2019-2020年物理选修3-5光学试题及答案详解.doc

2019-2020年物理选修3-5光学试题及答案详解一、选择题（每小题3分，共60分）1光线以某一入射角从空气射人折射率为的玻璃中，已知折射角为30，则入射角等于（） A.30 B.45C.60 D.752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ab空气玻璃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na和nb，a、b在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则（ ） Ananb BnavbDvav2 C.nln2、v1v2 D.nln2、v1v25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ta、tb，则ta: tb等于（）（A）QQ:PP （B）PP:QQ （C）OP:OQ （D）OQ:OPbcao6图示为一直角棱镜的横截面，。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=，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（ ） 红光的偏折最大，紫光的偏折最小 红光的偏折最小，紫光的偏折最大玻璃对红光的折射率比紫光大 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 （ ） 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 （ ） 光纤通信利用光作为载体来传播信息 光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理光导纤维传递光信号是利用光的色散原理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n1。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 B C D 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=167x1027kg，普朗克常量h=663x1034Js，可以估算德布罗意波长=182x10-10m的热中子动能的数量级为（ ） (A)1017J (B)1019J (C)1021J (D)1024 J13已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0，A 当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B 当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0C 当照射光的频率大于0时，若增大，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 A.2 h tan(arc sin) B.2 h tan(arc sin n) C.2 h tan(arc cos) D.2 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=1.5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（）。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.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A.a光束照射时，不能发生光电效应B.c光束照射时，不能发生光电效应C.a光束照射时，释放出的光电子数目最多D.c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C.a光的频率比b光的高D.a光的波长比b光的长题号12345678910答案题号11121314151617181920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，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为，求该紫外线的波长（电子质量，普朗克常量，）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 =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+）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337.1nm 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=R/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。261801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，在光屏上形成干涉条纹写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离x的表达式答案：题号12345678910答案CBADBABDBBCAD题号11121314151617181920答案DCABAABCDBCABD21323*10-7m22、(1)设t0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OSvt 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、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=OMOS 由式得 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=isin i= H/R =R/2R = /2i=600，折射角r = i/2 = 300sin r= 1/2折射率 sin i/ sinr = 23、解：作图找出发光点S在平面镜中的像点S，连接SM延长交直尺于H点，MH沿竖直方向，连接SP，在RtPR S中，R S=dm ， PR=3 dm ， r =300 由折射定律可得：sin i/sin r = n 解得sin i = /2 ，i = 450 ，刻度尺上被照亮的范围QH = 1 dm+ dm = （1+）dm 24、 解：（1）f= c/= 3108 / 337.110-9 HZ=8.91014 HZ ，属于紫外线 （2）=10010-9106W= 0.1W附送：2019-2020年物理鲁科版选修3-2第1章电磁感应章末检测含试卷分析详解一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要以下符合物理学史实的是()A科拉顿发现了电流热效应的规律B法拉第总结出了点电荷间相互作用的规律C奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕D牛顿将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动解析：选C.