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学科：物理 |
| 教学内容：光学 |
一、考纲要求
1.光的直线传播 A
2.光的反射，反射定律，平面镜成像作图法 B
3.光的折射，折射定律，折射率，全反射和临界角 B
4.棱镜，光的色散 A
5.透镜，凹、凸透镜的焦点和焦距，透镜成像，放大率和成像作图 B
说明：
1.不要求应用相对折射率作计算
2.要求知道n=c/v和光从一种介质射入另一种介质时，频率是不变的
3.不要求利用临界角和透镜公式进行计算，透镜成像作图中要求掌握单个透镜情况
4.不要求用成像公式解题
二、知识结构
本单元研究的是光的传播规律及其应用，通常称为几何光学。其主要内容可分为两大部分：一部分是光的传播的基本规律，包括光的直线传播，光的反射定律和折射定律等，另一部分是这些规律在平面镜、球面镜、棱镜和透镜等光学元件上的应用。这些光学元件在控制光路和成像方面又有其自身的特点和规律。
三、知识点、能力点提示
几何光学以光的直线传播为基础，主要研究光在两个均匀介质分界面处的行为规律及其应用。
从知识要点可分为四方面：一是概念；二是规律；三为光学器件及其光路控制作用和成像；四是光学仪器及应用。
1.光的反射
(1)反射定律
(2)平面镜：对光路控制作用；平面镜成像规律、光路图及观像视场。
(3)球面镜：凹镜及其实焦点和凸镜及其虚焦点、球面镜应用
2.光的折射
(1)折射定律
(2)全反射、临界角。全反射棱镜(等腰直角棱镜)对光路控制作用。
(3)色散。棱镜及其对光的偏折作用、现象及机理
(4)透镜
凹透镜及其虚焦点，凹透镜成像光路图及其公式；凸透镜及其实焦点，凸透镜成像光路图及其公式
应用注意：
1.解决平面镜成像问题时，要根据其成像的特点(物、像关于镜面对称)，作出光路图再求解。
2.解决折射问题的关键是画好光路图，应用折射定律和几何关系求解。
3.研究像的观察范围时，要根据成像位置并应用折射或反射定律画出镜子或遮挡物边缘的光线的传播方向来确定观察范围。
4.无论光的直线传播，光的反射还是光的折射现象，光在传播过程中都遵循一个重要规律：即光路可逆。
【同步达纲练习】
(一)选择题
1.一点光源S，通过平面镜成像S′，如下图所示，镜面与OS夹角为30°，设S不动，平面镜以速度υ沿OS方向向光源移动，则S的像S′将( )
A.以速度υ平行于OS向右称动。
B.以速度υ垂直于OS向下移动。
C.以速度υ沿SS′连线向S移动。
D.以速度
υ沿SS′连线向S移动。
(提示：此题考查平面镜的成像)
2.从侧面拍摄一辆以10m/s的速度运动的汽车，要求像的位移不得大于0.1mm，底片上的像才不致模糊，汽车长度为3m，底片上汽车的像长为1.5cm，则感光时间不能超过( )
A.1×
S B.2×S
C.6.7×S D.3×S
(提示：此题考查凸透镜成像规律及放大率匀速直线运动等知识)
3.如图所示，L为水平放置的点亮的8w日光灯，T为一藤椅的竖直靠背，横藤条与日光灯管平行，竖藤条相互垂交织，它们之间是透空方格，P是与藤条靠背平行的白屏。现将屏从紧贴椅背处慢慢向远处(图中右方)平移，从屏上将依次看到( )
A.横藤条的影，横竖藤条的影
B.竖藤条的影，横竖藤条的影
C.横竖藤条的影，竖藤条的影，没有藤条的影
D.横竖藤条的影，横藤条的影，没有藤条的影
(提示：此题考查光的直线传播规律及光的干涉规律。)
4.在我国古代学者沈括的著作《梦溪笔谈》中有如下记载：“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。”意是说，若鹞鹰在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动；如鹞鹰的影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰就作相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移。这描述的是光的什么现象?( )
A.直线传播现象 B.折射现象
C.干涉现象 D.衍射现象
(提示：此题考查光的直线传播规律)
5.已知月球周围没有大气层，因此在月球上看到的天空的颜色应是( )
A.蓝色的 B.红色的 C.苍白色的 D.黑暗的
(提示：此题考查光的直线传播规律。)
6.有一点光源置于透镜主轴上的A点，经透镜成像于B点，将此点光源放在B点，经透镜成像于C点，且AB＜BC，如图所示，则( )
A.此透镜一定是凸透镜
B.此透镜一定是凹透镜
C.这两次成的像都是虚像
D.透镜一定在A点的左侧
(提示：此题考查透镜成像规律)
7.用眼睛观察远处的灯，有时会看到它周围光芒辐射，对于这一现象的解释，下面的哪些说法正确?( )
A.这是空气对光的折射作用造成的
B.这是眼睛的瞳孔对光的衍射作用造成的
C.这现象说明眼睛的瞳孔是规则的圆形
D.这现象说明眼睛的瞳孔是多边形
(提示：此题考查光的衍射)
8.如图所示，入射光a与凸透镜主轴交于P，夹角为α，其折射光线交透镜主轴于Q点，若过P的入射光与主轴夹角α变大些，则它的折射光线与主轴的交点Q′( )
A.仍为Q点 B.Q′＞QO
