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初中科学保送生训练营讲义
光学篇之光的特点
一．选择题（共16小题）
1．下列物体都属于光源的一项是（　　）
　
A．
太阳、镜子、灯笼鱼
B．
萤火虫、水母、太阳
　
C．
恒星、钻石、蜡烛
D．
火把、萤火虫、月亮
2．如图所示，用自制的针孔照相机观察烛焰，有以下四种说法，其中不正确的有（　　）
　
A．
薄膜上出现的像是倒立的
　
B．
薄膜上的像可能是缩小的也可能是放大的
　
C．
保持小孔和烛焰的距离不变，向后拉动薄膜，烛焰的像更明亮
　
D．
保持小孔和烛焰的距离不变，向前推动薄膜，烛焰的像变小
3．2011年1月4日下午6点8分至23分，X射线太空望远镜拍摄到了美丽震慑的日环食．当发生日环食时，透过茂密的树叶，在树下地面上形成的亮斑是（　　）
　
A．
圆环形的
B．
圆形的
C．
树叶形的
D．
小孔的形状
4．小华身高为1.6m，为了测量路灯的高度，他从路灯正下方沿水平直线以1m/s 的速度匀速走开．某时刻他的影长为1.3m，再经过2s他的影长为1.8m，则路灯距地面的高度为（m）（　　）
　
A．
7
B．
8
C．
9
D．
10
5．上午9：00时，小明站在操场上，发现自己的影子在身体左侧，那么他面对的方向是（　　）
　
A．
东方
B．
南方
C．
西方
D．
北方
8．某日下午在我国发生了“金星凌日”的天文奇观．“金星凌日”是在地球上看到金星从太阳面上移过的现象，它的产生和日食的道理相同．如图为发生“金星凌日”现象时的示意图，图金星的位置在（　　）
　
A．
甲
B．
乙
C．
丙
D．
丁
9．用转动八面镜法可以测光速，实验装置示意图如图所示．S为发光点，T为望远镜，平面镜O与凹面镜B构成了反射系统．八面镜M距反射系统的距离AB为L（L可长达几十千米），且远大于OB以及S和T到八面镜的距离．调整八面镜的位置直到通过望远镜能看到发光点S，然后使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速（1秒内转过的圈数），当转速达到n0时，恰能在望远镜中再一次看见发光点S，由此得到光速c的表达式是（　　）
　
A．
c=4Lno
B．
c=8Lno
C．
c=16Lno
D．
c=32Lno
10．如图，枯井中的青蛙位于井底O点“坐井观天”，下图中青蛙通过井口观察范围正确的是（　　）
　
A．
B．
C．
D．
11．一个半径为5m的圆形蓄水池装满水，水面和地面相平，在池中心正上方离水面3m高处吊着一盏灯，一个人站在岸边，他的眼睛距地面的高度为1.8m，则他要看到灯在水中所成的像，人到岸的距离不能超过（　　）
　
A．
1m
B．
2m
C．
3m
D．
4m
12．我们学过的许多成语包含了物理知识，下列成语中的“影”哪个是由光的反射形成的（　　）
　
A．
杯弓蛇影
B．
形影不离
C．
形单影只
D．
立竿见影
13．某年夏季，中国出现了日食奇观．小华借助小孔成像实验装置对“”形太阳进行观察，纸盒上扎有圆形小孔，则她在半透明光屏上看到像的形状是（　　）
　
A．
B．
C．
D．
14．如图所示“猴子捞月”的寓言故事说，猴子看到井中有个月亮，以为月亮掉进井水中了，大叫起来：“不得了啦，不得了啦！月亮掉到井里去了！”…．关于井中月亮，以下说法中正确的是（　　）
A． 井中的月亮比天上的月亮小
B． 井中出现月亮属于光的反射现象
C． 井中出现月亮属于光的折射现象
D． 井中的月亮到水面的距离比天上的月亮到水面的距离近
15．今年大黄鸭成为旅游宠儿，一只大黄鸭浮在平静的湖面上．下图能正确表示鸭鸭和它在水中所成的倒影的是（　　）
