物理选修光学试题及答
案详解
Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
光学单元测试一、选择题(每小题3分,共60分)
1
30°,则入射角等于()
°°°°
2.红光和紫光相比,()
A.红光光子的能量较大;在同一种介质中传播时红光的速度较大
B.红光光子的能量较小;在同一种介质中传播时红光的速度较大
C.红光光子的能量较大;在同一种介质中传播时红光的速度较小
D.红光光子的能量较小;在同一种介质中传播时红光的速
度较小
3.一束复色光由空气射向玻璃,发生折射而分为a、b两
束单色光,其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为n a和n b,a、b在玻璃中的传播速度分别为v a和v b,则()
A.n a>n b B.n a 4.两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2。用n1、n 2分别表示水对两单色光的折射率,v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度() A . n l<n2、v1<v2<n2、v1>v2>n2、v1<v2 >n2、v1>v2 5.如图所示,一束细的复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O点,经折射分为a、b两束光,分别由P、Q两点射出玻璃体。PP’、QQ’均与过O点的界面法线垂直。设光线 a、b在玻璃体内穿行所用时间分别为t a、t b,则t a: t b等于() (A)QQ’:PP’ (B)PP’:QQ’ (C)OP’:OQ’ (D)OQ’:OP’ 6.图示为一直角棱镜的横截面,? = ∠ ? = ∠60 , 90abc bac。一平行细光束从O 点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=2,若不考试原入射光在bc面上的反射光,则有光线() A.从ab面射出 B.从ac面射出 C.从bc面射出,且与bc面斜交 D.从bc面射出,且与bc面垂直 7.一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖,经折射分成两束单色光a、 b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的() 8.如图所示,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,下列说法正确的是() A.红光的偏折最大,紫光的偏折最小 B.红光的偏折最小,紫光的偏折最大 C.玻璃对红光的折射率比紫光大 D.玻璃中紫光的传播速度比红光大 9.在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是() b c a o A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象 D.光的直线传播现象、光电效应现象 10.光纤通信是一种现代通信手段,它可以提供大容量、高速度、高质量的通 信服务。目前,我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是 ( ) A.光纤通信利用光作为载体来传播信息 B.光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理 C.光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 D.目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝 11.现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的结构。为满足测量要求, 将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d /n ,其中n >1。已知普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量e ,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为( ) A 2 2 2med h n B 3 1322 2 ? ??? ? ?e n h md C 2222men h d D 22 22med h n 12.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗 意波长与晶体中原子间距相近.已知中子质量m=1.67x10—27kg ,普朗克常量h=6.63x10—34J ·s ,可以估算德布罗意波长λ=1.82x10-10m 的热中子动能的数量级为( ) (A)10—17J (B)10—19J (C)10—21J (D)10—24 J 13.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0, A 当用频率为2 υ0的单色光照射该金属时,一定能产生光电子 B 当用频率为2 υ0的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为h υ0 C 当照射光的频率 υ大于 υ0 时,若υ增大,则逸出功增大 14. 水的折射率为n ,距水面深h 处有一个点光源,岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为 h tan(arc sin n 1 ) h tan(arc sin n) h tan(arc cos n 1 ) h cot(arc cos n) 15. 为了观察到纳米级的微小结构,需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜,下列说法中正确的是( ) A 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短,因此不容易发生明显衍射 B 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长,因此不容易发生明显衍射 C 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短,因此更容易发生明显衍射 D 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长,因此更容易发生明显衍射 16.