物理選修3-5光學試題及答案詳解

1、光學單元測試一、選擇題（每小題 3分，共60分）1 .光線以某一入射角從空氣射人折射率為73的玻璃中，已知折射角為 30。，則入射角等于（）2 .紅光和紫光相比，（）A.紅光光子的能量較大；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較大B.紅光光子的能量較??；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較大 C.紅光光子的能量較大；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較小D.紅光光子的能量較小；在同一種介質(zhì)中傳播時紅光的速度較小3 . 一束復色光由空氣射向玻璃， 發(fā)生折射而分為a、b兩束單色光, 其傳播方向如圖所示。設玻璃對 a、b的折射率分別為na和nb, a、b在玻璃中的傳播速度分別為 va和Vb,則（）A. na>

2、;nb B . na<nb C . v a>VbD. Va<Vb1、。2。用m、n 2分別表4 .兩種單色光由水中射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角分別為。示水對兩單色光的折射率，VI、V2分別表示兩單色光在水中的傳播速度（）A . n i v n2、 Vi v V2vn2、 Vi>V2>n2、Vi < V2>n 2、 Vi>V25 .如圖所示，一束細的復色光從空氣中射到半球形玻璃體球心O點,經(jīng)折射分為a、b兩束光，分別由P、Q兩點射出玻璃體。PP、QQ 均與過O點的界面法線垂直。設光線 a、b在玻璃體內(nèi)穿行所用時間 分別為ta、tb,則ta： t b

3、等于（）（A） QQ : PP（ B） PP : QQ（C） OP : OQ（ D） OQ :OP6 .圖示為一直角棱鏡的橫截面，bac 90 , abc 60 。 一平行細光束從 。點沿垂直于bc面的方向射入棱鏡。已知棱鏡材料的折射率n= J2 ,若不考試原入射光在 bc面上的a、bo已知a光的反射光，則有光線（）A.從ab面射出B.從ac面射出C.從bc面射出，且與bc面斜交D.從bc面射出，且與 bc面垂直7 . 一束復色光由空氣射向一塊平行平面玻璃磚，經(jīng)折射分成兩束單色光頻率小于b光的頻率。下列哪個光路圖可能是正確的？（）8 .如圖所示，一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說法正確的

4、是A.紅光的偏折最大，紫光的偏折最小B.紅光的偏折最小，紫光的偏折最大C.玻璃對紅光的折射率比紫光大D.玻璃中紫光的傳播速度比紅光大9 .在下列各組的兩個現(xiàn)象中都表現(xiàn)出光具有波動性的是(A.光的折射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象B.光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象C.光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象D.光的直線傳播現(xiàn)象、光電效應現(xiàn)象10 .光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務。目前,我國正在大力建設高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡。下列說法正確的是（）A .光纖通信利用光作為載體來傳播信息B .光導纖維傳遞光信號是利用光的衍射原理C .光導纖維傳遞光信號是利用光的色散原理D .目前廣泛應用的光導纖維是一

5、種非常細的特制玻璃絲11.現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為 時電子的德布羅意波長設定為 電荷量e,電子的初速度不計,d的某生物大分子的結(jié)構(gòu)。為滿足測量要求，將顯微鏡工作-2 2n hA med2 B2 2 md h2 3 n e22d hC2men22 2n h1 22med12.在中子衍射技術(shù)中,常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu),因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距相近.已知中子質(zhì)量m=1. 67x10 27kg,普朗克常量h=6. 63x10 34J s,可以估算德布羅意波長入-1082x10 m的熱中子動能的數(shù)量級為（(A)10 17J(B)1019J(C)1021J(D)1024 Jd/n,其中

6、n>1。已知普朗克常量 h、電子質(zhì)量 m和電子 則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為（）.能 已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應的極限頻率為 13 A當用頻率為2B當用頻率為2u 0C當照射光的頻率 大于14 .水的折射率為 形區(qū)域的直徑為的單色光照射該金屬時，一定能產(chǎn)生光電子0 0的單色光照射該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為時，若u大大，則逸出功增大 0 0n,距水面深h處有一個點光源，岸上的人看到水面被該光源照亮的圓h tan(arc sinh tan(arc cos1) n1) nh tan(arc sin n)h cot(arc cos n)15 .為了觀察到納米級的微小結(jié)構(gòu),需要用到

7、分辨率比光學顯微鏡更高的電子顯微鏡,卜列說法中正確的是（A、電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光短，因此不容易發(fā)生明顯衍射 日電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光長，因此不容易發(fā)生明顯衍射 C電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光短，因此更容易發(fā)生明顯衍射 D電子顯微鏡所利用電子物質(zhì)波的波長可以比可見光長，因此更容易發(fā)生明顯衍射16 .人類對光的本性的認識經(jīng)歷了曲折的過程。下列關(guān)于光的本性的陳述符合科學規(guī)律或歷史事實的是(A)牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質(zhì)上是一樣的.(B)光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性.(C)麥克斯韋預言了光是一種電磁波.(D)光具有波粒