　
A．
B．
C．
D．
16．在一张白纸上用红色水彩笔写上红色的“E”字．当你通过红色玻璃观察写在这张白纸上的“E”字时，观察到的现象是（　　）
　
A．
清晰的红色“F”字
B．
清晰的黑色“F”字
　
C．
清晰的红底白色“E”字
D．
几乎看不出“E”字
二．填空题（共2小题）
17．无云的晴天，如果你在野外迷失了方向，可以在地平线上竖直立一根杆，地面上的OA是杆的影子，过了一段时间后，影子移到了OB位置，则AB箭头所指的方向为　_________　方（选填“东”、“南”、“西”、“北”）．
18．如图所示，水平地面上有一不透光的边长为X的正方体物块．在正方体正左方有一点光源S，点光源和正方体物块的距离也为X．若在点光源S的上方距离为H处水平放置平面镜，H大小固定不变，平面镜足够大．不考虑其他光源的存在，那么在正方体的另一侧水平面上，将会由于点光源S发出的光线经平面镜反射而被照亮，现改变X的大小，当X增大到　_________　时，照亮区域将消失．
三．解答题（共2小题）
19．小孔成像是光的直线传播的实例．北宋科学家沈括也做过精彩的描述，他在《梦溪笔谈》中写道：“…若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东．又如窗隙中楼塔之影，中间为富所束，亦皆倒垂…”．（如图）
某同学用硬纸筒探究小孔成像，如图所示．
（1）请在图中作出蜡烛AB在屏上所成的像A′B′（要求标出A′、B′）．
（2）发现蜡烛和小孔的位置固定后，像离小孔越远，像就越大．他测出了不同距离时像的高度，填在表格中：
像的高度h/cm
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
像到小孔的距离S/cm
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
根据表中的数据可以得到的结论是：蜡烛和小孔的位置固定后，像的高度h与像到小孔的距离S成　_________　（选填“正比”或“反比”）．
（3）该同学知道树荫下的圆形光斑就是太阳通过树叶间的小孔在地面上成的像，他测出了光斑的直径为2.8cm，光斑到小孔的距离为3.0m，从书上查到太阳到地球的距离为1.5×lO11m，由此可以估算出太阳的直径为　_________　m．
　
20．光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义．它不仅推动了光学实验的发展，也打破了光速无限的传统观念，引发了一场物理革命，爱因斯坦提出了相对论．
（1）最初的光速值是根据丹麦科学家罗默的理论测出的．罗默对木星系进行了长期系统的观察和研究．他发现，离木星最近的卫星﹣﹣木卫一绕木星运行，隔一段时间就会被木星遮食一次，这个时间间隔在一年之内的各个时间里并不是完全相同的．罗默在解释这个现象时说，这是因为光穿越地球轨道需要时间，最长时间可达22min，已知地球轨道半径R=1.5×108km．请根据罗默的数据算出光速的大小．
（2）如图所示是迈克尔逊用转动八面镜法测光速的实验示意图，图中P可旋转的八面镜，S为发光点，T是望远镜，平面镜O与凹面镜B构成了反射系统．八面镜距反射系统的距离为AB=L（L可长达几十千米），且远大于OB以及S和T到八面镜的距离．现使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速，当每秒转动次数达到n0时，恰能在望远镜中第一次看见发光点S，由此迈克尔逊测出光速c．请写出测量光速的表达式．
