初中物理竞赛-光学专题
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。
8上-11-凸透镜成像规律专题精练(解析版)--全国初中物理竞赛试题精编
全国初中物理竞赛试题精编凸透镜成像规律专题精练1．如图所示，1F、2F是凸透镜的两个焦点，S是距凸透镜前距离大于2倍焦距的点光源，S'是S经凸透镜所成的像。
当点光源S沿平行于主光轴方向向右匀速运动靠近透镜时，像S'的移动情况（）A．像S'沿平行于主光轴方向靠近凸透镜方向匀速运动B．像S'沿O与S'连线方向远离凸透镜方向移动，速度逐渐变小C．像S'沿平行于主光轴方向远离凸透镜方向移动，速度逐渐变大D．像S'沿2F与S'连线方向远离平面镜方向移动，速度逐渐变大【答案】D【详解】点光源发出无数条光线，取其中的两条：平行于主光轴的入射光线经过凸透镜折射后焦点、过光心入射光线其传播方向不变，两条折射光线的交点即为点光源S通过凸透镜成的像，当点光源在远处时成像在S’，当点光源移动近处时，成像在S’’，两者比较可以确定像S'远离透镜移动的情况是沿F2与S’连线远离平面镜方向；且像移动的距离大于点光源移动的距离，即像远离的速度逐渐变大。
故选D。
2．如图所示，为凸透镜成像的另一拓展规律在照相问题中的运用．即用可变焦距的光学照相机把远处的景物“拉近”进行拍摄，就是说，虽然被拍摄的物体与照相机镜头之间的距离基本不变，但仍可以使底片上所成的像变大．关于这个过程，下列说法中正确的是（）A．焦距变大，像距也变大B．焦距变小，像距也变小C．焦距变大，像距变小D ．焦距变小，像距变大【答案】A【详解】变焦的照相机，当照相机的焦距增大时，虽然物距基本不变，但是由于照相机的焦距变大，物距相对减小，根据物距和像距的变化关系可知：当物距相对减小时，像距也变大，像也变大．故【答案】A3．小明同学在做凸透镜成像实验时，移动光屏，在光屏上呈现清晰放大的像，同时他也看到透镜表面有两个像，其中一个是正立的，一个是倒立的，对于透镜表面的两个像，下列说法正确的是（）A ．透镜表面的两个像，正立的是光的反射形成的，倒立的是光的折射形成的B ．透镜表面的两个像，都是光照到透镜表面反射形成的虚像C ．透镜表面的两个像，都是光照到透镜表面折射形成的实像D ．透镜表面的两个像，倒立的是实像，正立的是虚像【答案】B【详解】光在传播过程中从一种介质射向另一种介质时，在介质的界面会有部分光返回原介质，即光的反射。
初中物理竞赛辅导光学汇编
杯初赛光学汇编第一部分：选择题（第二十五届初赛3．以下四幅图片中，此中一幅所反应的光学原理与其余三幅不一样的是( )。
（第二十五届初赛 15. 平面镜水平搁置且镜面向上，在镜面上方竖直搁置一凸面镜，在凸面镜左边主光轴上两倍焦距处有一点光源s ，对于点光源在该光具组中成像状况的判断，正确的选项是（）A．两个实像，两个虚像B．两个实像，一个虚像C．一个实相，两个虚像D．一个实相，三个虚像（第二十五届初赛 24. 以下图，只含红光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射人空气中的玻璃半圆柱后，假如只被分红OA和 OB两光束沿图示方向射出，则( )。
A． OA为红光， OB为紫光B． OA为紫光， OB为红光C． OA为红光． OB为复色光D． OA为紫光， OB为复色光（第二十四届初赛8．在图24-4 所示的四种现象中，不属于光的直线流传的是( )（第二十四届初赛 13. 如图 24-8 所示， F1、F2 是凸面镜的焦点，S 是放在凸面镜前的点光源，S’是 S 经凸面镜所成的像。
，当光源 S 沿平行主轴的方向向透镜挪动时( 一直保持u>f) ，像 S’远离透镜挪动的状况是 ( )A．沿平行主轴方向。
B．沿 O与 S’连线方向。
C．沿 F2 与 S’连线方向。
D．沿 F1 与 S’连线方向。
（第二十四届初赛 15. 如图 24-10 所示，墙面上挂着标有“ 255”数字的牌子，在其相邻的一墙面上挂着一平面镜，地面上也放有一平面镜，经过平面镜不行能看到的数字是( )A. 522 。
B. 552 。
C. 225 。
D. 252 。
（第二十三届初赛 22.如图11所示，平面镜OM与ON夹角为θ，一条平行于平面镜ON的光芒经过两个平面镜的多次反射后，能够沿着本来的光路返回。
