11章几何光学习题解
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八年级数学上册第十一章三角形知识总结例题单选题1、当n边形边数增加2条时,其内角和增加()A.180°B.360°C.540°D.720°答案:B分析:根据n边形的内角和定理即可求解.解:原来的多边形的边数是n,则新的多边形的边数是n+2.(n+2−2)•180−(n−2)•180=360°.故选:B.小提示:本题主要考查了多边形的内角和定理,多边形的边数每增加一条,内角和就增加180度.2、在△ABC中,∠A=12∠B=13∠C,则△ABC为()三角形.A.锐角B.直角C.钝角D.等腰答案:B分析:根据∠A=12∠B=13∠C分别设出三个角的度数,再根据三角形的内角和为180°列出一个方程,解此方程即可得出答案.∵∠A=12∠B=13∠C∴可设∠A=x,∠B=2x,∠C=3x根据三角形的内角和可得:x+2x+3x=180°解得:x=30°∴∠A=30°,∠B=60°,∠C=90°因此△ABC是直角三角形故答案选择B.小提示:本题主要考查的是三角形的基本概念.3、如图,AD,AE,AF分别是△ABC的中线,角平分线,高,下列各式中错误的是()A.BC=2CD B.∠BAE=1∠BAC2C.∠AFB=90°D.AE=CE答案:D分析:根据三角形的高线,角平分线和中线解答即可;解:A.∵AD是△ABC的中线∴BC=2CD,故选项正确,不符合题意;B.∵AE是△ABC的角平分线∴∠BAE=1∠BAC2故选项正确,不符合题意;C.∵AF分别是△ABC的高,∴∠AFB=90°故选项正确,不符合题意;D.AE=CE不一定成立,故选项错误,符合题意.故选:D.小提示:此题考查三角形的高线,角平分线和中线,关键是根据三角形的高线,角平分线和中线的定义进行判断即可.4、将一副直角三角板按如图所示的位置摆放,使得它们的直角边互相垂直,则∠1的度数是()A.95°B.100°C.105°D.110°答案:C分析:根据题意求出∠2、∠4,根据对顶角的性质、三角形的外角性质计算即可.由题意得,∠2=45°,∠4=90°−30°=60°,∴∠3=∠2=45°,由三角形的外角性质可知,∠1=∠3+∠4=105°,故选C.小提示:本题考查的是三角形的外角性质,掌握三角形的一个外角等于和它不相邻的两个内角的和是解题的关键.5、下列图形具有稳定性的是()A.①②B.③④C.②③D.①②③答案:C分析:根据三角形具有稳定性,只要图形分割成了三角形,则具有稳定性.解:因为三角形具有稳定性,四边形不具有稳定性,图②③便具有稳定性,故选C.小提示:此题考查了三角形的稳定性和四边形的不稳定性,注意根据三角形的稳定性进行判断.6、如图,Rt△ABC中,∠ABC=90°,BD⊥AC于点D,DE⊥BC于点E,则下列说法正确的是( )A.DE是△ACE的高B.BD是△ADE的高C.AB是△BCD的高D.DE是△BCD的高答案:D分析:根据三角形高的定义求解即可.三角形的高:从三角形的一个顶点到它的对边作一条垂线,顶点到垂足之间的线段叫做三角形的高.解:A、DE不是△ACE的高,选项错误,不符合题意;B、BD不是△ADE的高,选项错误,不符合题意;C、AB不是△BCD的高,选项错误,不符合题意;D、DE是△BCD的高,选项正确,符合题意.故选:D.小提示:此题考查了三角形的高,解题的关键是熟练掌握三角形高的定义.三角形的高:从三角形的一个顶点到它的对边作一条垂线,顶点到垂足之间的线段叫做三角形的高.7、如图,AB=AC,AD=AE,∠BAC=∠DAE,点B,D,E在同一直线上,若∠1=25°,∠2=35°,则∠3的度数是()A.50°B.55°C.60°D.70°答案:C分析:由∠BAC=∠DAE可证得∠BAD=∠CAE,继而证明△BAD≅△CAE(SAS),由全等三角形对应角相等得到∠2=∠CAE,∠ABD=∠1,最后由三角形的外角性质解答即可.