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【科学思维训练】专题2 光
（教师版）
1．晚上在教室内只打开一盏日光灯，仔细观察你自己的影子，会发现影子中部特别黑暗，四周稍浅。影子中部，日光灯发出的光不能照到，特别黑暗，叫本影。四周灰暗的部分叫半影。在课桌上点两支蜡烛分开放置于A、B两个位置，蜡烛前面立一本书，关掉日光灯可以看到墙壁出现书的本影和半影，如图甲。如果点燃三支甚至四支蜡烛，书的本影部分就会逐渐缩小，半影部分会出现很多明暗不同的层次。手术无影灯是将发光强度很大的许多灯排列在灯盘上，合成一个大面积的光源，这样就能从不同角度把光线照射到手术台上，既保证手术视野有足够的亮度，同时又不会产生明显的本影。
（1）图甲的上侧半影区域中，蜡烛 　 　 ；（填字母）
A．A和B发出的光都照到 B．A发出的光照到，B照不到
C．A和B发出的光都照不到 D．B发出的光照到，A照不到
（2）在手术无影灯下，医护人员的手和器械等在手术部位　 　（选填“会”或“不会”）产生本影；
（3）如果在乙图中再点燃更多的蜡烛，书的半影部分（ 　 　 ）；
A．明暗更明显，层次更多 B．明暗更明显，层次更少
C．明暗更不明显，层次更多 D．明暗更不明显，层次更少
（4）小明同学想用9盏相同的LED灯（图中用表示）排列合成一个大光源作为无影灯，图丙中设计效果最好的是 　　 （填字母）。
【答案】（1）D；（2）不会；（3）C；（4）A。
【解析】（1）根据广德直线传播结合图甲知，B发出的光可以照到上侧半影区域中，A发出的光照不到上侧半影区域中，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
（2）由题可知，手术无影灯是将发光强度很大的许多灯排列在灯盘上，合成一个大面积的光源，这样就能从不同角度把光线照射到手术台上，既保证手术视野有足够的亮度，同时又不会产生明显的本影，即医护人员的手和器械等在手术部位不会产生明显的本影。
（3）在课桌上点两支蜡烛分开放置于A、B两个位置，蜡烛前面立一本书，关掉日光灯可以看到墙壁出现书的本影和半影，如图甲。如果点燃三支甚至四支蜡烛，书的本影部分就会逐渐缩小，半影部分会出现很多明暗不同的层次，明暗更不明显，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
（4）想用9盏相同的LED灯排列合成一个大光源作为无影灯，既要有中间的照明，四周越多，本影越不明显，因而选择A。
2．请阅读《华夏之光——圭表》并回答问题：
华夏之光——圭表
我国古代的天文观测一直居于世界领先地位，天文学家们发明了许多先进的天文观测仪器，其中圭表就是典型的代表。圭表（如图1所示）包括圭和表两部分，正南北方向平放的尺，叫作圭，直立在平地上的标竿或石柱，叫作表，圭和表相互垂直。
战国以前的天文学家已经能够利用水面来校正圭，使其水平，使用铅垂线来校正表，使其与圭相互垂直。依据圭表正午时表影长度的变化，就能推算出二十四节气，依据表影长短的周期性变化，就能确定一回归年的天数，由于日光散射和漫反射的影响，早期圭表的表影边缘模糊不清，影响了测量表影长度的精度。
为了解决上述问题，元代天文学家郭守敬采取理论与实践相结合的科学方法，对圭表进行了一系列改进与创新。他将表的高度增加，并且在表顶加一根架空的横梁，使表高变为传统表高的五倍。这样，测量时，把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置、提高了测量影长的精度。
郭守敬又利用小孔成像的原理，发明了景符，利用景符可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像（如图2所示），这样就可以精确的测量表的影长了。这些措施成功解决了圭表发明以来，测影时“虚景之中考求真实”的困难。
以圭表为代表的我国古代的科技成果，像一颗颗璀璨的明珠，闪耀着智慧的光芒，激励着我们攀登新的科技高峰。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）请写出我国古代天文学家保证圭和表相互垂直的措施，并解释为什么这种措施可以保证圭和表是相互垂直的。
（2）郭守敬的改进与创新措施解决了早期圭表的什么问题？
（3）除了圭表，请你再列举一个我国古代天文观测仪器。
答：
（1）用水面来矫正圭，使其水平，利用重垂线来矫正表，使其与圭相互垂直，这是因为重垂线是利用重力方向的竖直向下作用的，竖直向下与水平面互相垂直；
（2）测量时，把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置，解决了早期圭表的表影边缘模糊不清的问题，提高了测量影长的精度；
（3）我国古代天文观察仪器还有日晷、浑天仪、水运仪等。
3．以下是某科技兴趣小组同学设计的寻找“有色影子”的活动方案。用一种色光照射站在背景板前的人，会在背景板上形成影子，在影子上叠加另一种色光，能形成“有色影子”，符合要求的方案是（　　）
方案 照射光源的颜色 背景板的颜色 叠加光源的颜色
① 白 红 蓝
② 红 蓝 黄
③ 蓝 白 红
④ 绿 黄 蓝
A．方案① B．方案② C．方案③ D．方案④
【答案】C
【解析】无论照射光源是何种颜色，背景板上都会留下一个黑色的人影，这是由于光被人挡住，在后面留下的阴影；如果背景板是白色，白色反射所有的色光，此时无论叠加光源是何种颜色，都会在影子上叠加该叠加光源的颜色，能形成“有色影子”，由表可知，方案③正确；若背景板不是白色，当叠加光源的颜色与背景板的颜色相同时，也能形成“有色影子”，由表可知，方案①②④错误。
4．项目化学习小组制作的针孔照相机（如图甲所示），请回答下列问题：
（1）根据图甲的信息，光源“F”字通过针孔成的像的形状应该是 　A　 （填序号）。
A.倒立的缩小的像 B.倒立的放大的像
C.正立的缩小的像 D.正立的放大的像
（2）小塘在操作时，发现在半透明纸上出现一个如图乙所示的像，应如何操作才能在半透明纸的正中央成像？　 　 。
（3）实验时小塘发现：针孔相机所成像的高度（大小）会变化，于是他用，将蜡烛与小孔的距离固定，拉动纸筒，改变半透明纸到小孔距离s，测量出在纸上的像的高度值h并记录在表中。请根据表中的数据，有一个数据2.60明显是错误的，你判断的理由是 　 　 （写出一点即可）。
像到小孔的距离s/cm 2 4 6 8 10 12 14
像的高度h/cm 1 26 3 4 5 6 7
（4）在丙图的坐标系中画出h与s的关系图像（画图时请去除错误数据组）。
【答案】（1）A；（2）小孔照相机不动，上移物，或者物不动，下移小孔照相机；（3）像到小孔的距离与像的高度成正比；（4）见解答。
【解析】（1）小孔成像原理时光线在同一种均匀介质中沿直线传播，故所成的像时倒立的，像的大小与物距和像距有关；
（2）要想使所成的像下移，小孔照相机的位置不动，可以上移物，也可以物不动适当下移小孔照相机；
（3）从表格中的数据可知，除了2.6数据外，像到小孔的距离与像的高度的比值定值；
（4）用描点法连接（s，h）各对应点，图像如下：
5．阅读材料，回答问题
一“桥”架地月 天堑变通途
“海上生明月，天涯共此时”，月亮的同一面始终对我们“微笑”，这是因为月球公转和自转周期相同．如图甲所示，地月连线与月球表面的交点为A、B，当月球公转的角度为时，A点绕转过的角度也为，我们始终看不到月球上____________点（选填“A”或“B”）。
