Question

14．月球对它表面附近的物体也有引力，这个力大约是地球对地面附近同一物体引力的六分之一．若一个连同随身装备的航天员在月球表面时月球对他的引力大约是196N，则他返回地球后的质量是多少？

（1）一束光经过光学元件后水平射出．请你在图1中的甲、乙、丙位置提供三种不同的光学元件的方案并确定光学元件的位置．（有必要的作图痕迹）
（2）如图2所示P是物体的像位置．“O”是透镜光心的位置．请在图中“O”位置画出所需要透镜并完成光路图．
（3）请在图3中画出乒乓球此时所受力的示意图．（乒乓球此时为静止的瞬间）

Answer 1

分析 根据月球对它表面附近的物体也有引力，这个力大约是地球对地面附近同一物体引力的六分之一，求出在地球上物体的重力，根据G=mg变形公式求质量；
（1）出射光线水平射出，我们会想到凸透镜和凹透镜，另外平面镜也可以改变光路，调整合适的角度也可以使光线水平射出．画凸透镜和凹透镜时要注意利用凸透镜和凹透镜的光学特点；画平面镜时要注意遵循光的反射定律；
（2）像物在两侧，是凸透镜成实像的情况，知道“O”是凸透镜光心的位置，据此画出凸透镜，再利用凸透镜的三条特殊光线作图；
（3）画力的示意图，首先要对物体进行受力分析，看物体受几个力，要先分析力的大小、方向和作用点，再按照画图的要求画出各个力．重力的方向竖直向上，作用点在重心，规则物体的重心在几何中心．

解答 解：月球对它表面附近的物体的引力大约是地球对地面附近同一物体引力的六分之一，
若一个连同随身装备的航天员在月球表面时月球对他的引力大约是196N，
在地球上重力为G=6×196N=1176N；
他的质量m=$\frac{G}{g}=\frac{1176N}{9.8N/kg}$=120kg；
（1）甲、对于凸透镜，入射光线过焦点，则折射光线与主光轴平行射出．
乙、对于凹透镜，入射光线的延长线过焦点，则折射光线与主光轴平行射出．
丙、平面镜也可以改变光路，使光的方向发生改变．如图1所示：


（2）像物在两侧，故是凸透镜成实像的情况，“O”是凸透镜光心的位置；从烛焰像的端点S发出的平行于主光轴的光线，经凸透镜后过烛焰像的端点S′；通过光心的折射光线过烛焰像的端点S′，图2所示：

（3）小球在图示位置时，受到重力和拉力的作用，所受的重力竖直向下，作用点在物体的重心，拉力的方向沿绳向上，如下图3所示：


故答案为：他返回地球后的质量是120kg；
（1）如图1所示；（2）如图2所示；（3）如图3所示．

点评 本题考查重力的计算、凸透镜和凹透镜和平面镜对光线的作用、凸透镜的三条特殊光线的画法（过光心的光线其传播方向不变；过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点）及力的示意图的画法．