（3）一车厢以速度v在水平地面上行驶，车厢底部有一光源，发出一光信号，射到车顶．已知在车厢里的观察者测量到这一过程所用的时间为△t0，如图（a）所示．另外一个观察者站在地面，他测量到的这一过程所用的时间为△t，如图（b）所示．研究表明不论观察者是站在车厢里还是在地面上，车厢的高度L0都是不变的，光在车厢里和地面上传播的速度都是c，试判断△t和△t0哪一个更大一些，从中可以得出什么结论．
　
参考答案与试题解析
　
一．选择题（共16小题）
1．B　
2．
分析：
光在同种均匀物质中沿直线传播；当光通过小孔时由于光有沿直线传播的特点，在小孔的后方形成一个倒立的像，像的大小既与物体到小孔的距离有关，又与屏幕到小孔的距离有关，在小孔成像中由于屏幕到小孔的距离不同，即可成倒立放大的像，也可成倒立缩小的像，但小孔不能太大，否则不能成像．
解答：
解：A、小孔成的像是倒立的，故A正确；
B、孔离物的距离大于孔离屏的距离时，像缩小，孔离物的距离小于孔离屏的距离时，像放大，故B正确；
C、相同多少的光，照在较小的面积上，成像更明亮，故保持小孔和烛焰的距离不变，向后拉动薄膜，烛焰的像变大，亮度变暗，故C错误；
D、小孔和烛焰的距离不变，向前推动薄膜，缩短筒长时，像将变小，故D正确．
故选C．
3．
分析：
（1）依据光的直线传播原理，当太阳光通过小孔时，就会形成太阳的像，即小孔成像；
（2）小孔成的像是倒立的实像，与物体的形状相同，与小孔的形状无关．
解答：
解：（1）太阳光透过树叶的缝隙，会在地上形成圆形的光斑，这是小孔成像现象，是由于光的直线传播造成的；
（2）光斑的形状与物体的形状相同，所以日环食时形成的光斑也是圆环形的．
故选A．
4．
分析：
如图所示，根据数学中相似三角形的相关知识，分别将两次的王华的身高、路灯距地面的高度、影子长、影子末端距路灯正下方的距离列出比例式，组成方程即可解出路灯的高度．
解答：
解：如图所示，人的身高CG=EH=1.6m，路灯高为AB，第一次影子长为CD=1.3m，第二次影子长为EF=1.8m，2s内人前进的距离CE=1m/s×2s=2m，根据题意得：
（1）=
（2）=
所以：（1）=
（2）=
解得：BC=5.2m AB=8m
故选B．
5．
分析：
上午，太阳在东方，人形成的影子在西方，而该人看到自己的影子在左侧，说明对该人来说西方是左侧，据此判断人面对的方向．
解答：
解：上午9：00时，人面对南方时，影子在人身体的西侧，而小明发觉自己的影子在身体的左侧，说明小明的左侧是西，右侧是东，则该人面向北方站立．
故选D．
6．
分析：
影子是由于光的直线传播形成的，当光遇到不透明物体时，便会在物体后面形成一个黑暗的区域，即是影子；人由远而近经过路灯时，人的身高和路灯的高度都是不变的，但因为人和光线的角度发生了变化，所以影子的长度也会发生变化．
解答：
解：当人在远处时，人与灯光的夹角小，形成的影子长；
当人逐渐走近路灯时，人与灯光的夹角会变大，此时形成的影子会变短；
当人经过路灯逐渐远离时，人与灯光的夹角又会变小，形成的影子再次变长．
故选D．
7．
分析：
卫星应该是地球同步静止卫星，“人们夜晚仰望天空，有时能看到闪烁的人造地球卫星”，4小时后，太阳光刚好可以照到卫星，求出在4小时内，地球转过的角度，由几何关系可知是直角三角形，所以可以求得高度
解答：
解：如图所示：地球在4小时内转过的角度为×4=60°，由此可知是直角三角形，所以可以求得高度h=R．
故选B．
点评：
此题主要考查光的直线传播的应用，解答此题的关键是求出地球在4小时内转过的角度，然后利用几何知识解答，另外解答此题还要求学生应具备一定的空间想象能力．
8．
分析：
由图可知，发生“金星凌日”现象时，太阳、金星和地球三者在同一条直线上，并且，金星在太阳和地球之间．
