专题04 光现象-初中应用物理知识竞赛专题讲义

初中应用物理知识竞赛专题讲座4

专题四   光现象

【知识要点解读】

1. 光的直线传播。光只有在同一种均匀介质中才是沿直线传播的。若介质不均匀，即使在同一种介质中，光的传播方向也会发生改变。光在真空中的传播速度为3×108m/s，光在其他介质中的传播速度都小于在真空中的传播速度为3×108m/s，
2. 光在两种介质的界面上一般会发生反射和折射，光的反射遵循反射定律，光的折射遵循折射定律。在光的反射现象和折射现象中，光路是可逆的。
3. 平面镜：平面镜是利用光的反射来控制光路和成像的光学器件。

平面镜成像的特点：

①虚像。虚像是指光线的反向延长线的交点所成的像，虚像可以看到，但光屏无法接收到；虚像不是真实存在的。

②像与物等大。平面镜所成的虚像与物大小相等，与平面镜的大小和物体离平面镜的距离无关。

③像与物到平面镜的距离相等。

④像与物关于平面镜镜面对称。像与物关于平面镜镜面对称是指以平面镜为轴折叠时，像与物完全重合。

4. 光的色散：白光(复色光)通过三棱镜后会分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光，这说明白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成。在红光之外，有一种人眼看不见的光线，叫做红外线。红外线的主要特征是热效应，利用红外线可加热物体和实现遥感、遥控。在紫光之外，有一种人眼看不见的光线，叫做紫外线。紫外线的主要特征是化学作用，具有荧光效应，具有杀菌消毒作用，适量的紫外线照射有助于人体合成维生素D，过量的紫外线照射可引起皮肤癌。
5. 物体的颜色。透明体的颜色是由透过的色光决定的，不透明体的颜色是由它反射的色光决定的。
6. 光的折射定律：折射光线跟入射光线和界面的法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧。同一束光在空气中传播时光线与法线的夹角大于在介质中传播时光线与法线的夹角。

【竞赛知识拓展】

初中应用物理知识竞赛关于光现象拓展的知识点主要有：

7. 影。影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域。发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域称为本影；发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照射的区域称为半影。
8. 日食和月食。人位于月球的本影区域内可看到日全食，位于月球的半影区域内可看到日偏食，位于月球的本影的延伸区域内（称为为本影）可看到日环食。因此，地球上不同区域的人可同时看到日全食和日偏食，或同时看到日环食和日偏食。当地球的本影部分将月球的反光面遮住（即月球一部分进入地球的本影区）可看到月偏食，当地球的本影全部将月球的反光面遮住（即月球全部进入地球的本影区）可看到月全食。
9. 光在两种介质的界面上一般会发生反射和折射，光的反射遵循反射定律，光的折射遵循折射定律，n=sini/sinr。在光的反射现象和折射现象中，光路是可逆的。

9.平面镜。（1）平面镜只能改变光束的传播方向，不改变光束性质。即入射光束分别为平行、发散、会聚光束，经平面镜反射后仍然分别是平行、发散、会聚光束，且发散和会聚的程度相同。

   （2）光线入射方向保持不变时，平面镜绕在镜表面的轴转过α角，反射光线转过2α角。

（3）平面镜成像作图可以根据反射定律作图，也可根据平面镜成像的对称性直接作图。

（4）平面镜的视场。通过平面镜看虚像的情况就像通过与平面镜等大的“窗口”看窗外物体一样，其观察范围(视场)为眼睛在平面镜中的像点与平面镜的边缘连线所限定的范围。要看到物体在平面镜中的像，可先根据像与物关于平面镜镜面对称作出物体的像，再由物体像的两端点与镜面边界的连线的延长线确定可看到该物的视场区，如图所示。A点发出的光线在平面镜两端点的反射光线所夹的范围为看到A点的视场范围，B点发出的光线在平面镜两端点的反射光线所夹的范围为看到B点的视场范围，两区域的公共部分为看到AB完整像的范围。

【经典竞赛题分析】[来源:学+科+网]

典例1.（2016上海市第30届初中物理竞赛初赛试题）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

A．9m   B．7.5m  C．6m  D．4.5m 

【参考答案】AD

典例2. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）如图10所示，两平面镜OA和OB夹角为α，入射光线平行于OB镜且在两镜面间经12次反射后不再与镜面相遇。则两镜面之间的夹角α可能为（   ）

