物理竞赛 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

A 镜，反射后从B镜射出．若保持入射光线不变，而只让B

B 镜转动θ角，则转动后从B镜射出的光线与A镜的反射θ 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

S1 S2 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 。

O

4.如图所示,平面镜OM1与OM2成θ角,A为OM1上一点,光线从A点出发,对于OM2的入射角i1是50

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

A 镜，反射后从B镜射出．若保持入射光线不变，而只让B

B 镜转动θ角，则转动后从B镜射出的光线与A镜的反射θ 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

S1 S2 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 。

O

4.如图所示,平面镜OM1与OM2成θ角,A为OM1上一点,光线从A点出发,对于OM2的入射角i1是50

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

i1i2i2'i3i3'n1n2n3ik-1ik-1'iknk-1nk

n1sini1 sini2?n2n2n1sini3?sini2?sini1

n3n3?????..

nk?1n1sinik?sinik?1?sini1

nknk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???n?1??，其

αi2i2'δ中是光楔的折射率。

证明：由于光线垂直入射，帮光线在第一个界面不发生折射。仅在第二个界面有折射如图，根据折射定律

nsini2?sini'2

??，故

以及几何关系i2 当α很小时，有

则上式可写成

nsin??sini'2

sin???,sini'2?i'2

1

几何光学 §1几何光学基础

1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。

2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。 3、光的反射定律：

①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：

①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；

③入射角i与折射角i2满足n1sini1?n2sini2；

1④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全面反射现象（折射率为n1的光密介质对折射率为n的光疏介质的临界角sinC?2

n2）。 n11

几何光学 §2光的反射

2.1组合平面镜成像

组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O点）镜间放一点光源S（图1），S发出的光线经过两个平面镜反射后形成了S1、S2、S3三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O为圆心、OS为半径的圆上，而且S和S1、S和S2、S1和S3、S2和S3之

几何光学 §1几何光学基础

1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。

2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。 3、光的反射定律：

①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：

①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；

③入射角i与折射角i2满足n1sini1?n2sini2；

1④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全面反射现象（折射率为n1的光密介质对折射率为n的光疏介质的临界角sinC?2

n2）。 n11

几何光学 §2光的反射

2.1组合平面镜成像

组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O点）镜间放一点光源S（图1），S发出的光线经过两个平面镜反射后形成了S1、S2、S3三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O为圆心、OS为半径的圆上，而且S和S1、S和S2、S1和S3、S2和S3之

几何光学 §1几何光学基础

1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。

2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。 3、光的反射定律：

①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：

①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；

③入射角i与折射角i2满足n1sini1?n2sini2；

1④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全面反射现象（折射率为n1的光密介质对折射率为n的光疏介质的临界角sinC?2

n2）。 n11

几何光学 §2光的反射

2.1组合平面镜成像

组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O点）镜间放一点光源S（图1），S发出的光线经过两个平面镜反射后形成了S1、S2、S3三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O为圆心、OS为半径的圆上，而且S和S1、S和S2、S1和S3、S2和S3之

1

几何光学 §1几何光学基础

1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。

2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。

3、光的反射定律：

①反射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。 4、光的折射定律：

①折射光线、入射光线和法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；

③入射角1

i 与折射角2i 满足2211sin sin i n i n =；

④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C 时，将发生全面反射现象（折射率为1

n 的光密

介质对折射率为2

n 的光疏介质的临界角1

2

sin n n C =）。 几何光学 §2光的反射

2.1组合平面镜成像

组合平面镜：由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O 点）镜间放一点光源S （图1），S 发出的光线经过两个平面镜反射后形成了1S 、2S 、3S 三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O 为圆心、OS 为半径的圆上，而且S 和1S 、S 和2S 、

1S 和3S 、2

高二物理竞赛（9） 几何光学和波动光学

班级：_____________ 姓名：_________________ 座号：_____________

一、一平凸透镜焦距为f，其平面上镀了银，现在其凸面一侧距它2f处，垂直于主轴放置一高为H的物，其下端在透镜的主轴上（如图所示）。

（1）用作图法画出物经镀银透镜所成的像，并标明该像是虚、是实； （2）用计算法求出此像的位置和大小。

二、有一水平放置的平行平面玻璃板H，厚3.0cm，折射率n=1.5。在其下表面下2.0cm处有一小物S；在玻璃扳上方有一薄凸透镜L，其焦距f=30cm，透镜的主轴与玻璃板面垂直；S位于透镜的主轴上，如图所示。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？

1

三、一束平行光沿薄平凸透镜的主光轴入射，经透镜折射后，会聚于透镜f=48cm处，透镜的折射率n=1.5。若将此透镜的凸面镀银，物置于平面前12cm处，求最后所成像的位置。

四、图中，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f=30.0cm的两个完全相同的凸透镜L1和L2。

物理竞赛中“光学”的辅导技巧

《光学》一章，初中的要求是较基础的．它主要是运用一些基本原理和规律去解释常见的光学现象和应用由于物理竞赛的层次相应提高，因而在辅导时有必要拓展学生的知识面，开阔其视野并发展能力．那么应如何进行辅导呢？笔者有如下体验：

1．利用光路图化抽象为形象，总结规律并予以运用．光路图是驾御光学知识的翅膀，借助它可以透过知识的幻像，将某些抽象的光学知识抽丝剥茧，从而剖析得到规律性的知识并用它解释有关的现象．对于“凸透镜成像”一节，我有如下的运用：

2．(1) 根据“平行于主光轴的光线折射后会聚于焦点，透过光心的光线方向不变”的规律，我引导学生画出u>2f时成像光路图（如图１），由图可见其得到倒立、缩小的实像（顺延光线ab和cd可相交的为实像，反向延长相交的为虚像），其像距为 f

3．老奶奶看报时，为了看到更大的清晰的像，她常选择做（）Ａ．报与放大镜不动，眼睛离报远一些；

Ｂ．报与眼不动，放大镜离报远一些；

Ｃ．报与放大镜不动，眼睛离报近一些；

Ｄ．报与眼不动，放大镜离报近一些．

作图时（图２），由于字的大小不变，故反向延长后分别得到虚像A'B' 和C'D'，由图可见字AB 离透镜远一些，其像A'B' 也大一些，故选（Ｂ）

?（2）对变焦相机的

物 理 光 学 §2.1 光的波动性

2.1.1光的电磁理论

19世纪60年代，美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论，指出光是一种电磁波，使波动说发展到了相当完美的地步。

2.1.2光的干涉

1、干涉现象是波动的特性

凡有强弱按一定分布的干涉花样出现的现象，都可作为该现象具有波动本性的最可靠最有力的实验证据。

2、光的相干迭加

两列波的迭加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的力迭加，所以，合振动平均强度为

2I?A12?A2?2A1A2cos(?2??1)

其中A1、A2为振幅，?1、?2为振动初相位。

?????2j?,j?0,1,2,??I?(A?A)干涉相消?????(2j?1)?,j?0,1,2,?????(???)为其他值且A?AI?4Acos?2

21I?(A1?A2)2干涉相加21221222121213、光的干涉 (1)双缝干涉

在暗室里，托马斯·杨利用壁上的小孔得到一束阳光。在这束光里，在垂直光束方向里放置了两条靠得很近的狭缝的黑屏，在屏在那边再放一块白屏，如图2-1-1所示，

于是得到了与缝平行的彩色条纹；如果在双缝前放一块滤光片，就得到明暗相同的条纹。

A、B为双缝，相距为d，M为白屏与双缝相距为l，DO为AB的中