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光学、近代物理初步单元测试题（100分钟 100分）第卷（选择题 共40分）甲乙一、选择题部分共10小题，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。1在一次观察光的衍射实验中，观察到如图甲、乙所示的清晰的亮暗相间的图样（白为亮纹，黑为暗纹），那么障碍物可能是（A）甲是较小的不透明圆板乙是很大的中间有大圆孔的不透明挡板甲是很大的不透明圆板乙是很大的中间有小圆孔的不透明挡板APOB如图所示，空气中有一块横截面呈扇形的的玻璃砖，折射率为。现有一细光束垂直射到AO面上，经玻璃砖反射、折射后，经OB面平行返回，为135o，圆的半径为r，则入射点P距圆心O的距离为（C）ABC7.5o细丝激光器抽丝机D15o制细丝时可用激光束监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度狭缝的规律相同，则（BD）A这是利用了光的直线传播现象B这是利用了光的衍射现象C如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了D如果屏上条纹变宽，表明细丝细了4美国科研人员在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63（）和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池的两极从而为外接负载提供电能。下面有关电池的说法正确的是（BC）A. 该电池作用是将化学能转化为电能B. 镍63的衰变方程是C. 外接负载时镍63的电势比铜片高D. 该电池内电流方向是从镍到铜片ABC如图所示，用三块完全相同的两面平行玻璃组成一等边三角形，由红光和蓝光组成的一细光束以平行底面BC从AB面射入，由AC面射出则从AC面射出的光、（C）A分成两束，上边为蓝光，下边为红光B分成两束，上边为红光，下边为蓝光C仍为一束，并与底面BC平行D仍为一束，并向底面BC偏折如图所示，一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种单色光，并同时做如下实验：让这三种单色光分别通过同一双缝干涉装置在光屏上产生干涉条纹（双缝间距和缝屏间距不变）；让这三种单色光分别照射锌板；让这三种单色光分别垂直投射到一条直光纤的端面上；下列说法中正确的是（ABC）A如果单色光b能产生光电效应，则单色光a一定能产生光电效应B单色光c 的波动性最显著C单色光a穿过光纤的时间最长ABD单色光c形成的干涉条纹间距最小在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法。A的上表面是一光滑平面，在A的上方做一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们间形成一个厚度均匀的空气膜，现在用波长为的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性地变化。当温度t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则（BD）A出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强C温度从t1 升至t2过程中，A的高度增加D温度从t1 升至t2过程中，A的高度增加1961年德国学者约恩孙发表了一篇论文，介绍了他用电子束的一系列衍射和干涉实验，其中他做的双缝干涉实验，与托马斯杨用可见光做的双缝干涉实验所得的图样基本相同，这是对德布罗意的物质波理论的又一次实验验证。根据德布罗理论，电子也具有波粒二象性，其德布罗意波长=/其中为普朗克常量，为电子的动量。约恩孙实验时用50kV电压加速电子束，然后垂直射到间距为毫米级的双缝上，在与双缝距离约为35cm的衍射屏上得到了干涉条纹，但条纹间距很小，下面所说的4组方法中，哪些方法一定能使条纹间距变大？（BD）A降低加速电子的电压，同时加大双缝间的距离B降低加速电子的电压，同时减少双缝间的距离C加大双缝间的距离，同时使衍射屏靠近双缝D减少双缝间的距离，同时使衍射屏远离双缝某原子核的衰变过程为，则（CD）的中子数比的中子数多的质量数比的质量数多的质子数比的质子数多的核子数比的核子数多10如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，下列说法正确的是（）这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最长这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=所发出的光频率最高金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11eV金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eV第卷（非选择题 共60分）二、本题共5小题，每小题5分，共25分。把答案填在题中的横线上。11由于地球表面存在大气层，使太阳光覆盖地球面积与没有大气层时不同，则有大气时太阳光覆盖面积较大（较大，较小，不变），地球某处清晨接收到的第一缕阳光是红色色（红色，紫色，白色）12如图是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图。 图中是光源，是光屏，它们之间的、依次是 滤光片 、 单缝 、 双缝 。 以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离 B 。A.增大和之间的距离B.增大和之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片甲乙D.增大双缝之间的距离(3)某同学在 “用双缝干涉测光的波长”的实验中，他用带有游标尺的测量头测量条纹间的距离，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第1亮条纹）的中心，此时游标尺上的示数情况如图甲所示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图乙所示。则图甲的读数x1=_1.15_mm；图乙的读数x2=_9.00_mm；条纹宽度为 1.75 mm13用如图所示的装置可以测定棱镜的折射率，其中ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的两个锐角和都是已知的，紧贴直角边AC的是一块平面镜，将一束光SO入射到棱镜的AB面上，适当调整光线SO的入ABCOS射方向，使从AB面出射的光线与入射光线恰好重合，在这种情况下，仅需要测出一个物理量 入射角 （在图中用符号标出)就可以算出该棱镜的折射率，则计算折射率的表达式为=14一个电子（质量为m，电量为e）和一个正电子（质量为m，电量为e），以相等的初动能b相向运动，并撞到一起发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为，则=15“秒”是国际单位制中的时间单位，它等于原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波周期的9192631770倍，据此可知，该两能级之间的能量差为 j（保留三位有效数字，普朗克常量）三、本题共4小题，共35分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。16（分）如图所示，长为折射率为n的玻璃纤维置于空气中若从一端面入射的光在其中恰能发生全反射，并经多次反射从另一端面射出，设光在真空中的速度为c，求光由到所用时间16解析：设光在玻璃中的传播速度为，临界角为C则 2分 2分由于光在玻璃中恰好发生全反射，故有 2分所以 2分E1E2E317（分）红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光，铬离子的能级图如图所示，是基态，是亚稳态，是激发态，若以氙灯发出的波长为的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到，然后自发地跃迁到，释放波长为的光子，处于亚稳态的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长是多少？17解析：铬离子由能级到能级吸收光子能量为由能级到能级放出光子能量为由能级到能级放出光子能量为 4分由能量守恒得即 3分解得 2分18（9分）20世纪60年代初期，美国科学家发现了“记忆合金”。“记忆合金”不同于一般的金属，它和有生命的生物一样，具有较强的“记已性”，它能“记”住自己原来的形状。某人用一种“记忆合金”制成了太阳灶，为了便于储存和运输，在温度较低时将太阳灶压缩成了一个体积较小的球，使用时在太阳光的强烈照射下又恢复了伞状，恢复形状后的太阳灶正对着太阳，它的半径为R。已知太阳的辐射功率（太阳每秒辐射出的能量）为P，由于大气层的反射和吸收，太阳能只有到达地面，若把太阳光看成是频率为的单色光，太阳中心到地面的距离为L，则这个太阳灶每秒钟能接收多少个光子？（普朗克常量为）解析：太阳每秒钟辐射出的总能量为E=P每个光子的能量E0= 2分太阳每秒钟辐射出的光子数为 2分太阳灶的横截面积等效为地面上每秒钟单位面积接收到的光子数为 3分所以太阳灶每秒钟接收到的光子数为 2分19(9分) 2006年9月28日世界领先的我国最新一代核聚变实验装置“EAST”在安徽合肥首次放电。稳态运行的核聚变堆产生能量的方式和太阳产生能量的方式相同，都是由原子核聚变放出巨大能量，因此被俗称为“人造太阳”。核聚变中所用的燃料氘，在地球上储量非常丰富，地球上仅在海水中就含有45万亿吨氘，足够人类使用上百亿年，比太阳的