  A．13°     B．14°      C．15°      D．16°

【参照答案】．C

【名师点评】此题考查平面镜改变光线方向。学科网

典例3．（2009上海初中应用物理知识竞赛）如图所示，P 是一个光屏，屏上有直径为5厘米的圆孔。 Q 是一块平面镜，与屏平行放置且相距10厘米。O1、O2 是过圆孔中心O垂直于Q的直线，已知P和Q都足够大，现在直线O1O2上光屏P左侧5厘米处放置一点光源S，则平面镜上的反射光在屏上形成的亮斑面积为（   ）

A． 3π/320米2

B． π/100米2

C． 3π/200米2

D． π/64米2

【参照答案】．C

【名师点评】此题考查平面镜成像及其相关数学知识的应用与运算。

典例4. （2009年上海竞赛题）如图所示，水池的宽度为L，在水池右侧距离池底高度H处有一激光束，水池内无水时恰好在水池的左下角产生一个光斑。已知L=H。现向水池内注水，水面匀速上升，则光斑（   ）

A．匀速向右移动，且移动速度小于水面上升速度

B．匀速向右移动，且移动速度大于水面上升速度

C．减速向右移动，但速度始终大于水面上升速度

D．加速向右移动，但速度始终小于水面上升速度 

【参照答案】．A

【名师点评】此题考查光的折射及其相关数学知识的应用与运算。

【竞赛实战训练】

一．选择题

1．（2014上海市初中物理竞赛初赛试题）日食、月食是我们在地球上通过肉眼能直接观测到的天文现象，如果定义月球的半径为1，则地球的半径约为3.7，太阳的半径约为400，地、月距离约为220，地、日距离约为8.6×104 ，参考上述数据可以判断，我们在地球上看不到的现象是（   ）

  A．月环食        B．月全食          C．日环食          D．日全食

【参照答案】．A

2. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）小明家所在的大楼前有一条河，河面上方空中有一只悬浮的气球，小明在自己家里的窗前观察该气球的仰角（视线与水平的夹角）为37°；观察气球在河中倒影的俯角（视线与水平的夹角）为53°；不考虑气球的大小，若小明眼睛与河面的垂直距离为14m，则气球距离河面的高度为（   ）

  A．40m            B．50m            C．80m             D．100m

【参照答案】．B

3.（2014上海市第28届初中物理竞赛初赛试题）在图3所示的现象中，可直接用光的直线传播原理解释的是（   ）

【名师解析】镜中花、水中桥都是平面镜成像，缸中鱼是折射成像，林中影是光的直线传播，选项C正确。

【参照答案】．C

【名师点评】可直接用光的直线传播原理解释的有：小孔成像、影的形成、月食、日食等。学科网

4.（2002年全国初中应用物理知识竞赛题）小明的写字台上有一盏台灯。晚上在灯前学习时，铺在台面上的玻璃“发出”刺眼的亮光，影响阅读。在下面的解决方案中，最简单、效果最好的是

A．把台灯换成吊灯

B．把台灯放在正前方

C．把台灯移到左臂外侧

D．把台灯移到右臂外侧

【参照答案】．C

5. （2007株洲物理竞赛题）蓝天上飘着白云,平静清澈的池塘中鱼在自由游动.人向池塘中看去,好像鱼在白云中游动.关于人观察到的鱼和白云,下列说法正确的是                        

A. 鱼是实物,白云是光的反射形成的虚像 

B. 鱼和白云都是光的反射形成的虚像

C. 鱼是实物,白云是光的折射形成的虚像

D. 鱼和白云分别是光的折射和反射形成的虚像

【参照答案】．D

6. （2016上海市第30届初中物理竞赛初赛试题）如图所示，平面镜OM与ON夹角为θ,一条平行于平面镜ON的光线经过两个平面镜的多次反射后，能够沿着原来的光路返回。则平面镜之间的夹角不可能是（）

