1、专题十五光学选考物理北京市专用考点考点1 1光的折射全反射和色散光的折射全反射和色散1.(2020浙江7月选考,13,3分)如图所示,圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射;当入射角=60时,光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c,则()A.玻璃砖的折射率为1.5B.O、P之间的距离为RC.光在玻璃砖内的传播速度为cD.光从玻璃到空气的临界角为302233答案答案C光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射,则sinC=,当入射角=60时,光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行,作出光
2、路图如图所示,出射光线刚好经过玻璃砖圆形表面的最高点Q,设在P点的折射角和在Q点的入射角为1,则n=,由几何关系可知,OP=Rtan1,联立解得n=,A错误;O、P之间的距离为R,B错误;光在玻璃砖内的传播速度v=c,C正确;光从玻璃到空气的临界角C满足sinC=,D错误。1nOPR1sinsin333cn331n332.(2017北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光,则光束a可能是()A.红光B.黄光C.绿光D.紫光答案答案 D本题考查光的折射、色散。由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中a光的侧移距离大于b光的侧移距离
3、,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,同种介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大,由于b光是蓝光,故只有D选项符合题意。3.(2014北京理综,20,6分)以往,已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n0),称为负折射率材料。位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是()sinsinir答案答案 B折
4、射线与入射线应位于法线的同一侧,故选项A、D错误。因为材料折射率n=-1,电磁波由空气进入介质时,sin=-sin(-),得=,则C项错。故正确选项为B。考查要点考查要点折射率、折射定律。审题关键审题关键折射线和入射线位于法线同侧;折射率n=-1,意味着出射角等于入射角。4.(2020浙江1月选考,12,3分)如图所示,一束光与某材料表面成45角入射,每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0k60根据题给数据得sinsin60即大于全反射临界角,因此光线在E点发生全反射。()设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i,折射角为r,由几何关系、反射定律及折射定律,有1ni=30i=90-si
5、ni=nsinrnsini=sinr联立式并代入题给数据,得sinr=由几何关系,r即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。2 2-346.2020课标,34(2),10分如图,一折射率为的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC,A=90,B=30。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。3答案答案2解析解析如图(a)所示,设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点,光在AB边上的入射角为1,折射角为2,由折射定律有sin1=nsin2,设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为,由几何关系=30+2由式并代入题给
6、数据得2=30nsin1所以,从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射,反射光线垂直射到AC边,AC边上全部有光射出。设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为,如图(b)所示。由几何关系=90-2由式和已知条件可知nsin1即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射,反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF,由几何关系得CF=ACsin30AC边与BC边有光出射区域的长度的比值为=2ACCF以下为教师用书专用1.(2020山东,9,4分)(多选)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BBCC面的线状单色可见光光源,DE与三棱镜的ABC面