C.Q′Q＜QO D.有可能无交点
(提示：此题考查折射规律)
9.某介质的折射率为
，光线从此介质射向与空气的界面，下图中光路图正确的是( )
(提示：此题考查光的反射和折射)
10.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.不变 B.将提前
C.将延后 D.在某些地区将提前，在另一些地区将延后
(提示：此题考查光的折射)
(二)填空题
11.如图所示，三棱镜的顶角是30°，光线与AB面成90°射入，由AC面射出，测得偏向角是30°，该三棱镜的折射率是 ，光在三棱镜内的速度为 。
(提示：此题考查的折射率公式)
11题图 12题图
12.如图是发生日食的示意图，地球表面处在区域Ⅰ，可看到 食；处在区域Ⅱ，可看到 食；处在区域Ⅲ则 。
(提示：此题考查光的直线传播规律的应用)
13.街道旁有一高为H的路灯，有身高为h的某人从路灯正下方经过，看到自己头部的影子正好在自己脚下，如果此人以不变速度v直线朝前走，则他自己的影子相对于地的速度为
(提示：此题考查光的直线传播及匀速直线运动规律，运用三角形相似求解)
14.如图所示，一平面镜置于折射率为的某种液体中，镜面与水平面成30°的角，液体上方是真空，要使光线经平面镜反射后沿原光路返回直空中，光线射入液体时的入射角应为 。
(提示：此题考查光的折射和反射)
15.如图所示，P为发光点，MN为平面镜，如在MN与P之间放上不透明的挡板Q后，像的亮度的变化情况是 。(填“变亮”或“变暗”或“不变”)
(提示：此题考查平面镜成像规律)
15题图 16题图
16.如图所示，凸透镜的主轴和x轴重合，光心位于坐标原点O处，F为透镜焦点。如果a′、b′分别是两发光点a、b的像，那么发光点a可能在第 象限，发光点b可能在第 象限。
(提示：此题考查透镜成像规律)
(三)作图题
17题图(1) 17题图(2)
17.请按下列要求用刻度尺作出光路图
(1)如图所示，AB为一发光线状体，MN为一平面镜，E为人眼所在位置，试用作图法画出用遮光纸把平面镜MN上哪一部分遮住，人眼看不到AB的虚像，并在图中用CD线段标出范围。
(2)如图所示，已知一点光源发出的光线经凸透镜折射后的两条出射光线，用作图法确定点光源位置，并画出完整光线图。
(提示：此题考查平面镜成像规律及凸透镜成像作图法)
18.如图，MN是暗室墙上的一根直尺，手电筒射出一束光与MN垂直，直尺上被照亮的宽度是a，今将一横截面是直角三角形的玻璃三棱镜放在图中虚线所示位置，截面的直角边AB与MN平行，顶角∠A＝30°。请你说明放上三棱镜后，在直尺上被照亮的部分有何变化，说明理由，并画出光路。
(提示：此题考查光的折射及光的色散规律)
(四)计算题
19.激光液面控制仪的原理是：一束激光以入射角α照射液面，反射光斑被光电管接收后转变为电讯号，电讯号输入控制系统以控制液面高度。若反射光斑B移动了距离ΔS到B′，如图所示，那么液面应怎样变化?其变化量ΔH为多少? (提示：此题考查光的反射规律)
20.直径d=1.00m，高H=0.50m的不透明圆桶，放在水平地面上，桶内盛有折射率n=1.60的透明液体，某人站在地面离桶中心的距离为x=2.10m处，他的眼睛到地面的距离y=1.70m。问桶中液面高h为多少时，他能看到桶底中心(桶壁厚度忽略不计)。
(提示：此题考查运用光的折射率公式计算)
21.如图，光从A点射入圆形玻璃，而从B点射出，若射出玻璃与射入玻璃的光线夹角为30°，AB弧所对应的圆心角120°，则此玻璃的折射率是多少?
(提示：此题运用光的折射及几何知识求解)
22.物体与屏之间保持适当的距离L不变，将一凸透镜放在物、屏之间，改变透镜位置，使得在屏上两次出现清晰的像，如果测得两次像长分别为a和b，试证：①物和像之间距离L必须大于四倍焦距；②物体长度h=
;③透镜焦距f=
·L。
(提示：此题考查透镜成像作图法及运用三角形相似求解)
23.空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距离水面4m深处的水中有一条鱼，已知水的折射率为
，则鸟看水中鱼离它的距离是多少?鱼看空中的鸟离它的距离是多少?
(提示：此题运用光的折射公式及近法线光线折射时，利用sinθ≈tgθ近似计算)
24. 如图所示，宽度为a的平行光束从空气中斜射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为45°，光束中含有两种不同波长的单色光，玻璃对这两种色光的折射率分别为
=1.5，
=。求：(1)两种波长的光射入上表面后的折射角
和
(用反三角函数表示)，(2)为使光束从玻璃板下表面出射时能生成不重叠的两束单色光，玻璃板的厚度至少应为多少(用根式表示)?作出光路的示意图。
(提示：此题考查光的色散规律及折射率公式)
参考答案：
【同步达纲练习】
1.C 2.B 3.D 4.A 5.D 6.ACD 7.BD 8.A 9.D
10.C 11.
；×
m/s 12.日全 日偏 日环食 13.
14.60° 15.不变 16.2.4；1 17.略 18.略
19.液面下降ΔH＝
20.0.22m 21.
22.略 23.6m，8m
24.
,
,