光学与原子物理.doc

二十二、光学 原子物理综合第卷(选择题 共40分)一、本题共10小题;每小题4分,共40分,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.请将答案填入答题栏内.1.太阳光从与水平面成40角射来,为了反射光能照到竖井的底部,那么在井口安置的平面镜跟水平方向的夹角是A.15 B.25 C.45 D.65解析:考查光的反射定律在平面镜控制光路中的运用.按题意作出入射光及反射光,再作出两者构成的角的平分线,垂直角平分线就是平面镜的位置.答案:D2.用平面镜来观察身后的一个物体,要能看到物体完整的像,则镜面的长度至少应为物体高度的A.倍 B.倍 C.1倍 D.上述答案都不对解析:易误点:容易受思维定势的影响而选A项.本题并非观察者看其自身,而是看身后的物体.作图可知镜面的长度与物体长度、物体和观察者与平面镜的位置有关.答案:D3.天然放射性元素Th(钍)经过一系列衰变和衰变之后,变成Pb(铅).下列论断中正确的是A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次衰变和8次衰变D.衰变过程中共有6次衰变和4次衰变解析:考查和衰变的特点及核衰变方程的平衡.先考虑衰变的次数再考虑衰变的次数.答案:BD4.关于、三种射线,下列说法中正确的是A.射线是原子核自发放射出的氦核,它的穿透能力最强B.射线是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等的穿透能力C.射线一般伴随着或射线产生,它的穿透能力最强D.射线是电磁波,它的穿透能力最弱解析:考查三种射线的性质.答案:C5.关于电磁波谱,下列说法正确的是A.电磁波中最容易表现干涉、衍射现象的是无线电波B.红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发以后产生的C.射线是原子内层电子受激发产生的D.红外线的波长比红光长,它具有显著的化学作用解析:考查电磁波不同波段的产生机理及各自的特点.答案:AB6.如图221为x射线管的结构示意图, E为灯丝电源.要使射线管发出x射线,须在K、A两极间加上几万伏的直流高电压图221A.高压电源正极应接在P点, x射线从k极发出B.高压电源正极应接在P点, x射线从A极发出C.高压电源正极应接在Q点, x射线从k极发出D.高压电源正极应接在Q点, x射线从A极发出解析:考查伦琴射线管的工作原理.答案:D7.在下列四个方程中,x1、x2、x3和x4各代表某种粒子UnSrXe3x1Hx2HenUThx3MgHeALx4以下判断中正确的是A.x1是中子 B.x2是质子C.x3是粒子 D.x4是氘核解析: 考查核反应方程的书写规律及基本粒子特点答案: AC8.氢原子的基态能量为E 1,下列四个能级图,正确代表氢原子能级的是图222解析: 考查对氢原子能级规律的认识.由E n=可知,随着量子数n的增大,两相邻能级间的能级差减小,故选C.答案: C9.关于光电效应规律,下面哪些说法是正确的当某种光照射金属表面时,能发生光电效应,则入射光强度越大,单位时间内逸出的光电子数也越多当某种光照射金属表面时,能发生光电效应,则入射光的波长越小,产生的光电子的最大初动能越大同一频率的光照射不同金属,如果都能发生光电效应,则逸出功大的金属产生的光电子的初动能也越大不同强度的某种色光照射同一金属,强光能发生光电效应现象,弱光也一定能发生光电效应现象A. B. C. D.解析: 考查对光电效应规律的理解.答案: 图22310.图223,为实验室所用的双缝干涉实验装置示意图,图223为用某种单色光进行实验时,在屏上观察到的条纹情况,其中O为中央亮纹,图中乙和丙图为把整个装置放入水中,可能观察到的条纹情况,O、O为对应的中央亮纹,则以下说法中正确的是A.该单色光在水中频率不变,丙图为水中实验时产生的条纹B.该单色光在水中波长变长,丙图为水中实验时产生的条纹C.该单色光在水中频率不变,乙图为水中实验时产生的条纹D.该单色光在水中波长变长,乙图为水中实验时产生的条纹解析: 考查光的干涉特点、折射规律.进入水中时,单色光的频率不变,波长变短,故干涉条纹间距变小.答案: C第卷(共110分)二、本题共三小题,共18分.把答案直接填在题中的横线上或按要求作图.11.要使伦琴射线管产生波长为5.001011m的伦琴射线,则伦琴射线管的灯丝和靶间的电压至少应为_V.解析:波长为=5.001011m的x射线光子能量E=h.若电子经电场加速后获得的动能全部转化为光子的能量,有eU=h解得U=2.49104V.答案:2.4910412.空中有一只小鸟, 距水面3m, 其正下方距离水面4m深处的水中有一条鱼,已知水的折射率为4/3,则鸟看水中鱼离它_m, 鱼看鸟离它_m.