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解:
(1) 列车从甲地到乙地的时间 $t=12:30-9:30=3\ \mathrm{h}$
列车从甲地开往乙地的平均速度
$v=\frac{s}{t}=\frac{900\ \mathrm{km}}{3\ \mathrm{h}}=300\ \mathrm{km/h}$
(2) $v'=324\ \mathrm{km/h}=324×\frac{1}{3.6}\ \mathrm{m/s}=90\ \mathrm{m/s}$
列车全部通过桥梁行驶的路程
$s'=v't'=90\ \mathrm{m/s}×20\ \mathrm{s}=1800\ \mathrm{m}$
由 $s'=L_{\mathrm{桥}}+L_{\mathrm{车}}$ 得列车的长度
$L_{\mathrm{车}}=s'-L_{\mathrm{桥}}=1800\ \mathrm{m}-1400\ \mathrm{m}=400\ \mathrm{m}$
(3) 列车完全在桥上行驶的路程
$s''=L_{\mathrm{桥}}-L_{\mathrm{车}}=1400\ \mathrm{m}-400\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{m}$
列车完全在桥上的时间
$t''=\frac{s''}{v'}=\frac{1000\ \mathrm{m}}{90\ \mathrm{m/s}}\approx11\ \mathrm{s}$
【分析】首先观察透镜对光线的作用:入射光线AB经过透镜后,折射光线相对于入射光线呈发散状态,说明透镜对光线有发散作用,据此判断透镜类型;接着结合视力矫正的原理,明确近视眼的矫正透镜;最后根据不同色光的折射率差异,判断BP对应的光。
【解析】1. 判断透镜类型:入射光线AB经过透镜后,折射光线(BP、BQ)比入射光线更远离主光轴,说明透镜对光线有发散作用,因此该透镜是凹透镜。2. 视力矫正:近视眼的成因是晶状体折光能力过强,导致像成在视网膜前方,凹透镜对光线有发散作用,能使像后移至视网膜上,所以凹透镜可矫正近视眼。3. 判断BP的光:红光的折射率小于紫光,在经过凹透镜时,折射率小的光偏折程度更小,折射光线更靠近入射光线方向;图中BP的偏折程度小于BQ,因此BP是红光。
【答案】凹 近 红
【知识点】凹透镜、近视眼矫正、光的折射
【点评】本题考查透镜类型判断、视力矫正及不同色光的偏折特点,属于光学基础题,需掌握凹透镜的发散作用、近视眼的矫正原理及不同色光折射率的差异。
【难度系数】0.6
【分析】
本题包含三个光学作图题,需分别依据对应光学规律完成:
(1) 平面镜成像:像与物关于镜面对称,先确定平面镜位置,再利用反射光线反向延长线过像点完成光路;
(2) 光的折射:水底鱼看到鸟是光从空气斜射入水中,遵循折射角小于入射角的规律,确定入射点与折射光线;
(3) 凹透镜光路:利用凹透镜特殊光线规律,平行主光轴的光线折射后反向延长线过焦点,过光心的光线传播方向不变,完成两条光线作图。
【解析】
(1) 作图步骤:
① 连接物点A和像点A',作线段AA'的垂直平分线,该线即为平面镜位置;
② 连接P点与像点A',与平面镜交于入射点;
③ 连接A与入射点得入射光线,P与入射点连线为反射光线,标注光线方向,完成光路。
(2) 作图步骤:
① 过水面入射点作垂直水面的法线;
② 光从空气斜射入水中,折射角小于入射角,连接入射点与水底A点得折射光线,入射光线从鸟指向入射点,标注方向,完成光路。
(3) 作图步骤:
① 光线AC平行于凹透镜主光轴,其折射光线反向延长线过左侧焦点F,连接C与左侧F并延长,得AC的折射光线,标注方向;
② 光线OB过凹透镜光心O,过光心光线传播方向不变,入射光线沿BO延长线(指向O点),标注方向,完成作图。
【答案】
(1) 如图甲所示;(2) 如图乙所示;(3) 如图丙所示
【知识点】
平面镜成像、光的折射、凹透镜光路作图
【点评】
本题考查光学基础作图,涵盖平面镜成像、光的折射、凹透镜特殊光线三个核心知识点,需熟练掌握各规律应用,是光学部分的重点基础题型。
【难度系数】
0.5
【分析】
