一道光学题的多种解法

来源 :中学生理科应试 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yushu522216869
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  题目 某人身高1.7 m,为了测试路灯的高度,他从路灯正下方沿平直街道以1 m/s的速度匀速走开.某时刻他的影子长为1.3 m,再经过2s他的影子长为1.8 m.则路灯距地面的高度为多少?
  图1
  分析 由路灯与人头的连线与地的交点到人脚的距离,光不能到达而形成影子.根据题意,做出示意图如图1所示.
  解法1 设路灯高为H,人高为h.由于光在同一种均匀的物质中是沿着直线传播的,所以人站在A点时,AB段为光不能到达的区域,即为人的影长.根据题意知:AB=1.3 m,AF=h=1.7 m,CD=1.8 m.
  ∵AF∥OG,∴△BAF∽△BOG,
  ∴ AB OB = AF OG = h H ,亦即 AB OA+AB = h H ,
  OA=( h H -1)AB ①
  当人以v=1 m/s的速度从A点运动2 s到达C点后,CD为人的影长.则根据题意有:
  AC=vt=1 m/s×2 s=2 m.
  ∵CE∥OG,∴△CDE∽△ODG,∴ CD OD = CE OG = h H , 亦即 CD OA+AC+CD = h H ,
  OA=( H h -1)CD-AC ②
  由①、②两式有:( H h -1)CD-AC=( h H -1)AB,则( H h -1)(CD-AB)=AC
  H=( AC CD-AB +1)h=( 2m 1.8m-1.3m +1) ×1.7 m=8.5 m.
  即路灯的高度为8.5 m.
  解法2 如图1所示,连接EF交OG于I.
  ∵EF∥BD,∴△GEF∽△GDB,
  ∴ FE BD = GF GB ③
  又∵IF∥OB,∴△GIF∽△GOB
  ,∴ GI GO = GF GB ④
  由③、④两式得: GI GO = FE BD ,
  而GI=H-h,GO=H,EF=AC=2 m,BD=CD+BC=AC-AB+CD=2 m-1.3 m+1.8 m=2.5 m.
  则 H-h H = AC BD ,H= BD BD-AC h= 2.5m 2.5m-2m ×1.7m=8.5 m.
  即路灯的高度为8.5 m.
  解法3 因为人是匀速前进的,因此其影长的变化量也必是均匀的.由题意可以求出人影长每秒钟增加的速度为:Δv= S2-S1 t = 1.8m-1.3m 2s =0.25 m/s.
  当人的影长为1.3 m时,人离路灯的水平距离为:OA=vt′=1 m/s× 1.3m 0.25 m/s =5.2 m.
  以题意则有: H h = OB AB = OA+AB AB ,则H= OA+AB AB h= 5.2 m+1.3 m 1.3 m ×1.7 m=8.5 m.
  即路灯的高度为8.5 m.
  解法4 因AC=vt=1 m/s × 2 s=2 m.则由三角函数的知识有:
  H OB =tanα= h AB ,则 h AB = H OB = H OA+AB ,即 1.7m 1.3m = H OA+AB
  h CD =tanβ= H OD ,则 h CD = H CD = H OA+AC+CD ,即 1.7 m 1.8 m = H OA+2 m+1.3 m
  联立以上两式解之得:H=( 2 m 1.8 m-1.3 m ) ×1.7 m=8.5 m.
  即路灯的高度为8.5 m.
  解法5 (由直角三角形的知识知:当“影长=身高”时,则有:灯高=影子的头端到灯正下方的距离,而影子的头端到灯正下方的距离=人走开的距离+影长.)
  设人经过t秒钟后的影子长为1.7 m,则据题意有: h t = 1.8 m-1.3 m 2 s ,故此得:
  t= 1.7m 0.5 m ×2 s=6.8 s.
  此时人走开的距离为s=1 m/s × 6.8 s=6.8 m.
  则灯高H=6.8 m+1.7 m=8.5 m.
  练习 一位1.6 m高的人以1 m/s的速度从一盏路灯下向前走去,6 s后此人在地面上的影长为1 m,则该路灯在头顶上多高的位置?(9.6 m)
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