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专题12 光学知识的应用
本专题包含的内容主要是生活中的光现象，利用光学知识对光现象的形成原因进行分析。分析说理题是近年中考科学的热点题型，平时需多关注生活中的光现象，并加以分析、积累。
专题一、生活中一些光现象形成的原因
生活中处处存在着光现象，当对其形成原因进行分析时，要结合我们所学的光学知识，如光的直线传播、光的反射、光的折射等。
如图所示为某城市的灯光秀，灯光与江面上倒影的梦幻组合使夜幕中的城市美轮美奂。下列说法中，正确的是 ( )
A．倒影是光的折射形成的
B．江水中树木的倒影是倒立的实像
C．倒影中古城墙的高度与江水的深度有关
D．倒影没有实物明亮，主要是因为部分光折射进入水中
【解析】 倒影是由光的反射形成的，故A错误。江水中树木的倒影是虚像，故B错误。
倒影中古城墙的高度只与古城墙本身的高度有关，与水的深度无关，故C错误。
【答案】 D
变式训练
1.点光源发出的光照到不透明的物体上就会在屏上形成影，关于改变影子大小的下列说法，正确的是（ ）
A．增加光源到物体的距离，影变大
B．点光源与物体距离不变，增加屏到物体的距离，影变大
C．增加物体本身的大小，影变小
D．以上说法都不正确
【答案】B
【详解】A.增加光源到物体的距离，那么光线与物体构成的夹角减小，那么影变小，故A错误;B.点光源与物体距离不变，增加屏到物体的距离那么到达屏幕时光线之间的距离增大，因此影子变大，故B正确;C.增加物体本身的大小，光线与物体形成的夹角变大，那么影变大，故C错误;D.综上所述，故D错误。
故选B。
2.下表列出的四种光学现象中对应的科学知识正确的是（ ）
光学现象 科学知识
A 茂密树林底下常能看到圆形光斑 光的折射
B 平静的水面上出现桥的倒影 光的直线传播
C 雨后天空出现的彩虹 光的色散
D 潭清疑水浅 光的反射
【答案】C
【详解】A，大树上的树叶很多，树叶与树叶之间会形成很多小的缝隙;太阳光从这些小缝隙中照射下来，由于光在同种均匀介质中沿直线传播，所以在地面上会形成太阳的像，故A错误;B.平静水面上桥的倒影，属于平面镜成像，是由光的反射形成的，故B错误;C.雨后天空出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分解成各种彩色光，这是光的色散现象，所以说雨后的天空出现彩虹是由光的色散形成的，故C正确;D.潭底反射的光线斜射向水面时发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼逆着折射光线的方向看去，看到的是潭底经水面折射所成的虚像，且虚像在实际潭底的上方，所以潭水看起来比实际的浅，故D错误。故选C。
3.圭表，由“圭”和“表”两个部件组成，是度量日影长度的一种天文仪器，通过观察记录它正午时影子的长短变化可确定季节变化。下列现象与“圭表”工作原理相同的是（ ）
A．天狗食日 B．镜花水月 C．海市蜃楼 D．雨后彩虹
【答案】A
【详解】“圭表”工作原理是光的直线传播，通过观察记录主表正午时影子的长短变化可确定季节变化
A.天狗食日，属于日食现象，用光的直线传播解释，故A符合题意;
B.镜花水月，属于倒影，用光的反射解释，故B不符合题意;
C.海市屋楼是太阳光照到不均匀的大气发生折射形成的，用光的折射解释，故C不符合题意;D.雨后彩虹是光照到小水滴(三棱镜)发生色散，用光的折射解释，故D不符合题意。故选A。
4.如图所示，一束激光斜射进盛有清水的圆柱形敞口容器，下列关于该实验说法不正确的是（ ）
A．该实验说明光在空气中沿直线传播
B．该实验说明光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折
C．在清水中加入的牛奶过多或过少，都会使水中的激光光路更明显
D．若沿容器壁缓慢注入浓糖水，不搅拌，则看到光在水中的路径是弯曲的
【答案】
【详解】A.光在空气中沿直线传播，当遇到水面后会发生偏折，此现象说明光在不同介质中会发生偏折，故A错误，A符合题意;B，光在不同的介质中传播的速度不同，因此说明光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折，故B正确，B不符合题意;C.在清水中加入的牛奶过多或过少，水会变暗，光线在其中光路会更明显，故C正确，C不符合题意;D，光在同种介质中是沿直线传播的，因此若沿容器壁缓慢注入浓糖水，不搅拌，则看到光在水中的路径是弯曲的，故D正确，D不符合题意。
