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第 5章 光现象
平静的湖面倒映出美丽的山景，插入水中的筷子好像在水面处被折弯，望远镜好像把遥远的星星拉到眼前让我们看得清清楚楚，照相机能够把瞬间发生的现象记录下来……美妙的光现象、神奇的光学仪器，为我们展现了一幅幅绚丽多彩的画卷。学好本章中物理学的光学知识，则为我们更好地认识和解读这些画卷奠定了基础。
知识要点和基本方法
一、光的直线传播
1.光沿直线传播的条件
光能够在其中传播的物质叫光的介质。实验证明，光在均匀介质中沿直线传播。根据光的直线传播的特点，我们在研究光的行为的时候，用一条直线来代表一束光的传播，这样的直线叫光线。在作图时给光线标上箭头来表示它的传播方向。
根据光沿直线传播的性质，如果知道一个发光体发出的两条光线，如图5-1所示，只要把两条光线反向延长到它们的交点，就能够确定发光体的位置。人眼就是根据这个道理看到物体，并判断它的位置的。
2.光速
现代科学技术证明,光在真空中的速度约为299798452±0.1m/s,一般取光速c=3.00×10 m/s。光速是世界上一切物质运动速度的极限，也就是说，所有物体运动速度以光速最快。光在介质中的速度都小于光在真空中的速度。
3.本影和半影
光源发出的光照到不透明的物体上，光不能通过，在物体的背光面的后方形成一个光照不到的黑暗区域，这就是物体的影。图5-2所示是点光源照在一个不透明的球上，在球的后方形成一个黑暗区域，球在光屏 B 上留下一个清晰的影。
如果用一个发光面比较大的面光源来代替点光源，就会产生如图5-3所示的现象。发光面上
的每一个发光点，都可以看作是一个点光源，它们各自都在物体背后形成影区。完全不会有光照射而形成的共同的影，叫做本影。本影的周围还有一个能受到部分光源发出的光的照射的较淡的影，叫做半影。
4.日食与月食
日食和月食就是光沿直线传播所造成的现象。当月球运行到太阳和地球之间，它的影子投射到地球表面上，在该区域就发生了日食；若月球运行到地球背后，进入地球的本影里，就发生了月食。
日食的发生可以用如图5-4所示的光路图说明：地球上处在月球本影区域里的人看到日全食；在月球半影区域里的人看到日偏食；在月球伪本影区域里的人看到日环食。日食大多发生在农历初一。发生日食现象时，只有在地球上处于白天一面而且处于月球影区的人才可能观察到日食。
当地球运行到月球和太阳之间时，射向月球的太阳光被地球挡住了，光不能射到月球上去，若整个月球全部进入地球的本影区里，就会发生月全食；若月球一部分进入地球的本影区，另一部分可被阳光照着，就会发生月偏食。月食一般发生在农历十五或农历十五以后的一两天内。月食的发生如图5-5所示。发生月食现象时，在地球上处于黑夜一面的人都有可能观察到月食。
5.小孔成像
小孔成像也是由于光在同一种均匀媒质中沿直线传播而形成的。如图5-6所示，物体成像在光屏上，是倒立的实像。
小孔所成物体的像，跟小孔的形状无关。成像的大小跟物体、光屏到小孔的远近有关。物体离小孔越近、光屏离小孔越远，所成的像就越大。成像的清晰程度跟孔径、物距、像距的大小有关。孔径较小、物离孔较远、屏离孔较近时，光屏上成的像比较清晰；反之，像不太清晰，甚至十分模糊。
小孔成的实像跟透镜、面镜成的实像不同。光学器件成的像，位置是确定的，小孔成的像跟光屏的位置有关；光学器件的像既可以用光屏收到，也可以直接用眼睛观看，小孔成的像必须用光屏才能收到。用眼睛直接观察，只能看到原来的物体，或者是被照亮的小孔。
二、光的反射
1.光的反射现象 反射定律
光到达两种介质的交界面时，有一部分光在交界面改变传播方向返回原来的介质中去，我们称这种现象为光的反射。我们能够看见不发光的物体，就是因为这些物体能反射光的缘故。
光的反射现象遵循光的反射定律：光在发生反射时，反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角，如图5-7所示。
2.平面镜 平面镜成像
(1)平面镜 平面镜表面很平且光滑，一束平行光射入到平面镜上，被平面镜反射后仍然是平行光线，在反射光的方向形成耀眼的亮光，这种反射叫镜面反射，如图5-8所示。而我们认为比较平坦的桌子、书本等物体的表面，在放大镜下仔细观察时，都是凹凸不平的，这种表面将平行入射的光向各个不同的方向反射，由于反射光线分散，就看不到耀眼的亮光了，这种反射叫漫反射。我们能从各个方向看到物体，是由于物体表面对光发生了漫反射，如图5-9所示。
我们可以用平面镜达到控制、改变光路和成像的目的。
(2)平面镜成像 平面镜是理想的光学元件，它的成像特点是：物体在平面镜中所成的像是和物体大小相等的虚像；像和物体到镜面的距离相等，它们的连线跟镜面垂直，像与物关于镜面是对称的。
(3)虚像 一个点光源发出的光经过光学元件之后的出射光束是发散的，光线进入人眼，人眼感觉到光的反向延长线的交点似乎真的有一个发光点。人们称这个点为虚像点。如图5-10 所示，为平面镜成像的光路图。
(4)平面镜成像作图 根据光的反射定律，找出物体各点关于平面镜对称的像点，所有像点集合在一起就是平面镜所成的像，也就是物体在平面镜中所成的像。具体作图方法是：从物的每一个端点引出两条光线，作出这两条光线的反射光线。这两条反射光线的反向延长线的交点就是物点的像。如果从物点引出的光线垂直于平面镜，只需将光线延长(虚线)在镜面背后截出等长的线段，线段的端点就是物点的虚像。将各像点连接起来就是物体在平面镜中所成的虚像。
3.球面镜 球面镜成像
(1)球面镜 反射面是球面的一部分的反射镜叫做球面镜。反射面是球面内表面的叫凹面镜，反射面是球面外表面的叫凸面镜。
凸面镜对平行光有发散作用，凹面镜对平行光有会聚作用，光路图如图5-11所示。
球面镜成像的特点：凹面镜可以成倒立的实像，也可以成正立的虚像。凸面镜只能成正立的虚像。凹面镜成放大的虚像，凸面镜成缩小的虚像。实像成于镜前，虚像成于镜后。
(2)实像 点光源发出的光经过光学元件之后的出射光线重新会聚的点。不但肉眼能够看得到，而且可以用光屏接收到。这个点叫做实像点。物体各个实像点集合起来就是物体的实像。
三、光的折射
1.光的折射现象 折射定律