7、垂直,D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为,只考虑由DE直接射向侧面AACC的光线。下列说法正确的是()212A.光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的B.光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的C.若DE发出的单色光频率变小,AACC面有光出射的区域面积将增大D.若DE发出的单色光频率变小,AACC面有光出射的区域面积将减小23答案答案ACD点光源在AC边上的出射区域PQ的长度占AC长度的比例等于线状光源DE在AACC面出射的区域占该侧面总面积的比例。由sinC=,可得C=45,可知Q、C重合,P在AC的中点,=,故A正确。若单色光频率变小,则三棱
8、镜对该光的折射率n变小,由sinC=,知临界角C变大,PQ长度变大,出射光区域的面积增大,故C正确。所以选A、C。1n12PQACLL121n2.(2013北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O,经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是()A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B.a光的频率大于b光的频率C.在真空中a光的波长大于b光的波长D.a光光子能量小于b光光子能量答案答案 B由光路图知,a光比b光的偏折程度大,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,a光的频率大于b光的频率,A选项错误,B选项正确;光在真空中的波长=,故频率大的光波长短,C选项错误
9、;光子能量E=h,为光的频率,故频率越大,光子能量越大,D选项错误。c考查点考查点折射定律、折射率、色散、光的波长、频率和光子能量。思路点拨思路点拨由图中的折射情况先确定玻璃对a、b光的折射率关系,再确定a、b光的频率关系,进而由频率确定其他量的情况。3.2017海南单科,16(1),4分(多选)如图,空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置;一细光束从空气中以某一角度(0f红得n蓝n红,又因n=,2相同,故1蓝1红,蓝光在D点射出时的折射角大于60。12sinsin312sinsin7.2018课标,34(2),10分如图,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60。一细
10、光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。()求出射光相对于D点的入射光的偏角;()为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?答案答案()60()nnsini3式中C是全反射临界角,满足nsinC=1由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为n22 33解题关键解题关键画图是解决物理问题的基本功对于几何光学题,画好光路图是解题的关键。充分利用几何知识便可顺利解题。8.2018课标,34(2),10分如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压
11、在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE=2cm,EF=1cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)答案答案 3解析解析本题考查折射定律。过D点作AB边的法线NN,连接OD,则ODN=为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为,如图所示。根据折射定律有nsin=sin式中n为三棱镜的折射率。由几何关系可知=60EOF=30OEF中有EF=OEsinEOF由式和题给条件得OE=2cm根据题给条件可知,OED为等腰三角形,
12、有=30由式得n=3解题关键解题关键解答本题的关键是根据题设条件,画出光路图,利用图中几何关系,列方程求解。9.2019海南单科,16(2),8分一透明材料制成的圆柱体的上底面中央有一球形凹陷,凹面与圆柱体下底面可透光,表面其余部分均涂有遮光材料。过圆柱体对称轴线的截面如图所示。O点是球形凹陷的球心,半径OA与OG夹角=120。平行光沿轴线方向向下入射时,从凹面边缘A点入射的光线经折射后,恰好由下底面上C点射出。已知AB=FG=1cm,BC=cm,OA=2cm。()求此透明材料的折射率;()撤去平行光,将一点光源置于球心O点处,求下底面上有光出射的圆形区域的半径(不考虑侧面的反射光及多次反射的
13、影响)。3答案答案()()cm3622解析解析()平行光沿轴线方向向下入射时,折射后恰好由下底面上的C点射出,光图如图所示:由图可知入射角i=60折射角的正切值为tanr=所以折射角r=30根据折射定律可得透明材料的折射率为:n=()撤去平行光,将一点光源置于球心O点处,光路图如图所示:ABBC33sinsinirsin60sin303由题意及几何关系可得:DH=OH=(+1)cm所以DOH=COH由于射到圆弧面上的光线不会发生折射,设全反射的临界角为,则有:sin=EkbB.射向同一双缝干涉装置,其干涉条纹间距xaxbC.在水中的传播速度vavbD.光子动量papb答案答案 BD本题考查了光