故选A。
5.夜晚，游人在西湖边散步，看到岸边的路灯在水中的像是一条条的光柱，而不是灯泡清晰的像，你能解释这种现象吗？
【解析】 夜晚时，因为有一些微风，使得湖水起了波浪，所以水面不再是一个平面镜，而是可以看成无数个不在同一平面上的小平面镜；岸边的路灯在这无数个小平面镜中都会成一个虚像，而这些像的位置又不相同，所以整体看来，很多个虚像就会连成一条光柱。
【答案】 见解析
6.海市蜃楼是一种与光学有关的自然现象，如图所示为海面上形成海市蜃楼的图解。
资料1：光从一种物质斜射入另一物质时，传播方向会发生改变，而人的视觉总是感到物像是来自光的直线传播的。
资料2：一般情况下，光从密度较大的介质斜射入密度较小的介质时会偏离法线而改变传播方向。
资料3：海面上的下层空气温度低，在一定的高度内，高度越高，温度越高，导致空气的密度不同。
(1)如图所示，人眼看到的是虚像还是实像？________。
(2)请根据以上提供的资料和所学知识对该自然现象作出合理的解释。
【解析】 (2)近海面的下层空气比上层空气的温度低，密度大，从近海面物体射出的光进入密度不断变小的空气时发生连续折射后进入人的眼睛，而人的视觉总是感到物像是来自光的直线传播的，所以在人的前方会出现海市蜃楼的现象。
【答案】 (1)虚像 (2)见解析
【技法】 将密度不同的空气看成不同的介质有助于解题。
7.在探究“树荫下光斑”的实践活动中，为了研究孔的大小对光斑形状的影响，小陶取一张硬纸片，用小刀开有三角形状孔（边长约为5厘米），并用另一张卡片，乙紧贴在甲上，如图所示，按箭头方向逐渐向上移动乙纸板，缩小孔的大小，观察形成的亮斑形状。
（1）从图示位置沿箭头方向移动乙，甲不动，观察阳光通过变小的孔在地面上形成的亮斑形状，实验记录下亮斑形状的变化情况是____；
A．始终为三角形 B．从三角形到圆形
C．始终为圆形 D．都有可能
（2）研究孔的大小对亮斑形状的影响，选正方形状孔的卡片是否合理？说明理由________；
（3）晴朗夏日的树下小陶发现阳光通过树叶间的缝隙在地面上留下的亮斑，大多数是圆的，其原因是_________。
【答案】B 不合理，孔的形状和大小都发生改变，没有控制变量唯一 见解析
【详解】(1)[1]从图示位置沿箭头方向移动乙，甲不动，观察阳光通过变小的孔在地面上形成的亮斑形状，实验记录下亮斑形状的变化情况是:从三角形到圆形，因为三角形比较大时，光斑的形状与三角形的形状一样，当三角形比较小时，光斑是太阳的像是圆形的，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
(2)[2]不合理，用正方形的孔，当卡片B向上移动时，孔的形状和大小都发生改变，没有控制变量唯一，即只改变孔的大小。
(3)[3]树叶间的缝隙比较小，小孔成像的形状与光源形状有关，太阳是圆的，亮斑大多数是圆的。
8.1279年，元代天文学家郭守敬在河南登封设计并建造了一座测影楼（如图甲），它是中国现存最早的天文台。一年中每天正午横梁的影子会在“量天尺”上移动（如图乙），影子最长时刚好落在量天尺的最北端。
（1）横梁在阳光下会形成影子的原理是___________。
（2）若在纬度更低的瑞安建造一座相同的测影楼，使影子最长时也刚好落在量天尺的最北端。与登封的量天尺相比，该量天尺的长度___________（选填“更长”“相等”或“更短”）。
【答案】光的直线传播 更短
【详解】(1)[1]光在均匀介质中沿直线传播，横梁在阳光下会形成影子的原理是光的直线传播。
(2)[2]瑞安比登封纬度低，正午太阳高度角更大，根据光的直线传播，形成的影子更短，因此该量天尺的长度也要更短。
专题二、运用光的知识进行解释说理
运用光的知识进行解释说理时，要抓住题目中的关键字眼或图像，判断出该用哪部分的光学知识进行分析解释。
一个园艺爱好者发现植物的叶子多数呈绿色，他认为可能是植物喜爱绿色光的缘故，于是他在温室的房顶和四周都安装了绿色玻璃，只让阳光中的绿色光照射植物。他认为这样必将使植物生长得更快、产量更高，可是他失败了。