光到达两种均匀介质的交界处时，除了发生反射现象之外，还会有一部分光从一种介质进入另一种介质，一般情况下进入另一介质的光线传播方向要发生变化，这种现象叫做光的折射，如图5-12所示。
光发生折射现象是由于光在这两种介质中传播速度不同造成的。对于两种介质来说，光在其中速度较大的叫光疏介质，速度较小的叫做光密介质。例如水和玻璃相比较，水中的光速是真空中光速的 ，玻璃中的光速是真空中光速的 。水是光疏介质，玻璃是光密介质。但若是水和空气相比较，空气是光疏介质，水是光密介质。
光发生折射现象所遵循的折射规律可以表述为：光从光疏介质斜射到光密介质中，折射角小于入射角；光从光密介质斜射到光疏介质中，折射角大于入射角。
折射现象中关于折射角与入射角关系的准确叙述应是：入射角 i 的正弦跟折射角r的正弦之比为一个常数。对于确定的两种介质来说，这个常数是一定的，对于别样的两种介质来说是不同的。它是反映介质光学性质的物理量，叫做介质的折射率，用字母n 代表
光从真空斜射入某种介质的折射率，叫做这种介质的折射率，它等于光在真空中的速度跟光在这种介质里的速度之比，即 (其中c、v分别为光在真空中和某种介质中的速度)。
因为光在真空中的速度最大，所以介质的折射率都大于1。
2.光通过三棱镜的折射现象
横截面为三角形的棱镜叫做三棱镜，简称棱镜，棱镜可以用来改变光的传播方向，光从玻璃三棱镜的一个侧面AB 射入，从另一个侧面AC射出，射出的方向跟射入的方向相比，明显地向着棱镜的底面偏折，如图5-13所示。这是因为光在棱镜的两个面上发生折射，每次折射都使光线向底面偏折的缘故。
如果隔着棱镜看一个物体，就可以看到物体的虚像，这个虚像的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移，如图5-14所示。
3.全反射现象 全反射棱镜 光导纤维
根据折射规律，当光线从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。入射角不断增大，折射角也随之增大。当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到 90°，折射光线完全消失，只剩下反射光线回到光密介质中去。这种现象叫做光的全反射现象。
折射角变为90°时的入射角，叫做临界角。当光线从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射现象。
光从某种介质射入真空，折射角达到90°时的入射角，叫做临界角。临界角用C 表示，有
介质的折射率n越大，则临界角C 越小，介质越容易发生全反射现象。上面的规律可以近似应用到光从某种介质射入空气。
横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜，图5-15 中的等腰直角三角形 BCD 就是一个全反射棱镜的横截面；它的两个直角边 BC 和CD，代表了棱镜上两个互相垂直的镜面。如果光线垂直地射到 BC 面上，就会沿原来的方向进入棱镜，射到 BD 面上。此时入射角为45°，大于光从玻璃进入空气的临界角42°，这条光线会在 BD 面上发生全反射，沿着垂直于 CD 的方向从棱镜射出，如图5-15 所示。如果光垂直地射到BD 面上(见图5-16)，光沿原方向进入棱镜后，在BC、CD 两个面上都会发生全反射，最后沿着与入射时相反的方向从 BD 面上射出。在光学仪器里，常用全反射棱镜来改变光线的方向。图5-17所示是全反射棱镜应用在潜望镜里的光路示意图。
利用全反射现象制成的光导纤维，在医疗和通信上有着重要的应用。光导纤维是一种比头发还细的玻璃丝，它的直径通常只有100μm。由内芯和外套两层组成，光线射入后，在内芯和外套的界面上发生全反射，使光从光导纤维的一端传输到另一端。如果把许多光导纤维并成一束，就可以用来传递图像，如图5-18所示。医学上用来观察人体内脏的内窥镜，如胃镜，就是用光导纤维这个道理制成的。光导纤维应用于信息传递系统有许多优势：体积小、重量轻、容量大、传输快、抗干扰、耐辐射、保密性好、耐高低温、适应性强、衰减低、损耗小、既抗拉又抗压、成本低廉、资源丰富。
4.色散
白光通过棱镜可以分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，这种现象就是光的色散现象。据记载，1672年牛顿首先利用三棱镜将日光分解为七种单色光的彩色光带。不能再分解的光叫做单色光，如红色光、绿色光、蓝色光等。由单色光混合成的光叫做复色光。白光是复色光。物理学中将复色光分解为单色光的现象叫做光的色散现象。
发生光的色散现象时，会形成由单色光组成的彩色光带，我们把这种按照一定次序排列的彩色光带叫做光谱。白光通过三棱镜能够分解成七色光，说明各种色光通过棱镜时偏折的角度不同。
四、球面镜 球面镜成像
1.球面镜
反射面是球面的一部分的反射镜叫做球面镜。反射面是球面内表面的叫凹面镜，反射面是球面外表面的叫凸面镜。
实验表明，沿平行球面镜直径方向射到凸面镜的平行光，在镜面发生反射后成发散光。发散光的反向延长线会聚到凸面镜背后的某一点，该点叫做凸面镜的焦点，用F 表示。由此可知，凸面镜对平行光有发散作用。
沿平行球面镜直径方向射到凹面镜的平行光，在镜面发生反射后成会聚光。会聚光都通过到凹面镜前面的某一点，该点叫做凹面镜的焦点，也用F表示。由此可知，凹面镜对平行光有会聚作用。
球面镜对平行光控制作用的光路图如图5-19所示。
2.球面镜成像特点 实像与虚像
如图5-20所示，放在凸面镜前的点光源S，发出的光线经凸面镜反射后形成的发散光，其反向延长线会聚到凸面镜背后的某一点 S'。当反射光射入我们的眼睛时，我们感觉光是从 S'点直接射出的。我们说S'是点光源 S 的像。由于S'不是光线实际会聚点，我们说 S'是点光源 S的虚像。
放在凹面镜前的点光源 S，发出的光线经凹面镜反射后形成的会聚光，都会射向凹面镜前的某一点 S′。这就是点光源S经凹面镜反射后形成的像S'。由于这是反射光线的实际会聚的点，肉眼能够看得到，而且还可以用光屏接收到，这个像叫做实像。
应用以上知识，同学们可以进一步分析总结出球面镜成像的特点：
