2023年全国中学生物理竞赛集锦(光学)doc厦门一中年段管理系.doc
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1、全国中学生物理竞赛集锦(光学)第21届预赛2023.9.5一、(15分)填空1d一个可见光光子的能量的数量级为_J。2已知某个平面镜反射的光能量为入射光能量的80。试判断下列说法是否对的,并简述理由。a 反射光子数为入射光子数的80;b每个反射光子的能量是入射光子能量的80。六、(15分)有一种高脚酒杯,如图所示。杯内底面为一凸起的球面,球心在顶点O下方玻璃中的C点,球面的半径R1.50cm,O到杯口平面的距离为8.0cm。在杯脚底中心处P点紧贴一张画片,P点距O点6.3cm。这种酒杯未斟酒时,若在杯口处向杯底方向观看,看不出画片上的景物,但假如斟了酒,再在杯口处向杯底方向观看,将看到画片上的
2、景物。已知玻璃的折射率n11.56,酒的折射率n21.34。试通过度析计算与论证解释这一现象。第21届复赛四、(20分)目前,大功率半导体激光器的重要结构形式是由许多发光区等距离地排列在一条直线上的长条状,通常称为激光二极管条但这样的半导体激光器发出的是很多束发散光束,光能分布很不集中,不利于传输和应用为了解决这个问题,需要根据具体应用的规定,对光束进行必需的变换(或称整形)假如能把一个半导体激光二极管条发出的光变换成一束很细的平行光束,对半导体激光的传输和应用将是非常故意义的为此,有人提出了先把多束发散光会聚到一点,再变换为平行光的方案,其基本原理可通过如下所述的简化了的情况来说明zLS1S
3、3PaaS2ahh如图,S1、S2、S3 是等距离(h)地排列在一直线上的三个点光源,各自向垂直于它们的连线的同一方向发出半顶角为a =arctan的圆锥形光束请使用三个完全相同的、焦距为f = 1.50h、半径为r =0.75 h的圆形薄凸透镜,经加工、组装成一个三者在同一平面内的组合透镜,使三束光都能所有投射到这个组合透镜上,且经透镜折射后的光线能所有会聚于z轴(以S2为起点,垂直于三个点光源连线,与光束中心线方向相同的射线)上距离S2为 L = 12.0 h处的P点(加工时可对透镜进行外形的改变,但不能改变透镜焦距)1求出组合透镜中每个透镜光心的位置2说明对三个透镜应如何加工和组装,并求
4、出有关数据第20届预赛一、(20分)两个薄透镜L1和L2共轴放置,如图所示已知L1的焦距f1=f , L2的焦距f2=f,两透镜间距离也是f小物体位于物面P上,物距u1 3f(1)小物体经这两个透镜所成的像在L2的_边,到L2的距离为_,是_倍(虚或实)、_像(正或倒),放大率为_。(2)现在把两透镜位置调换,若还要给定的原物体在原像处成像,两透镜作为整体应沿光轴向_边移动距离_这个新的像是_像(虚或实)、_像(正或倒)放大率为_。第20届复赛四、(20分)如图所示,一半径为、折射率为的玻璃半球,放在空气中,平表面中央半径为的区域被涂黑一平行光束垂直入射到此平面上,正好覆盖整个表面为以球心为原
5、点,与平而垂直的坐标轴通过计算,求出坐标轴上玻璃半球右边有光线通过的各点(有光线段)和无光线通过的各点(无光线段)的分界点的坐标第19届预赛五、(20分)图预19-5中,三棱镜的顶角为60,在三棱镜两侧对称位置上放置焦距均为 的两个完全相同的凸透镜L1和 L2若在L1的前焦面上距主光轴下方处放一单色点光源,已知其像与对该光学系统是左右对称的试求该三棱镜的折射率第19届复赛五、(20分)薄凸透镜放在空气中时,两侧焦点与透镜中心的距离相等。假如此薄透镜两侧的介质不同,其折射率分别为和,则透镜两侧各有一个焦点(设为和),但、和透镜中心的距离不相等,其值分别为和。现有一个薄凸透镜,已知此凸透镜对平行光
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