人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是 (A )牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的. (B )光的双缝干涉实验显示了光具有波动性. (C )麦克斯韦预言了光是一种电磁波. (D )光具有波粒两象性性. 17.空气中两条光线 a 和 b 从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如 图 1所示。方框内有两个折射率 n=的玻璃全反射棱镜。图 2给出了两棱镜四种放 置方式的示意图,其中能产生图 1效果的是 18.两束不同频率的单色光a 、b 从空气射入水中,发生了图所示的折射现象(α>β)。下列结论中正确的是 A .光束b 的频率比光束a 低 B .在水中的传播速度,光束a 比光束b 小 C .水对光束a 的折射率比水对光束b 的折射率小 D .若光束从水中射向空气,则光束b 的临界角比光束a 的临界角大 19.现有a 、b 、c 三束单色光,其波长关系为c b a λλλ>>.用b 光束照射某种金属时,恰能发生光电效应.若分别用a 光束和c 光束照射该金属,则可以断定 光束照射时,不能发生光电效应 光束照射时,不能发生光电效应 光束照射时,释放出的光电子数目最多 光束照射时,释放出的光电子的最大初动能最小 20.△OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面。a 、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN,在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射的情况如题20图所示,由此可知 A.棱镜内a 光的传播速度比b 光的小 B.棱镜内a 光的传播速度比b 光的大 光的频率比b 光的高 光的波长比b 光的长 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 二、计算题(共40分) 21.人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律。请问 谁提出了何种学说很好地解释了上述规律已知锌的逸出功为eV 34.3,用某单色紫外线照射锌板时,逸出光电子的最大速度为s m /106,求该紫外线的波长λ(电子质量kg m e 311011.9-?=,普朗克常量s J h ??=-341063.6, J eV 191060.11-?=) 22.如图所示,一路灯距地面的高度为h ,身高为l 的人以速度v 匀速行走. (1)试证明人头顶的影子做匀速运动; (2)求人影长度随时间的变化率。 23.如图所示,一不透明的圆柱形容器内装满折射率n =2的透明液体,容器底部正中央O 点处有一点光源S ,平面镜MN 与底面成45°角放置,若容器高为 2dm ,底边半径为(1+3)dm ,OM = 1dm ,在容器中央正上方1 dm 处水平放置一足够长的刻度尺,求光源 S 发出的光线经平面镜反射后,照射到刻度尺的长度。(不考虑容器侧壁和液面的反射) 24.一种用于激光治疗的氦分子激光器,输出波长的激光,激光脉冲的时间约为10 -9s,输出脉冲时的功率为106W,每秒输出的脉冲个数是100个。 (1)这种激光的频率是多少属于电磁波谱中的哪个波段 (2)这种激光器的平均输出功率是多少 25.如图所示,透明介质球球心位于O,半径为R,光线DC 平行于直径AOB射到介质的C点,DC与AB的距离 H=3R/2,若DC光线进入介质球后经一次反射再次回到介 质球的界面时,从球内折射出的光线与入射光线平行,作出 光路图,并算出介质的折射率。 26.1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质.1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验). (1)洛埃镜实验的基本装置如图 所示,S为单色光源,M为一平面 镜.试用平面镜成像作图法在答题 卡上画出S经平面镜反射后的光与 直接发出的光在光屏上相交的区 域. (2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L, 光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹.写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式. 答案: 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C B AD B A BD B B C AD 题号11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 D C AB A A BCD B C A BD 21.3.23*10-7m 22、(1)设t=0时刻,人位于路灯的正下方O处,在时刻t,人走到S处,根据题意有 OS=vt ① 过路灯P和人头顶的直线与地面的交点M 为t时刻人头顶影子的位置,如图l所示,OM 为头顶影子到0点的距离.由几何关系,有 解式①、②得。因OM 与时间t成正比,故人头顶的影子做匀速运动。 (2)由图l可知,在时刻t,人影的长度为SM,由几何关系,有 SM=OM-OS ③由式①~③得 因此影长SM与时间t成正比,影长随时间的变化率。 解:光路如图,光线经反射后到达介质与空气的界面时,入射 角i’=r ,由折射定律可得折射角r’= i,折射光线PQ与入射光线 DC平行,则∠POA=∠COA=i sin i= H/R =3R/2R = 3/2i=600,折射角r = i/2 = 300 sin r= 1/2折射率 sin i/ sinr = 3 23、解:作图找出发光点S在平面镜中的像点S’,连接S’M延长交直尺于H 点,MH沿竖直方向,连接S’P,在RtΔPR S’中,R S’=3dm , PR=3 dm ,∴∠ r =300 由折射定律可得:sin i/sin r = n 解得sin i = 2/2 ,∠i = 450,刻度尺上被照亮的范围QH = 1 dm+ 3dm = (1+3)dm 24、解:(1)f= c/λ= 3×108 / ×10-9 HZ=×1014 HZ ,属于紫外线(2)P=100×10-9×106W=