全国中学生物理竞赛集锦(光学)

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。

第04讲光的反射及折射（解析版）一、多选题1．（2023·山东青岛·九年级校考竞赛）如图所示，平面镜M与水平地面的夹角为60°，若把点光源S放在平面镜与水平面的角平分线上，且OS的距离为10cm，光源S的像S′（图中未画出）则（）A．O与S′的连线为竖直方向B．S与像S′的距离为20cmC．若S以速率3m/s沿OS方向向外移动，则S′以速率3m/s沿SS′连线远离S运动D．若S以速率3m/s沿OS方向向外移动，则S′以速率6m/s沿SS′连线远离S运动【答案】AC【详解】AB．如下图所示，作S的像S'，SS'关于镜面对称，依题意可知，∠MOS=30°，则∠SOM，∠S′OB=90°。

所以O与S′的连线为竖直方向；在直角三角形∠AOS中，依题意可知OS的距离为10cm，所以SA的距离为5cm，S与像S′的距离为10cm；故A 符合题意，B不符合题意；CD．若S以速率3m/s沿OS方向向外移动，由图可知，SS′等于OS，所以S′以速率3m/s 沿SS′连线远离S运动，故C符合题意，D不符合题意。

故选AC。

2．（2022秋·全国·八年级校联考竞赛）身高1.5m的小明沿直线匀速运动，路灯在行进线路的正上方，某时刻人影的长度为0.6m，前进4m后，影长变为1.4m，则路灯的高度可能为（）设路灯的高度为'h ，如图b 所示，当小明向右运动时，根据三角形相似原理，则有''1.50.6h x ''1.5 1.4h x 联立③④解得：'3x m ，'9h m ，故AD 符合题意，故选AD 。

A ．进入人眼的光是由蜡烛的像发出的B ．如果将平面镜竖直上移，则像的位置不变C ．如果将图中的平面镜截掉【分析】（1）平面镜成像是反射光线的反向延长线会聚形成的，而且平面镜成虚像；（2）根据平面镜成的像与物关于镜面对称的特点分析解答；（3）平面镜所成的像与物体大小相同；（4）平面镜成像时，物体经平面镜反射后，反射光线进入人的眼睛。

全国初中应用物理竞赛试题光学专题第一部分：选择题1．汽车的观后镜是用来观察车后路面情况的装置，一般为凸面镜。

正常情况下，坐在驾驶员位置的人通过左侧观后镜应该看见如图1甲所示的效果。

在某次准备驾车外出前，坐在驾驶员位置的王师傅发现，从左侧观后镜中看到的是如图1乙所示的情景。

为确保行驶安全，左侧观后镜的镜面应适当完成图2中的哪种操作( )2．将一只点燃的蜡烛靠近家里的镜子，会发现镜子中出现了多个蜡烛的像，如图7所示。

对于这种现象，下列解释中正确的是 ( )A．镜子的质量不好，反射面不平整B．光经玻璃前表面和后表面发生多次反射后形成了多个虚像C．烛焰将附近的空气加热后，由于空气密度不均匀导致的折射形成了多个虚像D．火焰抖动的过程中，由于视觉暂留效应形成的错觉3.如图17所示为16mm电影放映机放电影，这种电影放映机使用宽度为16mm的电影胶片，电影中的声音以声音信号的方式刻录在电影胶片上，如图18所示。

电影放映机正常放映时，有关放映灯泡、放映机镜头（凸透镜）、电影胶片、反光镜（凸面镜或凹面镜）的种类及其相对位置关系，提出了如图19所示的几种猜想，其中可能正确的是( )4．有一次，电影刚开始放映时，小新发现银幕上的画面全部是倒立的。

在这种情况下，下列所述的观看效果中，不可能出现的场景是 ( )A.人退着向后走B．地上的碎陶片突然聚集起来，最后形成一只漂亮的陶罐C．听到的是正常的影片中的对白D.箭倒着飞向弓5．50年前华裔物理学家高锟在光导纤维通信领域取得突破性的进展并因此获得2009年的诺贝尔物理学奖。