在探月工程中，当探测器在月球背面工作时，我们无法通过电磁波直接给它发指令．如何解决这个问题？如果给月球发射一个绕月圆形轨道卫星C作为信号传输中转站，如图乙所示，那么卫星C作为信号中转站的不足之处有____________（多选）．
A．卫星C离地球太远，信号无法到达
B．当卫星C转到地月之间时，无法把信号传给探测器，造成信号中断
C．当卫星C转到月球背面时，地面站无法把信号传给卫星C，造成信号中断
为避免这些问题，我国于2018年5月21日发射了“鹊桥”一号中继通讯卫星，其轨道在月球背面，如图丙所示．在“鹊桥”号的帮助下，同年12月8日发射的“嫦娥”四号探测器实现了世界首次月球背面软着陆和巡航探测，“鹊桥”一号距地球约，距月球约，电磁波传播速度约为，“嫦娥”四号通过“鹊桥”一号与地面站来回传递一次信息大约需_____s．2024年3月20日发射的“鹊桥”二号中继卫星较“鹊桥”一号传输信息更高效、清晰和完整．5月3日发射的“嫦娥”六号，将与“鹊桥”二号合作实现世界首次月球背面取样返回之旅，这标志着中国探月工程开启了新的篇章。
【答案】 B BC 3.52
【解析】由题意可知，当月球公转的角度为时，A点绕转过的角度也为，即地月连线与月球表面的交点A始终面对地球，交点B点始终背向地球，根据光的直线传播可知，我们始终看不到月球上B点。
[2]A．电磁波在没有阻碍的情况下可以在真空中无限传播，故A不符合题意；
B．当卫星C转到地月之间时，地球上发出的信号被卫星C阻挡，无法把信号传给探测器，造成信号中断，故B符合题意；
C．当卫星C转到月球背面时，地球上发出的信号被月球阻挡，无法把信号传给卫星C，造成信号中断，故C符合题意。
故选BC。
[3]由题意可知，单向信号传输的总距离为 来回传递一次信息的时间为
6．“光传播需不需要时间？”这是早期物理学家颇感兴趣的问题，最早尝试测定光速的是伽利略，但没有成功。1926年迈克尔逊采用旋转凌镜法在相距约35km的两地进行实验，较准确地测出了光速。实验装置如图所示，过程大致如下：在第一个山峰上装有强光源S，它发出的光经过狭缝射在八面镜A的镜面1上，被反射到放在第二个山峰的凹面镜B上，再由凹面镜B反射回第一个山峰。如果八面镜静止不动，反射回来的光就在八面镜的另外一个面3上再次反射，经过望远镜后，进入观测者的眼中。
（1）本实验中，光从光源发出传播到达望远镜筒，所需的时间约为 　 　 s。
（2）如果八面镜从静止开始由慢到快转动，当望远镜里第一次看到光源S时，保持八面镜的转速不变，求此时八面镜在每1s内完成的转数？
（3）请你用一句话描述，要在望远镜筒中看到光源S，八面镜的旋转情况应满足的条件是：　
　 。
【答案】（1）1.17×10﹣4；（2）八面镜在每1s内完成的转数536；（3）光从八面镜A的镜面1反射后到再回到八面镜A的镜面3位置时的传播时间内，初、末两个时刻八面镜的任意面镜处于图中现在的位置；光从八面镜A的镜面1点开始经一系列的反射再到达八面镜所用的时间等于八面镜的旋转周期的整数倍。
【解析】（1）已知两地相距35km，光速为3×108m/s，根据速度公式v可得t2.34×10﹣4s
（2）从光从八面镜A的镜面1开始经一系列的反射再到达望远镜所通过的距离s＝2L，
根据c可得光A点开始经一系列的反射再到达望远镜所用的时间为：
t；
因为八面镜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n时，恰能在望远镜中再一次看见发光点S；
光从八面镜的镜面1开始经一系列的反射再到达望远镜所用的时间为：t；
则：；
所以，n536；
（3）要在望远镜筒中看到光源S，八面镜的旋转情况应满足的条件有两个：
1、光从八面镜A的镜面1反射后到再回到八面镜A的镜面3位置时的传播时间内，在这时间内的初、末两个时刻上，八面镜的任意面镜应处于图中现在的位置时才能反射到望远镜；
2、根据t可知：光从八面镜A的镜面1点开始经一系列的反射再到达八面镜所用的时间等于八面镜的旋转周期的整数倍；
7．自伽利略在1607年“提灯测光速”以来，科学史上陆续出现了不同测量光速的方法。伽利略测光速方法如下：甲、乙两个人，分别站在相距1500米的两座山的山顶，每人都提着一盏灯。甲先开灯，同时记下开灯的时间；当乙看见甲的灯光时，也立即开灯；甲看到乙的灯光后，又记下时间。甲记下的两次时间差为0.2秒。
（1）利用伽利略测得数据计算光速是多少米/秒？
（2）伽利略测得的光速与实际相差甚远，请选择一个角度写出原因和相应的解决办法。
原因 解决办法
　 　 　 　
【答案】（1）利用伽利略测得数据计算光速是1.5×104m/s；（2）光的传播速度过大，路程过短，在两座山峰之间传播时间远小于人的反应时间；适当增大两座山峰之间的距离，选用更精密的仪器测量时间。
【解析】（1）由题意可知，甲记下两次时间内，光通过的距离为3000m，则光速为：
v1.5×104m/s；
（2）原因：伽利略的实验未能成功，原因之一是没有考虑到光的传播速度过大，路程过短，在两座山峰之间传播时间远小于人的反应时间；
解决办法：适当增大两座山峰之间的距离，选用更精密的仪器测量时间。
8．如图甲是小明同学测绘的学校操场上旗杆影子长度（分别在夏季和冬季某日的12时测得）。
（1）小明忘记标注时间，请你帮助他进行区分，图B是在 　 　 测绘的（选填“夏季”或“冬季”）。
（2）该现象可运用到房地产开发中“楼间距的确定”，为了保证后排房屋中午时间的采光，必须考虑前、后楼南北方向上的楼间距（如图乙）。我们湖州的楼间距设计应该参考 　 　 （填节气名称）的光照情况。
（3）按上述理论设计，湖州的楼间距应 　 　 （选填“大于”或“等于”或“小于”）广州的楼间距。
（4）原理应用：房地产开发中，为了保证后排房屋中午时间的采光，必须考虑前后楼南北方向上的楼间距（如图乙）。请你分析；我国楼间距南北差异的根本原因是地球的 　 　 （选填“自转”或“公转”）运动。
【答案】（1）夏季；（2）冬至；（3）大于；（4）公转。
【解析】（1）北半球的同一位置的夏季比冬季的太阳高度大，直射强，所以夏季的同一物体的影子比冬季短，所以图B是在夏季测绘的。
（2）北半球冬季冬至日正午的影子最长，所以湖州的楼间距设计应该参考冬至日的光照情况。
（3）湖州的地理位置在广州的北边，按上述理论设计，湖州的楼间距应大于广州的楼间距。
（4）地球的公转会影响太阳高度的变化，越靠近赤道，太阳高度越大，越靠近两极，太阳高度越小。
9．当光照射到不透明的物体时会被物体挡住，在物体的背后形成光照不到的暗区，如图甲所示。
（1）暗区的形成，涉及到的光学原理是：　 　 。
（2）如图乙，当S1、S2两个光源照射同一个不透明物体时就会出现两个暗区，两暗区相叠部分完全没有光线射到是全黑的，这就是本影区：本影区旁边只有一个光源可照到的地方，就是半明半暗的区域称为半影区。请在图乙中画出本影区和半影区，并用文字注明。
（3）使用同一不透明物体，且不透明物体与光源S1，S2的高度均不变，请写出一种让本影区变小的办法？　 　 。
【答案】（1）光在同种均匀介质中是沿直线传播；
（2）；AC和BD为半影区，AD为本影；（3）增加光源的数量。
【解析】（1）暗区的形成，涉及到的光学原理是：光在同种均匀介质中是沿直线传播。
（2）根据光的直线传播；分别从光源和向透明物体的边缘引出两条直线与地面交于A、B和C、D四个点；AC和BD为半影区，AD为本影区。
如图所示：
。
（3）增加光源的数量可以减小本影区。