则两平面镜之间的夹角不行能是 ( )．．．(A)20 0(B)150(C)100(D)50（第二十三届初赛 23.在研究凸面镜成像规律的实验中，我们发现像距v和物距u是一一对应的，在如图12 所示的四个图线中，能正确反应凸面镜成像规律的应当是( )(A) 图线 A (B) 图线 B (C) 图线C (D) 图线D（第二十三届初赛 24. 如图 13 所示，竖直搁置的不透光物体 ( 足够大 ) 中密切嵌有一凸透镜，透镜左边两倍焦距处，有一个与主光轴垂直的物体AB，在透镜右边三倍焦距处竖直搁置一平面镜 MN，镜面与凸面镜的主光轴垂直， B 、 N两点都在主光轴上，AB与MN 高度相等，且与透镜上半部分等高。
全国中学生物理竞赛真题汇编光学
全国中学生物理比赛真题汇编--- 光学1.（ 19Y5）五、（20 分）图预 19-5 中，三棱镜的顶角为60，在三棱镜两侧对称地址上放置焦距均为f30.0 cm 的两个完好相同的凸透镜L1和 L 2．若在 L1的前焦面上距主光轴下方y 14.3 cm 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，以下列图。
杯内底面为一突出的球面，球心在极点 O下方玻璃中的C点，球面的半径 R＝， O到杯口平面的距离为。
在杯脚底中心处P点紧贴一张画片，P点距 O点。
这种酒杯未斟酒时，若在杯口处向杯底方向观看，看不出画片上的光景，但若是斟了酒，再在杯口处向杯底方向观看，将看到画片上的光景。
已知玻璃的折射率1＝，酒的折射率2＝。
试经过解析计算与论证讲解这一现象。
n n3．（22Y3）三、 (18 分 ) 内表面只反射而不吸取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，以下列图．若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸取，则筒的内半径r最大为多少 ?4．（ 16F2）（ 25 分）两个焦距分别是f1和 f2的薄透镜 L1和L2，相距为d，被共轴地部署在光具座上。
1.若要求入射光辉和与之对应的出射光辉相互平行，问该入射光辉应满足什么条件？ 2.依照所得结果，分别画出各种可能条件下的光路表示图。
5．（ 17F2）如图 1 所示，在真空中有一个折射率为ｎ（ｎ＞ｎ0，ｎ 0 为真空的折射率），半径为ｒ的质地平均的小球，频率为ν的细激光束在真空中沿直线ＢＣ流传，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（小球成为光流传的介质），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 16.（17F6）、一般光纤是一种可传输光的圆柱形细丝，由拥有圆形截面的纤芯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流传时，在纤芯Ａ和包层Ｂ的分界面上发生多次全反射．现在利用一般光纤测量流体 F 的折射率．实验方法以下：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汇聚光纤入射端面的中心Ｏ，经端面折射进入光纤，在光纤中流传．由点Ｏ出发的光束为圆锥形，已知其边缘光辉和轴的夹角为α0，如图 3 甲所示．最后光从另一端面出射进入流体Ｆ．在距出射端面ｈ 1 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ｄ1，然后搬动光屏Ｄ至距光纤出射端面ｈ２处，再测出圆形光斑的直径ｄ２，如图 3 乙所示．图 31．若已知Ａ和Ｂ的折射率分别为ｎＡ与ｎＢ，求被测流体 F 的折射率ｎＦ的表达式．2．若ｎＡ、ｎＢ和α０均为未知量，怎样经过进一步的实验以测出ｎＦ的值?7．(18F1) （ 22 分）有一放在空气中的玻璃棒，折射率，中心轴线长L 45 cm，一端是半径为R110 cm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（使主光轴上无量远处物成像于主光轴上无量远处的望远系统），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，由无量远物点射来的平行入射光柬与玻璃棒的主光轴成小角度 1 时，从棒射出的平行光束与主光轴成小角度，求2 / 1（此比值等于此玻璃棒望远系统的视角放大率）．8．（ 19F5）（ 20 分）薄凸透镜放在空气中，两侧焦点和透镜中心的距离相等。
物理竞赛光学试题_2022年学习资料
