hz D．410Hz 4．电磁驱动是与炮弹发射、航空母舰上飞机弹射起飞有关的一种新型驱动方式，电磁驱动的原理如图所示，当直流电流突然加到一固定线圈上，可以将置于线圈上的环弹射出去．现在同一个固定线圈上，先后置有分别用钢、铝和硅制成的形状、大小和横截面积均相同的三种环；当电流突然接通时，它们所受到的推力分别为F1、F2和F3．若环的重力可忽略，下列说法正确的是 A．F1>F2>F3B．F2>F3 >F1 C．F3 >F2> F1D．F1=F2=F3 5．质量为m A的A球，以某一速度沿光滑水平面向静止的B球运动，并与B球发生弹性正碰．假设B球的质量m B可选取为不同的值，则 A．当m B=m A时，碰后B球的速度最大 B．当m B=m A时，碰后B球的动能最大 C．在保持m B>m A的条件下，m B越小，碰后B球的速度越大
全国中学生物理竞赛公式
全国中学生物理竞赛公式 全国中学生物理竞赛力学公式 一、运动学 1.椭圆的曲率半径 22 12,b a a b ρρ== 2.牵连加速度 '2'()''a a r v r a a v βωωωωβ=+?+?+??其中为绝对加速度为相对加速度 为转动系的角速度,为转动系的角加速度 为物体相对于转动系的速度 3.等距螺旋线运动的加速度 22 v v a R ρ ==⊥ 二、牛顿运动定律 1.科里奥利力 2'F ma m v ω=-=-?科里奥利 三、动量 1.密舍尔斯基方程（变质量物体的动力学方程） ()dv dm m F u v dt dt =+-（其中v 为主体的速度，u 为即将成为主体的一部分的物体的速度） 四、能量 1.重力势能 GMm W r =- （一定有负号，而在电势能中，如果为同种电荷之间的相互作用的电势能，则应该为正号，但在万有引力的势能中不存在这个问题，一定是负号！！！！） 2.柯尼希定理
21 ''2 k k c k kc E E M v E E =+=+（E k ’为其在质心系中的动能） 3.约化质量 12 12 m m m m μ= + 4.资用能（即可以用于碰撞产生其他能量的动能（质心的动能不能损失（由动量守 恒决定））） 资用能常用于阈能的计算 22 1212 1122kr m m E u u m m μ= =+（u 为两个物体的相对速度） 5.完全弹性碰撞及恢复系数 （1）公式 12122 11221211 212 ()2()2m m u m u v m m m m u m u v m m -+=+-+= + （2）恢复系数来表示完全弹性碰撞 112211222112 m v m v m u m u u u v v +=+-=-（用这个方程解比用机械能守恒简单得多） 五、角动量 1.定义 L p r mv r =?=? 2.角动量定理 dL M I dt β= =（I 为转动惯量） 3.转动惯量 2i i i I m r =∑ 4.常见物体的转动惯量
全国高中物理竞赛难题
四、（20分）某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装 置转化为电磁量来测量的。一平板电容器的两个极扳竖直放 置在光滑的水平平台上，极板的面积为S ，极板间的距离为 d 。极板1固定不动，与周围绝缘；极板2接地，且可在水 平平台上滑动并始终与极板1保持平行。极板2的两个侧边 与劲度系数为k 、自然长度为L 的两个完全相同的弹簧相连， 两弹簧的另一端固定．图预17-4-1是这一装置的俯视图．先将电容器充电至电压U 后即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀的向左的待测压强p ；使两极板之间的距离发生微小的变化，如图预17-4-2所示。测得此时电容器的电压改变量为U ?。设作用在电容器极板2上的静电作用力不致引起弹簧的可测量到的形变，试求待测压强p 。 五、（20分）如图预17-5-1所示，在正方形导线回路所围的区域 1234A A A A 内分布有方向垂直于回路平面向里的匀强磁场，磁感应强 度B 随时间以恒定的变化率增大，回路中的感应电流为 1.0mA I =．已知12A A 、34A A 两边的电阻皆为零；41A A 边的电阻 1 3.0k R =Ω，23A A 边的电阻27.0k R =Ω。 1．试求12A A 两点间的电压12U 、23A A 两点间的电压23U 、34 A A 两点间的电压34U 、41A A 两点间的电压41U 。 2．若一内阻可视为无限大的电压表V 位于正方形导线回路所在的平面内，其正负端与连线 位置分别如图预17-5-2、图预17-5-3和图预17-5-4所示，求三种情况下电压表的读数1U 、 2U 、3U 。 六、（20分）绝热容器A 经一阀门与另一容积比A 的容积大得很多的绝热容器B 相连。开始时阀门关闭，两容器中盛有同种理想气体，温度均为30℃，B 中气体的压强为A 中的2倍。现将阀门缓慢打开，直至压强相等时关闭。问此时容器A 中气体的温度为多少？假设在打开到关闭