10．物体在灯光下会投下影子，小实发现教室里的影子有浓有淡。
（1）请画出物体在点光源S照射下在地面投下的影子。
（2）小实根据影子的成因思考后发现：家里客厅天花板上的灯光布局并不合理。灯光布局如图甲，其示意图如图乙。请分析该灯光布局不合理的原因 　 　 ；并提出合理的设计方案，画在答卷纸的图丙中。
【答案】（1）见解答图；（2）灯光太过集中，造成房间内影子多；见解答图。
【解析】（1）S为点光源，连接SA并延长交地面于C，则BC为物体AB投在地面上的影子，如下图示：
（2）该灯光布局不合理的原因：灯光太过集中，造成房间内影子多；合理的设计方案：灯均匀分布，如下图所示：
故答案为：（1）见解答图；（2）灯光太过集中，造成房间内影子多；见解答图。
11．在研究“光的反射定律”时，小科设计了右图实验装置。半圆形滑轨固定在水平底座上，其圆心O处放置一小平面镜，红色激光笔A可以沿滑轨自由滑动，发射的激光始终对准圆心O点：L形支架上激光笔B发出绿色激光，该激光垂直于平面镜射入圆心O点。
（1）实验中激光笔B发出的绿色激光用于模拟　 　（选填“入射光线”、“反射光线”或“法线”）。
（2）实验过程中，小科观察不到激光的传播路径。请你提供一种能将光路显示出来的措施：
　 　 。
（3）光路显示出来后，小科从半圆形滑轨的侧面某一位置观察。发现所有光束刚好重合，经多次改变红色激光的入射角度均能出现这种现象。由此可以得出的结论是：　 　 。
【答案】（1）法线；（2）先用加湿器使某透明容器内充满雾气，将实验装置放到这个充满雾气的透明容器内；（3）反射光线，入射光线和法线在同一平面内。
【解析】（1）法线与平面镜是垂直的，激光笔B发出的光垂直射向平面镜上的O点，可以显示法线的位置；
（2）先用加湿器使某透明容器内充满雾气，将实验装置放到这个充满雾气的透明容器内，这样能显示出光的传播路径；
（3）当我们观察到入射红光、入射绿光和反射红光看起来重合时（即只能观察到一条光线时），可根据光的传播路径来判断反射光线，入射光线和法线在同一平面内。
12．在探究光的折射规律时，从水面上方看水中的物体变浅了，为了确定水中物体所成像的位置，某学习小组进行了如下探究：
A.把小灯泡a放在水中某处，观察灯泡所成像的位置。
B.将另一个相同的小灯泡b放在水面上方，调整位置，使它的像与灯泡a的像重合。
C.用刻度尺测量灯泡b到水面的距离。
（1）测量时，把刻度尺的零刻度线对准灯泡b，水面处对应的刻度如图所示，则灯泡b到水面的距离为 　 　 cm。
（2）灯泡a的像到水面的距离与灯泡b到水面的距离一定相等，依据的是平面镜所成的像 　 　 。
A.是虚像 B.和物体大小相等 C.和物体到镜面的距离相等 D.和物体的连线与镜面垂直
（3）测量时，如果直接将刻度尺竖直插入水中，使看到的零刻度线与灯泡a的像重合，则刻度尺在水面处的示数表示 　 　 到水面的距离。（选填“灯泡a”或“灯泡a的像”）
【答案】（1）8.12；（2）C；（3）灯泡a。
【解析】（1）根据图甲可知，灯泡b到水面的距离为8.12cm；
（2）在水面上方观察到灯泡b的像是由光的反射形成的，观察到灯泡a的像是光从水斜射入空气中发生折射形成的，此时灯泡b的像与灯泡a的像重合，光路图如下；由平面镜成像的特点可知，像到平面镜的距离和物到平面镜的距离相等，所以灯泡a的像到水面的距离与灯泡b到水面的距离一定相等；故选C；
（3）测量时，如果直接将刻度尺竖直插入水中，使看到的零刻度线与灯泡a的像重合，此时真实的零刻度线与灯泡a的实际位置也是重合的，所以刻度尺在水面处的示数表示灯泡a到水面的距离；
13．如图1所示是我国新疆首个光热电站，14500面定日镜能自动精准跟踪太阳，将太阳光聚集到塔顶的吸热器上（如图2），吸收的热量用来加热水，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。
（1）定日镜能将光聚集到吸热器上，是利用光的 　 　 原理。
（2）图2中2号定日镜是夏至日正午时的情况，到了冬至日正午，太阳高度角将 　 　 （选填“变大”、“变小”或“不变”），此定日镜需旋转方向，才能将太阳光反射到同一点A上。
（3）目前，光热电站大多数建造在新疆等西北地区，其原因可能是 　 　 。
【答案】（1）反射；（2）变小；（3）日照时间长，可以利用的太阳能充足。
【解析】（1）太阳光经过镜面反射照射到集热器上，定日镜能将光聚集到吸热器上，是利用光的反射；
（2）2号定日镜将太阳光反射到集热器上，是在集热器的南面，当到了冬至日正午，太阳高度角将变小，因而反射角与入射角的夹角增大，法线将逆时针转动，则此定日镜需逆时针旋转，才能将太阳光反射到同一点A上。
（3）目前，光热电站大多数建造在新疆等西北地区，主要是地理位置使得日照时间长，可以利用的太阳能充足。
14．为了探究平面镜成像特点，小华同学准备了透明玻璃板、刻度尺、光屏和A、B两只大小相同的蜡烛，如图所示。
（1）用透明玻璃板代替平面镜是为了便于确定像的 ，用玻璃板代替平面镜实验时，应选用 （选填“厚”或“薄”）一些的玻璃板；
（2）当蜡烛A远离玻璃板时，它的像会 （选填“变小”“不变”或“变大”）；
（3）实验中若只将玻璃板水平向左平移，蜡烛所成像的位置 （选填“向左移”“向右移”或“不变”）；
（4）小华同学在实验中将透明玻璃板与水平桌面垂直方向成30°角放置，然后将蜡烛沿水平桌面向玻璃板方向移动一段距离L，如图所示。则蜡烛所成像的像距变化量为 。
【答案】位置 薄 不变 不变
【解析】（1）[1]透明的玻璃板能反射，也能透光，所以玻璃板既能成像，又能观察到玻璃板后面代替蜡烛A的蜡烛B，当蜡烛B和蜡烛A的像完全重合时，蜡烛B的位置就是蜡烛A像的位置，所以使用透明的玻璃板代替平面镜便于确定像的位置。
[2]玻璃板两面都能成像，但是薄的玻璃板两面成的像间距较小，几乎重叠，对实验几乎没有影响，厚的两面成的像，间距较大，形成重影，对实验影响较大，所以选择薄的进行实验。
（2）[3]平面镜中的像的大小跟物体大小有关，跟物体到平面镜的距离无关，所以蜡烛A远离玻璃板，像也远离玻璃板，像的大小不变。
（3）[4]只将玻璃板向左平移，在向左移动的过程中，由于物像关于平面镜对称，所以蜡烛A的像的位置不变。
（4）[5]如图所示：

根据平面镜成像规律可知，DE垂直于CE，由数学原理可知
∠DCE=90°-30°=60°
则
∠CDE=180°-90°-60°=30°
由几何知识可知
∠DMF=∠CDE=30°
由图可知，像距的变化量
15．“仙女飞天”魔术表演中，位于P点的观众看到云雾中漫舞的仙女，实质是挡板后的演员A在平面镜中的虚像，如图所示。请作出平面镜的位置，并完成P点观众看到仙女的光路图。
【答案】
【解析】平面镜成像时，像和物关于镜面对称，连接，做垂直平分线即镜面的位置，连接交镜面于O点，连接AO为入射光线，连接OP为反射光线，如图所示：

16．王叔叔在理发店理发后想看看后脑勺的头发长短情况，他向服务员要来一面小镜子，如图他背朝墙上的大镜子手握小镜子（未画出）略微仰头，当小镜子处于额头斜上方时他看到了自己的后脑勺。假设一条光线从后脑勺的A点射向大镜子上的M点，反射到小镜子上的N点又反射到人眼。请画出M到N之间的光线、小镜子上的法线以及小镜子的镜面（注意角度）。
【答案】
【解析】根据平面镜成像的规律，过M点作垂直于镜面的法线，量出入射角的大小，作反射光线MN，光线MN是另一个平面镜的入射光线，根据另一个平面镜的反射光线，作出此时入射光线和反射光线夹角的角平分线，即是另一个平面镜的法线，过N点作法线的垂线，即是另一个平面镜所在的位置，用段斜线标出非反射面，如图所示：