例5、图示三棱镜的顶角=60°，在三棱镜两侧对称位置放置焦距-均为f=30cm的两个完全相同的凸透镜L,和 2,若在L,的前焦面-上距主光轴下方y=14.3cm处放一单色点光源S,已知其像S’与S-对该光学系统时左 对称的，试求该三棱镜的折射率。（第19届全国-中学生物理预赛题-解：-n=?-■分析：光路系统及物像左右对 ，考虑到光线的可逆性原理，-因此在棱镜内部分的光线一定是平行于棱镜底边-11
口选取一条入射光线AB-和一条沿X轴入射-B x,y-的光线；-等光程：-n.AB+n'.BF =n'.O -■几何关系：-AB=x-BF=f-x+y-OF f-CC'-曲线方程：-n2-n2k2+n2y2-2m）/r=0-椭圆方程-n'=-n'时y2=4f←→-抛物型反射镜
例1有一半导体发光管，发光区为半径为r的圆盘，发-光面上覆盖一折射率为、半径为R的半球型介质，如-图所示。 ：要使发光区发出的全部光线在球面上不发-生全反射，介质半球的半径R至少应多大？（第11届全-国中学生物理竞 题-解：-n-■第一步：全反射条件-i.aresin-3
全反射条件：yc=arcsin-sin a nsin B-只要y的最小值小于临界角，-则总会有光线出来-■ 角几何关系-E点和F点法线的夹角-DB和水平方向的夹角：-Y+B=-2-y最小白B最大白-C点发出光线CD c最大-tan0>√n2-1-1-max-7
例3：一块平行平板，其厚度为d,光线从O点垂直入射，-若平板折射率按，V1+4q-c变化，q为常数，并在A 点以α 角出射，求光线轨迹、A点的位置和平板的厚度。-解：-■介质折射率连续变化，可将平-板沿X方向切成一系 薄片，对-每层薄片应用折射定律。-折射定律决定光线在每一点的-方向，从而确定光线的轨迹；-n,no1+4g -折射定律的级联形式：-no=n,sin,=…=n,sin Br…=n4 sin B-8
国中学生物理竞赛真题大全光学
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30.0cmf=的两个完全相同的凸透镜L1和 L2．若在L1的前焦面上距主光轴下方14.3cmy=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＝，O到杯口平面的距离为。
在杯脚底中心处P点紧贴一张画片，P点距O点。
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n1＝，酒的折射率n2＝。
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16.（17F6）、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α，如图3甲所示．最后光从另一端面出射进入流体Ｆ．在距出射端面ｈ1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ｄ1，然后移动光屏Ｄ至距光纤出射端面ｈ２处，再测出圆形光斑的直径ｄ２，如图3乙所示．图31．若已知Ａ和Ｂ的折射率分别为ｎＡ与ｎＢ，求被测流体F 的折射率ｎＦ的表达式．2．若ｎＡ、ｎＢ和α０均为未知量，如何通过进一步的实验以测出ｎＦ的值?7．(18F1)（22分）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）．8．（19F5）（20分）薄凸透镜放在空气中，两侧焦点和透镜中心的距离相等。
中学生物理竞赛1-32光学试题分类汇编
光学（32-16）如示意图所示，一垂直放置的高为15.0cm的圆柱形中空玻璃容器，其底部玻璃较厚，底部顶点A到容器底平面中心B点的距离为8.0cm，底部上沿为一凹起的球冠，球心C点在A点的正下方，球的半径为1.75cm，已知空气和容器玻璃的折射率分别为和，只考虑近轴光线成像，已知，当时，sin=。
（1）当容器内未装任何液体时，求从B点发出的光线通过平凹玻璃柱，在玻璃柱对称轴上所成像的位置，并判断像的虚实；（2）当容器内装满折射率为1.30的液体时，求从B点发出的光线通过平凹玻璃柱上表面折射后所成像的位置，并判断这个像的虚实。
（31-8）如图所示，两个薄透镜L1和L2共轴放置，已知L1的焦距，L2的焦距，两透镜之间的距离也是。
小物体位于物面p上，物距u1=3。
（1）小物体经过这两个透镜所成的像在L2的__边，到L2的距离为____，是___像（填“实”或“虚”）、___像（填“正”或“倒”），放大率为_____。