焦耳通过实验直接得到了电流热效应的规律焦耳定律，选项A错误；库仑在前人研究的基础上通过扭秤实验总结出点电荷间相互作用的规律库仑定律，选项B错误；奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，拉开了电与磁相互关系的序幕，选项C正确；伽利略将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动，选项D错误2电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电气设备下列用电器中，没有利用电磁感应原理的是()A动圈式话筒B自动取款机C磁带录音机 D白炽灯泡解析：选D动圈式话筒、自动取款机、磁带录音机都应用了电磁感应原理只有选项D中白炽灯泡没有利用电磁感应原理3如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线正好和线圈的一条直径MN重合要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有()A将螺线管在线圈a所在平面内转动B使螺线管上的电流发生变化C使线圈以MN为轴转动D使线圈以与MN垂直的一条直径为轴转动解析：选DA、B、C中线圈a中磁通量始终为零，没有发生变化，无法产生感应电流4研究表明，地球磁场对鸽子辨别方向起到重要作用鸽子体内的电阻大约为1 000 ，当它在地球磁场中展翅飞行时，两翅会切割磁感线，产生感应电动势这样，鸽子体内灵敏的感受器即可根据感应电动势的大小来判别其飞行方向若磁场的大小为5105 T，鸽子翼展长度约0.5 m，当鸽子以20 m/s的速度飞翔时，两边翅膀间的感应电动势约为()A50 mV B5 mVC0.5 mV D0.5 V解析：选C.鸽子翼展长度大约为0.5 m，根据EBlv，得E51050.520 V5104 V0.5 mV，故C正确5用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和UD下列判断正确的是()AUaUbUcUd BUaUbUdUcCUaUbUcUd DUbUaUdUc解析：选B线框进入磁场过程中产生的电动势分别为EaEbBLv，EcEd2BLv，由于单位长度电阻相等，则有：UaEaBLv，UbEbBLv，UcEcBLv，UdEdBLv，所以UaUbUdUc，B正确6.如图所示，接有理想电压表的三角形导线框abc，在匀强磁场中向右运动，问：框中有无感应电流？b、c两点间有无电势差？电压表有无读数？()A无、无、无 B无、有、有C无、有、无 D有、有、有解析：选C.因闭合回路内磁通量无变化，故无感应电流，电压表也无读数，但bc有效切割磁感线，b、c两点间有电势差7.半径为R的圆形线圈，两端A、D接有一个平行板电容器，线圈垂直放在随时间均匀变化的匀强磁场中，如图所示，则要使电容器所带电荷量Q增大，可以采取的措施是()A增大电容器两极板间的距离B增大磁感应强度的变化率C减小线圈的半径D改变线圈所在平面与磁场方向间的夹角解析：选BQCU，由C知，增大极板距离d，电容C减小，因此Q也减小，故A错误；由UEnnS，分析可得增大磁感应强度变化率或增大线圈在垂直磁场方向的投影面积，可增大A、D间电压，从而使Q增大，所以B正确，C、D错误二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意)8一圆形闭合线圈放在随时间均匀变化的磁场中，线圈平面和磁场方向垂直若想使线圈中的感应电流增强1倍，下述方法不可行的是()A使线圈匝数增加1倍B使线圈面积增加1倍C使线圈匝数减少一半D使磁感应强度的变化率增大1倍解析：选ABC.线圈匝数增加1倍，感应电动势和线圈电阻都增加1倍，感应电流不变，A不对；线圈面积增加1倍，电阻也变化，则感应电流不能增强1倍，B不对；同理，C也不对；只有D正确9如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是()A感应电流方向不变BCD段直线始终不受安培力C感应电动势最大值EBavD感应电动势平均值Bav解析：选ACD在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大，感应电流的方向不变，A正确CD段通电导体在磁场中受到安培力的作用，B不正确当半圆闭合回路进入磁场一半时，等效切割长度最大为a，这时感应电动势最大为EBav，C正确感应电动势平均值Bav，D正确10如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场若第一次用0.3 s时间拉出，外力所做的功为W1，通过导线截面的电荷量为q1；第二次用0.9 s时间拉出，外力所做的功为W2，通过导线截面的电荷量为q2，则()AW1W2Cq1q2 Dq1q2解析：选BC.设线框长为l1，宽为l2，第一次拉出速度为v1，第二次拉出速度为v2，则v13v2.匀速拉出磁场时，外力所做的功恰等于克服安培力所做的功，有W1F1l1BI1l2l1，同理W2，故W1W2，选项B正确；又由于线框两次拉出过程中，磁通量的变化量相等，即12，由q/R，得q1q2，选项C正确11.如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜球在A点由静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()AA、B两点在同一水平线上BA点高于B点CA点低于B点D铜球最后将在磁场内做等幅摆动解析：选BD铜球在进入和穿出磁场的过程中，球中会有涡流产生，有一些机械能转化为电能(最终转化为内能)，所以A点应高于B点，故选项B正确完全在磁场中运动时，无感应电流，没有能量转化，故D正确12如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角(090)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中()A运动的平均速度大小为vB下滑的位移大小为C产生的焦耳热为qBLvD受到的最大安培力大小为mgsin 解析：选BD流过ab棒某一截面的电量qtt，ab棒下滑的位移s，其平均速度，而棒下滑过程中做加速度减小的加速运动，故平均速度不等于v，A错误B正确；由能量守恒mgssin Qmv2，产生的焦耳热Qmgssin mv2mgsin mv2，C错误；当mgsin 时v最大，安培力最大，即F安mmgsin ，D正确三、填空题(本题共1小题，共8分按题目要求作答)13某同学在探究感应电流产生的条件时，做了如下实验：探究：如图甲所示，先将水平导轨、导体棒AB放置在磁场中，并与电流表组成一闭合回路然后进行如下操作：AB与磁场保持相对静止；让导轨与AB一起平行于磁感线(上下)运动；让AB在水平方向上运动(切割磁感线)探究：如图乙所示，将螺线管与电流表组成闭合回路然后进行如下操作：把条形磁铁放在螺线管内不动把条形磁铁插入螺线管把条形磁铁拔出螺线管探究：如图丙所示，螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；A放在螺线管B内，B与电流表组成一个闭合回路然后进行如下操作：闭合和断开开关瞬时闭合开关，A中电流稳定后闭合开关，A中电流稳定后，再快速改变滑动变阻器的阻值可以观察到：请在(1)(2)(3)中填写探究中的序号(1)在探究中，_闭合回路会产生感应电流(2)在探究中，_闭合回路会产生感应电流(3)在探究中，_闭合回路会产生感应电流(4)从以上探究中可以得到的结论是：当_时，闭合回路中就会产生感应电流解析：在探究中，会产生感应电流，在探究中，会产生感应电流，在探究中，会产生感应电流由上可知，穿过闭合回路的磁通量有变化是产生感应电流的条件答案：(1)(2)(3)(4)穿过闭合回路的磁通量发生变化四、计算题(本题共3小题，共34分解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)14(9分)如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距l0.50 m，左端接一电阻R0.20 ，磁感应强度B0.4 T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：(1)ab棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小；(3)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小解析：(1)根据法拉第电磁感应定律，ab棒中的感应电动势EBlv0.40.504.0 V0.80 V(3分)(2)感应电流大小为I A4.0 A(3分)(3)ab棒所受安培力F安BIl0.44.00.50 N0.8 N，故外力F的大小也为0.8 N(3分)解析：(1)0.80 V(2)