17．如图a，顾客站在倾斜放置的平面镜前观察自己的像；
（1）用AB表示站在平面镜前的顾客，在图b中画出其在镜中的像 ；
（2）顾客在镜子里看不到自己鞋子的像，她应 （选填“远离”“靠近”）平面镜移动，才能看到自己鞋子的像，顾客移动过程中，鞋子像的大小 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】(1) (2) 靠近 不变
【解析】（1）根据平面镜成像特点，像与物体关于平面镜对称，故过A作平面镜的对称点A’，过B作平面镜的对称点B’，由于成的是虚像，故用虚像连接A’B’，即为AB的像，如下图所示：
（2）[1]在镜子中看到鞋子的光路图如图所示，现在镜子中看不像，说明反射光线没有进入人的眼睛中，一般在人眼下方，越靠近镜子，入射角变大，反射角变大，反射光线才可能进入人眼，从而看到鞋子的像。
[2]根据平面镜成像原理可知，像与物体等大，当物体靠近时，物体的大小不变，则像的大小不变。
18．为响应国家节能减排的号召，现向广大同学征集——为学校设计《地下球馆补充采光项目图纸》，地下球馆的篮球场是最热门的区域，为保证篮球场有充足的光照，小山使用平面镜改变光路，如图甲所示。
【方案设计】小海提出小山的方案中光线直接进入人眼会造成眩晕，并给出方案乙：先使用平面镜改变光路后，让光线斜射到球场顶端，再经过漫反射后再照射到篮球场，光路如图乙所示。
（1）漫反射区域的墙面有何要求。（写出1点即可）
（2）请在图乙中根据所给的光路，确定并画出平面镜的位置。
【方案改进】
（3）某同学指出方案乙仍存在缺陷，为将该设计真正投入使用，现向同学们征集改进方法。请描述待改进细则，并给出相应的改进方法。
《地下球馆补充采光项目改进方案征集表》
待改进细则 改进方法
环境光线较弱时，室内补光不足。 增加平面镜
太阳光的入射角度会随时间不断变化 　设计自动装置，使平面镜随太阳光的角度而转动　
【答案】（1）漫反射区域的墙面要比较粗糙，这样才可以将太阳光向各个方向反射；同时墙面最好是白色，因为白色可以反射所有色光；（2）见解析；（3）设计自动装置，使平面镜随太阳光的角度而转动。
【解析】（1）漫反射区域的墙面要比较粗糙，这样才可以将太阳光向各个方向反射；同时墙面最好是白色，因为白色可以反射所有色光；
（2）作入射角和反射角的角平分线，这就是法线，过入射点作与法线垂直的线段，这就是平面镜的位置，如图所示：。
（3）待改进的细则有：太阳光的入射角度会随时间不断变化；改进方法有：设计自动装置，使平面镜随太阳光的角度而转动。
19．三棱镜是一种重要的光学元件，光通过三棱镜的传播路线是怎样的呢？小越用红光以一定角度射到三棱镜上，光路图如图1所示。改变入射角度，光路图如图2、图3所示。
（1）经过两次折射后，红光均向三棱镜的 　 　 （选填“顶角A”或“底面BC”）偏折。这个规律对于其他的单色光成立吗？小越选用其他不同的单色光重复上述实验，发现了同样的规律。
（2）了解了小越的探究后，老师建议小越把凸透镜分割成两部分进行思考，如图4所示。小越经过分析和综合，理解了凸透镜对光具有 　 　 作用的原因。
（3）利用三棱镜还可以进行的探究实验是 　 　 。
【答案】（1）底面BC；（2）会聚；（3）研究白光是由哪些颜色的光组成的；
【解析】（1）由图1、图2、图3分析可知，红光都向底面BC偏折；
（2）凸透镜可以看出是两个三棱镜，两个三棱镜底边BC重合，当光线传播到凸透镜上，光线会向BC偏折，即起到会聚作用；
（3）三棱镜还可以研究光的色散，研究白光是由哪些光组成的；
20．科学家费马在1662年最早提出：光传播时总是选择用时最少的路径，称为“最短时间原理”。即光从A点到达B点所经过的路径肯定比任何其它路径所用的时间短。
（1）光在同种均匀物质中传播速度不变，两点之间线段最短，因此光在同种均匀物质中总是沿着 　 　 传播的。
（2）光在反射和折射时也遵循“最短时间原理”，利用此原理可以解决很多行程问题。
①传说一位古罗马将军提出了一个有名的“将军饮马”问题：如图甲，将军从军营A出发先到河边饮马，再去同侧的B地开会，若途中速度不变，应该怎样走才能用时最短？请你根据光的反射原理画出将军的行走路线。
②大自然的进化十分神奇，据说蚂蚁也掌握了最短时间原理。如图乙，在A处平地上的蚂蚁发现了B处沙地上的食物，它选择的路线恰好遵循光的折射定律（设蚂蚁在平地和沙地中均匀速且在平地上速度大），请你画出蚂蚁去搬运食物的大致路线。
【答案】（1）直线；（2）（3）见解答。
【解析】（1）光在同种均匀介质中是沿直线传播的；（2）如图甲所示，作A点关于直线的对称点A′，连接A′B，直线与河岸的交点P即是所求的点；此时将军从军营A出发先到P点，再去同侧的B地开会路途最短；
（3）图乙现象与光从A点发出由空气照到水中B点的光路图很相似，从本质上讲，光在空气中的传播速度比在水中大，当光从空气中斜射入水中时，光路突然发出了偏折，但它是从A点到B最省时的，同样蚂蚁在平地上行走的速度大于在沙地行走的速度，两处速度不同，这点与光从空气射入水中很相似，故从A点射出的光照到B点，入射点在O点左侧，故蚂蚁要快捷地到达B点，进入沙地的位置也应该在O点的左侧C处，蚂蚁的行进路线如图所示：
21．某兴趣小组的同学在探究光的折射现象时，将一束入射角为60°的某种单色光斜射入杯内水中，在杯底形成光斑，如图甲所示。小组同学对实验中光的偏折程度产生了兴趣，为了定量反映这种偏折程度，小组同学将“折射角与入射角的比值”定义为“偏折比”。根据所学知识和生活经验，他们对影响“偏折比”大小的因素提出两种猜想：
猜想1：“偏折比”大小可能与液体的种类有关。
猜想2：“偏折比”大小可能与入射光的颜色有关。
（1）实验甲中，若测得“偏折比”为0.8，则此时的折射角为 　 　 。向杯中缓慢加水过程中，杯底的光斑将向 　 　 （填“左”或“右”）移动。
（2）对于猜想1，小组同学用油代替水重复了实验甲，当测得光在油中的折射角 　 　 （填“大于”“等于”或“小于”）光在水中的折射角时，可得出结论：在相同条件下，光在油中的“偏折比”小于光在水中的“偏折比”。
（3）对于猜想2，小组同学先后通过红、紫色光束入射来重复实验甲。请你结合图乙的色散实验，推测红光的光斑应位于图丙中的 　 　 （填“A”或“B”）点。
【答案】（ 1 ） 48°；右；（2）小于；（3）A。
【解析】（1）根据甲图可知，入射角为60°，而偏折比为0.8，则折射角为：60°×0.8＝48°；
向杯中缓慢加水过程中，水面不断升高，则入射角不断向右移动，因此杯底的光斑将向右移动；
（2）根据“”可知，当入射角相同时，偏折比越小，则折射角越小，则小组同学用油代替水重复了实验甲，当测得光在油中的折射角小于光在水中的折射角时，可得出结论：在相同条件下，光在油中的“偏折比”小于光在水中的“偏折比”。
（3）在光的色散现象中，三棱镜对红光的偏折能力弱，对紫光的偏折能力弱，同理液体对红光的偏折能力弱，对紫光的偏折能力强，即红光的光斑位于图丙中的A处。
22．小嘉在探究光的折射规律时，意外发现：当光沿某方向从半圆玻璃砖射向空气时，折射光消失而反射光却变得更亮（如图1），老师告诉他这是光的全反射现象。课后，小嘉塞查到光从玻璃射向空气时的一些数据如下表所示：
入射角i 0° 10° 20° 30° 40° 41.2° 41.8° 42°
折射角r 0° 15.2° 30.9° 48.6° 74.6° 81° 90° /