凹面镜可以成倒立的实像，也可以成正立的虚像。
凸面镜只能成正立的、缩小的虚像。凹面镜既可能成放大的像，也可能成缩小的像。
实像成于镜前(物与像在镜的同一侧)，虚像成于镜后(物与像分别在镜的两侧)。
3.球面镜成像公式
如图5-21 所示，球面镜的中心点O称为球面镜顶点，连接顶点O和球心的直线叫做球面镜的主光轴(简称主轴)。直立于球面镜前的物体AB 到球面镜顶点的距离叫做物距，用u 表示；物体AB 的像A'B'到球面镜顶点的距离叫做像距，用v 表示；球面镜的焦点 F 到球面镜顶点O 的距离叫做焦距，用f 表示。实验和理论研究都可以证明，物体在球面镜中成像时，满足
这个关系式称为球面镜成像公式。它既适用于凸面镜成像，也适用于凹面镜成像。
4.球面镜的应用
不论是凹面镜还是凸面镜，在各方面都有广泛应用。手电筒或是探照灯的反光镜就是凹面镜。汽车的后视镜、急转弯路旁树立的反光镜等都是凸面镜。
我们可以通过实验，或是利用球面镜成像公式，更加深入研究球面镜的成像规律及其应用。
五、透镜
1.凸透镜和凹透镜 透镜的主轴、焦点、焦平面
如图5-22所示，两个侧面都磨成球面(或者一面是球面，一面是平面)的透明体叫做透镜。中央部分( 比边缘厚的透镜叫做凸透镜，边缘比中央部分O O 厚的透镜叫做凹透镜。两球面球心C 、C 的连线叫做透镜的主轴。由于我们研究的是薄透镜，O O 可以看做是重合在O点，这一点叫做透镜的光心。
平行于主轴的光线，经过凸透镜会聚于主轴上的一点；平行于主轴的光线，经过凹透镜其出射光线的反向延长线会聚于主轴上的一点，如图5-23 所示。这种会聚点叫做焦点。焦点到光心的距离叫做透镜的焦距。
2.透镜成像作图
如图5-24和图5-25 所示，与主轴平行的入射光线，经透镜折射后过焦点(凹透镜的出射光线的反向延长线过焦点)；过焦点的入射光线，经透镜折射后出射光线平行于主轴；过光心的入射光线，经过透镜折射后出射光线不改变方向。这三条光线是我们利用作光路图的方法研究问题时常用的光线，通常称为三条特殊光线。
物体上的某一点经过透镜所成的像，是这一点射到透镜上所有光线经过透镜折射后重新会聚于一点而成。我们可以利用透镜的三条特殊光线中的任意两条来确定像点的位置，然后作出物体的像。图5-26所示是 A 点成像光路图。
若在像的一侧垂直于主轴放置一个光屏，一般情况下屏上会出现一个小圆形光斑。只有光屏放置在A'处屏上会出现一个小光点，这才是物点A 的像，实像A′。移去光屏在A′后面的阴影部分区域可以直接用眼观察到好像在A′处有一个发光点在发光，这就是我们观察到的实像的位置。
3.透镜成像规律
凸透镜成像的各种情况，如图5-27 所示。
改用凹透镜来做上面的实验，会发现，无论物体距透镜多远，都不能在屏上得到实像，而只能通过透镜看到物体同侧有一个正立缩小的虚像。
所以，利用凸透镜既可以得到实像(u>f时)，也可以得到虚像(u透镜 物距u 像距v 像的种类 像的大小
凸 v= f 镜后 实像 点
∞>u>2f 2f>v>f镜后 倒立实像 缩小
u=2f v=2f 镜后 倒立实像 等大
2f>u>f ∞>v>2f镜后 倒立实像 放大
u= f v=∞ 平行光束不成像 /
f>u>0 |v|>u镜前 正立虚像 放大
凹 ∞>u>0 f>|v|>0镜前 正立虚像 缩小
4.透镜成像公式
物体经透镜成像时，物距为u，像距为v，透镜的焦距为 f，则有
这个关系式称为透镜成像公式。透镜成像公式既适用于凸透镜成像，也适用于凹透镜成像。下面对透镜成像公式的使用做简单说明和分析。
(1)对于凸透镜，焦距 f 取正值。
当u>f值时，像距为v>0，为正值，表示所成的像在透镜的另一侧，为实像；
当u当u=f值时，像距为v=∞，为无穷大值，即成平行光(会聚在无穷远)；
当u=2f值时，像距为v=2f，即物体在另一侧焦平面成等大实像。
(2)对于凹透镜，焦距f 取负值。
有关凹透镜成像的各种情况，读者可以按照上述方法进行分析。
(3)透镜成像时像的放大。
研究透镜成像时，可以用像的大小与物的大小的比值表示像的放大程度，称为像的放大率，放大率用m 表示，即
放大率 或
这里所说的放大率，是反映像长的放大情况。
若m>1，表示是放大的像；
若m<1，表示是缩小的像；
若m=1，表示是等大的像。
六、光学仪器
1.眼睛
眼睛的构造很复杂，图5-28所示是其示意图。我们在光学中将它简化为凸透镜模型，如图5-29所示。晶状体、角膜、玻璃体、水样液共同的作用相当于一个凸透镜，它的焦距大约是1.5~2cm。视网膜相当于光屏。因为人眼观察的物体都在2倍焦距之外，所以当物体的倒立缩小的实像成在视网膜上时，人就看到物体了，如图5-30所示。
眼睛的调节是这样完成的：视网膜的位置是固定不动的，也就是说像距是不变的，而物体与眼睛的距离也是不变的，也就是说物距也是不变的，要想在视网膜上成清晰的像，只有改变眼睛的焦距，即睫状肌改变晶状体的凸凹程度。晶状体变得最薄时可以看得最远，叫做眼睛的远点。晶状体最厚时眼睛看得清晰的最近点，叫做近点。正常眼的远点在无穷远处，近点大约10cm。正常眼看距离人眼25cm处的物体，不容易感到疲劳，这个距离叫做明视距离。
我们可以利用光学方法对不正常的眼睛，例如近视眼或远视眼进行矫正。近视眼的远点、近点和明视距离都比正常眼近，如图5-31所示，平行光会聚在视网膜前。矫正办法是用凹透镜使平行光发散，然后经过眼睛成像在视网膜上，如图5-32所示。
远视眼的远点、近点和明视距离都比正常眼远，平行光会聚在视网膜后。矫正办法是用凸透镜使平行光会聚，然后经过眼睛成像在视网膜上。
2.显微镜
(1)视角 一个物体能不能被看清楚，跟物体在视网膜上的像的大小有关。视网膜上的像越大，受到刺激的感光细胞越多，眼对物体的细微部分分辨得就越清楚。视网膜上像的大小决定于物体对眼的光心所张的角，被观察的物体两端到人眼光心所夹的角叫做视角，如图5-33所示。由图可知，物体在视网膜上成像的大小决定于视角的大小。视角越大，所成的像就越大。观察物体时，把物体移得离眼睛近一些，可以增大视角。但是这种方法是有一定限度的。物体移到近点以后，就不能再用这种方法增大视角了。还有些物体(例如天体)到眼睛的距离是无法缩短的，也不能用缩短距离的方法来增大视角。显微镜、望远镜都是增大视角的光学仪器。