（A）1°（B）2°（C）3°（D）4°

【参考答案】D

7．（江苏第11界初中物理竞赛题）如图所示，平面镜M1和M2的夹角为60°，物点S经这两块平面镜所成的清晰像共有

  A．2个    B．3个    C．4个    D．5个

【参照答案】．D

8．（江苏第11界初中物理竞赛题）如图2是潜望镜的示意图，观察者通过该潜望镜看到的物体的像的情况是         

A．同实际物体上下、左右关系都是一致的

    B．同实际物体的上下、左右关系都是相反的

    C．同实际物体的上下关系是一致的，而左右关系是相反的

    D．同实际物体的上下关系是相反的，而左右关系是一致的

【参照答案】．A

9．（江苏第11界初中物理竞赛题）一个演员在舞台上演出．当舞台上方的红色追光灯照射到她时，观众看到她一身艳丽的红色服装；当灯光操作员改用绿色追光灯照射她时，观众看到她的上装为绿色而裙子为黑色．那么，这位演员服装的实际颜色是(    )．

    A．上装和裙子都是红色

    B．上装和裙子都是绿色

    c．上装为绿色，裙子为黑色

D．上装为白色，裙子为红色

【参照答案】．D

10. （2009上海初中应用物理知识竞赛）细心的小明注意到这样一个现象：如果打开窗户，直接看远处的高架电线，电线呈规则的下弯弧形；而如果隔着窗玻璃看，电线虽然整体上也呈弧形，但电线上的不同部位有明显的不规则弯曲，当轻微摆动头部让视线移动时，电线上的不规则弯曲情景也在移动。产生这种现象的主要原因是（    ）

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

【参照答案】．C

11．（2007年湖州竞赛题）电视机的遥控器可以发射一种不可见光（红外线），用它来传递信息，实现对电视机的控制。某同学发现遥控器不对准电视机的控制窗口，而对着房中某些物体，按一下按钮，有时竟然也可以控制电视。这是因为

A．    遥控器发出的红外线发生了反射   

B．遥控器发出的红外线可以沿任意曲线传播

C．遥控器发出的红外线会自动拐弯   

 D．这种情况纯属偶然，没有什么科学依据

【参照答案】．A 

12. （2002年全国初中应用物理知识竞赛题）小明在听讲座时，想把银幕上用投影仪投影的彩色幻灯片图像用照相机拍摄下来。由于会场比较暗，他使用了闪光灯。这样拍出来的照片

A．反而看不清投影到银幕上的图像，倒是把银幕上的一些污渍拍出来了

B．色彩鲜艳，比不用闪光灯清楚多了

C．色彩被“闪”掉了，拍到的仅有黑色的字和线条

D．与不用闪光灯时效果一样，因为拍摄的是银幕上的像，而不是实际的景物

【参照答案】．A   学科网

13（2007年湖州竞赛题）有茶色玻璃的汽车内的人能看到车外的人，而在车外的人不容易看到车内的人，对这种现象的解释正确的是

（1）车外射入的光线要被茶色玻璃吸收一部分，车内的人受到较弱的光照射；

（2）车外人反射到茶色玻璃上的光比车内人反射到茶色玻璃上的光强；

（3）车内比车外暗，车内人的瞳孔张开得比车外大。

A．只有（1）（2） B．只有（1）（3） 

C．只有（２）（３）   D．（１）（２）（３）

【参照答案】．A 

14.（2007年湖州竞赛题）假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比                                                                   

A．将延后   B．将提前   C．不变  

 D．在某些地区将提前，在另一些地区将延后

【参照答案】．A [来源:学科网ZXXK]

15.（2007年湖州竞赛题）刘文同学发现浙北大酒店的大门是一种自动门，当有人靠近时，门会实现自动开闭。刘文同学对此产生了浓厚的兴趣，他很想知道自动门是如何实现自动控制的，为此他反复做了几次实验：当他轻轻地靠近自动门时，门自动打开，当把一个足球滚向自动门时，门自动打开，当把一面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板直立着滑向自动门时，门不打开，刘文同学根据探究结果，对自动门的自控原理提出了以下几种猜想，你认为最合理的是（    ）

A．自动门听到来者的声音时通过声控装置实现自动开闭

B．自动门探测到靠近的物体发射出的红外线，通过光控装置实现自动开闭

C．自动门本身能发出红外线信号，当此信号被靠近的物体反射时，就实现自动开闭

D．靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门，实现自动开闭

【参照答案】．C

16．（2008全国初中应用物理知识竞赛）检查视力时，要求眼睛与视力表相距5 m。医院里常按图1所示的方式检查视力，让被检查者面对平面镜而坐，身后是视力表。已知人距平面镜2 m，那么视力表离平面镜的距离是