反射能量 5% 7% 26% 43% 77% 84% 100% 100%
（1）分析以上数据可知光从玻璃射向空气时，折射角随入射角的变化关系是：折射角随入射角的增大而 　 　 。
（2）由表格数据可知：图2中能反映上述实验中的入射角与折射角之间的关系的是 　 　 （选填“a”或“b”），其理由是 　 　 。
（3）当光从空气斜射向玻璃时，不能发生全反射现象，原因是折射角 　 　 入射角。（选填“＞”“＝”或“＜”）
（4）利用这个原理，工程师制造出了光导纤维，结合题目信息，简要说明光导纤维在传播信息过程中有哪些优势？
【答案】（1）增大；（2）a；入射角增大，折射角也会增大，折射角增大的幅度比入射角更大，当入射角为 41.8°时，折射角达到 90°，a曲线符合；（3）＜；（4）用光纤传导信息，能量损失少，可以进行远距离传输。
【解析】（1）分析表中数据可知，光从玻璃斜射向空气时，折射角随着入射角的增大而增大，反射能量也随着入射角的增大而增大；
（2）光从玻璃斜射向空气时，折射角随着入射角的增大而增大，且折射角总大于入射角；
图线b中，当入射角等于45°时，折射角也等于45°；图线a中的折射角始终大于入射角，且入射角接近45°时，折射角达到90°（即发生全反射），符合题意，因此图线a反映了折射角与入射角的关系；
（3）根据光路可逆，当光从空气斜射向玻璃时，折射角小于入射角，因此折射光线不能消失，则不能发生全反射现象；
（4）用光纤传导信息，能量损失少，可以进行远距离传输。
23．小蛟在探究“凸透镜成像规律”的实验中，依次将点燃的蜡烛、焦距f＝15cm的凸透镜、光屏依次安装在光具座上。
（1）如图甲所示，移动光屏找到清晰的蜡烛的像，这个像是图乙中的　 　 ，利用此原理可以制成　 　 。《选填“照相机”“幻灯片”或“放大镜”）。
（2）若小蛟想让蜡烛火焰的像成在光屏中心，应向　 　 （选填“上”或“下”）调节凸透镜。
（3）保持凸透镜位置不动，小明又把蜡烛放在距凸透镜19cm处，发现在光具座上无论怎样移动光屏，
都找不到清晰的像，原因可能是　 　 ；为了解决这个问题，聪明的小川拿起一副眼镜放在蜡烛和凸透镜之间靠近凸透镜处，再在光具座上移动光屏，光屏上出现了清晰的像。则小川拿起的眼镜是　 　 。（选填“近视镜”或“远视镜”）。
（4）将蜡烛从23cm刻度线处逐渐远离凸透镜，物距u随时间t的变化图象如图丙所示，则像距v与t的大致变化关系为丁图中的　 　 。（填写选项）
【答案】（1）D；照相机；（2）下；（3）①2f＞u＞f；v＞2f；②增大；（3）像在100cm之外；远视镜；（4）C。
【解析】（1）已知凸透镜的焦距为15cm，由图甲可知，物距为40cm，则u＞2f，所以，凸透镜成倒立缩小的实像，这个像是图乙中的D，利用此原理可以制成照相机；
（2）实验过程中，蜡烛在光屏上的像偏上，要使光屏上的像呈现在光屏的中央位置，使蜡烛向上移动，或使凸透镜向下移动，或把光屏向上移动，为了使像仍成在光屏的中央，所以本题应向下调节凸透镜；
（3）把蜡烛放在距凸透镜19cm处（即u＝19cm），物距在一倍焦距与二倍焦距之间，凸透镜成实像，根据图丙可知，像可能在100cm之外，所以在光具座上无论怎样移动光屏，都找不到清晰的像。
实验中，小明拿起一副眼镜放在蜡烛和凸透镜之间靠近凸透镜处，在光具座上移动光屏，光屏上出现了清晰的像，即说明该眼镜对光线有会聚作用（使光线提前会聚而成像在光屏上），故这副眼镜是凸透镜，即是远视眼镜；
（4）当物距大于焦距时凸透镜成的是实像；将蜡烛从略大于一倍焦距处逐渐远离凸透镜，物距变大，像距则变小，成实像时，像距大于一倍焦距，故图象为C图。
24．某同学在探究凸透镜成像的规律时，碰到以下两种情况：
（1）让三束平行光射向透镜，移动右侧的光屏，结果在距离透镜10cm处，看到光屏上一个亮点。
（2）将激光束换成蜡烛，一边移动点燃的蜡烛，一边移动光屏，记下的实验数据，见表：
实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的大小
1 40.0 13.0 缩小
2 30.0 18.0 缩小
3 20.0 20.0 等大
4 15.0 30.0 放大
5 12.0 50.0 放大
根据以上情况：
（1）该凸透镜的焦距f＝　 　 cm。
（2）当蜡烛距离透镜中心60cm时，光屏到透镜中心的距离v为 　 　 。
A.10cm～13cm B.13cm～18cm C.18cm～20cm
将物体由距离透镜40cm处匀速移动到距离透镜20cm处，所用的时间为2s，物体移动的平均速度
　 　 物体的像移动的平均速度。（填“大于”“等于”或“小于”）
（4）某同学用自制的水凸透镜做凸透镜成像实验，在光屏上得到了清晰的像，如图所示。他继续向水凸透镜内注水，要在光屏上再次成清晰的像 　 　 。
A.光屏应向右移动，成缩小的像 B.光屏应向左移动，成放大的像
C.光屏应向左移动，成缩小的像 D.光屏应向右移动，成放大的像
（5）该同学取下自己的近视眼镜，把眼镜放在蜡烛和凸透镜之间的某个位置，移动光屏后在光屏上也得到了清晰的像。当他拿掉自己的眼镜后，要在光屏上再次得到清晰的像，光屏应向 　左　 移动（选填“左”或“右”）。
【答案】（1）10.0；（2）A；（3）大于；（4）C；（5）左。
【解析】（1）根据表格数据知，当物距等于像距等于20.0cm时成等大的实像，故2f＝20.0cm，焦距为10.0cm；
（2）由于凸透镜的焦距是10cm，故当蜡烛离光屏60cm时，物体处于2倍焦距之外，所以成倒立、缩小的实像，像在1倍焦距和2倍焦距之间，即：20cm＞v＞10cm；
凸透镜成像的实质是光的折射，折射光路是可逆的，由表格中第5组数据知，当物距为50cm时，像距为12cm，由于物体成实像时物距变大，像和像距都变小，所以当蜡烛离光屏60cm时，像距小于12cm，故选A；
（3）物体由距凸透镜40cm处移动到距凸透镜20cm处，物体移动的20cm，像距由13cm变为20cm，只移动了7cm，时间相同，根据v知，则物体移动的平均速度大于物体的像移动的平均速度；
（4）当继续向凸透镜内注水，使水凸透镜的焦距变小，透镜的聚光能力变强，像会向透镜方向移动，根据凸透镜成实像时，物远像近像变小，要在光屏上成清晰的像，光屏将靠近透镜向左移动，而且像变小，故选C；
（5）近视眼镜是凹透镜，凹透镜放在凸透镜与烛焰之间，凹透镜对光线有发散作用，会使原来会聚的像推迟会聚成像，所以拿掉拿掉自己的眼镜后，要在光屏上再次得到清晰的像，光屏应向左移动。
25．在学习了光的相关知识后，小明总结了三种成像原理。
原理一：小孔成像；原理二：平面镜成像；原理三：凸透镜成像。
调查发现，常见的照相机是利用原理三制成的。为解释该现象，小明利用图甲装置进行探究。具体步骤如下：
①将“T”形光源、凸透镜、光屏放置在光具座上（如图甲）；
②调整光屏到凸透镜的距离，使“T”形光源在光屏上成一个清晰的像；
③取黑色卡纸，在中央剪裁出直径为1cm的圆形小孔，用其遮挡凸透镜（如图乙），记录成像特点；
④改变圆形小孔直径为0.5cm、0.3cm，重复步骤③；
⑤将凸透镜换成小孔直径为1cm、0.5cm和0.3cm的黑色卡纸，记录成像特点，整理结果如下表。
组别 凸透镜 小孔
1 2 3 4 5 6
小孔直径/cm 1 0.5 0.3 1 0.5 0.3
像的清晰度 清晰 清晰 清晰 模糊 模糊 清晰
像的亮暗 亮 较亮 暗 亮 较暗 暗
（1）实验中，若将凸透镜换成玻璃板，则无法在光屏上成像，理由是 　 　 。