(2)显微镜 显微镜是由两组透镜组成的，每组透镜都相当于一个凸透镜。两组透镜装在一个金属制的镜筒里，对着物体的一组叫做物镜，对着眼睛的一组叫做目镜。物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。物镜的作用是得到物体的放大实像。所以物体AB 跟物镜L 的距离必须比物镜的焦距稍大一些，即把物体放在物镜的焦点 F 之外(见图5-34)。目镜的作用是把物镜所成的像作为物体，得到它的放大的虚像。所以物镜所成的像A'B'应当在目镜的焦点F 和目镜之间。由目镜得到的像A"B"，视角比眼睛直接观察 AB 时的视角要大得多。
人眼只能看清大小0.2mm左右的细节。显微镜大大提高了人的观察能力。很好的显微镜，可以把物体放大2000倍，能够看清0.2μm的结构，可以观察到细胞的构造，如细胞质、细胞核、细胞膜等。但是要观察更小的结构，光学显微镜就无能为力了。电子显微镜进一步提高了人的观察能力，可以看清万分之几微米的精细结构。
3.望远镜
常用的光学望远镜主要有开普勒望远镜和伽利略望远镜两类。
开普勒望远镜也叫天文望远镜。它的构造跟显微镜的构造差不多，也是由两组凸透镜————物镜和目镜组成的，不同的只是物镜的焦距长而目镜的焦距短。
从图5-35 可以了解开普勒望远镜的原理。物镜的作用是得到天体的实像，天体离物镜非常远，从天体上各点射到物镜上的光线是几乎平行的，经过物镜后，在焦点外距焦点很近的地方，得到天体的倒立、缩小的实像A'B'。目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合在一起的，所以实像A'B'位于目镜和它的焦点之间离焦点很近的地方。实像A'B'对目镜来说是物体，它通过目镜所成的像A''B''是放大的虚像。这样，当我们对着目镜进行观察的时候，进入眼睛的光线就好像直接从A''B''射来的。A''B''的视角要大于直接用眼睛观察天体AB 时的视角。
伽利略望远镜有两组透镜，物镜为凸透镜，目镜为凹透镜。它的成像光路图如图5-36 所示。它的物镜的焦点与目镜的焦点重合。由光路图可知，放大的虚像的视角比起直接看物体的视角大许多。
七、光的本性
在初中阶段，我们了解了光的直线传播、光的反射和折射等现象，知道了光在均匀介质中沿着直线传播，在两种介质的界面处会发生反射和折射。了解了平面镜、棱镜、透镜等光学元件的特点和成像规律。这些都是从光传播时表现出的现象入手，研究光的传播规律及其应用。这部分内容属于几何光学。
光究竟是什么 在几何光学中并没有给出答案。几何光学也无法解释许多常见的光现象。例如，浮在水面上的薄油层在太阳光的照射下会呈现各种不同的颜色，儿童吹出的肥皂泡的表面也会在太阳光的照射下呈现美丽的彩色条纹。喜爱摄影的同学可能会注意到，仔细观察高档相机的镜头会看到镜头很少有反光而且呈现出淡紫色。这些现象都无法用光的反射或折射加以解释。要解释这些现象，就要认识光的本性。
物理学家研究结果表明，光是电磁波。光在真空或空气中的传播速度约为3.00×10 m/s。光具有能量。光可以发生干涉现象和衍射现象；同时，光也具有粒子性。每一个光子都具有一份与其频率有关的能量。
由于初中所学的知识有限，我们目前还无法深入了解光的本性，但只要有兴趣，我们完全可以在初中阶段对光学做进一步的学习。
八、激光
激光是上一世纪人类又一重大发现。我们日常生活中常用的光源，通常是向四面八方发光的。如果需要光集中射向某一个方向，需要给光源装上一定的聚光装置，如手电筒或是汽车的前车灯等都安装有聚光作用的反光镜，使光能够汇集起来向一个方向射出。而激光天生就是朝一个方向传播的光源。不仅如此，相比其他光源，激光的单色性好、亮度高、方向性好。因此激光在生活、生产、科研、军事等领域有广泛而重要应用。
在同学们学习高中物理知识后能够知道，原子中的电子从高能级返回到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出，在一定条件下就会产生激光。激光的颜色取决于激光的波长，进一步说，激光的颜色取决产生激光的那种材料。产生激光的机理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现。
除去同学们在实验室看到老师做光学实验用到的激光器外，我们在日常生活中还可以接触到激光笔(又被称为激光指示器、指星笔等)。这是为使用方便而把激光器设计成便携、手易握的笔型发射器。通常我们常用的激光笔有红光(波长为635 nm)、绿光(波长为532 nm)、蓝光(波长为445~450nm)等。激光笔功率通常以mW(毫瓦)为单位，为了安全，一般我们在实验室使用的激光笔功率应该控制在5mW~20mW。
通常在会议、教学等场合，讲解人员都会使用激光笔投映一个光点或一条光线指向物体。由于激光亮度很高，任何情况下都不应该让激光直射眼睛，避免对眼睛造成无法挽回的伤害。
例题精讲
例题 1 排纵队时，如果看到自己前面的一位同学挡住了所有的人，队就排直了。如何解释这种现象
解析 排纵队时，如果看不到除排在前面同学外的所有人，也就是说除前面同学的反射光能进入自己眼中以外，所有前面的其他同学反射的光都不能进入自己的眼中。由于光在均匀介质中是沿直线传播的，当你看不到其他前面的同学时，则说明所有前面的同学是沿一条直线站立的，所以纵队也就排直了。解答本题的依据是光的直线传播原理。本题考查了光在均匀介质中沿直线传播的应用，同时需要我们对眼睛能看到本身不发光物体的原理能有所了解。我们能看到书本、黑板、同学等，都是由于这些物体反射的光线能射入我们眼睛的缘故。
例题 2 平面镜垂直于水平面放置，一点光源S 位于镜面前方，如图1所示。当平面镜以水平速度 v向右运动时，求点光源的像 S'的移动速度。
解析 用对称法作S的像S'，并作镜面经过时间t水平向右运动x的位移时S的像S'',，如图2所示。根据平面镜成像关于镜面对称的特点，发光点S 的像只能沿垂直于镜面的直线(SOS'向镜面移动。
由匀速直线运动速度公式x=vt，可知垂线SS'与镜面的交点由O移到( 虚像移动距离
S'S''=2SO-2(SO-OO')