光纤传播信息利用的原理是( )(A)光的全反射(B)光的折射(C)光的衍射(D)光的散射6．为了节能，商场安装了智能化的电动扶梯。

无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人走近扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。

要实现这样的功能，需要安装传感器，则一般采用的传感器为( )(A)位移传感器(B)电压传感器(C)光电传感器(D)温度传感器7．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示。

全国中学生物理竞赛分类汇编光学11第21届预赛一、（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正确，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％。

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n1＝1.56，酒的折射率n2＝1.34。

试通过分析计算与论证解释这一现象。

四、(20分)目前，大功率半导体激光器的主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要求，对光束进行必需的变换（或称整形）．如果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有意义的．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，各自向垂直于它们的连线的同一方向发出半顶角为 =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，使三束光都能全部投射到这个组合透镜上，且经透镜折射后的光线能全部会聚于z 轴（以S 2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S 2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．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_________________。

全国中学生物理竞赛集锦（光学）第29届预赛3•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（B ）A •尺寸不变，亮度不变. SB •尺寸不变，亮度降低. |a A L c •只剩半个圆，亮度不变. tvD •只剩半个圆，亮度降低.第29届复赛七、（16分）图中乙为一薄凸透镜.0为髙等于2, 00cm 与光轴垂 直放置的线状物，已知Q 经厶成一实像，像距为40.0cm.现于妇 的右方依次放置薄凹透镜S 厶和薄凸透镜乂以及屏巴它们之间 的距离如图所示*所有的透镜都共轴，屏与光轴垂直，3、。

焦距 已知物Q 经上述四个透镜最后在屏上成倒立的实像，橡高为0.500cm.T 1 27,5cm —H1 2&0ctn 一H2,5cm5.0cmt 厶焦距的大小为 _______________ cm f h 焦距的大小为 ______________ cm.现保持Q 、血、人和尸位置不变，而沿光轴平移鸟和最后在屏上成倒立的实像，像髙为1- 82cm,此时&到乙的距离为 ___________________ cmt 為到“的距离为 _______________ cm.最后结果保留至小数点后一位.的大小均为15. Oem第28届预赛7. （10分）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L !和L 2构成的光学系统，两透镜的光心分别为 很小夹角的光线人射到 有负折射率的介质平板 介质的折射率第28届复赛七、（20分）如图所示，L 是 一焦距为2R 的薄凸透镜，MN M ； ? 为其主光轴。

全国初中物理竞赛试题精编第10讲—光学作图专题精练1．如图甲所示，是凹透镜的三条特殊光线画法。

实际上凹透镜也可以成像，物体经凹透镜所成的像是正立缩小的虚像。

如图乙所示，MN是主光轴，A'B'是物体AB通过凹透镜所成的像，请你根据凹透镜的三条特殊光线，在乙图中画出凹透镜的位置并标出其中一个焦点的位置。

（保留作图痕迹）【答案】【详解】连接AA'，与MN的交点即为凹透镜的光心O，然后画凹透镜，作平行与MN的光线AC，连接A'C即为折射光线，折射光线与MN的交点即为焦点F。

如图所示2．有一点光源S，它在平面镜中的像与凸透镜的焦点F重合，S发出的一条光线经平面镜反射后，反射光线为a，如图所示，并且光线a经凸透镜折射后的折射光线与凸透镜的光轴平行。

请在图中画出：（1）凸透镜的焦点F；（2）点光源S的位置。

【答案】【详解】（1）因为S发出的一条光线经平面镜反射后，反射光线为a，光线a经凸透镜折射后的折射光线与凸透镜的光轴平行，由此可知光线a的反向延长线过焦点，所以反向延长光线a，与主光轴的交点为透镜的焦点F（S'）。