（2）某次实验时，小明观察到光屏上出现如图丙所示现象。为使像成在光屏的中央，应如何调整光屏。
　 　
（3）结合实验结果，解释常见照相机为什么利用凸透镜成像制成。
　 　
【答案】（1）虚像不能用光屏承接；（2）向上调节光源，或将光屏向上调节或将凸透镜向下调节；（3）凸透镜成像能兼顾亮度和清晰度，而小孔成像亮度合适时像模糊，像清晰时亮度暗，平面镜成虚像。
【解析】（1）若将凸透镜换成玻璃板，眼睛能看到平面镜成像，无论怎样移动光屏，光屏上都看不到像，因为虚像不能用光屏承接，说明平面镜成虚像；
（2）为使所成像能在光屏的中心，必须使烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度上。由于烛焰在光屏上像的位置偏高，要想使像成在光屏中央，应向上调节光源，或将光屏向上调节或将凸透镜向下调节；
（3）凸透镜成像能兼顾亮度和清晰度，而小孔成像亮度合适时像模糊，像清晰时亮度暗，平面镜成虚像。
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【科学思维训练】专题2 光
（学生版）
1．晚上在教室内只打开一盏日光灯，仔细观察你自己的影子，会发现影子中部特别黑暗，四周稍浅。影子中部，日光灯发出的光不能照到，特别黑暗，叫本影。四周灰暗的部分叫半影。在课桌上点两支蜡烛分开放置于A、B两个位置，蜡烛前面立一本书，关掉日光灯可以看到墙壁出现书的本影和半影，如图甲。如果点燃三支甚至四支蜡烛，书的本影部分就会逐渐缩小，半影部分会出现很多明暗不同的层次。手术无影灯是将发光强度很大的许多灯排列在灯盘上，合成一个大面积的光源，这样就能从不同角度把光线照射到手术台上，既保证手术视野有足够的亮度，同时又不会产生明显的本影。
（1）图甲的上侧半影区域中，蜡烛 　 　 ；（填字母）
A．A和B发出的光都照到 B．A发出的光照到，B照不到
C．A和B发出的光都照不到 D．B发出的光照到，A照不到
（2）在手术无影灯下，医护人员的手和器械等在手术部位　 　（选填“会”或“不会”）产生本影；
（3）如果在乙图中再点燃更多的蜡烛，书的半影部分（ 　 　 ）；
A．明暗更明显，层次更多 B．明暗更明显，层次更少
C．明暗更不明显，层次更多 D．明暗更不明显，层次更少
（4）小明同学想用9盏相同的LED灯（图中用表示）排列合成一个大光源作为无影灯，图丙中设计效果最好的是 　　 （填字母）。
2．请阅读《华夏之光——圭表》并回答问题：
华夏之光——圭表
我国古代的天文观测一直居于世界领先地位，天文学家们发明了许多先进的天文观测仪器，其中圭表就是典型的代表。圭表（如图1所示）包括圭和表两部分，正南北方向平放的尺，叫作圭，直立在平地上的标竿或石柱，叫作表，圭和表相互垂直。
战国以前的天文学家已经能够利用水面来校正圭，使其水平，使用铅垂线来校正表，使其与圭相互垂直。依据圭表正午时表影长度的变化，就能推算出二十四节气，依据表影长短的周期性变化，就能确定一回归年的天数，由于日光散射和漫反射的影响，早期圭表的表影边缘模糊不清，影响了测量表影长度的精度。
为了解决上述问题，元代天文学家郭守敬采取理论与实践相结合的科学方法，对圭表进行了一系列改进与创新。他将表的高度增加，并且在表顶加一根架空的横梁，使表高变为传统表高的五倍。这样，测量时，把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置、提高了测量影长的精度。
郭守敬又利用小孔成像的原理，发明了景符，利用景符可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像（如图2所示），这样就可以精确的测量表的影长了。这些措施成功解决了圭表发明以来，测影时“虚景之中考求真实”的困难。
以圭表为代表的我国古代的科技成果，像一颗颗璀璨的明珠，闪耀着智慧的光芒，激励着我们攀登新的科技高峰。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）请写出我国古代天文学家保证圭和表相互垂直的措施，并解释为什么这种措施可以保证圭和表是相互垂直的。
（2）郭守敬的改进与创新措施解决了早期圭表的什么问题？
（3）除了圭表，请你再列举一个我国古代天文观测仪器。
3．以下是某科技兴趣小组同学设计的寻找“有色影子”的活动方案。用一种色光照射站在背景板前的人，会在背景板上形成影子，在影子上叠加另一种色光，能形成“有色影子”，符合要求的方案是（　　）
方案 照射光源的颜色 背景板的颜色 叠加光源的颜色
① 白 红 蓝
② 红 蓝 黄
③ 蓝 白 红
④ 绿 黄 蓝
A．方案① B．方案② C．方案③ D．方案④
4．项目化学习小组制作的针孔照相机（如图甲所示），请回答下列问题：
（1）根据图甲的信息，光源“F”字通过针孔成的像的形状应该是 　 　 （填序号）。
A.倒立的缩小的像 B.倒立的放大的像
C.正立的缩小的像 D.正立的放大的像
（2）小塘在操作时，发现在半透明纸上出现一个如图乙所示的像，应如何操作才能在半透明纸的正中央成像？　 　 。
（3）实验时小塘发现：针孔相机所成像的高度（大小）会变化，于是他用，将蜡烛与小孔的距离固定，拉动纸筒，改变半透明纸到小孔距离s，测量出在纸上的像的高度值h并记录在表中。请根据表中的数据，有一个数据2.60明显是错误的，你判断的理由是 　 　 （写出一点即可）。
像到小孔的距离s/cm 2 4 6 8 10 12 14
像的高度h/cm 1 26 3 4 5 6 7
（4）在丙图的坐标系中画出h与s的关系图像（画图时请去除错误数据组）。
5．阅读材料，回答问题
一“桥”架地月 天堑变通途
“海上生明月，天涯共此时”，月亮的同一面始终对我们“微笑”，这是因为月球公转和自转周期相同．如图甲所示，地月连线与月球表面的交点为A、B，当月球公转的角度为时，A点绕转过的角度也为，我们始终看不到月球上____________点（选填“A”或“B”）。
在探月工程中，当探测器在月球背面工作时，我们无法通过电磁波直接给它发指令．如何解决这个问题？如果给月球发射一个绕月圆形轨道卫星C作为信号传输中转站，如图乙所示，那么卫星C作为信号中转站的不足之处有____________（多选）．
A．卫星C离地球太远，信号无法到达
B．当卫星C转到地月之间时，无法把信号传给探测器，造成信号中断
C．当卫星C转到月球背面时，地面站无法把信号传给卫星C，造成信号中断
为避免这些问题，我国于2018年5月21日发射了“鹊桥”一号中继通讯卫星，其轨道在月球背面，如图丙所示．在“鹊桥”号的帮助下，同年12月8日发射的“嫦娥”四号探测器实现了世界首次月球背面软着陆和巡航探测，“鹊桥”一号距地球约，距月球约，电磁波传播速度约为，“嫦娥”四号通过“鹊桥”一号与地面站来回传递一次信息大约需_____s．2024年3月20日发射的“鹊桥”二号中继卫星较“鹊桥”一号传输信息更高效、清晰和完整．5月3日发射的“嫦娥”六号，将与“鹊桥”二号合作实现世界首次月球背面取样返回之旅，这标志着中国探月工程开启了新的篇章。
6．“光传播需不需要时间？”这是早期物理学家颇感兴趣的问题，最早尝试测定光速的是伽利略，但没有成功。1926年迈克尔逊采用旋转凌镜法在相距约35km的两地进行实验，较准确地测出了光速。实验装置如图所示，过程大致如下：在第一个山峰上装有强光源S，它发出的光经过狭缝射在八面镜A的镜面1上，被反射到放在第二个山峰的凹面镜B上，再由凹面镜B反射回第一个山峰。如果八面镜静止不动，反射回来的光就在八面镜的另外一个面3上再次反射，经过望远镜后，进入观测者的眼中。