=2OO'=2vt
等号两边同除以t，得像点S'移动速度u=2v，其方向为垂直镜面向右。
例题 3 光从玻璃射入空气时传播方向如图1所示，请在图中标出入射角和折射角。
解析 根据光的折射规律，光从水或玻璃这类透明物质射入空气时，折射角大于入射角，题设条件是“从玻璃射入空气”，因此折射角大于入射角，再结合题设所给图形，可知CD 为界面，AB 为法线。解答如图2所示，α'为入射角，β'为折射角(CD 左面为玻璃，右面为空气)。图3是错误的，原因是不加分析地认定玻璃与空气总是上下接触的，没有将题设条件与图形条件结合起来分析。
例题4 折射率为n的平行玻璃砖放在空气中，表面M 和N 平行，P、Q两个面相互平行且与M、N垂直，如图1所示。一束光斜射到表面M上，则以下说法中正确的是()。
A.如果入射角大于临界角，光在表面 M 发生全反射
B.无论入射角多大，光在表面 M 都不会发生全反射
C.光可能在表面 N 发生全反射
D.由于M与N 平行，光只要通过M 就不可能在表面N 发生全反射
解析 光束从空气中射到玻璃砖表面 M上，是由光疏介质到光密介质，不可能发生全反射，A选项错误。
如图2所示，光射到表面M的入射角为i(i≠90°)，折射角为r，则 即 sinr< sin C(C 为玻璃的临界角)。对于表面 N，因M∥N，故其入射角i'=r若光通过M 面先射到P 面再射到N 面(见图3)，由几何关系可以证明入射角i'=r,根据折射定律，折射角r'=i,同样不可能发生全反射。故应选 B、D。
同一个初始条件可能有若干个不同结果。这是对考生思维能力的考查。本题中，当光线射到M上，发生折射。以A为分界点，入射点在A、C之间，光线先要到达 P 界面，所以一定也要讨论光线在 P 界面上的行为。光线在P 界面一定会发生反射现象，是否发生折射要看入射角是否大于临界角，由于此问题与本题无关所以可以不加讨论。如果试题提出光线在 P 界面的行为时，就要认真讨论，此时的结论是：入射到M 面光线的入射角满足 条件时，光线不会从P 界面射出。
例题5 给你一个透镜，不用手摸，怎样判断它是不是凸透镜 根据你所学的光学知识，简要写出四种判断方法。
解析 要判断一个透镜是不是凸透镜，我们可以从凸透镜的外形、对光路的折射特点及成像规律入手进行考虑。凸透镜的外形具有中间厚边缘薄的特点；凸透镜对光路具有会聚作用；物体通过凸透镜可以成实像和放大的虚像。这些都是凸透镜所特有的，这就是我们进行具体判断的依据。
根据上述对凸透镜特点的分析，我们可以设计如下的判断方案：
(1)根据外形特点，通过观察，中间厚边缘薄的是凸透镜；
(2)将透镜正对太阳光，用一个光屏在透镜的另一侧接收折射后的太阳光，能使太阳光会聚的是凸透镜；
(3)利用成实像的特点，将一发光物体放于透镜的一侧，在透镜的另一侧用光屏(需调节物体和光屏到透镜之间的距离)接收物体的像，如果能接收到实像则是凸透镜；
(4)根据成放大虚像的特点，将物体放在透镜的一侧，眼睛在透镜的另一侧观察(需调节物与透镜之间的距离)物体的像，能成放大正立像(即可以作为放大镜使用)的是凸透镜。
本题的分析需要综合考虑凸透镜各方面的特点，这就要求我们对凸透镜的成像规律(即当物答案距大于2f，小于2f而大于f，小于 f等各种情况成像的特点)要有较深刻的理解。
例题6 有一块玻璃砖，形状如图1所示，内有一个凸型空气泡，某学生用这个玻璃砖来做光学实验。当一平行光束通过玻璃砖时，以下对光在空气泡中发生的现象的说法中正确的是()。
A.这一平行光束在空气泡中将不改变原来的方向
B.这一平行光束在空气泡中将发生会聚
C.这一平行光束在空气泡中将发生发散
D.条件不足，无法确定
解析 不少学生看里面是一个凸型气泡，他们认为凸型空气泡与平时用的玻璃凸透镜形状一样，便认为空气泡透镜对光线的作用与玻璃透镜的作用效果相同，因为光线经过的是凸透镜，故最终成为一束会聚光线，而错选B。设想在原图中，沿AB 方向把玻璃砖等分为二，即成为图2中情形，显然该束光经过的是一凹透镜。由光学知识可知，凹透镜对光线有发散作用，则平行光束通过空气泡将发生发散，故应选C。
更基本的方法是画一条入射光线到空气透镜的前表面，用作图法来判断光线经过透镜之后的行为。光线从玻璃进入空气，由光密媒质进入光疏媒质，折射角大于入射角，折射光线远离法线，出射光线是发散的。可见“凸透镜对光线的作用是会聚的”这个结论是有条件的。条件是透镜材料的折射率大于周围环境的折射率。
例题7 将一个凸透镜安装在遮光板的圆孔内，在透镜的主轴上垂直放置一个发光体AB，人眼无法从透镜的另一侧直接看到AB，如图1所示。用作图法作出AB 通过透镜所成的像。并且用斜线画出可以同时观察到AB整个像的区域。
解析 我们利用透镜的三条特殊光线中的任意两条来确定像点的位置，如图2所示。物体上的某一点经过透镜所成的像，是这一点射到透镜上所有光线经过透镜折射后重新会聚于一点而成。画出A、B两点经透镜边缘过像点的射线，射线夹角内就是分别可以观察到两个像点A'和B'的区域。两个区域的重叠部分就是同时观察到AB 整个像的区域，如图3所示。
例题8 如图1 所示，A点是潜水员眼睛所在位置，S是点光源，请通过画图确定点光源发出的光线通过水面上哪些范围可以射入潜水员的眼睛。
解析 如图2所示，根据 和水的折射率大于1，可以确定，光线从空气射入水中，入射角一定大于折射角(i>r)，也就是说光线从空气射c入水中时，i≤r的情况是不可能出现的。光线沿直线SA 射入和从SA 左侧射入水面偏折后进入潜水员的眼睛是不可能的，如图3所示。由 可知，在入射角不为零的情况下，折射角是不能等于零的，所以光线不能沿 SNA 的路线传播。又根据折射定律中折射光线和入射光线位于法线两侧，入射点不能在 N 点的右侧。所以只有通过M、N两点之间范围内的光线才可能入射到潜水员的眼睛(不包括M、N两点)。
例题9 如图1所示，AB 表示一平面镜， 是水平放置的米尺(有刻度的一面朝着平面镜)，MN 是屏，三者相互平行。屏MN上的 ab表示一条竖直的缝(即a、b之间是透光的)。某人眼睛紧贴米尺上的小孔S(其位置如图所示)，可通过平面镜看到米尺的一部分刻度。试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并在 P P 上把这部分涂以标志。