解:∵∠BAC=∠DAE∴∠BAC−∠DAC=∠DAE−∠DAC∴∠BAD=∠CAE∵AB=AC,AD=AE,∴△BAD≅△CAE(SAS)∴∠2=∠CAE,∠ABD=∠1∵∠1=25°,∠2=35°∴∠3=∠2+∠ABD=∠2+∠1=60°故选:C.小提示:本题考查全等三角形的判定与性质、三角形的外角性质等知识,是重要考点,掌握相关知识是解题关键.8、若长度分别是a、3、5的三条线段能组成一个三角形,则a的值可以是()A.1B.2C.4D.8答案:C分析:根据三角形的三边关系:任意两边之和大于第三边,任意两边之差小于第三边,求出a的取值范围即可得解.根据三角形的三边关系得5−3<a<5+3,即2<a<8,则选项中4符合题意,故选:C.小提示:本题主要考查了三角形的三边关系,熟练掌握相关不等关系是解决本题的关键.9、若一个正多边形的一个外角是60°,则这个正多边形的边数是()A.10B.9C.8D.6答案:D分析:根据多边形的外角和等于360°计算即可.解:360°÷60°=6,即正多边形的边数是6.故选:D.小提示:本题考查了多边形的外角和定理,掌握多边形的外角和等于360°,正多边形的每个外角都相等是解题的关键.10、下列说法中正确的是()A.三角形的三条中线必交于一点B.直角三角形只有一条高C.三角形的中线可能在三角形的外部D.三角形的高线都在三角形的内部答案:A分析:根据三角形中线及高线的定义逐一判断即可得答案.A.三角形的三条中线必交于一点,故该选项正确,B.直角三角形有三条高,故该选项错误,C.三角形的中线不可能在三角形的外部,故该选项错误,D.三角形的高线不一定都在三角形的内部,故该选项错误,故选:A.小提示:本题考查三角形的中线及高线,熟练掌握定义是解题关键.填空题11、如图,E为△ABC的BC边上一点,点D在BA的延长线上,DE交AC于点F,∠B=46°,∠C=30°,∠EFC =70°,则∠D=______.答案:34°##34度分析:根据题意先求∠DAC,再依据△ADF三角形内角和180°可得答案.解:∵∠B=46°,∠C=30°,∴∠DAC=∠B+∠C=76°,∵∠EFC=70°,∴∠AFD=70°,∴∠D=180°-∠DAC-∠AFD=34°,所以答案是:34°.小提示:本题考查三角形内角和定理及三角形一个外角等于不相邻的两个内角的和,解题的关键是掌握三角形内角和定理.12、如图,在△ABC中,D,E分别是边AB,AC上一点,将△ABC沿DE折叠,使点A的对称点A'落在边BC 上,若∠A=50°,则∠1+∠2+∠3+∠4=______.答案:230°分析:依据三角形内角和定理,可得△ABC中,∠B+∠C=130°,再根据∠1+∠2+∠B=180°,∠3+∠4+∠C=180°,即可得出∠1+∠2+∠3+∠4=360°﹣(∠B+∠C)=230°.解:∵∠A=50°,∴△ABC中,∠B+∠C=130°,又∵∠1+∠2+∠B=180°,∠3+∠4+∠C=180°,∴∠1+∠2+∠3+∠4=360°﹣(∠B+∠C)=360°﹣130°=230°,所以答案是:230°.小提示:本题主要考查三角形内角和,熟练掌握三角形内角和及角之间的等量关系是解题的关键.13、如图,已知△ABC的面积为1,分别倍长(延长一倍)边AB,BC,CA得到△A1B1C1,再分别倍长边A1B1,B1C1,C1A1得到△A2B2C2…按此规律,倍长2021次后得到的△A2021B2021C2021的面积为_________.答案:72021分析:根据等底等高的三角形的面积相等可得三角形的中线把三角形分成两个面积相等的三角形,然后求出第一次倍长后△A1B1C1的面积是△ABC的面积的7倍,依此规律可得结论.