（2）已知点光源S在平面镜中的像与凸透镜的焦点F重合，画出像S'（F）的对称点，可得点光源的位置S。

所求画图如图所示3．已知暗箱内有一只凹透镜和一只平面镜。

请在暗箱内画出完整的光路图，填上光学仪器，并注明凹透镜虚焦点F的位置。

【答案】【详解】延长射入黑箱的光线，该光线经平面镜反射后，反射光线与射出黑箱的光线交于一点B，过该点垂直主光轴画出凹透镜；前面反射光线OB与主光轴的交点F为凹透镜的焦点；画出入射光线AO与反射光线OB的夹角的角平分线，即法线，垂直法线画出平面镜，如图所示：4．承德避暑山庄湖景如画，如图甲所示。

小玉同学在岸边，通过平静的湖面，既可看到建筑物的倒影，又可看到水中的鲤鱼。

图乙中，A点代表建筑物的顶点，B点代表小玉看到的鱼，C点代表小玉的眼睛。

【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m ax ϕ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 2sin2αd r L =+L d r -=2sin2α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477.02sin 21sin =-=+=αβd L r L r 故 ︒=5.28β于是 ︒=+=5.342max αβϕ2、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 '图（a ） 图（b ）图(a)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。

物理竞赛实验试题（光学实验）竞赛时间：_2017_年_10_月_29_日；所需时间： 90 分钟[本页为竞赛试题页，需要循环使用，请不要书写任何内容或做任何标记。

][实验题目] (60分)折射率是透明材料的重要光学常数，在生产和科学研究中经常会遇到折射率的测量问题。

利用提供的实验器材测量未知溶液的折射率。

[实验器材]1、分光计1台2、读数显微镜1台3、平板玻璃和平凸玻璃各1块4、光栅1块（光栅常数为600线/mm）5、光源1台（带有高度调节支架、电源）6、未知溶液1试管（带有1个滴管）7、单面镀膜的平面镜1块8、酒精1瓶9、脱脂棉1袋10、升降台1个11、黑纸1张[注意事项]1、光源需要预热十分钟左右才能正常发光；2、光源关掉后，必须等灯管冷却之后，才可以重复点燃；3、实验结束，必须用酒精清洗光学元件上的被测液体[实验要求]1、（30分）光源波长的测量1）根据夫琅和费衍射理论，画出平行光垂直入射光栅时的测量光路图并写出光栅方程和方程中各个量的物理意义，用分光计测量时分光计和光栅的调节要求是什么？列表记录测量数据、处理数据并计算光源波长；（16分）2）根据夫琅和费衍射理论，平行光斜入射时的光栅方程和方程中各个量的物理意义是什么？方程中的角度如何测量？（2分）在平行光斜入射时，衍射光方向与入射光方向之间的夹角称为偏向角，以符号α表示，有ϕθα+=，其中θ、ϕ分别为光栅的入射角和衍射角。

改变入射角使光栅进入斜入射状态，观察衍射光随转角的变化规律，能否找到一个特殊角度α，只要测出此角度α就能计算出光源波长？写出观察规律、测量光路图、计算公式、测量数据和计算结果。

（12分）（此处有提示卡一，用者扣8分）注意：以1）垂直入射时计算的光源波长，进行未知溶液折射率的测量2、（30分）测量未知溶液的折射率1）说明如何区分平板玻璃和平凸玻璃？并判断出平凸玻璃的凸面，用玻璃侧面的字母A、B表示；（4分）2）写出测量未知溶液折射率的原理和公式、光路图，说明公式中各个量的物理意义；（8分）（此处有提示卡二，用者扣8分）3）画出实际测量时各仪器之间的的光路示意图 (即钠光灯、读数显微镜、各个光学元件之间的光路示意图)；（4分）4）若空气的折射率n=1.0003，测量平凸玻璃凸面的球面半径，列表记录实验数据并处理数据；（6分）5）测量未知溶液的折射率，列表记录实验数据，处理数据。