高考物理光学知识点之几何光学技巧及练习题附答案
高考物理光学知识点之几何光学技巧及练习题附答案 一、选择题 1．如图所示，将一个折射率为n的透明长方体放在空气中，矩形ABCD是它的一个截 面，一单色细光束入射到P点，入射角为θ． 1 2 AP AD =，则( ) A．若要使光束进入长方体后能射至AD面上，角θ的最小值为arcsin 1 2 n B．若要使光束进入长方体后能射至AD面上，角θ的最小值为arcsin 5 n C．若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足arcsin 1 2 n＜θ≤arcsin21 n- D．若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足arcsin 25 5 n＜θ≤arcsin21 n- 2．下列现象中属于光的衍射现象的是 A．光在光导纤维中传播 B．马路积水油膜上呈现彩色图样 C．雨后天空彩虹的形成 D．泊松亮斑的形成 3．如图所示，将等腰直角棱镜截去棱角，使截面平行于底面，制成“道威棱镜”，可以减小棱镜的重量和杂散的内部反射。从M点发出一束平行于底边CD的单色光从AC边射入，已知折射角γ＝30°，则 A．光在玻璃中的频率比空气中的频率大 B．玻璃的折射率 6 n= C2×108 m/s D．CD边不会有光线射出 4．半径为R的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为O，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，∠AOB＝60°，若玻璃对此单色光的折射率n3 经柱面和底面折射后的交点与O点的距离为（）
A ． 3 R B ． 2 R C ． 2R D ．R 5．如图所示，一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a 、b 、c 三束单色光。比较a 、b 、c 三束光，可知() A ．当它们在真空中传播时，a 光的速度最大 B ．当它们在玻璃中传播时，c 光的速度最大 C ．若它们都从玻璃射向空气，c 光发生全反射的临界角最大 D ．若它们都能使某种金属产生光电效应，c 光照射出的光电子最大初动能最大 6．如图所示，两束单色光a 、b 同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面，进入玻璃砖中后形成复合光束c 则下列说法中正确的是 A ．a 光的能量较大 B ．在玻璃中a 光的传播速度小于b 光的传播速度 C ．在相同的条件下，a 光更容易发生衍射 D ．a 光从玻璃到空气的全反射临界角小于b 光从玻璃到空气的全反射临界角 7．甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，相邻两个亮条纹的中心距离分别记为Δx 1和Δx 2，已知Δx 1＞Δx 2。另将两单色光在真空中的波长分别用λ1、λ2，在同种均匀介质中传播的速度分别用v 1、v 2，光子能量分别用E 1、E 2、在同种介质中的折射率分别用n 1、n 2表示。则下列关系正确的是 A ．λ1<λ2 B ．v 1
高中物理竞赛几何光学
第07部分 几何光学 §1 三大定律 一、直线传播： 1、条件：同一种均匀介质 2、日食原理： 3、月食原理： 二、反射： 1、反射定律：共面、分居两侧、等角 2、平面镜成像：等大、等距、对称的虚像 作图法：定律法、对称法 3、反射视场： 三、折射： 1、折射定律：共面、分居两侧、斯涅尔公式： 2 1 sin sin θθ为定值 2、折射率：描述介质对光线偏折程度的物理量。 从真空射入介质：定义式：21sin sin θθ= n ；决定式：v c n = 从介质1射入介质2：2211sin sin θθn n =；2211v n v n = 介质1对介质2的相对折射率：1 2 122112sin sin v v n n n ===θθ 四、费马原理： 1、光程l ： n n v s v s v s t +++= K 2211；n n n n s n s n s n v cs v cs v cs ct K K ++=+++=22112211 在均匀介质中，光程等于光的几何路程s 与物质的折射率的乘积：ns l =；