解:连接AB1、BC1、CA1,根据等底等高的三角形面积相等,△A1BC、△A1B1C、△AB1C、△AB1C1、△ABC1、△A1BC1、△ABC的面积都相等,所以,S△A1B1C1=7S△ABC,同理S△A2B2C2=7S△A1B1C1=72S△ABC,依此类推,△A2021B2021C2021的面积为=72021S△ABC,∵△ABC的面积为1,∴△A2021B2021C2021的面积=72021.所以答案是:72021.小提示:本题考查了三角形的面积,根据等底等高的三角形的面积相等求出一次倍长后所得的三角形的面积等于原三角形的面积的7倍是解题的关键.14、在△ABC中,AD为边BC上的高,∠ABC=30°,∠CAD=20°,则∠BAC是___________度.答案:40或80##80或40分析:根据题意,由于△ABC类型不确定,需分三种情况:高在三角形内部、高在三角形边上和高在三角形外部讨论求解.解:根据题意,分三种情况讨论:①高在三角形内部,如图所示:∵在ΔABD中,AD为边BC上的高,∠ABC=30°,∴∠BAD=90°−∠ABC=90°−30°=60°,∵∠CAD=20°,∴∠BAC=∠BAD+∠CAD=60°+20°=80°;②高在三角形边上,如图所示:可知∠CAD=0°,∵∠CAD=20°,故此种情况不存在,舍弃;③高在三角形外部,如图所示:∵在ΔABD中,AD为边BC上的高,∠ABC=30°,∴∠BAD=90°−∠ABC=90°−30°=60°,∵∠CAD=20°,∴∠BAC=∠BAD−∠CAD=60°−20°=40°;综上所述:∠BAC=80°或40°,所以答案是:40或80.小提示:本题考查求角度问题,在没有图形的情况下,必须考虑清楚各种不同的情况,根据题意分情况讨论是解决问题的关键.15、如图,∠1,∠2,∠3是多边形的三个外角,边CD,AE的延长线交于点F,如果∠1+∠2+∠3=225°,那么∠DFE的度数是______.答案:45°分析:利用多边形的外角和为360°以及三角形内角和为180°,然后通过计算即可求解.解:∵多边形的外角和为360°,∴∠1+∠2+∠3+∠DEF+∠EDF=360°,又∵∠1+∠2+∠3=225°,∴∠DEF+∠EDF=135°,∵∠DEF+∠EDF+∠DFE=180°,∴∠DFE=180°-135°=45°.故答案是为45°.小提示:本题考查了多边形的外角和和三角形的内角和定理.解答题16、如图,在平面直角坐标系中,A(−1,5),B(−1,0),C(−4,3),(1)过点B作DB∥CA,且点D在格点上,则点D的坐标为______ .(2)将△ABC向右平移3个单位长度,再向下平移2个单位长度得到△A1B1C1,在图中画出△A1B1C1;(3)直接写出直线AC与y轴的交点坐标______ .答案:(1)(-4,-2),(2,2),(5,4)(2)见解析(3)(0,17)3分析:(1)可以把AC平移使A点或C点为对应点,从而确定D点位置;(2)利用平移规律写出A1、B1、C1的坐标,然后描点即可;(3)延长CA交y轴于点T,设点T的坐标为(0,m),利用△AOC的面积列出关于m的方程,解方程即可.(1)解:如图所示:则点D的坐标是:(-4,-2),(2,2),(5,4).所以答案是: (-4,-2),(2,2),(5,4) .(2)解:将△ABC向右平移3个单位长度再向下平移2个单位长度后,则△A1B1C1即为所求作的三角形,如图所示:(3)解:延长CA交y轴于点T,如图所示:SΔAOC=4×5−12×3×4−12×2×3−12×1×5=172,设点T的坐标为(0,m),则SΔAOC=SΔOCT−SΔOAT=12×4m−12×m=32m,∴172=32m,解得:m=173,∴直线AC与y轴的交点坐标为(0,173).所以答案是:(0,173).