A．5m        B．2m        C．3m        D．4m

【参照答案】．C

17．（2008全国初中应用物理知识竞赛）光在同种均匀介质中是沿直线传播的，小红一直不明白：在光纤通信中，光信号是怎样经过漫长而又曲折的线路，从一端传到另一端的呢?后来通过“探究光纤怎样传输光信号”的活动中，她终于明白了：光信号在光纤中（    ）

A．是靠光纤壁不断地反射而向前传播

B．就像电流沿弯曲导线那样传播

C．就像水流沿弯曲水管流动那样传播

D．是靠光纤壁不断地折射而向前传播

【参照答案】．A              学科网

18．（2009上海初中应用物理知识竞赛）如图所示，平面镜OM与ON夹角为θ，一条平行于平面镜ON的光线经过两个平面镜的多次反射后，能够沿着原来的光路返回。则两平面镜之间的夹角不可能是 

A．20°     B．15°   C．10°   D．5°

【参照答案】．A

19．（2009上海初中应用物理知识竞赛）如图所示，P 是一个光屏，屏上有直径为5厘米的圆孔。 Q 是一块平面镜，与屏平行放置且相距10厘米。O1、O2 是过圆孔中心O垂直于Q的直线，已知P和Q都足够大，现在直线O1O2上光屏P左侧5厘米处放置一点光源S，则平面镜上的反射光在屏上形成的亮斑面积为（   ）

A． 3π/320米2

B． π/100米2

C． 3π/200米2

D． π/64米2

【参照答案】．C

20. （2009年上海竞赛题）如图所示，水池的宽度为L，在水池右侧距离池底高度H处有一激光束，水池内无水时恰好中水池的左下角产生一个光斑。已知L=H。现向水池内注水，水面匀速上升，则光斑（   ）

A．匀速向右移动，且移动速度小于水面上升速度

B．匀速向右移动，且移动速度大于水面上升速度

C．减速向右移动，但速度始终大于水面上升速度

D．加速向右移动，但速度始终小于水面上升速度 

【参照答案】．A

度。

21. （2009上海初中应用物理知识竞赛） 如图  (a)所示，平面镜OM与ON夹角为θ ，光线AB经过平面镜的两次反射后出射光线为CD。现将平面镜OM与ON同时绕垂直纸面过O点的轴转过一个较小的角度β ，而入射光线不变，如图（b)所示。此时经过平面镜的两次反射后的出射光线将（   ）

A．与原先的出射光线CD平行

B．与原先的出射光线CD重合

C．与原先的出射光线CD之间的夹角为2β

D．与原先的出射光线CD之间的夹角为β

[来源:学科网ZXXK]

【参照答案】．B

22（2008株洲物理竞赛题）验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”，能用来控制电风扇、电视机、空调器等。对于它们发出的“光”，下列说法中正确的是（  ）[来源:Zxxk.Com]

A．验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线

B．验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线

C．验钞机发出的“光”是紫外线，遥控器发出的“光”是红外线

D．验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光”是紫外线

【参照答案】．C

23．（2008株洲物理竞赛题）下列哪个情景中的“影”是由于光的折射产生的（   ）

A．立竿见影        B．毕业合影     

 C．湖光倒影        D．树影婆娑

【参照答案】．B

24．（2014全国初中应用物理知识竞赛初赛试题）右图中的容器内有一个凹面镜，容器内注满水，平行于主轴的光线经凹面镜反射后会聚于焦点，且焦点低于水面，设此时焦距为 f。若其它条件不变，将水抽去，设焦距为 f1。 再在容器里注满折射率比水大的液体，设焦距为 f2。则（    ）

A．f1=f = f2

B．f1< f< f2                    

C．f< f1< f2

D．f1> f> f2

【参照答案】．A

二．填空题

1．（2008株洲物理竞赛题）晴天，在茂密的树林下面，阳光透过树叶的缝隙，会在地上留下许多圆形的光斑，这是由于                 的原理。如果是在发生日偏食的短暂时间里，则地上的光斑           是圆形的光斑（填“仍然”或“不再”）。