解答：
解：“金星凌日”现象的成因是光的直线传播，如图，当金星转到太阳与地球中间且三者在一条直线上时，发生“金星凌日”现象，在地球上看到金星从太阳面上移过．发生“金星凌日”现象时，图金星的位置在丁；
故选D．
点评：
“金星凌日”的天文奇观，很少见，它的产生和日食的道理相同．
9．
分析：
首先计算出光从A点开始经一系列的反射再到达望远镜所通过的距离和所用的时间，然后根据速度公式v=计算即可．
解答：
解：从A点开始经一系列的反射再到达望远镜所通过的距离s=2L，
∵八面镜M从现在位置到下次再出现如图形状的状态时需要转八分之一圈．则当转速达到n0时，恰能在望远镜中再一次看见发光点S，
∴光A点开始经一系列的反射再到达望远镜所用的时间为t=s，
∴c===16Lno．
故选C．
10．
分析：
青蛙之所以坐在井里，只能看到很小的一片天，就是因为光是沿直线传播的缘故．从光的传播方向和传播路径去分析4个图即可．
解答：
解：图中O点是青蛙的位置，将O点与井口左边的端点相连成一直线，将O点与井口右边的端点相连成一直线，然后在直线上标出箭头，即得到两条射向青蛙眼睛的光线，这两条光线就决定了青蛙的观察范围．
A图中光的传播方向标错了，C图中光线发生了偏折，因为光是沿直线传播的，所以C图也不正确；D图中不仅光线发生了偏折，而且光的传播方向也标错了，所以D图也不正确，只有B图是正确的．
故选B．
11．
分析：
（1）当人的眼睛看到灯的像时，人的眼睛和像在同一直线上；
（2）当人的眼睛，池子的边缘、灯在水中的像点在同一直线上时，此时人距离池子的距离最远，再远人就看不到灯在水中的像了，由此入手确定人到池子的最远距离．
解答：
解：（1）根据平面镜成像的规律：像与物关于镜面对称，以水面为平面镜做出灯S在水中的像S′，因为SD=3m，所以S′D=3m．
（2）连接S′A并延长至人的眼睛，如下图所示，BC为人眼睛到地面的距离，AC为人到池子的距离．
（3）由题意可知，DS′=3m，DA=5m，BC=1.8m，两个直角三角形：△DAS′与△CAB相似．
相似形的对应边成比例，所以=；
人到池子的最远距离：AC=DA=×5m=3m．
故选C．
点评：
（1）此题考查了平面镜成像的规律、相似形的特点、光沿直线传播．
（2）根据平面镜成像的规律做出其成像的位置，利用光沿直线传播确定人看到像的最远位置是解决此题的关键．
12．
分析：
“影”的形成包括光沿直线传播现象、光的反射现象以及光的折射现象；光沿直线传播形成的现象为影子；光的反射现象有平面镜成像；光的折射为透镜所成的像；
根据不同原理所成的像进行分析下列各选项．
解答：
解：A、杯弓蛇影是由于对面的墙壁上挂着一个弓，弓的影子正好映在透明的酒杯中，好像一条蛇，因此属于平面镜成像，故A选项中的现象是由于光的反射形成的；
B、形影不离是由于自己的身体遮挡了光线，所以形成了自己的影子，属于光沿直线传播现象，故B选项不合题意；
C、形单影只中的影是指自己的影子，属于光沿直线传播现象，故C选项不合题意；
D、立竿见影是指杆遮挡了光线，形成了杆的影子，因此属于光沿直线传播现象，故D选项不合题意．
故选 A．
点评：
本题考查光沿直线传播现象以及光的反射现象，理解各成语的含义是选出正确答案的前提．
13．
分析：
小孔成像是光的直线传播现象；物体上部的光线通过小孔后，射到了光屏的下部；物体下部的光线通过小孔后，射到了光屏的上部，因此通过小孔后所成的像是倒立的像．
解答：
解：由小孔成像的特点可知日偏食经小孔成的像的缺口正好在日偏食缺口的对侧，所以选项C符合题意；
故选C．
点评：
小孔所成的像一定是倒立的实像，此题属于物理基础知识的应用．
14．
分析：