在不均匀介质中，取元光程s n l i ??=?，总光程为s n l N i i N ?= ∑=∞→1 lim 光程这光在介质中走过的路程折算成真空中走过的路程。 2、费马原理： 在指定的两点之间光实际传播的路径是：光程取极值的路径。在大部分情况下，此极值为最小值，但有时为最大值，有时为恒定值。 3、用原理解释直进、反射、折射： （1）直进：在均匀介质里传播，因为给定两点间直线路径最短，所以光沿直线传播。 （2）反射： （3）折射：214页 五、全反射： 1、光密介质、光疏介质：两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质 2、定义：当光线从光密介质射到光疏介质的界面上时，若入射角大于临界角，则折射光线消失，只产生反射的现象叫全反射 3、条件： ⑴光从光密介质射向光疏介质； ⑵入射角大于或等于临界角．两条件必须同时存在，才发生全反射。 4、应用： 全反射棱镜、光导纤维、海市蜃楼： 六、棱镜： 1、定义：有两个、两个以上的折射面的透明介质。 2、特点：光线通过棱镜时，出射光将向底面偏折．通过棱镜可看到物体的虚像，像的位置向顶角偏移． 2、光路图：棱镜角为A
全国高中物理竞赛历年试题与详解答案汇编
全国高中物理竞赛历年试题与详解答案汇编 ———广东省鹤山市纪元中学 2014年5月
全国中学生物理竞赛提要 编者按：按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第九次全体会议的建议，由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会常务委员会根据《全国中学生物理竞赛章程》中关于命题原则的规定，结合我国目前中学生的实际情况，制定了《全国中学生物理竞赛内容提要》，作为今后物理竞赛预赛和决赛命题的依据，它包括理论基础、实验基础、其他方面等部分。其中理论基础的绝大部分内容和国家教委制订的（全日制中学物理教学大纲》中的附录，即 1983年教育部发布的《高中物理教学纲要（草案）》的内容相同。主要差别有两点：一是少数地方做了几点增补，二是去掉了教学纲要中的说明部分。此外，在编排的次序上做了一些变动，内容表述上做了一些简化。1991年2月20日经全国中学生物理竞赛委员会常务委员会扩大会议讨论通过并开始试行。1991年9月11日在南宁由全国中学生物理竞赛委员会第10次全体会议正式通过，开始实施。 一、理论基础 力学 1、运动学 参照系。质点运动的位移和路程，速度，加速度。相对速度。 矢量和标量。矢量的合成和分解。 匀速及匀速直线运动及其图象。运动的合成。抛体运动。圆周运动。 刚体的平动和绕定轴的转动。 2、牛顿运动定律 力学中常见的几种力 牛顿第一、二、三运动定律。惯性参照系的概念。 摩擦力。 弹性力。胡克定律。 万有引力定律。均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式（不要求导出）。开普勒定律。行星和人造卫星的运动。 3、物体的平衡 共点力作用下物体的平衡。力矩。刚体的平衡。重心。 物体平衡的种类。 4、动量 冲量。动量。动量定理。 动量守恒定律。 反冲运动及火箭。 5、机械能 功和功率。动能和动能定理。 重力势能。引力势能。质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式（不要求导出）。弹簧的弹性势能。 功能原理。机械能守恒定律。 碰撞。 6、流体静力学 静止流体中的压强。 浮力。 7、振动 简揩振动。振幅。频率和周期。位相。
全国中学生物理竞赛真题汇编(光学)
全国中学生物理竞赛真题汇编---光学 1.（19Y5）五、（20分）图预19-5中，三棱镜的顶角α为60?，在三棱镜两侧对称位置上放置焦距均为 30.0cm f = 的两个完全相同的凸透镜L 1和 L 2．若在L 1的前焦面上 距主光轴下方14.3cm y =处放一单色点光源S ，已知 其像S '与S 对该光学系统是左右对称的．试求该三棱 镜的折射率． 2.（21Y6）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。 3．（22Y3）三、(18分)内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一半径为尺的黑球，距球心为2R 处有一点光源S ，球心p 和光源s.皆在圆筒轴线上，如图所示．若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收，则筒的内半径r 最大为多少? 