14、的折射、光电效应、光的干涉、光子动量,以及理解能力、推理能力,体现了物理观念中能量观念的要素和科学思维中科学推理的要素。根据三棱镜折射现象可知,三棱镜对b光折射率较大,因此nanb,ab,根据光电效应最大初动能Ek=h-W0可知,Ekab,根据x=可知,xaxb,故选项B正确;根据n=可知,折射率越大,光在介质中传播速度越小,即vavb,故选项C错误;德布罗意波长=,且=,联立得p=,因此pa绿蓝,故选项A、C、D正确。Ld3.2019江苏单科,13B(2)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的(选填“折射”“干涉”或“衍射”)
15、。当缝的宽度(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。答案答案衍射接近解析解析本题考查了光发生明显衍射的条件,体现了科学探究中证据、解释的核心素养要素。两支铅笔并排放在一起,中间留有一条狭缝,光发生单缝衍射。由发生明显衍射的条件可知,当障碍物的尺寸与光的波长相接近时衍射现象十分明显。考点考点3 3光的粒子性光的粒子性1.(2019北京理综,19,6分)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。由表中数据得出的论断中不正确的是()A.两组实验采用了不同频率的入射光B.两组实验所用的金属板材质不同C.若入射光子的能
16、量为5.0eV,逸出光电子的最大动能为1.9eVD.若入射光子的能量为5.0eV,相对光强越强,光电流越大组次入射光子的能量/eV相对光强 光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9答案答案B本题考查了光电管在光照下产生光电流的现象和考生的实验数据分析能力,培养了考生的科学探究素养。表格中入射光子的能量不同,根据光子的能量E=h可知两组实验采用的入射光的频率不同,再由光电效应方程解得两组实验中金属的逸出功都是3.1eV,即两组实验所用的金属板材质相同,所以A选项正
17、确,B选项不正确。当入射光子的能量为5.0eV时,Ekm=h-W=1.9eV,故C选项正确。当入射光子的能量为5.0eV时,相对光强越强,单位时间内飞出的光电子越多,光电流越大,所以D项正确。2.(2017北京理综,18,6分)2017年年初,我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100nm(1nm=10-9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6
18、.610-34Js,真空光速c=3108m/s)()A.10-21JB.10-18JC.10-15JD.10-12J答案答案B本题考查光子能量。由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的极紫外波段的光子能量,E=h=h=210-18J,故选项B正确。c3.(2018课标,17,6分)用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19J。已知普朗克常量为6.6310-34Js,真空中的光速为3.00108ms-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.11014HzB.81014HzC.21015HzD.81015Hz答案答案 B本题考查光电效应规律。由光
19、电效应方程得Ek=-W0,而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率0应满足h0=W0,联立得0=-=81014Hz,故选项B正确。hcckEh4.(2019天津理综,5,6分)如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是()答案答案 C本题考查了考生的科学思维能力,体现了应用与创新价值观念。由题述“同一光电效应装置”可知金属的逸出功相同,再由I-U图像中遏止电压关系得知三种光的频率bca,则三种光在三棱镜中的折射率nbncna,据此可判断通过棱镜后光的折射情况,C选项正确,A、B、D项均错误。解题关键解题关键从图像
20、中分析出三种光的频率关系,从而得出它们在三棱镜中的折射率的大小关系。5.2019江苏单科,12(3)在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长=6.410-7m,每个激光脉冲的能量E=1.510-2J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.6310-34Js,光速c=3108m/s。计算结果保留一位有效数字)答案答案51016解析解析本题考查了光的波粒二象性中粒子性问题,考查了学生的理解能力,体现了物理观念中能量观念的素养要素,渗透了关注社会发展、科技进步、生产生活的价值观念。光子能量=,光子数目n=,代入数据得n=51016。hcE以下为教师用书专用1.(2013北京理综,20,
21、6分)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同样频率的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗
