解：（1）过光心的光线其传播方向不改变，如下图所示．
（2）镜面从图示位置每转过60°，入射点的法线与竖直方向上的夹角从30°增大到60°，又减小到30°，因此镜面在转动过程中，反射光线与入射光线的最大夹角为120°，所以，反射光线偏离主光轴（主光轴上方）的最大夹角为30°，作其副光轴交于焦平面，如图所示，可见d=ftan30°=故答案为：
f，
（2）最大距离d=
f．
五、判断与说理题(本题共26分)
19.(12分) 如图所示是航天控制中心的大屏幕上的一幅卫星运行轨迹图，它记录了卫星在地球表面垂直投影的位置变化；图中表示在一段时间内卫星绕地球中心圆周飞行四圈，依次飞经中国和太平洋地区的四次轨迹①、②、③、④，图中分别标出了各地点的经纬度（如：在轨迹①通过赤道时的经度为西经157.5°，绕行一圈后轨迹②再次经过赤道时的经度为180°），设地球半径为R=6400千米，卫星离地面的高度为343千米． （1）卫星运行的周期是多少？
（2）请用纬度表示卫星上摄像设备能拍摄到的地表范围．
解：①卫星每运行一周，地球自转角度为180°﹣157.5°=22.5° 则卫星运行的周期T为T=
×24×3600S=5400s=1.5h．
②从图中可知卫星轨道平面与赤道平面的夹角为42.4°
由图可知：cosa=
=0.9491，即a=18.36°，42.4+a=60.76，可得拍摄范围在北纬60.76°
到南纬60.76°之间．
答：（1）卫星运行的周期是1.5小时；
（2）卫星上摄像设备能拍摄到的地表范围是北纬60.76°到南纬60.76°之间．
20. 科学家利用光与微粒（100毫米左右）发生相互作用的特性，发明了一种用激光来操纵微粒的工具﹣﹣﹣光镊子．其原理是：当一束会聚的激光束从光疏媒质进入光密媒质时发生折射（如图题1所示），光束的会聚程度将减弱，光束在界面受到向下的力；当一束会聚的激光束从光密媒质进入光疏媒质时发生折射（如图题2所示），光束的会聚程度将增强，光束在界面受到向上的力．
（1）现有一束向某点会聚的激光束射向折射率大于周围介质的小球，试分析图3所示情况下，小球受到激光束的总作用力方向．
（2）用光镊子捕获和移动水中的玻璃小球十分方便．图4是利用光镊子把水中玻璃小球排成“人”字形或“口”字形的照片．实验时，将混有直径为2.5微米的玻璃小球的水溶液滴在载玻片上，然后利用光镊子将玻璃小球提离载玻片，并在水中移动．设光镊子的捕获力与激光的功率成正比．已知玻璃小球的密度ρ=2.0×10千克/米，激光的最大功率为Pmax=30毫瓦，球体的体积V=πr．实验发现当激光功率为P=16毫瓦时，恰好能将玻璃小球提离载玻片．求该光镊子能产生的最大捕获力．
解：（1）由图可知，光线经两次折射折向上方，即光束经过（玻璃）介质球受到的总作用力的效果为向上，所以玻璃（介质）球受到的激光束的总作用力方向向下．
3
3
3
（2）由激光功率为P=16毫瓦时，恰好能将玻璃小球提离载玻片，可得： G球=则
+F浮，
=G球﹣F浮=ρ球gV球﹣ρ水gV排，
3
3
3
∵V排=V球，玻璃小球的密度ρ=2.0×10千克/米，体积V=πr，r=∴
=1.0×10kg/m××π×（1.25×10m）×9.8N/kg≈8.0135×10
3
3
﹣6
3
μm=1.25×10m，
﹣14
﹣6
N，
∵光镊子的捕获力与激光的功率成正比． ∴
∴F捕=1.5×10
﹣13
， N．
﹣13
答：该光镊子能产生的最大捕获力为1.5×10
N．
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