解析 要确定观察范围，根据平面镜成像的规律和光路可逆的原理有两种基本思路：
解法1 眼睛看到尺子的像，相当于尺子的像发出的光线射向人的眼睛。先画出尺子 在平面镜中的像 如图2所示。根据光路可逆原理，从眼睛发出光线射向镜中尺子的像P' P' ,从而我们就可以确定被看到尺子像的部分，然后根据对称确定被看到尺子的部分。
解法2 眼睛看到尺子的像，相当于镜中眼睛的像看到实际的刻度尺。先画出S在平面镜中所成的像S'，如图3所示。再根据光路可逆原理，从像S'发出的光线射向尺子 ，这样我们就可以确定尺子被看到的部分。
对通过平面镜观察物体所成的虚像的问题，通常有两种处理问题的思路：一是实物的光线经过平面镜反射后进入人的眼睛，相当于实物在平面镜中的像发出的光线射入人的眼睛(实眼看虚像)；二是相当于实物的光线射向人眼睛的像(虚眼看实物)。
例题10 摄影胶片的感光能力一定时，要使底片获得正确曝光，照相机镜头的透光面积和曝光时间的组合就应该是一定的。镜头的透光面积由照相机中叫做“光圈”的机构控制，通常用22、16、11、8、5.6、4、2.8等数字代表，22就表示此时镜头透光的直径是它的焦距f的 ，依此类推。曝光时间的长短由叫做“快门”的机构控制,通常用500、250、125、60、30、15等数字代表。500就表示此时曝光的时间是 ，依此类推。现在通过试摄已经知道，光圈、速度的最佳曝光组合是11、15，如果为了其他需要而必须选用5.6的光圈，试计算应该选用的快门速度。
解析 先研究光圈由11改为5.6后，透光面积变为原来的多少。由 得知，圆面积与半径(或直径)的二次方成正比。修改光圈后的透光面积与原透光面积之比 因此曝光时间应该改为原来的四分之一，即 s,选用快门60。
例题11 地球赤道上的人在日落2h后还可以在头顶正上方看到卫星。地球半径R=6.4×10 m，求这颗卫星至少多高 (不考虑光线通过大气层时的折射)
解析 到目前为止人造地球卫星是不会发光的。日落后我们能够在夜空看到明亮的人造卫星是由于在高空运行的卫星被太阳光照亮，反射的光线射到地球，我们接收到反射光线就可以看到卫星。图中的圆是地球赤道平面的示意图。用带箭头的直线表示太阳光的光线，该圆的右半部分即表示地球上黑夜的区域。在2h内地球自转的角度为30°。忽略光线通过大气层时的折射，这颗卫星距离地面高度至少是
例题12 为了保证交通安全，某一急转弯路旁立有一个用凸面镜制成的反光镜。若有一辆高2m 的汽车，恰好行驶到镜的正前方5m 的位置，求此时该车在反光镜中所成像的位置、像的高度及像的性质。已知该凸面镜的焦距是0.8m。
解析 由于凸面镜的焦点是虚焦点，在应用球面镜成像公式计算时焦距取负值，即f=-0.8m。已知物距u=5m，代入球面镜成像公式
解得像距 v=-0.69m
像距为负值，表明成虚像，像的位置在镜面的背后，距离凸面镜顶点0.69m。参看图5-21，我们将像A'B'的长度与物AB 的长度之比叫做像的放大率，记作m，则有
根据以上数据，解得：
像A'B'的长度=0.276m，即汽车的像高约为0.28m，在镜面的背后，为正立、缩小的虚像。
说明：在应用球面镜成像公式计算时，物距取正值，凸面镜焦距取负值，凹面镜焦距取正值。若计算结果像距为正值，表明成像为实像(像与物在镜的同一侧)；反之，表明成像为虚像(像与物在镜的异侧)。
例题13 一个小物体垂直主轴方向放在凸透镜前。已知凸透镜焦距f=10cm，小物体距离透镜u=5cm，画出成像光路图，并求出小物体通过透镜所成像的位置、大小及像的性质。
通过上述问题，结合图1简要说说你对放大镜的认识。
解析 成像光路图如图2所示。
已知 f=10cm, u=5cm,根据透镜成像公式
求得成像位置v=-10cm,表明像(A'B')与物(AB)在透镜的同一侧，像(A'B')为虚像。
根据以上数据可知，像(A'B')长度是物(AB)长度的2倍，与物在镜的同侧，为正立、放大的虚像。
通过上述问题，结合图1我们可以进一步认识生活中常用的放大镜。平时我们阅读报纸、书籍的放大镜，就是一个凸透镜。当然，这是一个焦距比眼的明视距离小得多的凸透镜(请读者自己想一想其中的原因)。使用时，物体放在靠近放大镜的地方，目的是使物距小于焦距，就会在物体同一侧得到一个放大、正立的虚像。为了长时间阅读时眼睛不会疲劳，应该尽量使像成在明视距离处。
还要说明的是，尽管我们前面计算了像与物长度大小的关系，但放大镜的作用主要是视角放大作用，放大镜的放大率通常是指视角放大的关系。如果仅从放大本领来考虑，透镜焦距应该尽量取得短一些，似乎这样可以得到更大的放大本领。但实际受到人眼调节能力的限制、受到透镜成像产生变形等多种因素的影响和限制，我们阅读时使用的放大镜的放大倍数一般在2~5倍之间。
例题14 为什么我们面对照相机镜头观察，感到镜头呈现淡紫色。
解析 光射向照相机镜头，会在镜头表面发生反射。由于只有部分入射光进入镜头，所成像的亮度和清晰度都会受到影响。为了尽量消除光在镜头表面反射造成的后果，可以在透镜的表面镀上一层透明薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 时，在薄膜前后两个面上反射的光，可以互相抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。这种薄膜叫增透膜。镜头镀上增透膜，有利于提高镜头成像的亮度和清晰度。
入射光一般都是白光，是由各种不同波长的单色光复合而成的。增透膜不可能使所有波长的反射波都互相抵消。因此，在确定薄膜厚度时，一般都使光谱中间部分的绿色光，即人的视觉最敏感的光，在垂直入射时完全抵消。这时，自然光中红光和紫光并没有显著削弱，所以有增透膜的光学镜头呈淡紫色。
现代光学装置，如摄影机和电影放映机的镜头、潜水艇的潜望镜等，通常都会在表面上镀上一层增透膜，因而这些镜头看起来也呈现淡紫色。
至于为什么在镜头镀上增透膜能够减少反射，增加透射的光，在高中的课程中我们会学习到。
练 习 题
A 组
1.下列说法中正确的是()。
A.月亮是天然光源
B.月亮在太阳、地球之间时一定发生日食