小提示:本题考查平移变换,三角形的面积等知识,解题的的关键是掌握平移变换的性质,学会利用面积法构建方程求解,属于中考常考题型.17、用一条长为18cm的细绳围成一个等腰三角形.(1)如果腰长是底边长的2倍,那么各边的长是多少?(2)能围成有一边长是4cm的等腰三角形吗?为什么?答案:(1)365cm,365cm,185cm;(2)能,理由见解析分析:(1)设底边长为xcm,则腰长为2xcm,根据周长公式列一元一次方程,解方程即可求得各边的长;(2)题中没有指明4cm所在边是底还是腰,故应该分情况进行分析,注意利用三角形三边关系进行检验.解:(1)设底边长为xcm,∵腰长是底边的2倍,∴腰长为2xcm,∴2x+2x+x=18,解得,x=185cm,∴2x=2×185=365cm,∴各边长为:365cm,365cm,185cm.(2)①当4cm为底时,腰长=18−42=7cm;②当4cm为腰时,底边=18−4−4=10cm,∵4+4<10,∴不能构成三角形,故舍去;∴能构成有一边长为4cm的等腰三角形,另两边长为7cm,7cm.小提示:本题考查的是等腰三角形的性质及三角形的三边关系,在解答此类题目时要注意分类讨论,不要漏解.18、如果一个多边形的各边都相等,且各内角也都相等,那么这个多边形就叫做正多边形,如图,就是一组正多边形,观察每个正多边形中∠α的变化情况,解答下列问题.(1)将如表的表格补充完整:)°;(2)存在,n=9答案:(1)60°,45°,36°,30°,(180n分析:(1)根据计算、观察,可发现规律:正n边形中的∠α=(180)°;n)°,可得答案.(2)根据正n边形中的∠α=(180n解:(1)观察上面每个正多边形中的∠α,填写下表:)°;所以答案是:60°,45°,36°,30°,(n(2)存在,理由如下:∵设存在正n边形使得∠α=20°,)°.得∠α=20°=(180n解得:n=9,∴存在正n边形使得∠α=20°.,三角形的内角和定理,等小提示:本题考查了多边形内角与外角,每题都利用了正多边形的内角:(n−2)⋅180°n腰三角形的两底角相等.。
习 题 解 答11-1 在双缝干涉实验中,若单色光源S 到两缝21S S 、距离相等,则观察屏上中央明纹位于图中O 处。
现将光源S 向下移动到示意图中的S '位置,则( )(A )中央明条纹也向下移动,且条纹间距不变 (B )中央明条纹向上移动,且条纹间距不变 (C )中央明条纹向下移动,且条纹间距增大 (D )中央明条纹向上移动,且条纹间距增大解 由S 发出的光到达21S S 、的光成相等,它们传到屏上中央O 处,光程差0=∆,形成明纹,当光源由S 向下移动S '时,由S '到达21S S 、的两束光产生了光程差,为了保持原中央明纹处的光程差为0,它将上移到图中O '处,使得由S '沿21S S 、传到O '处的两束光的光程差仍为0.而屏上各级明纹位置只是向上平移,因此条纹间距不变。
故选B11-2 单色平行光垂直照射在薄膜上,经上下两表面反射的两束光发生干涉,如附图所示,若薄膜厚度为e , 且n 1<n 2,n 3<n 2, λ1为入射光在n 1中的波长,则两束反射光的光程为( ) (A )e n 22 (B )11222n e n λ-(C )22112λn e n - (D )22122λn e n -习题11-2图3n S SOO ’解 由于n 1〈n 2,n 3〈n 2,因此光在表面上的反射光有半波损失,下表面的反射光没有半波损失,所以他们的光程差222λ-=∆e n ,这里λ是光在真空中的波长,与1λ的关系是11λλn =。
故选C11-3 如图所示,两平面玻璃板构成一空气劈尖,一平面单色光垂直入射到劈尖上,当A 板与B 板的夹角θ增大时,干涉图样将发生( )变化 (A )干涉条纹间距增大,并向O 方向移动 (B )干涉条纹间距减小,并向B 方向移动 (C )干涉条纹间距减小,并向O 方向移动(D )干涉条纹间距增大,并向B 方向移动解 空气劈尖干涉条纹间距θλsin 2n l =∆,劈尖干涉又称为等厚干涉,即k相同的同一级条纹,无论是明纹还是暗纹,都出现在厚度相同的地方. 当A 板与B 板的夹角θ增大时,△l变小. 和原厚度相同的地方向顶角方向移动,所以干涉条纹向O 方向移动。