4．（16F2）（25分）两个焦距分别是1f 和2f 的薄透镜1L 和2L ，相距为d ，被共轴地安置在光具座上。 1. 若要求入射光线和与之对应的出射光线相互平行，问该入射光线应满足什么条件？ 2. 根据所得结果，分别画出各种可能条件下的光路示意图。 5．（17F2） 如图1所示，在真空中有一个折射率为ｎ（ｎ＞ｎ0，ｎ0为真空的折射率），半径为ｒ的质地均匀的小球，频率为ν的细激光束在真空中沿直线ＢＣ传播，直线BC 与小球球心O 的距离为ｌ（ｌ＜ｒ），光束于小球体表面的点Ｃ经折射进入小球（小球成为光传播的介质），并于小球表面的点D 又经折射进入真空．设激光束的频率在上述两次折射后保持不变．求在两次折射过程中激光束中一个光子对小球作用的平均力的大小． 图1
【名师推荐】全国中学生高中物理竞赛预赛试题分类汇编
全国中学生高中物理竞赛预赛试题分类汇编 力学 第16届预赛题. 1.（15分）一质量为M 的平顶小车，以速度0v 沿水平的光滑轨道作匀速直线运动。现将一质量为m 的小物块无初速地放置在车顶前缘。已知物块和车顶之间的动摩擦系数为μ。 1. 若要求物块不会从车顶后缘掉下，则该车顶最少要多长？ 2. 若车顶长度符合1问中的要求，整个过程中摩擦力共做了多少功？ 参考解答 1.物块放到小车上以后，由于摩擦力的作用，当以地面为参考系时，物块将从静止开始加速运动，而小车将做减速运动，若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度，则物块就刚好不脱落。令v 表示此时的速度，在这个过程中，若以物块和小车为系统，因为水平方向未受外力，所以此方向上动量守恒，即 0()Mv m M v =+（1） 从能量来看，在上述过程中，物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功，即 2112 mv mg s μ=（2） 其中1s 为物块移动的距离。小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功，即 22021122 Mv mv mgs μ-=-（3） 其中2s 为小车移动的距离。用l 表示车顶的最小长度，则 21l s s =-（4） 由以上四式，可解得 202() Mv l g m M μ=+（5） 即车顶的长度至少应为202() Mv l g m M μ=+。 2．由功能关系可知，摩擦力所做的功等于系统动量的增量，即 22011()22 W m M v Mv =+-（6） 由（1）、（6）式可得 202() mMv W m M =-+（7） 2.（20分）一个大容器中装有互不相溶的两种液体，它们的密度分别为1ρ和2ρ（12ρρ<）。现让一长为L 、密度为121()2 ρρ+的均匀木棍，竖直地放在上面的液体内，其下端离两
高中物理光学部分习题
高中物理光学试题 1．选择题 1.1923年美国物理学家迈克耳逊用旋转棱镜法较准确地测出了光速，其过程大致如下， 选择两个距离已经精确测量过的山峰（距离为L），在第一个山峰上装一个强光源S，由它发出的光经过狭缝射在八面镜的镜面1上，被反射到放在第二个山峰的凹面镜B 上，再由凹面镜B反射回第一个山峰，如果八面镜静止不动，反射回来的光就在八面镜的另外一个面3上再次反射，经过望远镜，进入观测者的眼中．如图所示，如果八面镜在电动机带动下从静止开始由慢到快转动，当八面镜的转速为ω时，就可以在望远镜里重新看到光源的像，那么光速等于（） A．4Lω π B． 8Lω π C． 16Lω π D． 32Lω π 答案：B 2.如图所示，在xOy平面内，人的眼睛位于坐标为（3，0)的点，一个平面镜镜面向下， 左右两个端点的坐标分别为（－2，3）和（0，3）一个点光源S从原点出发，沿x轴负方向匀速运动．它运动到哪个区域内时，人眼能从平面镜中看到S的像点，像做什么运动？（） A．0～－7区间，沿x轴正方向匀速运动 B．－3～一7区间，沿x轴负方向匀速运动 C．－3～－7区间，沿x轴负方向加速运动 D．－3～－∞区间，沿x轴正方向加速运动 答案：B 3.设大气层为均匀介质，当太阳光照射地球表面时，则有大气层与没有大气层时，太阳 光被盖地球的面积相比（） A．前者较小 B．前者较大 C．一样大 D．无法判断 答案：B 4.“不经历风雨怎么见彩虹”，彩虹的产生原因是光的色散，如图所示为太阳光射到空 气中的小水珠发生色散形成彩虹的光路示意图，a、b为两种折射出的单色光．以下说法正确的是（） A．a光光子能量大于b光光子能量 B．在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度