C.光一定是沿直线传播的
D.影的出现是由于光沿直线传播的结果
2.“一条光线在物体表面发生反射，反射光线与入射光线垂直，则()。
A. 入射角为45° B. 入射角为90°
C. 反射角为45° D.入射光线垂直于物体表面
3.身高为1.60m的人站在竖直的平面镜前，平面镜高0.8m。若他在镜中能看到自己完整的全身像，则()。
A.他的像一定是1.60m高的虚像 B.他的像一定是1.60m高的实像
C.他的像一定是0.80m高的虚像 D.他的像一定是0.80m高的实像
4.利用平面镜可以制成()。
A.放大镜 B.望远镜
C.眼镜 D.潜望镜
5.如图所示，入射光线 AO 与镜面的夹角为20°，则反射光线与入射光线之间的夹角是()。
A. 20° B. 40°
C. 70° D. 140°
6.“关于凹透镜，下列说法中正确的是()。
A.凹透镜对光起发散作用
B.凹透镜也能对光起会聚作用
C.凹透镜可用来做近视眼镜镜片
D.通过凹透镜折射后的光束一定是发散的
7.已知光线穿过媒质A、B、C时的光路图如图所示。下列说法中正确的是()。
A.媒质B 是光密媒质
B.媒质A 的折射率最大
C.媒质C折射率比A 大
D.媒质C中光速最大
8.一个杯子直立放在凹面镜正前方17cm处，杯子的像在凹面镜正前方34cm处。杯子像的放大率和像的正、倒情况是()。
A. 0.5,倒立
B. 0.5,正立
C. 2.0,倒立
D. 2.0,正立
9.完成如图所示的光路图。
10.在图中的方框中根据光路的情况填上适当的透镜。
11.现有一个焦距为10cm的凸透镜，物体沿透镜的主轴由离透镜30cm向15cm处移动的过程中，成像的情况是 。
12.光在 中是沿直线传播的。光在真空中的传播速度最大，为 m/s，相当于 km/s。
13.光能在真空、空气、 和 等透明物质中传播，光在其他介质中传播的速度都要比光在真空中传播的速度 (选填“大”或“小”)。
14.物体通过平面镜所成的像是 像(选填“虚”或“实”)，像和物体到镜面的距离 ，像与物体大小 。
15.放映幻灯时，想使屏幕上的像小一些，应使幻灯机离屏幕 些，同时要将幻灯片离镜头 些。
16.现有如下光学器件：a平面镜，b凸镜，c凹镜，d凸透镜，e凹透镜。在下列光学仪器或用具中用到了哪种器件 请把相应的字母填入空格。自制潜望镜用 ，太阳灶用 ，老花镜用 ，汽车观后镜用 ，近视眼镜用 ，耳科医生的额镜用 。
17.在图中画出各入(反)射光线的反(入)射光线。
18.根据平面镜成像的特点，在图中画出点光源S或物体AB 通过平面镜所成的像。
19.如图所示一个点光源放置在凸透镜主轴的2倍焦距处。现将透镜逆时针转过一个小角度，用作图法作出透镜旋转后的成像光路图并说明所成像的虚实、大小。
B 组
1.镜子竖直挂在墙上，某人站在镜前1m 处，从镜子里只能看自己的上半身像。若他要看到自己的全身像，则()。
A.应后退到距镜2m 远处
B.应前进到距镜0.5m 远处
C.应后退到距镜4m的远处
D.无论前进或后退多远都不能实现
2.一个同学面对直立的穿衣镜，将另一平面镜直立且平行穿衣镜放置于这个同学的脑后，这个同学在镜内共计成像个数()。
A. 2 B. 3 C.4 D.不能确定
3.相对观察者，将一根细直棒竖直放在玻璃烧杯中的中心线偏左处，如图1所示，现在往杯中注入大半杯水，人眼从侧面看时，所看到的现象可能是图2中的哪一个 ()。
4.’小明在暗室里的桌面上铺一张白纸，把一小块平面镜(平面镜的面积小于白纸的面积)放在纸上，让手电筒的光正对着白纸和平面镜照射，小红从侧面看去()。
A.镜子比较亮，它发生了镜面反射
B.镜子比较暗，它发生了镜面反射
C.白纸比较暗，它发生了镜面反射
D.白纸比较亮，它发生了漫反射
5.当太阳位于帐篷正上方，在篷顶有一个边长约0.8mm的正方形小孔，太阳光通过小孔照在篷内水平地面上形成的光斑形状是()。
A.正方形 B.长方形
C.圆形 D.椭圆形
6.*月球位于太阳和地球之间时，月球的影子如图所示，下面说法中正确的是()。
A.位于区域a、b内的人可看到月全食
B.位于区域c、d内的人可看到日全食
C.位于区域b内的人可看到日环食
D.位于区域c、d内的人可看到日偏食
7.测绘人员绘制地图时常常需要从飞机上拍摄地面的照片。若使用的相机镜头焦距为50mm，则底片与镜头距离应该在()。
A. 100mm以外
B.50mm以内
C. 恰为50mm
D. 略大于50mm
8.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下观察到的日出时刻相比，将会()。
A.提前
B.延后
C.在某些地区将提前，在另一些地区将延后
D.不变
9.关于光现象，以下说法中正确的是()。
A.日食现象，可以用光的直线传播理论解释
B.仅仅用光的反射就可以解释雨过天晴天空会出现彩虹
C.若不注意用眼卫生就容易形成“近视眼”，这时就需佩戴用凸透镜制成的眼镜矫正
D.你在岸边看到水中鱼的位置，其实就是鱼在水里的实际位置
10.光在均匀介质中是沿直线传播的。光在不均匀的介质中的传播路径将会是 。由此可知当我们站在高山之巅看到日出的那一时刻，实际上太阳在地平线的 方(选填“上”或“下”)。
11.如图所示是实际景物的俯视图，平面镜M宽1m，在镜的右前方A 处站着一个人甲，另一人乙沿着镜面的中垂线面镜。若欲使甲、乙能互相看到对方在镜中的虚像，则乙与镜面的最大距离是 。
用绘有图案的玻璃杯，装满一杯清水举过头，抬头斜向上看，看到水里面有放大了的玻璃杯图案的倒影。图案被放大是光的 现象，图案倒影是光的 现象。
13.点光源 S 通过带有圆孔(圆孔的直径为d)的挡板N，照射到屏M上，形成直径为 D 的圆形光斑，如图1所示。如果在挡板靠近光屏一侧放上一块平行板玻璃砖，如图2所示，这时点光源通过圆孔和玻璃在屏上形成直径为 D 的圆形光斑。在图 2 中定性画出光的传播路径，并判断 D (选填“<”“=”或“>”)。
14.在探究凸透镜成像规律时，调节凸透镜、光屏和烛焰，使它们的中心在同一直线上，并且大致在同一高度，当物距为20cm时，移动光屏，可在光屏上得到一个清晰的等大、倒立的实像。当物距为25 cm时，移动光屏，可得到一个清晰的 、倒立的实像。当物距为5cm 时，成 像，在放大镜和投影仪中，成像情况与此类似的是 。