几何光学习题及解答1.证明反射定律符合费马原理。
证明:费马原理是光沿着光程为最小值、最大值或恒定值的路径传播。
⎰=BAnds 或恒值max .min ,在介质n 与'n 的界面上,入射光A 遵守反射定律11i i '=,经O 点到达B 点,如果能证明从A 点到B 点的所有光程中AOB 是最小光程,则说明反射定律符合费马原理。
设C 点为介质分界面上除O 点以外的其他任意一点,连接ACB 并说明光程∆ ACB>光程∆AOB由于∆ACB 与∆AOB 在同一种介质里,所以比较两个光程的大小,实际上就是比较两个路程ACB 与AOB 的大小。
从B 点到分界面的垂线,垂足为o ',并延长O B '至 B ′,使B O B O '='',连接 B O ',根据几何关系知B O OB '=,再结合11i i '=,又可证明∠180='B AO °,说明B AO '三点在一直线上,B AO ' 与AC 和B C '组成ΔB AC ',其中B C AC B AO '+〈'。
又∵CB B C AOB OB AO B O AO B AO ='=+='+=',ACB CB AC AOB =+〈∴即符合反射定律的光程AOB 是从A 点到B 点的所有光程中的极小值,说明反射定律符合费马原理。
2、根据费马原理可以导出在近轴光线条件下,从物点发出并会聚到像点的所有光线的光程都相等.由此导出薄透镜的物象公式。
证明:由QB A ~FBA 得:OF\AQ=BO\BQ=f\s 同理,得OA\BA=f '\s ',BO\BA=f\s由费马定理:NQA+NQ A '=NQQ '结合以上各式得:(OA+OB)\BA=1得证3.眼睛E 和物体PQ 之间有一块折射率为1.5的玻璃平板(见题3.3图),平板的厚度d 为30cm.求物PQ 的像 与物体PQ 之间的距离 为多少?解:.由题意知光线经两次折射后发生的轴向位移为:cmn d p p 10)321(30)11(=-=-=',即像与物的距离为cm 103.眼睛E 和物体PQ 之间有一块折射率为1.5的玻璃平板(见题3.3图),平板的厚度d 为30cm.求物PQ 的像 与物体PQ 之间的距离 为多少? 解:.由题意知光线经两次折射后发生的轴向位移为:cmn d p p 10)321(30)11(=-=-=',即像与物的距离为cm 10En=1题3.3图4.玻璃棱镜的折射棱角A 为60度,对某一波长的光其折射率为1.6.计算(1)最小偏向角;(2)此时的入射角;(3)能使光线从A 角两侧透过棱镜的最小入射角.解:由最小偏向角定义得 n=sin2A0+θ/sin 2A,得θ0=46゜16′由几何关系知,此时的入射角为:i=2A0+θ=53゜8′当在C 处正好发生全反射时:i 2’= sin-16.11 =38゜41′,i 2=A- i 2’=21゜19′∴i 1= sin -1(1.6sin 21゜19′)= 35゜34′ ∴imin =35゜34′5.图示一种恒偏向棱角镜,它相当于一个30度-60-90度棱镜与一个45度-45度度棱镜按图示方式组合在一起.白光沿i 方向入射,我们旋转这个棱镜来改变1θ,从而使任意一种波长的光可以依次循着图示的路径传播,出射光线为r.求证:如果2sin 1n=θ则12θθ=,且光束i 与 r 垂直(这就是恒偏向棱镜名字的由来). 解: i nsin sin 11=θ若θ1sin = 2n , 则 sini 1 = 21, i 1=30。