（2）现把两个透镜位置调换，若还要使给定的原物体在原处成像，；两透镜作为整体应沿光轴向_____边移动距离_____，这个新的像是___像（填“实”或“虚”）、 ___像（填“正”或“倒”），放大率为_____。
（31-11）如图所示，一水平放置的厚度为t的折射率为n的平行玻璃砖，下表面镀银（成反射镜）。
一物点A位于玻璃砖的上方距玻璃砖的上表面h处。
观察者在A点附近看到了A的像，A点的像到A点的距离等于多少？不考虑光经玻璃上表面的反射。
（30-1）下列说法正确的是：A. 一束单色光从真空射入时，在玻璃表面处发生折射现象，这与光在玻璃中的传播速度不同于在真空中的传播速度有关B. 白纸上有两个非常靠近的小黑斑，实际上是分开的，没有重叠部分.但通过某一显微镜所成的象却是两个连在一起的没有分开的光斑，这与光的衍射现象有关C. 雨后虹的形成与光的全反射现象有关D. 老年人眼睛常变为远视眼，这时近处物体通过眼睛所成的像在视网膜的前方（瞳孔与视网膜之间），故看不清（30-5）图示两条虚线之间为一光学元件所在处，AB为其主光轴.P是一点光源，其傍轴光线通过此光学元件成像于Q点.该光学元件可能是（）A. 薄凸透镜B. 薄凹透镜C. 凸球面镜D. 凹球面镜（30-8）一线光源，已知它发出的光包含三种不同频率的可见光，若要使它通过三棱镜分光，最后能在屏上看到这三种不同频率的光的谱线，则除了光源、三棱镜和屏外，必须的器件至少还应有______________.其中一个的位置应在______________和______________之间，另一个的位置应在______________和______________之间.（30-8）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A．尺寸不变，亮度不变．B．尺寸不变，亮度降低．C．只剩半个圆，亮度不变．D．只剩半个圆，亮度降低（28-7）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L1和L2构成的光学系统，两透镜的光心分别为O1和O2，它们之间的距离为s．若要求以与主光轴成很小夹角的光线人射到O1能从O2出射，并且出射光线与人射光线平行，则可以在O1和O2之间放一块具有负折射率的介质平板，介质板的中心位于OO’的中点，板的两个平行的侧面与主光轴垂直，如图所示．若介质的折射率n= -1.5，则介质板的厚度即垂直于主光轴的两个平行侧面之间的距离 d = ．（27-14）假设把地球大气等效于一个具有一定厚度和折射率均匀的透光气体球壳，其折射率取n＝1.00028，把地球看作圆球。
物理竞赛试题与解答(光学)
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。
初中物理竞赛：第5讲 光的折射
初中物理竞赛：第5讲光的折射初中物理竞赛：第5讲光的折射初中物理竞赛专题：第5讲光的折射【赛点图解】【技法透析】1．光的折射由于光在相同的介质中传播速度相同，所以当光穿裆至两种介质的表面上时，步入另一种介质中的光线的传播方向可以出现发生改变，这种现象叫作光的折射．当光横向箭至两种介质的界面上时，入射角和折射角都等同于0°，光的传播方向维持不变．在发生折射现象时，一定同时发生了反射，所以折射光的能量比入射光的能量小，这样就导致在拍照时折射光成的像暗些．由于光在光速小的介质中光线和法线的夹角小，而且折射角随其入射角的减小而减小，所以光从光速大的介质射入光速小的介质时折射角大于入射角，当入射角等同于或大于某个值时，折射角等同于或大于90°，偏折1光全部返回原来的介质中，这种现象叫作全反射，此时没偏折，所以光射至界面上时，一定存有散射现象，但不一定存有偏折现象．2．偏折光学物体发出或反射的光在两种不同的介质的界面处发生折射，折射光线的反向延长线交于交点，这个交点就是物体的像．从物体来的光在两种不同的介质的界面处还会发生反射，反射光线的反向延长线也有一交点，这个交点也是物体的像．这两个像虽然都是虚像，但形成的原理不同，前者是折射形成的，后者是反射形成的．虽然两个像都在界面同侧，但前者物、像在界面的同侧，后者物、像在界面的两侧，判断这两个像的试题很多，如“‘蝶在水中飞，鱼在云中游’的美景，‘蝶在水中飞’中的‘蝶’是由光的_______形成的，‘鱼在云中游’中的‘鱼’是由光的_______形成的”．做这样的题先分析人看到的“蝶”和“鱼”的位置和性质，空中飞的“蝶”在水中，水中游的“鱼”在空中，说明看到的都是像．