22、克常量,e为电子电量)()A.U=-B.U=-C.U=2h-WD.U=-heWe2heWe52heWe答案答案B同频率的光照射阴极K,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电效应,说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek,由光电效应方程知:Ek=nh-W(n2);光电子逸出后克服减速电场做功,由动能定理知Ek=eU,联立上述两式得U=-,当n=2时,即为B选项,其他选项均不可能。nheWe2.(2017课标,19,6分)(多选)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动
23、能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb答案答案BC本题考查光电效应方程、对遏止电压的理解。光照射到同种金属上,同种金属的逸出功相同。若ab,据Ek=h-W0可知,EkaEkb,则B项正确。由Ek=eU,可知UaUb,则A项错误。若UaUb,说明EkaEkb,则C项正确。由Ek=h-W0得h-Ek=W0,而同一种金属W0相同,与入射光的频率无关,故ha-Eka=hb-Ekb,则D项错误。3.2016课标,35(1),5分(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当
24、用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是()A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关答案答案 ACE解析解析保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错。由Ek=h-W,可知C正确。当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错。由eU=mv2=h-W
25、得eU=h-W,可见,遏止电压U随的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确。124.2015课标,35(1),5分(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是()A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关答案答案ACD电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;射线在云室中留下清晰的径迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子束波长短的特性
26、,D正确;光电效应体现的是光的粒子性,E错误。5.(2016浙江4月选考,16,2分)(多选)在光电效应实验中,采用极限频率为0=5.51014Hz的钠做阴极,已知普朗克常量h=6.610-34Js,电子质量m=9.110-31kg。用频率=7.51014Hz的紫光照射钠阴极产生光电子的()A.动能的数量级为10-19JB.速率的数量级为108m/sC.动量的数量级为10-27kgm/sD.德布罗意波长的数量级为10-9m答案答案 AD根据Ek=h-W,W=h0,得:Ek=1.3210-19J,A正确。由Ek=mv2,得v5105m/s,B错误。动量p=4.910-25kgm/s,C错误。由p
27、=h/得=m1.310-9m,故D正确。12k2mE-34-256.6 104.9 106.2018江苏单科,12C(2)光电效应实验中,用波长为0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为,A、B两种光子的动量之比为。(已知普朗克常量为h、光速为c)02答案答案 1 20hc解析解析由爱因斯坦光电效应方程可知EkA=h-W0=0,得W0=h0c0cEkB=h-h=02c0c0hcA种光子的动量pA=0hB种光子的动量pB=得pA pB=1 202h02h7.2015课标,35(1),5分在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc
28、与入射光的频率的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为,所用材料的逸出功可表示为。答案答案 ek(2分)-eb(3分)解析解析根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=h-W0,又因为Ekm=eUc,得到Uc=-,所以=k,h=ek;-=b,W0=-eb。he0Wehe0WeA A组组 考点基础题组考点基础题组考点考点1 1光的折射全反射和色散光的折射全反射和色散1.(2020北京门头沟一模,5)一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示。下列说法中正确的是()A.此介质的折射率等于1.5B.此介质的折射率等于C.入射角小于45时可能发生全
29、反射现象D.入射角大于45时可能发生全反射现象2答案答案 B试题以光的折射现象为情境,考查折射定律、全反射现象的生产条件等知识,主要考查理解能力和综合应用能力,体现物理观念和科学思维的学科素养,突出对应用性的考查要求。由折射定律,折射率n=,因此B对,A错。发生全反射现象时,光应从光密介质进入光疏介质,因此光由真空进入介质,不会发生全反射现象,C、D错误。sinsinirsin45sin302知识拓展知识拓展光由光密介质进入光疏介质时,入射大于等于临界角时,发生全反射,临界角C满足sinC=,n为光密介质相对于光疏介质的折射率。1n2.(2020北京朝阳二模,5)如图所示,储油桶的底面直径与高