第十一章 光 学11-1 在双缝干涉实验中,若单色光源S 到两缝S 1 、S 2 距离相等,则观察屏 上中央明条纹位于图中O 处,现将光源S 向下移动到图中的S ′位置,则( )(A ) 中央明纹向上移动,且条纹间距增大(B ) 中央明纹向上移动,且条纹间距不变(C ) 中央明纹向下移动,且条纹间距增大(D ) 中央明纹向下移动,且条纹间距不变分析与解 由S 发出的光到达S 1 、S 2 的光程相同,它们传到屏上中央O 处,光程差Δ=0,形成明纹.当光源由S 移到S ′时,由S ′到达狭缝S 1 和S 2 的两束光产生了光程差.为了保持原中央明纹处的光程差为0,它会向上移到图中O ′处.使得由S ′沿S 1 、S 2 狭缝传到O ′处的光程差仍为0.而屏上各级条纹位置只是向上平移,因此条纹间距不变.因此正确答案为(B ).题11-1 图11-2 如图所示,折射率为n 2 ,厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1 和n 3,且n 1 <n 2 ,n 2 >n 3 ,若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上,则从薄膜上、下两表面反射的光束的光程差是( )()()()()2222222D 2C 22B 2A n e n e n e n e n λλλ---题11-2 图分析与解 由于n 1 <n 2 ,n 2 >n 3 ,因此在上表面的反射光有半波损失,下表面的反射光没有半波损失,故它们的光程差222λ±=∆e n ,这里λ是光在真空中的波长.因此正确答案为(B ). 11-3 如图(a )所示,两个直径有微小差别的彼此平行的滚柱之间的距离为L ,夹在两块平面晶体的中间,形成空气劈形膜,当单色光垂直入射时,产生等厚干涉条纹,如果滚柱之间的距离L 变小,则在L 范围内干涉条纹的( )(A ) 数目减小,间距变大 (B ) 数目减小,间距不变(C ) 数目不变,间距变小 (D ) 数目增加,间距变小题11-3图分析与解 图(a )装置形成的劈尖等效图如图(b )所示.图中 d 为两滚柱的直径差,b 为两相邻明(或暗)条纹间距.因为d 不变,当L 变小时,θ 变大,L ′、b 均变小.由图可得L d b n '==//2sin λθ,因此条纹总数n d b L N λ//2='=,因为d 和λn 不变,所以N 不变.正确答案为(C )11-4 在单缝夫琅禾费衍射实验中,波长为λ的单色光垂直入射在宽度为3λ的单缝上,对应于衍射角为30°的方向,单缝处波阵面可分成的半波带数目为( )(A ) 2 个 (B ) 3 个 (C ) 4 个 (D ) 6 个分析与解 根据单缝衍射公式()()(),...2,1 212 22sin =⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+±±=k λk λk θb 明条纹暗条纹 因此第k 级暗纹对应的单缝波阵面被分成2k 个半波带,第k 级明纹对应的单缝波阵面被分成2k +1 个半波带.由题意23sin /λθ=b ,即对应第1 级明纹,单缝分成3 个半波带.正确答案为(B ).11-5 波长λ=550 nm 的单色光垂直入射于光栅常数d =1.0 ×10-4 cm 的光栅上,可能观察到的光谱线的最大级次为( )(A ) 4 (B ) 3 (C ) 2 (D ) 1分析与解 由光栅方程(),...1,02dsin =±=k λk θ,可能观察到的最大级次为()82.1/2dsin max =≤λπk 即只能看到第1 级明纹,答案为(D ). 11-6 三个偏振片P 1 、P 2 与P 3 堆叠在一起,P 1 与P 3的偏振化方向相互垂直,P 2与P 1 的偏振化方向间的夹角为45°,强度为I 0 的自然光入射于偏振片P 1 ,并依次透过偏振片P 1 、P 2与P 3 ,则通过三个偏振片后的光强为( )(A ) I 0/16 (B ) 3I 0/8 (C ) I 0/8 (D ) I 0/4分析与解 自然光透过偏振片后光强为I 1 =I 0/2.