(1)不透明物体的颜色是由什么决定的？
(2)红花会反射什么颜色的光？
(3)太阳光照在树叶上，我们看到的叶子为什么是绿色的？
【解析】(1)不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的。
(2)红花会反射红光。
(3)太阳光是复色光,包括各种颜色的色光，当树叶被太阳光照射时反射的光就是树叶本身的颜色，即树叶本身是绿色的。
【答案】见解析
变式训练
1.如图所示的大卡车和小轿车都是交通工具，但它们有一些不同之处，如大卡车前风挡玻璃的安装角度较直，而小轿车前风挡玻璃的安装角度则是稍微倾斜的。请你运用所学的知识解释其原因。
【解析】 前风挡玻璃相当于平面镜，小轿车因车身较矮，前风挡玻璃安装角度较倾斜是为了使车内物体经它所成的像偏向车子的上方，避免干扰驾驶员对路况的观察；大卡车车身高，车内物体经前风挡玻璃所成的像不会与路上的行人重合，不会干扰驾驶员对路况的观察，所以风挡玻璃安装角度较直。
【答案】 见解析
2.若没有三棱镜，则可以用下列方法来分解太阳光：如图所示，在较深的容器中盛上一些水，容器边斜放一个平面镜，使太阳光照射在平面镜上，并反射到白色的墙壁上，观察墙壁上反射光的颜色。敲动容器，使它迅速地做微小振动，又可在墙壁上观察到白光再现，请你想想这是为什么？
【提示】 白光可以分解成7种色光,7种色光也可以混合成白光。
【解析】 图中的装置相当于三棱镜，用该装置来进行太阳光的色散实验时，太阳光经过三棱镜会被分解为七色光，因此在白色的墙上能看到红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的彩色光带。当该容器做微小振动时，水面不再是平面，光在不平的水面上会发生漫反射，所以白光重现。
【答案】 见解析
3.夏天最炎热的时候，小华在上学路上，看到平直公路上一辆行驶过去的公交车，小华发现，从公交车的后面看公交车，看到公交车好像在不停地晃动，你能否利用学过的知识解释该现象？
【解析】 炎热的夏天，路面的温度较高，导致路面附近的空气温度较高。由于空气由下向上的温度不同、密度不同，导致地表附近的空气疏密度不同且不断变化，当光通过不均匀且变化的空气(介质)时，就发生了折射现象，从而看到公交车好像在不停地晃动。
【答案】 见解析
4.果蝇的每只眼睛都是由许多微型的“小眼睛”组成的，所以这种眼睛又称为复眼。如图甲所示为果蝇眼球局部放大的特写照，如图乙所示为其中一只“小眼睛”的示意图。把果蝇的眼睛与人眼相比较，果蝇的眼睛具有哪些优势？请说明理由。
【解析】 从果蝇眼部的特写照片可以看出，它的眼睛可以看成是由许多只微型的小透镜组成的，每个小透镜主光轴所指的方向各不相同，这样，几乎各个不同方向的景物均可通过不同的小透镜成清晰的像，所以它的视野是十分宽阔的；而人的每只眼睛只相当于由一个凸透镜构成，与果蝇相比，视野的范围就小多了。
【答案】 见解析
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本专题包含的内容主要是生活中的光现象，利用光学知识对光现象的形成原因进行分析。分析说理题是近年中考科学的热点题型，平时需多关注生活中的光现象，并加以分析、积累。
专题一、生活中一些光现象形成的原因
生活中处处存在着光现象，当对其形成原因进行分析时，要结合我们所学的光学知识，如光的直线传播、光的反射、光的折射等。
如图所示为某城市的灯光秀，灯光与江面上倒影的梦幻组合使夜幕中的城市美轮美奂。下列说法中，正确的是 ( )
A．倒影是光的折射形成的
B．江水中树木的倒影是倒立的实像
C．倒影中古城墙的高度与江水的深度有关
D．倒影没有实物明亮，主要是因为部分光折射进入水中
变式训练
1.点光源发出的光照到不透明的物体上就会在屏上形成影，关于改变影子大小的下列说法，正确的是（ ）
A．增加光源到物体的距离，影变大
B．点光源与物体距离不变，增加屏到物体的距离，影变大
C．增加物体本身的大小，影变小
D．以上说法都不正确
2.下表列出的四种光学现象中对应的科学知识正确的是（ ）
光学现象 科学知识
A 茂密树林底下常能看到圆形光斑 光的折射
B 平静的水面上出现桥的倒影 光的直线传播
C 雨后天空出现的彩虹 光的色散
D 潭清疑水浅 光的反射