30、均为d。当桶内没有油时,从某点A恰能看到桶底边缘的点B。当桶内装满油时,仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的点C,C、B两点相距。光在空气中的传播速度可视为真空中的光速c。则()A.仅凭上述数据可以求出桶内油的折射率B.仅凭上述数据可以求出光在桶内油中传播的频率C.仅凭上述数据可以求出光在桶内油中传播的波长D.来自C点的光射向油面时一定会出现全反射现象3d答案答案A如图所示油的折射率n=,根据题目已知可以求得油的折射率,因此A正确。真空中c=,真空中光速和介质中光速的关系n=,由于光的频率、波长均未知,因此B、C错误。光从光密介质射向光疏介质才会发生全反射,所以D错误。sinsinircv解题思
31、路解题思路画出光的折射光路,找到入射角和折射角,根据折射率的定义,再结合几何关系即可列方程求解。3.(2020北京西城二模,2)如图所示,一束可见光穿过玻璃三棱镜后,变为a、b、c三束单色光。如果b光是绿光,则以下说法正确的是()A.a光可能是蓝光B.c光可能是红光C.a光的频率小于b光的频率D.c光的波长大于b光的波长答案答案 C本题以复色光穿过三棱镜为物理情境,考查不同色光在相同介质中的折射,需要学生掌握不同色光的频率、波长,以及折射率的特征。由图像可看出,c光偏折程度大于b光大于a光,可以推导出nanbbc,abnOC,所以OB为紫光,A错误;真空中红紫,B错误;根据光在介质中的传播速度
32、v=,有v红v紫,v=,红紫,C错误;设入射角为i,折射角为,光在介质中传播路径长为x,n=,x=ODsin,所以光线在介质中传播时间t=OD,所以两束光在介质中传播时间相等,所以D正确。cnsinsinisinic解题关键解题关键要记住红光和紫光的各物理量的关系(红紫,n红紫)5.(2020北京东城一模,3)为了做好疫情防控工作,很多场所都利用红外线测温仪对进出人员进行体温检测。红外线测温仪利用()A.红外线是可见光的特点B.红外线的穿透本领比X射线强的特点C.人体温度越高辐射出的红外线越强的特点D.被红外线照射的某些物体可以发出荧光的特点答案答案C本题以红外线测温仪为载体,考查红外线的特点
33、及应用,体现科学思维的学科素养,突出基础性、应用性考查要求。电磁波谱中,可见光波段不包括红外线,A错误;红外线相比较X射线,波长更长,穿透能力弱,B错误;红外线热效应显著,无荧光效应,D错误;物体温度越高,辐射红外线越强,C正确。6.(2019北京丰台期末,4)很多公园的水池底部都装有彩灯,当一束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时,下列光路图中可能存在的一种情况是()答案答案 C光射到水面时发生反射,反射光中红光和蓝光都有。由于红光的折射率比蓝光的小,由临界角公式sinC=可知,红光的临界角比蓝光大,所以在水面上若蓝光不发生全反射,则红光也一定不会发生全反射。当两种色光都能折射到空气中
34、时,根据折射定律可知,在入射角相等时,红光折射角小。1n解题关键解题关键对于几何光学,要掌握不同色光的折射率、临界角等物理量之间的关系,这是考试的热点。7.(2020北京适应考,14)已知天然材料的折射率都为正值(n0)。近年来,人们针对电磁波某些频段设计的人工材料,可以使折射率为负值(nb可知光子的频率有ab,又因为E=h,故b光光子的能量较大,故A错误;由于甲、乙图样中的条纹都不是等间距的,故它们不是干涉图样,而是衍射图样,故C错误;由ax乙,比较甲、乙两种单色光,下列说法正确的是()A.真空中甲光的波长较短B.甲光的光子能量较小C.甲光发生全反射时的临界角较小D.甲光能发生偏振现象,而乙
35、光不能答案答案Bx=,所以对于同一个实验装置,波长越大,条纹间距越大,由x甲x乙可知甲光波长大于乙光波长;光子能量=h,且光的频率=,所以甲光的光子能量一定小于乙光的光子能量;甲光频率小于乙光,因为频率大的光对应折射率大,介质对甲光的折射率小于乙,sinC=,所以甲的临界角较大;偏振是横波特有的现象,由于光是横波,所以甲光、乙光都能发生偏振。Ldc1n知识拓展知识拓展同种介质对甲光的折射率小于对乙光的折射率,甲光在介质中的传播速率大于乙光。6.(2020北京东城一模,14)环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后,再经半透半反镜3分
36、成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘,有部分光线被烟尘吸收或散射(光在介质中与物质微粒相互作用,使光的传播方向发生改变的现象)后,经过光电转换电路6转换成电压信号U1。另一路光线直接到达光电转换电路7(6、7完全相同)后,产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2。运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断()1.光源2.聚光透镜3.半透半反镜4.反射镜5.被测烟尘6、7.光电转换电路8.运算电路9.显示器A.没有烟尘时,U1和U2的比值应该为零B.散射过程中动量守恒定律不成立C.如果用全反射棱镜作为反射镜4,其折射率至少为2D.烟尘浓