然后分析人的位置，和人在同种介质中的物体的像是反射形成的，和人分处两种介质中的物体的像是折射形成的．3．物体的颜色人看见的颜色就是由步入人眼的色光的颜色同意的，什么颜色的光步入眼睛，看见的就是什么颜色．对于一个物体来说：它散射或借由某一种色光，稀释其他的色光．当太阳光照射一个不透明的物体时，它反射一种色光，进入眼睛引起视觉，所以不透明的物体的颜色是由它反射的色光决定的．如太阳光照射红色衣服时，红光被反射，其他的色光被衣服吸收，只有红光射进眼睛，看到的衣服就是红色的．当太阳光照射一个透明的物体时它透过的色光进入眼睛引起视觉，其它的色光被物体吸收了，不能进入人眼，所以透明的物体的颜色是由它透过的色光决定的，黑色的物体稀释所有的色光，不反射光也没光借由，就没光步入眼睛，所以就是白的．白色的物体散射所有色光，所以用太阳光反射时，这些被散射的色光混合在一起就是白光了．还有一种情况就是：本来物体不是黑色的，但用和物体不同颜色的色光照射它，光被衣服吸收了，人看起来也是黑的，如绿光照射红色衣服，衣服吸收了绿光；另外用色光照射白色物体，物体看起来的颜色就是色光的颜色．颜料的颜色就是它散射的色光同意的，但是一种颜料往往散射的就是几种色光，那么人看见的颜色必须就是它们共同散射的色光的颜色，当然，人看见的颜料的颜色也象人看见的物体的颜色一样，与反射的色光有关．4．光学元件的分解将平行玻璃砖从中间分离，分为一个凸透镜和凹透镜，打响一段距离后，使光线通过这两个透镜，可以怎样偏折呢？若再把它们无缝隙的拼合在一起，又变成了平行玻璃砖，平行光经过它平移一段距离后仍平行射出，说明凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用一样大，那么平行光通过它的问题可以一个透镜一个2透镜的单独考虑，最后的出射光到底是发散还是会聚，取决于两透镜间的距离．正方体玻璃中存有一个气泡，那么光通过它怎样偏折，物体通过它怎样光学？这些生活中的元件可以经过研磨，分为几个透镜去分析，我们从气泡中间将正方体玻璃分离，就是两个凹透镜，光经过它两次收敛，物体通过它两次成虚像．【名题精讲】赛点1光的折射规律基准1例如图，在一块玻璃砖上挖去一块半圆形的玻璃，例如存有一条通过圆心的光线箭至该玻璃砖上，则恰当的光路图为()abcd【切题技巧】一条通过圆心的光线箭至半球面上，它和界面的法线重合，其入射角和折射角都等同于0°，传播方向不发生改变；至了玻璃中以后在同种介质中，稳步沿直线传播；从玻璃中射出来，光从光速大的介质步入光速小的介质，所以折射光应当靠近法线．【规范答疑】a【借题发挥】若两种介质的界面是曲面，其法线应该和曲面的切面垂直，即先过入射点作曲面的切线，然后过入射点作切线的垂线即为该曲面的法线．若曲面是圆面或球面，则法线就是过入射点的圆面或球面的半径了，所以过圆面或球面半径的光线进入另种介质，传播方向不改变．【同类开拓】例如图，一块矩形玻璃砖切割成图中形状后打响一段距离，平行于主光轴的光线从左面射入，则从最为右边射向的光线()a．仍然保持平行光线b．一定是平行光线c．一定就是汇聚光线d．结论与d有关，以上结论都可能将赛点2光折射成像及像的应用基准2例如图，把由同种玻璃做成的正方体玻璃砖a和半球形玻璃砖b放到报纸上，若正方体的边长和半球的半径相同，则从正上方沿图中3虚线（中心线）方向往下看看中心线对准的文字()a．a和b中看见的都比实际的高b．a中看到的比实际的高．b中看到的比实际的低c．a中看到的比实际的高，b中看到的与实际的一样高d．a和b中看到的都与实际一样高【切题技巧】从半球形玻璃砖b正上方沿图中虚线（中心线）方向往下看看中心线对准的文字，字散射的光步入玻璃时都经过球心，沿法线传播，光的传播方向维持不变，光线的逆向延长线的交点仍在字处，边线维持不变；但正方体玻璃砖a下的字散射的光除垂线那条外，都就是穿裆进玻璃砖中，在界面松塔区偏折，偏折光线逆向延长线的交点就是字的像是，比字的边线低．【规范答疑】c【借题发挥】透过玻璃看下面的物体，看到的是物体的像，可以通过作光路图来确定像的位置．像和物的错位程度与玻璃的厚度有关系．本题中是一种特殊情况，如果透过半球形玻璃砖b看的不是中心线对准的文字，那么看到的就比实际的高．【同类开拓】细心的小明注意到这样一个现象：如果关上窗户，轻易看看远处的高架电线，电线呈圆形规则的锥形弧形；而如果隔着窗玻璃看看，电线虽然整体上也呈圆形弧形，但电线上的相同部位存有显著的圆形伸展，当轻微转动头部使视线移动时，电线上的圆形伸展情景也在移动．