15.在探究凸透镜成像规律的过程中，将光屏移到如图中位置时，光屏上出现了清晰的像。这个像的性质是 。如果要想使像变小，蜡烛应向 侧移动。
16.某同学在用公式法测量一个凸透镜的焦距时，测得多组物距u 和像距v的数值。他利用这些数据作 图象，如图所示。根据图象，这个凸透镜的焦距为 cm。
17.在图1为一个光滑的金属球，图2为一个内壁镀铬的半圆环，图3为一个截面为等腰直角三角形的玻璃砖。画出各入射光线的反射光线。
18.如图所示，在竖直平面xOy上，人眼位于坐标点(3，0)上，一块平面镜水平放置，介于坐标(0，3)和(-1，3)之间。今有一发光点 P 从坐标原点沿x轴负方向运动，作出光路图，说明在此过程中 P 点在哪个区间运动时，人眼可以从平面镜中观察到 P 点的像。
19.一人正对竖直的平面镜站立，人的身体宽为a，两眼相距为b，若身高为h，欲使自己看到自己的全身像，镜子至少多高 要使人能从镜中看到自己的整个身体宽，镜子的宽度至少为多少 欲使自己无论闭上左眼或右眼都能用另一只眼睛从镜子中看到自己的整个身体宽，镜子的宽度至少应为多宽
20.一个高1.8m的男孩，站立在急转弯路旁用凸面镜制成的反光镜正前方，距离凸面镜2.4m。已知他在凸面镜中所成像的高度是0.36m。求该凸面镜焦距的大小。
21.如图所示，激光液面控制仪的原理是：一束激光以入射角45°照射液面，承接反射光斑的 PQ 处用光电管接收变成电信号，电信号再传输到控制系统来控制液面高度。如果发现光斑在 PQ 处侧移了 △s 距离，求液面上升的高度h。
22.老花镜的“度数”等于它的焦距的倒数乘100。请设计一个测老花镜度数的最简单的方法。要求写出所用器材、操作步骤和计算公式。
23.如图所示，点光源S距地面高度为H，点光源S的正下方直立一个高为h 的人，当这个人沿水平路面以速度v匀速行走时，人头顶的影在路面上做何运动 其运动速度多大
凸透镜焦距f=10cm，在其左侧12cm处有2cm 高的物体垂直主轴放置。作出成像光路图，并求像的位置及大小。
第5章 光现象
A组
1 D 【解析】光在同种均匀介质中沿直线传播。学习光学知识，对光沿直线传播形成的现象要分析清楚，并能够画出光路图。
2 AC 【解析】发生反射现象时，反射角等于入射角。
3 A 【解析】建议画出成像光路图进行分析。学习包括“平面镜”在内的光学知识时要理解成像的原因，注意画好成像光路图。
4 D 【解析】注意了解常用光学仪器的构造和原理。
5 D 【解析】完成光路图并进一步分析。
6 AC 【解析】透镜是基本和重要的光学器材，凹透镜对光线有发散作用。要了解凸透镜和凹透镜的特点和改变光路的作用。
7 C 【解析】掌握光疏介质与光密介质对光传播方向的影响。结合折射现象和折射定律的知识分析。
8 C 【解析】掌握“球面镜”对光传播方向的影响。建议画出成像光路图进行分析。
9见答图。
10 见答图。
11 始终成倒立的实像，且像逐渐变大。(其他说法正确即可)
12 均匀介质 3×10 3×10
13 水 玻璃 小
14 虚 相等 相等
15 近 远
16 a c d b e c
17 见答图。
18 见答图。
19 物距在一、二倍焦距之间，成放大实像，像在二倍焦距之外。光路图见答图。
B组
1 D 【解析】物体在平面镜中所成的像，与物体关于平面镜对称。建议画出成像光路图，对人看到自己像的光路进行分析。学习和分析几何光学问题时，画出并理解相应的光路图是重要且有效的方法。
2 D 【解析】物体在两个彼此平行放置的平面镜之间多次成像，是光在这两个平面镜之间多次反射形成的。
3 B 【解析】按照题目所述的条件，竖直放在玻璃烧杯水中细直棒的各部分发生折射的情况都是一致的。
4 BD 【解析】物体的明暗程度与射入观察者眼睛光线的多少有关。
5 C 【解析】太阳通过小孔所成的像是圆形光斑。“小孔成像”在日常生活中很常见，但是多数人没有很好关注和思考，学习光学知识要注意观察。
6 CD 【解析】在月球的影区内才可能观察到“日食”。
7 D 【解析】结合“透镜成像”规律、成像公式以及成像光路图分析。
8 B 【解析】光通过大气层射入地球会发生折射现象。由于越接近地面大气的密度越大，因此射入地球的光的传播方向逐渐向垂直地面方向偏折。而人判断光的传播方向是依据最后射入人眼的光线的传播方向，因此感觉光源的位置比其实际位置偏高。建议有兴趣的同学试着画出光通过大气层射入地球时发生折射的光路示意图。
9 A 【解析】学习光学知识要注意常见光现象的特点、成因以及差异等。“日食”是光沿直线传播的结果。彩虹的形成包含了光的折射、全反射等过程。
10 曲线 下
110.5m
12 折射 全反射
13见答图
14 缩小 正立放大虚 放大镜 【解析】依据题设条件，分别画出光路图，结合光路图具体分析。
15 倒立、缩小的实像 左 【解析】依据题设条件画出光路图，结合光路图具体分析。
16 10 【解析】先正确读图，从图中分析 u、v的关系，然后根据透镜成像公式进一步分析求解。
17 见答图。
18 根据光路可逆的原理，假设眼睛是一个点光源，根据光的反射定律，作出经过平面镜反射的光照亮的区域就是人眼可以从平面镜中观察到 P 点的像的区域，光路图如第18题答图所示，该区间在(-3, 0)→(-5, 0)之间。
19
20 凸面镜焦距大小是0.6m。
21 作出光路图如图所示，设水位升高为h，由几何关系可知
22(1)晴天把镜片放在阳光下，使光线与镜片垂直；(2)调整镜片与地面的距离，使地面上的光点(或光盘)最小，最清楚；(3)以米为单位用刻度尺测量镜面到地面上光点的距离，用f 表示。计算公式：镜片度数
23 做匀速运动，速度
24 成像光路图略，像在透镜右侧，v=60cm，像的大小是10cm。【解析】分别利用成像光路图和公式求解。建议学有余力的同学在解答本题的基础上，将本习题中有关透镜及透镜成像方面的问题做一梳理，总结透镜成像方面的方法和规律。

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