由于P 1 和P 2 的偏振化方向成45°,所以偏振光透过P 2 后光强由马吕斯定律得445cos 0o 212/I I I ==.而P 2和P 3 的偏振化方向也成45°,则透过P 3 后光强变为845cos 0o 223/I I I ==.故答案为(C ).11-7 一束自然光自空气射向一块平板玻璃,如图所示,设入射角等于布儒斯特角i B ,则在界面2 的反射光( )(A ) 是自然光(B ) 是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面(C ) 是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面(D ) 是部分偏振光题11-7 图分析与解 由几何光学知识可知,在界面2 处反射光与折射光仍然垂直,因此光在界面2 处的入射角也是布儒斯特角,根据布儒斯特定律,反射光是线偏振光且光振动方向垂直于入射面.答案为(B ).11-8 在双缝干涉实验中,两缝间距为0.30 mm ,用单色光垂直照射双缝,在离缝1.20m 的屏上测得中央明纹一侧第5条暗纹与另一侧第5条暗纹间的距离为22.78 mm .问所用光的波长为多少,是什么颜色的光?分析与解 在双缝干涉中,屏上暗纹位置由()212λ+'=k d d x 决定,式中d ′为双缝到屏的距离,d 为双缝间距.所谓第5 条暗纹是指对应k =4 的那一级暗纹.由于条纹对称,该暗纹到中央明纹中心的距离mm 27822.=x ,那么由暗纹公式即可求得波长λ.此外,因双缝干涉是等间距的,故也可用条纹间距公式λdd x '=∆求入射光波长.应注意两个第5 条暗纹之间所包含的相邻条纹间隔数为9(不是10,为什么?),故mm 97822.=∆x 。
十四章 几何光学习题与解答
14-1.如图所示,一束平行光线以入射角θ射入折射率为n ,置于空气中的透明圆柱棒的端面.试求光线在圆柱棒内发生全反射时,折射率n 应满足的条件.
解:设光线在圆柱棒端面的折射角为γ,在内侧面的入射角为'θ,
根据折射定律,有'
sin 'cos sin sin 222θθγθn n n n -===
光线在界面上发生全反射的条件为1
'sin ≥θn
∴发生全反射时,n 必须满足θ2sin 1+≥n
14-2.若空气中一均匀球形透明体能将平行光束会聚于其背面的顶点上,此透明体的折射率应等于多少?
解 设球体的半径为r ,1=n
据题意球面的焦距r f 2'= 由 f n r n n Φ'
'
=-'=
有 r r n
n n f 2=-''
=
' 以1=n 代入,得0.2='n 透明体的折射为0.2='n .
14-3.远处物点发出的平行光束,投射到一个空气中的实心玻璃球上.设玻璃的折射率为50.1=n ,球的半径为cm r 4=.求像的位置.
解:利用逐步成像法,对玻璃球的前后两个球面逐一成像,即可求得最后像的位置.用高斯成像公式时,应注意两个球面的顶点位置是不同的.cm r r cm r r 4,421-=-===.
或用
-∞====-=-p n n n r n n p n p n ,1,5.1,'''1'11
1
11111
对玻璃球前表面所成的像,对后表面而言是物,所以 或用
1,5.1,''''
222
2
22222===-=-n n n r n n p n p n
像在球的右侧,离球的右边2cm 处.
14-4.如图所示的一凹球面镜,曲率半径为40cm ,一小物体放在离镜面顶点10cm 处.试作图表示像的位置、虚实和正倒,并计算出像的位置和垂轴放大率.
解:像的位置如图所示,为正立、放大的虚像. 14-5.手头只有一个白炽灯,如何简便地估计一个凹面反射镜的曲率半径和焦距?