3.圭表，由“圭”和“表”两个部件组成，是度量日影长度的一种天文仪器，通过观察记录它正午时影子的长短变化可确定季节变化。下列现象与“圭表”工作原理相同的是（ ）
A．天狗食日 B．镜花水月 C．海市蜃楼 D．雨后彩虹
4.如图所示，一束激光斜射进盛有清水的圆柱形敞口容器，下列关于该实验说法不正确的是（ ）
A．该实验说明光在空气中沿直线传播
B．该实验说明光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折
C．在清水中加入的牛奶过多或过少，都会使水中的激光光路更明显
D．若沿容器壁缓慢注入浓糖水，不搅拌，则看到光在水中的路径是弯曲的
5.夜晚，游人在西湖边散步，看到岸边的路灯在水中的像是一条条的光柱，而不是灯泡清晰的像，你能解释这种现象吗？
6.海市蜃楼是一种与光学有关的自然现象，如图所示为海面上形成海市蜃楼的图解。
资料1：光从一种物质斜射入另一物质时，传播方向会发生改变，而人的视觉总是感到物像是来自光的直线传播的。
资料2：一般情况下，光从密度较大的介质斜射入密度较小的介质时会偏离法线而改变传播方向。
资料3：海面上的下层空气温度低，在一定的高度内，高度越高，温度越高，导致空气的密度不同。
(1)如图所示，人眼看到的是虚像还是实像？________。
(2)请根据以上提供的资料和所学知识对该自然现象作出合理的解释。
7.在探究“树荫下光斑”的实践活动中，为了研究孔的大小对光斑形状的影响，小陶取一张硬纸片，用小刀开有三角形状孔（边长约为5厘米），并用另一张卡片，乙紧贴在甲上，如图所示，按箭头方向逐渐向上移动乙纸板，缩小孔的大小，观察形成的亮斑形状。
（1）从图示位置沿箭头方向移动乙，甲不动，观察阳光通过变小的孔在地面上形成的亮斑形状，实验记录下亮斑形状的变化情况是____；
A．始终为三角形 B．从三角形到圆形
C．始终为圆形 D．都有可能
（2）研究孔的大小对亮斑形状的影响，选正方形状孔的卡片是否合理？说明理由________；
（3）晴朗夏日的树下小陶发现阳光通过树叶间的缝隙在地面上留下的亮斑，大多数是圆的，其原因是_________。
8.1279年，元代天文学家郭守敬在河南登封设计并建造了一座测影楼（如图甲），它是中国现存最早的天文台。一年中每天正午横梁的影子会在“量天尺”上移动（如图乙），影子最长时刚好落在量天尺的最北端。
（1）横梁在阳光下会形成影子的原理是___________。
（2）若在纬度更低的瑞安建造一座相同的测影楼，使影子最长时也刚好落在量天尺的最北端。与登封的量天尺相比，该量天尺的长度___________（选填“更长”“相等”或“更短”）。
专题二、运用光的知识进行解释说理
运用光的知识进行解释说理时，要抓住题目中的关键字眼或图像，判断出该用哪部分的光学知识进行分析解释。
一个园艺爱好者发现植物的叶子多数呈绿色，他认为可能是植物喜爱绿色光的缘故，于是他在温室的房顶和四周都安装了绿色玻璃，只让阳光中的绿色光照射植物。他认为这样必将使植物生长得更快、产量更高，可是他失败了。
(1)不透明物体的颜色是由什么决定的？
(2)红花会反射什么颜色的光？
(3)太阳光照在树叶上，我们看到的叶子为什么是绿色的？
变式训练
1.如图所示的大卡车和小轿车都是交通工具，但它们有一些不同之处，如大卡车前风挡玻璃的安装角度较直，而小轿车前风挡玻璃的安装角度则是稍微倾斜的。请你运用所学的知识解释其原因。
2.若没有三棱镜，则可以用下列方法来分解太阳光：如图所示，在较深的容器中盛上一些水，容器边斜放一个平面镜，使太阳光照射在平面镜上，并反射到白色的墙壁上，观察墙壁上反射光的颜色。敲动容器，使它迅速地做微小振动，又可在墙壁上观察到白光再现，请你想想这是为什么？
3.夏天最炎热的时候，小华在上学路上，看到平直公路上一辆行驶过去的公交车，小华发现，从公交车的后面看公交车，看到公交车好像在不停地晃动，你能否利用学过的知识解释该现象？
4.果蝇的每只眼睛都是由许多微型的“小眼睛”组成的，所以这种眼睛又称为复眼。如图甲所示为果蝇眼球局部放大的特写照，如图乙所示为其中一只“小眼睛”的示意图。把果蝇的眼睛与人眼相比较，果蝇的眼睛具有哪些优势？请说明理由。
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