37、度越高时,U1和U2的差值越大答案答案 D本题目以光电式烟尘浓度计的工作原理为实际情境,涉及的内容有全反射、动量守恒,主要考查了理解能力、建模能力、推理论证能力,体现了实验探究和科学思维的学科素养,突出了对基础性、应用性和综合性的考查要求。没有烟尘时,按照题意=1,A错误;散射指光与烟尘的相互作用,满足动量守恒,B错误;反射镜4是全反射棱镜,由题意知入射角为45,由sinC=得n,C错误;烟尘浓度越高,U1与U2差值越大,D正确。12UU1n2二、实验题(共2小题14分)7.(7分)(2019北京十一中月考,9)如图1所示,某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定
38、,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa和bb。O为直线AO与aa的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。图1该同学接下来要完成的必要步骤有;A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像B.插上大头针P4,使P4仅挡住P3和P1、P2的像C.入射角过大,在上表面可能发生全反射D.入射角过大,在下表面可能发生全反射过P3、P4作直线交bb于O,过O作垂直于bb的直线NN,连接OO,测量图1中角和的大小。则玻璃砖的折射率n=;如图2所示,该同学在实验中将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽。若其他操作正确,图甲折射率的测量值准确值;图乙折射率的测量值准确值。(均选填“大于”、“
39、小于”或“等于”)图2答案答案B小于小于sinsin解析解析确定P3大头针的位置的方法是:插上大头针P3,使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是:大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。根据折射定律,玻璃砖的折射率为n=。将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽但仍平行,而其他操作正确,导致角偏大,由于n=,故折射率的测量值将偏小;如图所示,该同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小。sinsinsinsin解题关键解题关键理解实验原理,懂得实验的操作方法和步骤,能根据折射定律分析误差。8.(2020北京海
40、淀一模,15,7分)在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图),单缝保持竖直方向,并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知,毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作。(1)组装仪器时,单缝和双缝的空间关系应该为。A.a代表单缝,b代表双缝B.a代表双缝,b代表单缝C.二者相互垂直放置D.二者相互平行放置(2)将红色滤光片改为绿色滤光片,其他实验条件不变,在目镜中仍可看见清晰的条纹,则。A.条纹为竖条纹B.条纹为横条纹C.与红光相比条纹间距变窄D.与红光相比条纹间距变宽(3)经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离为x,则这种色光的波长表达式
41、为=(用题中所给字母表示)。答案答案(1)AD(2分,漏选得1分)(2)AC(2分,漏选得1分)(3)x(3分)dL解析解析本题以“用双缝干涉测光的波长”实验为背景,考查了实验中仪器的摆放、实验基本原理、双缝干涉条纹间距等问题。本题难度不大,属于较容易题。(1)根据实验要求,光应该先通过单缝再通过双缝,故A正确;两者之间应该是平行关系,故D正确。(2)根据双缝干涉条纹间距公式可以知道,在其他条件不变的情况下,将红色滤光片换成了绿色滤光片,会使得入射光的波长变小,故会导致形成的条纹间距变窄,但是条纹依然是竖条纹。故A、C正确。(3)根据双缝干涉条纹间距公式x=,即可以推导出色光的波长=x。Ldd
42、L三、计算题(共2小题28分)9.(16分)(2019北京西城一模,23)利用如图1所示的电路研究光电效应,以确定光电管中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系。K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K受到光照时能够发射电子。K与A之间的电压大小可以调整,电源的正负极也可以对调。(1)a.电源按图1所示的方式连接,且将滑动变阻器的滑片置于中央位置附近。试判断:光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动?b.现有一电子从K极板逸出,初动能忽略不计,已知电子的电荷量为e,电子经电压U加速后到达A极板。求电子到达A极板时的动能Ek。图1图2(2)在图1装置中,通过改变
43、电源的正、负极,以及移动变阻器的滑片,可以获得电流表示数I与电压表示数U之间的关系,如图2所示,图中Uc叫遏止电压。实验表明,对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。请写出光电效应方程,并对“一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的”做出解释。(3)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性,设计实验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率。根据他的方法获得的实验数据绘制成如图3所示的图线。已知电子的电荷量e=1.610-19C,求普朗克常量h。(将运算结果保留1位有效数字)图3答案答案(1)a.加速运动b.Ek=eU(2)见解析(3)610-34Js解