【参照答案】：光的直线传播（或小孔成像）、不再

2.（2007全国初中应用物理知识竞赛）暑假中小明参加学校的生存夏令营，学到了野外生存的很多知识和技能。其中之一是用影子辨别方向。如图所示，将一根直杆竖直插在水平地面上的O点。中午前后，用描点的方法在地面上画出杆的阴影顶端的运行轨迹，在轨迹上找出其中距O点最近的点A，则OA所指示的方向就是　　（选填“东”“西”“南”“北”）方向，这一判断应用的光学知识是　　　　　　　　　　　。

【参照答案】．南　 光沿直线传播         学科网

3．（2012全国初中物理竞赛预赛）在某些地区，由于空气质量下降导致大雾天气越来越多，对当地的交通造成了很大影响，雾是空气中的水蒸气遇冷____________形成的，看到漫天的雾是由于光的____________造成的。

【参照答案】．液化  漫反射

4、（2008河南初中应用物理知识竞赛）2008年北京奥运会比赛主要场馆——国家游泳馆，因其形状而被称为“水立方”。如图，“水立方”外层膜结构采用ETFE材料，质地轻巧，透光性好，跟玻璃相比，它可以透进更多的阳光和空气。“水立方”的外膜用什么颜色更能节能呢?设计者要考虑“水立方”馆内光线和夏天的室温。设计者做了几组实验。

实验一：对透明物体和不透明物体的颜色由什么决定进行了如下的探究。先后用不同颜色的膜对着不同颜色的光进行观察．得到的结果如表一所示。

表一：透明物体的颜色

①由表一可以得出：透明物体的颜色是由               决定的；

实验二：用不同的颜色膜材料ETFE做大棚实验.

②综合上述信息，你认为膜的颜色用           色更好。[来源:学科网ZXXK]

【参照答案】．①透过的色光  ②蓝  

三．简答题

1．（2012全国初中应用物理知识竞赛）有的轿车的观后镜是用平面镜做成的，而有的又是用凸面镜做成的，请说明其各自的优点是什么。

1．（5分）【参照答案】．

2．（2012全国初中应用物理知识竞赛）一些高楼大厦表面用许多大块的镀膜玻璃做外墙面（俗称“玻璃幕墙”）。在大楼外面的人，白天看这些玻璃，感觉它们好像一面面的镜子，能看到楼外景物的像，却看不到大楼里面的景物。在大楼里面的人，通过这些玻璃，却能看到楼外的景物。请你对楼外面的人白天观察到的现象做出解释。

2．（5分）【参照答案】．

3．（2008全国初中应用物理知识竞赛）为什么汽车前灯的玻璃灯罩要用有一些横竖条纹的玻璃（如图10所示）制成。

3. 【参照答案】．：汽车前灯装有横竖条纹的玻璃罩相当于一些小棱镜：灯泡发出的光经反射镜反射后形成近似平行光向前射去．通过灯罩上的这些小棱镜折射后分散到需要的各个方向上，使光柔和地照亮汽车前进的道路、路边的景物及路标和里程碑，从而确保行车安全。同时可以增加玻瑞罩的机械强度．使其更坚实。

4．（2007株洲初中应用物理知识竞赛）小马在探究光的折射规律时做了如图6所示的实验 ，右表中是她测出的数据，根据实验现象和表中数据，她得出了如下结论：光从空气斜射入其他介质中时，折射光线靠近法线，折射角r小于入射角i。你认为小马的探究结论是否可靠？说出你的理由。

4. 【参照答案】．不可靠。不能只有一组结论就得出结论，不能只由一种介质（比例）就推广到其它介质。

5. （2007株洲初中应用物理知识竞赛）图7是一张在湖边拍摄的照片。因为湖水平静，岸上景物与湖中倒影在照片上十分相似。你可以使用哪些方法来正确区分真实景物与它在湖中的倒影？

6．（2007全国初中应用物理知识竞赛）图9是李阳把刻度尺直立在玻璃镜面上拍得的一张照片，请根据照片上的信息，估算一下玻璃镜的厚度，并说明估算的依据。

7.（2008河南初中应用物理知识竞赛）如图所示，ABC为一直角三角形玻璃砖的横截面。一束光线垂直于AB入射，在AC面上同时发生反射和折射，请画出这束光线在AC面上的反射光线和折射光线。

7. 【参照答案】．如图所示。