（1）本实验中，光从光源发出传播到达望远镜筒，所需的时间约为 　 　 s。
（2）如果八面镜从静止开始由慢到快转动，当望远镜里第一次看到光源S时，保持八面镜的转速不变，求此时八面镜在每1s内完成的转数？
（3）请你用一句话描述，要在望远镜筒中看到光源S，八面镜的旋转情况应满足的条件是：　
　 。
7．自伽利略在1607年“提灯测光速”以来，科学史上陆续出现了不同测量光速的方法。伽利略测光速方法如下：甲、乙两个人，分别站在相距1500米的两座山的山顶，每人都提着一盏灯。甲先开灯，同时记下开灯的时间；当乙看见甲的灯光时，也立即开灯；甲看到乙的灯光后，又记下时间。甲记下的两次时间差为0.2秒。
（1）利用伽利略测得数据计算光速是多少米/秒？
（2）伽利略测得的光速与实际相差甚远，请选择一个角度写出原因和相应的解决办法。
原因 解决办法
　 　 　 　
8．如图甲是小明同学测绘的学校操场上旗杆影子长度（分别在夏季和冬季某日的12时测得）。
（1）小明忘记标注时间，请你帮助他进行区分，图B是在 　 　 测绘的（选填“夏季”或“冬季”）。
（2）该现象可运用到房地产开发中“楼间距的确定”，为了保证后排房屋中午时间的采光，必须考虑前、后楼南北方向上的楼间距（如图乙）。我们湖州的楼间距设计应该参考 　 　 （填节气名称）的光照情况。
（3）按上述理论设计，湖州的楼间距应 　 　 （选填“大于”或“等于”或“小于”）广州的楼间距。
（4）原理应用：房地产开发中，为了保证后排房屋中午时间的采光，必须考虑前后楼南北方向上的楼间距（如图乙）。请你分析；我国楼间距南北差异的根本原因是地球的 　 　 （选填“自转”或“公转”）运动。
9．当光照射到不透明的物体时会被物体挡住，在物体的背后形成光照不到的暗区，如图甲所示。
（1）暗区的形成，涉及到的光学原理是：　 　 。
（2）如图乙，当S1、S2两个光源照射同一个不透明物体时就会出现两个暗区，两暗区相叠部分完全没有光线射到是全黑的，这就是本影区：本影区旁边只有一个光源可照到的地方，就是半明半暗的区域称为半影区。请在图乙中画出本影区和半影区，并用文字注明。
（3）使用同一不透明物体，且不透明物体与光源S1，S2的高度均不变，请写出一种让本影区变小的办法？　 　 。
10．物体在灯光下会投下影子，小实发现教室里的影子有浓有淡。
（1）请画出物体在点光源S照射下在地面投下的影子。
（2）小实根据影子的成因思考后发现：家里客厅天花板上的灯光布局并不合理。灯光布局如图甲，其示意图如图乙。请分析该灯光布局不合理的原因 　 　 ；并提出合理的设计方案，画在答卷纸的图丙中。
11．在研究“光的反射定律”时，小科设计了右图实验装置。半圆形滑轨固定在水平底座上，其圆心O处放置一小平面镜，红色激光笔A可以沿滑轨自由滑动，发射的激光始终对准圆心O点：L形支架上激光笔B发出绿色激光，该激光垂直于平面镜射入圆心O点。
（1）实验中激光笔B发出的绿色激光用于模拟　 　（选填“入射光线”、“反射光线”或“法线”）。
（2）实验过程中，小科观察不到激光的传播路径。请你提供一种能将光路显示出来的措施：
　 　 。
（3）光路显示出来后，小科从半圆形滑轨的侧面某一位置观察。发现所有光束刚好重合，经多次改变红色激光的入射角度均能出现这种现象。由此可以得出的结论是：　 　 。
12．在探究光的折射规律时，从水面上方看水中的物体变浅了，为了确定水中物体所成像的位置，某学习小组进行了如下探究：
A.把小灯泡a放在水中某处，观察灯泡所成像的位置。
B.将另一个相同的小灯泡b放在水面上方，调整位置，使它的像与灯泡a的像重合。
C.用刻度尺测量灯泡b到水面的距离。
（1）测量时，把刻度尺的零刻度线对准灯泡b，水面处对应的刻度如图所示，则灯泡b到水面的距离为 　 　 cm。
（2）灯泡a的像到水面的距离与灯泡b到水面的距离一定相等，依据的是平面镜所成的像 　 　 。
A.是虚像 B.和物体大小相等 C.和物体到镜面的距离相等 D.和物体的连线与镜面垂直
（3）测量时，如果直接将刻度尺竖直插入水中，使看到的零刻度线与灯泡a的像重合，则刻度尺在水面处的示数表示 　 　 到水面的距离。（选填“灯泡a”或“灯泡a的像”）
13．如图1所示是我国新疆首个光热电站，14500面定日镜能自动精准跟踪太阳，将太阳光聚集到塔顶的吸热器上（如图2），吸收的热量用来加热水，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。
（1）定日镜能将光聚集到吸热器上，是利用光的 　 　 原理。
（2）图2中2号定日镜是夏至日正午时的情况，到了冬至日正午，太阳高度角将 　 　 （选填“变大”、“变小”或“不变”），此定日镜需旋转方向，才能将太阳光反射到同一点A上。
（3）目前，光热电站大多数建造在新疆等西北地区，其原因可能是 　 　 。
14．为了探究平面镜成像特点，小华同学准备了透明玻璃板、刻度尺、光屏和A、B两只大小相同的蜡烛，如图所示。
（1）用透明玻璃板代替平面镜是为了便于确定像的 ，用玻璃板代替平面镜实验时，应选用 （选填“厚”或“薄”）一些的玻璃板；
（2）当蜡烛A远离玻璃板时，它的像会 （选填“变小”“不变”或“变大”）；
（3）实验中若只将玻璃板水平向左平移，蜡烛所成像的位置 （选填“向左移”“向右移”或“不变”）；
（4）小华同学在实验中将透明玻璃板与水平桌面垂直方向成30°角放置，然后将蜡烛沿水平桌面向玻璃板方向移动一段距离L，如图所示。则蜡烛所成像的像距变化量为 。
15．“仙女飞天”魔术表演中，位于P点的观众看到云雾中漫舞的仙女，实质是挡板后的演员A在平面镜中的虚像，如图所示。请作出平面镜的位置，并完成P点观众看到仙女的光路图。
16．王叔叔在理发店理发后想看看后脑勺的头发长短情况，他向服务员要来一面小镜子，如图他背朝墙上的大镜子手握小镜子（未画出）略微仰头，当小镜子处于额头斜上方时他看到了自己的后脑勺。假设一条光线从后脑勺的A点射向大镜子上的M点，反射到小镜子上的N点又反射到人眼。请画出M到N之间的光线、小镜子上的法线以及小镜子的镜面（注意角度）。
17．如图a，顾客站在倾斜放置的平面镜前观察自己的像；
（1）用AB表示站在平面镜前的顾客，在图b中画出其在镜中的像 ；
（2）顾客在镜子里看不到自己鞋子的像，她应 （选填“远离”“靠近”）平面镜移动，才能看到自己鞋子的像，顾客移动过程中，鞋子像的大小 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
18．为响应国家节能减排的号召，现向广大同学征集——为学校设计《地下球馆补充采光项目图纸》，地下球馆的篮球场是最热门的区域，为保证篮球场有充足的光照，小山使用平面镜改变光路，如图甲所示。
【方案设计】小海提出小山的方案中光线直接进入人眼会造成眩晕，并给出方案乙：先使用平面镜改变光路后，让光线斜射到球场顶端，再经过漫反射后再照射到篮球场，光路如图乙所示。
（1）漫反射区域的墙面有何要求。（写出1点即可）
（2）请在图乙中根据所给的光路，确定并画出平面镜的位置。
【方案改进】
（3）某同学指出方案乙仍存在缺陷，为将该设计真正投入使用，现向同学们征集改进方法。请描述待改进细则，并给出相应的改进方法。
《地下球馆补充采光项目改进方案征集表》
待改进细则 改进方法
环境光线较弱时，室内补光不足。 增加平面镜