8、兩象性性.17 .空氣中兩條光線 a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出， 其框外光線如 圖 1所示。方框內(nèi)有兩個折射率 n=的玻璃全反射棱鏡。圖2給出了兩棱鏡四種放 置方式的示 意圖，其中能產(chǎn)生圖1效果的是18 .兩束不同頻率的單色光 a、b從空氣射入水中，發(fā)生了圖所示的折射現(xiàn)象(> )。下列結(jié)論中正確的是A.光束b的頻率比光束 a低B.在水中的傳播速度，光束 a比光束b小C.水對光束a的折射率比水對光束 b的折射率小D.若光束從水中射向空氣，則光束b的臨界角比光束 a的臨界角大19 .現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(guān)系為a br用b光束照射某種金屬時，恰能發(fā)生光電效應.若分

9、別用a光束和c光束照射該金屬，則可以斷定光束照射時，不能發(fā)生光電效應光束照射時，不能發(fā)生光電效應光束照射時，釋放出的光電子數(shù)目最多光束照射時，釋放出的光電子的最大初動能最小20 . OMM玻璃等腰三棱鏡的橫截面。a、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN,在棱鏡側(cè)面OM ON±反射和折射的情況如題 20圖所示，由此可知A.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小B.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大光的頻率比b光的高光的波長比b光的長題號12345678910答案題號11121314151617181920答案二、計算題(共40分)21 .人們發(fā)現(xiàn)光電效應具有瞬時性和對各種金屬都存在極限頻率的

10、規(guī)律。請問誰提出了何種學說很好地解釋了上述規(guī)律？已知鋅的逸出功為3.34eV ,用某單色紫外線照射鋅板時，逸出光電子的最大速度為 106m/s,求該紫外線的波長(電子質(zhì)量me 9.11 1031kg,普朗克常量 h 6.63 10 34 J s , 1eV 1.60 10 19 J )22 .如圖所示，一路燈距地面的高度為h,身高為l的人以速度v勻速行走.(1)試證明人頭頂?shù)挠白幼鰟蛩龠\動；(2)求人影長度隨時間的變化率。23 .如圖所示，一不透明的圓柱形容器內(nèi)裝滿折射率n =J2的透明液體，容器底部正中央。點處有一點光源 S,平面鏡MNW底面成45°角放置，若容器高為2dmm底邊半

11、徑為(1 + J3)dm, OM= 1dm,在容器中央正上方 1 dm處水平放置一足夠長的刻度尺，求光源S發(fā)出的光線經(jīng)平面鏡反射后，照射到刻度尺的長度。(不考慮容器側(cè)壁和液面的反射)24 . 一種用于激光治療的氨分子激光器，輸出 波長的激光，激光脈沖的時間約為10-9S,輸出脈沖時的功率為io6vy每秒輸出的脈沖個數(shù)是 100個。(1)這種激光的頻率是多少？屬于電磁波譜中的哪個波段？(2)這種激光器的平均輸出功率是多少？25 .如圖所示，透明介質(zhì)球球心位于O,半彳仝為R,光線DC平行于直徑 AOB射到介質(zhì)的 C點，DC與AB的距離H=J3r/2,若DC光線進入介質(zhì)球后經(jīng)一次反射再o _c 次回

12、到介質(zhì)球的界面時，從球內(nèi)折射出的光線與入射光線平行，作出光w、 路圖，并算出介質(zhì)的折射率。26 . 1801年，托馬斯楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì).1834年，洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗).(1)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖所示，S為單色光源，M為一平面鏡.試用平面鏡成像作圖法在答題卡上畫出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域.(2)設光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和L,光的波長為入，在光屏上形成干涉條紋.寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Ax的表達式.答案:題號1234567891°答案CBADBABDBBCAD題號111

13、2131415161718192°答案DCABAABCDBCABD21. 3. 23*10-7m22、(1)設t=0時刻，人位于路燈的正下方。處，在時刻t,人走到S處，根據(jù)題意有OS= vt過路燈P和人頭頂?shù)闹本€與地面的交點 M為t時刻人頭頂影子的位置，如圖 l所示,OM為頭頂影子到0點的距離.由幾何關(guān)系，有解式、得。因 OM與時間t成正比，故人頭頂?shù)挠白幼鰟蛩龠\動。(2)由圖l可知，在時刻t ,人影的長度為 SM由幾何關(guān)系，有SM=OMOS由式得因此影長SM與時間t成正比，影長隨時間的變化率。i ' =r ,由折射定律可得解：光路如圖，光線經(jīng)反射后到達介質(zhì)與空氣的界面時，入射角sin i= H/R =73 R/2R = V3/2i=60 °,折射角r = i/2 = 3°°折射角r' = i ,折射光線P*入射光線DC平行，則/ POAh COA=isin r= 1/2 折射率 sin i/ sinr =3323、解：作圖找出發(fā)光點S在平面鏡中的像點 S',連接S' M延長交直尺于 H點，MHg豎直方向，連接 S' P,在Rt APR S' 中，R S' =J3dm , PR=3 d