44、析解析(1)a.加速运动b.由动能定理得Ek=eU(2)爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W遏止电压对应为具有最大初动能的光电子由K极板运动到A极板动能减为0,根据动能定理有:Ek=eUc联立以上各式得Uc=-。可见,对于确定的金属来说,一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。(3)斜率为普朗克常量与元电荷之比可得普朗克常量h=keh=610-34JsheWe10.(2020北京海淀二模,20,12分)处于自然状态的物体会不断地向外辐射电磁波,同时也会吸收由其他物体辐射来的电磁波,当辐射和吸收达到平衡时,物体的温度保持不变。如果某物体能完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射
45、,这种物体就称为黑体。黑体也会同时向外辐射电磁波,已知单位时间内从黑体表面单位面积辐射出电磁波的能量I与黑体表面热力学温度T的4次方成正比,即I=T4,其中为已知常量。(1)若将火星看成表面温度相同的球形黑体,火星的半径为r,火星中心到太阳中心的距离为L,且L远远大于r,所以火星接收到来自太阳的辐射可视为垂直射到面积为r2的圆面上。已知太阳向外辐射电磁波的总功率为P1。火星大气层对太阳辐射的吸收和反射、太阳辐射在传播过程中的能量损失,以及其他天体和宇宙空间的辐射均可忽略不计。求在火星表面垂直于太阳和火星连线的单位面积接收到的来自太阳辐射的功率P0;设火星向四面八方各个方向均匀辐射,请写出当吸收
46、和辐射达到平衡时火星表面热力学温度T火的表达式。(2)太阳辐射电磁波的能量来源于如图甲所示的太阳中心的“核反应区”。“核反应区”产生的电磁波在向太阳表面传播的过程中,会不断被太阳的其他部分吸收,然后再辐射出频率更低的电磁波。为了研究“核反应区”的温度,某同学建立如下简化模型:如图乙所示,将“核反应区”到太阳表面的区域视为由很多个“薄球壳层”组成,第1“薄球壳层”的外表面为太阳表面;各“薄球壳层”的内、外表面都同时分别向相邻内“薄球壳层”和外“薄球壳层”均匀辐射功率相等的电磁波(第1“薄球壳层”的外表面向太空辐射电磁波,最内侧的“薄球壳层”的内表面向“核反应区”辐射电磁波),如图丙所示;“核反应
47、区”产生的电磁波的能量依次穿过各“薄球壳层”到达太阳的表面,每个“薄球壳层”都视为黑体,且辐射和吸收电磁波的能量已达到平衡,所以各“薄球壳层”的温度均匀且恒定。已知太阳表面热力学温度为T1,所构想的“薄球壳层”数目为N,太阳半径R1与“核反应区”的半径RN满足R1=kRN(k为已知的常数),第1“薄球壳层”的外表面向外辐射电磁波的总功率为P1。请根据该同学建立的模型和题目中给出的信息,解答下列问题。求第2、第3和第N“薄球壳层”向相邻的外“薄球壳层”辐射电磁波的功率P2、P3和PN;若认为“核反应区”的温度和第N“薄球壳层”的温度TN相等,请推导出“核反应区”热力学温度TN的表达式。结合所得到
48、TN的表达式,请说明该同学的模型是否合理?若不合理,请说明理由。甲答案答案见解析解析解析本题以电磁辐射为背景,考查功与功率的知识,主要考查学生阅读理解能力和建立模型的能力,第(2)题的第问要求学生根据建模结果对实际问题进行进一步应用,培养学生联系实际,深入思考,分析问题的能力。(1)在火星表面垂直于太阳和火星连线上单位面积接收到的来自太阳辐射的功率,等于在以太阳为中心L为半径的球面上,单位面积接收到的太阳辐射的功率。P0=(2分)火星接收到的来自太阳的电磁辐射总功率P火=P0r2=(1分)火星吸收太阳的电磁波的能量与自身辐射电磁波的能量达到平衡时有P火=I4r2(1分)根据题意有I=联立以上3
49、式,解得T火=(1分)(2)根据题意,当辐射和吸收电磁波的能量达到平衡时对于第1层有:P2=2P1(1分)对于第2层有:2P2=P3+P1,所以P3=3P1(1分)124PL2124PrL4T火14216PL对于第3层有:2P3=P4+P2,所以P4=4P1由此可推知:PN=NP1(1分)太阳表面单位时间内向外辐射的总功率为P1,则在太阳表面=同理,对于第N“薄球壳层”应有=(1分)联立以上两式得TN=T1(1分)薄球壳的层数没有确定,而根据表达式,分的薄球壳层数越多,核反应层温度越高,当N趋近无穷大时,温度趋近于无穷高。但实际核反应层的温度应该是一个有限值。所以这个模型不合理。(2分)121
50、4PR41T124NNPR4NT24Nk解题关键解题关键提取题中的关键信息,正确建立电磁辐射模型,利用吸收和辐射电磁波的能量平衡来解决问题。1.(202053原创)(多选)如图,一束紫光与界面成30射向透明平行玻璃板,一束红光与界面成60射向透明平行玻璃板,则()A.两束光穿过玻璃板后,它们的反向延长线垂直B.两束光穿过玻璃板后,它们的反向延长线不一定垂直C.下表面的出射光方向一定与入射光方向平行D.下表面的出射光方向一定与入射光方向不平行答案答案AC光在玻璃板上表面的折射角和在下表面的入射角相等,根据光的可逆性原理可知,下表面的出射光的折射角与开始在上表面入射光的入射角相等,两光线平行,故选