根据平面镜成像的特点和平面镜成像原理来解答此题．
解答：
解：因为水面相当于平面镜，平面镜成的像与物体大小相等，物距等于像距，
所以井中的月亮与天上的月亮大小相等，井中的月亮到水面的距离与天上的月亮到水面的距离相等，故A、D选项错误；
因为井中出现月亮属于光的反射现象，故B选项正确，C选项错误；
故选B．
点评：
解答此题的关键是：（1）熟记并灵活运用平面镜成像的特点，①像与物大小相等，②物距等于像距，③像与物的连线与镜面垂直，④虚像；（2）平面镜成像原理；光的反射．
15．
分析：
平面镜成像的特点：所成的像是虚像；像和物体形状、大小相同；
像和物体各对应点的连线与平面镜垂直；像和物体各对应点到平面镜间距离相等．
解答：
解：根据平面镜成像的特点，像和物体各对应点到平面镜间距离相等；
平静的湖面相当于平面镜，可使小鸭通过湖面成像，并且它的像与本身以湖面为对称；
故选C．
16．
分析：
红色玻璃是透明的，而透明物体的颜色由其透过的物体的颜色决定，不透明物体的颜色是由它所反射的色光的颜色决定的．
解答：
解：只有红光才能通过红色的玻璃，所以白纸上由于只有红光落在上面，所以白纸也只能反射红光，呈现红色，而白纸上的字是红色的，所以会几乎看不出来；
故选D．
二．填空题（共2小题）
17．
分析：
太阳从东方升起，从西方落山，根据光的直线传播，太阳在东方时，影子在西方，太阳在西方时，影子在东方．
解答：
解：一天内，太阳从东方升起逐渐向西方移动，根据光的直线传播，影子会从西方逐渐向东方移动，所以OB在OA的东方，所以箭头所指的方向是东方．
故答案为：东．
点评：
此题是一个动态过程，首先明确太阳在东方时，影子在哪儿，太阳在西方时，影子在哪儿，然后根据太阳的移动，判断影子的移动，确定方位，此题给人们辨别方向提供了一个很好的方法．
18．
分析：
电光源S发出的过正方体左上角射到平面镜上的光线，是光源发出的经平面镜反射后最有可能照到正方体右侧的光线，如果该光线的反射光线被正方上表面挡住，则正方体右侧照亮区将消失，作出光路图，由相似三角形的知识可求出X的大小．
解答：
解：当光源发出的能照到平面镜上最右侧的光恰好被正方体上表面挡住时；照亮区域将消失，根据光的反射定律作光路图如图所示．
由题意得：CD=X，SB=X+X=X；
由图知：△SAB∽△SCD，由相似三角形的性质可得：
=，=，则X=H；
当X增大到H时，照亮区域将消失．
故答案为：H．
三．解答题（共2小题）
19．
分析：
（1）根据光直线传播的性质做出AB所成的像．
（2）算出表格中像的高度和像到小孔的距离的比值，可以看出比值是一个定值，由此得出像的高度和像到小孔的距离成正比．
（3）根据像的直径和像到小孔的距离的比值等于物体的直径和物体到小孔的距离的比值．
解答：
解：（1）根据光在同一均匀介质中沿直线传播的特点，依次找出A′和B′点，然后将这两个点连线，就是AB所成的像．
答案如图：
（2）由表格上的数据可知，像的高度随像到小孔距离的增大而增大，求出像的高度和像到小孔距离的比值，可以发现比值是一个定值．所以像的高度h与像到小孔的距离S成正比．
故答案为：正比．
（3）光斑的直径与光斑到小孔的距离是一个定值．根据光线传播的可逆性可知：太阳直径和太阳与小孔之间的距离的比值是一个定值，且和光斑的直径与光斑到小孔的距离的比值是一个定值．
太阳的直径：d=×1.5×1011m=1.4×109m
故答案为：1.4×109．
点评：
此题考查的是小孔成像的知识，第二问和第三问是难点，要用物体所成像的直径和像到小孔距离的比值是一个定值来解答．是一道比较难的题目．
　
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