本题分为三个小问,解题思路如下:
1. 求列车从甲地到乙地的平均速度:需确定总路程(甲乙两地距离900km)和总时间(出发到到达的时间差),利用平均速度公式$v=\frac{s}{t}$计算;
2. 求列车长度:列车全部通过桥梁的路程是“桥长+列车长”,先将速度单位从$km/h$换算为$m/s$,再用$s=vt$算出总路程,减去桥长即可得到列车长度;
3. 求列车完全在桥上的时间:列车完全在桥上时行驶的路程是“桥长-列车长”,再用时间公式$t=\frac{s}{v}$计算,结果保留整数。
【解析】
(1) 列车从甲地到乙地的总时间:$t=12:30 - 9:30=3\ \mathrm{h}$,
根据平均速度公式,平均速度:$v=\frac{s}{t}=\frac{900\ \mathrm{km}}{3\ \mathrm{h}}=300\ \mathrm{km/h}$;
(2) 列车过桥速度单位换算:$v'=324\ \mathrm{km/h}=324×\frac{1}{3.6}\mathrm{m/s}=90\ \mathrm{m/s}$,
列车全部通过桥梁的路程:$s'=v't'=90\ \mathrm{m/s}×20\ \mathrm{s}=1800\ \mathrm{m}$,
列车长度:$L_{\mathrm{车}}=s'-L_{\mathrm{桥}}=1800\ \mathrm{m}-1400\ \mathrm{m}=400\ \mathrm{m}$;
(3) 列车完全在桥上的路程:$s''=L_{\mathrm{桥}}-L_{\mathrm{车}}=1400\ \mathrm{m}-400\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{m}$,
列车完全在桥上的时间:$t''=\frac{s''}{v'}=\frac{1000\ \mathrm{m}}{90\ \mathrm{m/s}}\approx11\ \mathrm{s}$。
【答案】
(1) $300\ \mathrm{km/h}$;(2) $400\ \mathrm{m}$;(3) $11\ \mathrm{s}$
【知识点】
平均速度、速度单位换算、过桥问题
【点评】
本题考查速度公式的实际应用,涵盖平均速度计算、列车过桥的两种典型场景(全部通过、完全在桥上),需注意单位换算和路程的正确判断,是力学基础计算题,难度适中。
【难度系数】
0.7
【分析】
本题考查平面镜成像特点和凸透镜成像规律的应用,需结合光学实验的核心规律逐步分析:
(1) 平面镜成像的关键特点是像与物到镜面距离相等,且成虚像,虚像由光的反射形成,不受像与玻璃板间挡板的影响;
(2) 凸透镜成像需先确定焦距,再根据物距变化判断像的位置和性质,物近像远像变大,若不移动光屏,需选择会聚光线的透镜;
(3) 蜡烛变短后,依据过光心的光线传播方向不变,判断像的移动方向。
【解析】
(1) 根据平面镜成像特点:像与物到镜面的距离相等。蜡烛A到玻璃板距离为10cm,则像B到玻璃板距离也为10cm,因此A与B的距离为10cm+10cm=20cm;平面镜成的是虚像,由光的反射形成,挡板在像和玻璃板之间,不会阻挡反射光线进入人眼,所以从A侧观察玻璃板,能看到像。
(2) 由图乙可知,当前物距u=50cm-30cm=20cm,像距v=70cm-50cm=20cm,此时u=v=2f,故焦距f=10cm。当蜡烛移到35cm刻度线处,物距u'=50cm-35cm=15cm,满足f<u'<2f,根据凸透镜成像规律,此时成倒立、放大的实像;且物距减小,像距增大,因此光屏需向右移动。若不移动光屏,要使像仍成在原光屏位置,需让光线提前会聚,凸透镜对光线有会聚作用,故放置凸透镜。
(3) 蜡烛燃烧变短,烛焰向下移动,根据凸透镜成像中“过光心的光线传播方向不变”,像会向光屏的上方移动。
【答案】
(1)20 能 (2)右 放大 凸 (3)上
【知识点】
平面镜成像特点,凸透镜成像规律,透镜对光线的作用
【点评】
本题围绕光学实验的核心基础知识点展开,涵盖平面镜成像的距离关系、虚像特点,凸透镜成像的物距像距变化规律及透镜的光学作用,是光学部分的常规考查题,需要学生熟练掌握相关规律并灵活应用。
【难度系数】
0.6