答:若将白炽灯放到凹面镜的焦点上,则经凹面镜反射的光为平行光,反射镜的曲率半径等于两倍焦
题图14-1
距.f r r
f 2,2
==
. 14-6.高为0h 的物体,在焦距0'>f 的薄透镜左侧,置于f p <<0的位置。
试用作图法表示像的位置,实、虚,放大还是缩小,正立还是倒立.并用文字指明.
解:成像光线如题14-6解图所示,所成之像是:放大、正立的虚像.
14-7.高为0h 的物体,在焦距0'<f 的薄透镜左侧,放置在f p >的位置,试用作图法表示像的位置,实、虚,放大还是缩小,正立还是倒立。
并用文字指明.
解:成像光线如题14-7解图所示.所成之像是:缩小、正立的虚像.
14-8.一竖立玻璃板的折射率为1.5,厚度为10cm ,观察者在玻璃板后10cm 处,沿板的法线方向观察置于同一法线上10cm 处的一个小物体时,它距离观察者有多远?
解:利用逐步成像法,即可求得物体的像.
根据cm
p n n cm p cm p n n cm p p n
n p 67.16'.50.1,1',25)1510(.
15',1,50.1',10,'
'22221111-=∴==-=--=-=∴==-==
距观察者 cm L 67.2667.1610=+=
14-9.某人对2.5m 以外的物看不清楚,需要配多少度的眼镜?
解:是近视眼,应配发散透镜,使无穷远处之物成像于2.5m 处,发散透镜的焦距为 光焦度数 4.01
'
-==
f φ屈光度=-40度 14-10.为下列情况选择选择光焦度合适的眼镜. (1)一位远视者的近点为80.0cm; (2 ) 一位近视者的远点为60.0cm..
解:(1)远视者应配凸透镜眼镜,配上眼镜后,相当于物体在明视距离处(cm p 25-=), 而所成虚像在近点处(cm p 80'
-=). 由透镜成像公式
'
'1
11f p p =- , 可得
'1251801f
=--- 解得镜片焦距cm f 36.36'
=,其光焦度为 应配眼镜读数为27510075.2=⨯度.
(2)近视者应配凹透镜眼镜,配上眼镜后,从无穷远()-∞=p 物体发出的光看似从远点
处发出,即虚像成在远点处(cm p 60'
-=). 由透镜成像公式
'
'1
11f p p =- 可得
'11601f
=∞--- 解得镜片焦距cm f 60'
-=,其光焦度为
应配眼镜读数为16710067.1=⨯度.
14-11.一双凸薄透镜的两表面半径均为50mm ,透镜材料折射率n =1.5,求该透镜位于空气中的焦距为多少?
解 位于空气中时,
即 )mm (50=-='f f 14-12.一台显微镜,物镜焦距为4mm ,中间像成在物镜像方焦点后面160mm 处,如果目镜是20X 的,则显微镜的总放大率为多少?
解: 21M M β=
所以, 8002040-=⨯-=M
14-13.将开普勒型天文望远镜倒过来可作激光扩束装置,设有一个这种类型望远镜,其物镜焦距为30cm ,目镜焦距为1.5cm ,则它能使激光的直径扩大多少倍?
解: 205
.130
'2'1===f f M
14-14.一玻璃棒(n=1.5),长50cm ,两端面为半球面,半径分别为5cm 和10cm ,一小物高0.1厘米,垂直位于左端球面顶点之前20厘米处的轴线上. 求:(1)小物经玻璃棒成像在何处?
(2)整个玻璃棒的垂轴放大率为多少?
50c m
20c m r =5c m 1
r =5c m 2
n =1.5
解 (1)小物经第一个球面折射成像
由球面折射成像公式
r
n
n p n p n -=-''' 有
5
1
5.1201'5.11-=--p 垂轴放大率:1)
20(5.1301'11'111-=-⨯⨯==p n p n β
题14-14解图
(2)再经第二个球面折射成像
由 cm d p p 205030'12-=-=-= 有
10
5.11205.1'12--=--p 垂轴放大率:3)
20(1)
40(5.1'''22222=-⨯-⨯==
p n p n β
整个玻璃棒的垂轴放大率 321-==βββ。