产生这种现象的主要原因就是()a．玻璃上不同部位对光的吸收程度不同b．玻璃上不同部位的透光程度不同c．玻璃上不同部位的厚度不同d．玻璃上不同部位对光的反射不同基准3例如图水面上方存有一闪烁点a1，水中Seiches一闪烁点a2，人在空气中看见a2在水中的边线就是a1在水中的像是的边线，图画出来：(1)a1发出的光经水面反射进入人眼的光路图(2)a2收到的光步入人眼的光路图甲乙【切题技巧】先用平面镜光学特点做出a1关于水面的对称点，即为a1经水面散射的像是a1'，然后相连接4眼睛和a1'，做出反射光线ob．与界面交点即为为入射点o，相连接a1o，就是入射光线了．由于人在空气中看见a2在水中的边线就是a1在水中的像是的边线，所以a1'也就是a2经水面偏折变成的虚像的边线，则ob同时也就是偏折光线，相连接a2o，就是入射光了．【规范答疑】例如图乙【借题发挥】眼睛看到水中的物体的像有两种作图方法：第一，可以直接用折射规律作出像的大概位置；第二，在知道像位置的情况下，可以作出成像的精确光路图，连接像和眼睛就得到折射光线和入射点，再连接物体和入射点，就能作出入射光线．在作图时应特别注意光线的传播方向，不是从眼睛射到物体上．【同类开拓】例如图，小明东站在游泳池边a处为，看见路灯b在池水中的像是与他看见的池中一条鱼在c点重合，用光学作图法确认路灯b的边线和鱼的大致边线．赛点3光的色散和色光的折射基准4一些科研工作者受三棱镜对自然光的色散现象的鼓舞，通过细致实验辨认出：分别用红光和蓝光以如图3-6的方式反射凸透镜时，凸透镜的焦点边线有所差异（图中a、b点）．根据你的分析，红光反射时的焦点边线应当就是图中的_______点，蓝光反射时的焦点边线应当就是图中的_______点．【切题技巧】自然光通过三棱镜两次折射后，在光屏在得到一条彩色光带，从上到下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，这个现象说明同个棱镜，对不同的色光的折射能力不同，对红光的折射能力弱，对紫光的折射能力强．若是凸透镜，对紫光的会聚能力就比对红光的强，所以紫光的焦距小，红光的焦距大，这种现象就是摄影上照片色差的形成原因．【规范答疑】b，a【借题发挥】对光的折射的程度不仅与介质有关，还于色光的种类有关．不同的介质对同种色光的偏折程度不同，同种介质对不同色光的偏折程度也不同，光的色散就利用这个原理将自然光中的不同色光分开的．5。
2023年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）第21届预赛2023.9.5一、（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对的，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，但假如斟了酒，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。
试通过度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重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规定，对光束进行必需的变换（或称整形）．假如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故意义的．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L 1 3 P αα 2α hh z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，使三束光都能所有投射到这个组合透镜上，且经透镜折射后的光线能所有会聚于z轴（以S2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S2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L1和L2共轴放置，如图所示．已知L1的焦距f1=f , L2的焦距f2=—f，两透镜间距离也是f．小物体位于物面P上，物距u1＝3f．（1）小物体经这两个透镜所成的像在L2的__________边，到L2的距离为_________，是__________倍（虚或实）、____________像（正或倒），放大率为_________________。