太阳光的入射角度会随时间不断变化 　 　
19．三棱镜是一种重要的光学元件，光通过三棱镜的传播路线是怎样的呢？小越用红光以一定角度射到三棱镜上，光路图如图1所示。改变入射角度，光路图如图2、图3所示。
（1）经过两次折射后，红光均向三棱镜的 　 　 （选填“顶角A”或“底面BC”）偏折。这个规律对于其他的单色光成立吗？小越选用其他不同的单色光重复上述实验，发现了同样的规律。
（2）了解了小越的探究后，老师建议小越把凸透镜分割成两部分进行思考，如图4所示。小越经过分析和综合，理解了凸透镜对光具有 　 　 作用的原因。
（3）利用三棱镜还可以进行的探究实验是 　 　 。
20．科学家费马在1662年最早提出：光传播时总是选择用时最少的路径，称为“最短时间原理”。即光从A点到达B点所经过的路径肯定比任何其它路径所用的时间短。
（1）光在同种均匀物质中传播速度不变，两点之间线段最短，因此光在同种均匀物质中总是沿着 　 　 传播的。
（2）光在反射和折射时也遵循“最短时间原理”，利用此原理可以解决很多行程问题。
①传说一位古罗马将军提出了一个有名的“将军饮马”问题：如图甲，将军从军营A出发先到河边饮马，再去同侧的B地开会，若途中速度不变，应该怎样走才能用时最短？请你根据光的反射原理画出将军的行走路线。
②大自然的进化十分神奇，据说蚂蚁也掌握了最短时间原理。如图乙，在A处平地上的蚂蚁发现了B处沙地上的食物，它选择的路线恰好遵循光的折射定律（设蚂蚁在平地和沙地中均匀速且在平地上速度大），请你画出蚂蚁去搬运食物的大致路线。
21．某兴趣小组的同学在探究光的折射现象时，将一束入射角为60°的某种单色光斜射入杯内水中，在杯底形成光斑，如图甲所示。小组同学对实验中光的偏折程度产生了兴趣，为了定量反映这种偏折程度，小组同学将“折射角与入射角的比值”定义为“偏折比”。根据所学知识和生活经验，他们对影响“偏折比”大小的因素提出两种猜想：
猜想1：“偏折比”大小可能与液体的种类有关。
猜想2：“偏折比”大小可能与入射光的颜色有关。
（1）实验甲中，若测得“偏折比”为0.8，则此时的折射角为 　 　 。向杯中缓慢加水过程中，杯底的光斑将向 　 　 （填“左”或“右”）移动。
（2）对于猜想1，小组同学用油代替水重复了实验甲，当测得光在油中的折射角 　 　 （填“大于”“等于”或“小于”）光在水中的折射角时，可得出结论：在相同条件下，光在油中的“偏折比”小于光在水中的“偏折比”。
（3）对于猜想2，小组同学先后通过红、紫色光束入射来重复实验甲。请你结合图乙的色散实验，推测红光的光斑应位于图丙中的 　 　 （填“A”或“B”）点。
22．小嘉在探究光的折射规律时，意外发现：当光沿某方向从半圆玻璃砖射向空气时，折射光消失而反射光却变得更亮（如图1），老师告诉他这是光的全反射现象。课后，小嘉塞查到光从玻璃射向空气时的一些数据如下表所示：
入射角i 0° 10° 20° 30° 40° 41.2° 41.8° 42°
折射角r 0° 15.2° 30.9° 48.6° 74.6° 81° 90° /
反射能量 5% 7% 26% 43% 77% 84% 100% 100%
（1）分析以上数据可知光从玻璃射向空气时，折射角随入射角的变化关系是：折射角随入射角的增大而 　 　 。
（2）由表格数据可知：图2中能反映上述实验中的入射角与折射角之间的关系的是 　 　 （选填“a”或“b”），其理由是 　 　 。
（3）当光从空气斜射向玻璃时，不能发生全反射现象，原因是折射角 　 　 入射角。（选填“＞”“＝”或“＜”）
（4）利用这个原理，工程师制造出了光导纤维，结合题目信息，简要说明光导纤维在传播信息过程中有哪些优势？
23．小蛟在探究“凸透镜成像规律”的实验中，依次将点燃的蜡烛、焦距f＝15cm的凸透镜、光屏依次安装在光具座上。
（1）如图甲所示，移动光屏找到清晰的蜡烛的像，这个像是图乙中的　 　 ，利用此原理可以制成　 　 。《选填“照相机”“幻灯片”或“放大镜”）。
（2）若小蛟想让蜡烛火焰的像成在光屏中心，应向　 　 （选填“上”或“下”）调节凸透镜。
（3）保持凸透镜位置不动，小明又把蜡烛放在距凸透镜19cm处，发现在光具座上无论怎样移动光屏，
都找不到清晰的像，原因可能是　 　 ；为了解决这个问题，聪明的小川拿起一副眼镜放在蜡烛和凸透镜之间靠近凸透镜处，再在光具座上移动光屏，光屏上出现了清晰的像。则小川拿起的眼镜是　 　 。（选填“近视镜”或“远视镜”）。
（4）将蜡烛从23cm刻度线处逐渐远离凸透镜，物距u随时间t的变化图象如图丙所示，则像距v与t的大致变化关系为丁图中的　 　 。（填写选项）
24．某同学在探究凸透镜成像的规律时，碰到以下两种情况：
（1）让三束平行光射向透镜，移动右侧的光屏，结果在距离透镜10cm处，看到光屏上一个亮点。
（2）将激光束换成蜡烛，一边移动点燃的蜡烛，一边移动光屏，记下的实验数据，见表：
实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的大小
1 40.0 13.0 缩小
2 30.0 18.0 缩小
3 20.0 20.0 等大
4 15.0 30.0 放大
5 12.0 50.0 放大
根据以上情况：
（1）该凸透镜的焦距f＝　 　 cm。
（2）当蜡烛距离透镜中心60cm时，光屏到透镜中心的距离v为 　 　 。
A.10cm～13cm B.13cm～18cm C.18cm～20cm
将物体由距离透镜40cm处匀速移动到距离透镜20cm处，所用的时间为2s，物体移动的平均速度
　 　 物体的像移动的平均速度。（填“大于”“等于”或“小于”）
（4）某同学用自制的水凸透镜做凸透镜成像实验，在光屏上得到了清晰的像，如图所示。他继续向水凸透镜内注水，要在光屏上再次成清晰的像 　 　 。
A.光屏应向右移动，成缩小的像 B.光屏应向左移动，成放大的像
C.光屏应向左移动，成缩小的像 D.光屏应向右移动，成放大的像
（5）该同学取下自己的近视眼镜，把眼镜放在蜡烛和凸透镜之间的某个位置，移动光屏后在光屏上也得到了清晰的像。当他拿掉自己的眼镜后，要在光屏上再次得到清晰的像，光屏应向 　 　 移动（选填“左”或“右”）。
25．在学习了光的相关知识后，小明总结了三种成像原理。
原理一：小孔成像；原理二：平面镜成像；原理三：凸透镜成像。
调查发现，常见的照相机是利用原理三制成的。为解释该现象，小明利用图甲装置进行探究。具体步骤如下：
①将“T”形光源、凸透镜、光屏放置在光具座上（如图甲）；
②调整光屏到凸透镜的距离，使“T”形光源在光屏上成一个清晰的像；
③取黑色卡纸，在中央剪裁出直径为1cm的圆形小孔，用其遮挡凸透镜（如图乙），记录成像特点；
④改变圆形小孔直径为0.5cm、0.3cm，重复步骤③；
⑤将凸透镜换成小孔直径为1cm、0.5cm和0.3cm的黑色卡纸，记录成像特点，整理结果如下表。
组别 凸透镜 小孔
1 2 3 4 5 6
小孔直径/cm 1 0.5 0.3 1 0.5 0.3
像的清晰度 清晰 清晰 清晰 模糊 模糊 清晰
像的亮暗 亮 较亮 暗 亮 较暗 暗
（1）实验中，若将凸透镜换成玻璃板，则无法在光屏上成像，理由是 　 　 。
（2）某次实验时，小明观察到光屏上出现如图丙所示现象。为使像成在光屏的中央，应如何调整光屏。
　 　
（3）结合实验结果，解释常见照相机为什么利用凸透镜成像制成。
　 　
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