解析:根据结论:在正上方观察透明体中的物体的视深h = (h为实际深度)可得鸟看水中鱼的视深h=3m距鸟为33=6(m).再根据光路可逆性质,鱼看岸上鸟的视深h=nh=3=4m.距鱼为44=8m.答案: 6; 813.两个放射性元素的样品A和B, 当A有的原子核发生了衰变时,B恰好有的原子核发生了衰变.可知A和B的半衰期之比AB=_.解析:衰变的定量规律为m=m0其中m0为原放射性物质质量,m为经t时间衰变后剩下的放射性物质的质量, 为该放射性物质的半衰期.同时间内A衰变了,剩,B衰变了,剩,故4A=6B AB=32.答案: 3:2三、本题共三小题,共22分.把答案直接填在题中的横线上或按要求作图.图22414.如图224所示MN是暗室墙上的一根直尺,手电筒射出一束光与MN垂直,直尺上被照亮的宽度是a,现将一横截面是直角三角形的玻璃三棱镜放在图中虚线所示位置,截面的直角边AB与MN平行,顶角A=30,试说明放上三棱镜后,在直尺上被照亮的部分有什么变化:_答案:被照亮的部分下移,且上边缘为红色,下边缘为紫色.图22515.如图225所示,有一长方形容器,高为30cm, 宽为40cm,在容器的底部平放着一把长40cm的刻度尺.眼睛在OA延长线上的E点观察,视线沿着EA斜向下看恰能看到尺的左端零刻度.现保持眼睛的位置不变, 向容器内倒入某种液体且满至容器口,这时眼睛仍沿EA方向观察,恰能看到尺上20cm的刻度,则此液体的折射率为_. 解析:画出光的折射光路图,如解图211所示,有n=1.44答案:1.44解图221图22616.A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图象,其中图A是光的_(填干涉或衍射)图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_(填大于或小于)图B所对应的圆孔的孔径.答案: 衍射; 小于四、本题共5小题,共70分,解答应写明必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位.17.(1)1791年,米被定义为: 在经过巴黎的子午线上,取从赤道到北极长度的一千万分之一,请由此估算地球的半径R(结果保留两位有效数字).(2)太阳与地球的距离为1.51011m,太阳光以平行光束入射到地面,地球表面2/3的面积被水面所覆盖,太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1.871024 J,设水面对太阳辐射的平均反射率为7%,而且将吸收到的35%的能量重新辐射出来,太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1 kg水需要2.2106 J的能量),而后凝结成雨滴降落到地面.估算整个地球表面的年平均降雨量.太阳辐射到地球的能量只有约50%到达地面,W只是其中的一部分.太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面,这是为什么？请说明两个理由.解析: (1)2R=1.00107 得 R=6.4106m(2)凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为m.有m=W0.93=5.141017kg使地球表面覆盖一层水的厚度为hh=1.0103mm整个地球表面年平均降雨量约为1.0103mm.大气层的吸收、散射或反射,云层遮挡等.答案: (1)6.4106m (2)1.0103mm 略18.半径为R的玻璃半圆柱体,横截面如图所示,圆心为O,两条平行单色红光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直,光线1的入射点A为圆柱面的顶点,光线2的入射点B,AOB=60,已知该玻璃对红光的折射率n=图227(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d.(2)若入射光是单色蓝光,则距离d将比上面求得的结果大还是小？解析: (1)光路见图,两条光线中,光线1不发生偏折,光线2入射角i=60, 由sinr=,所以折射角r=30.图中光线2自底面射出时的入射角i=i-r=30依据, sinr=nsini=, 所以折射角r=60.由于BOC=30=r, 所以R.由图中可得d=tan(90r)= Rtan30, 即d=R=R.表明两条光线的交点D与O点的距离是圆柱体半径的三分之一.(2)如果入射的是单色蓝光,由于它的玻璃折射率较红光的大,经分析,光线2在两界面上的两次折射偏折程度都较红光大,因此D点更靠近O点, 即d蓝d红.答案: (1)d=R (2)d蓝d红19.光具有波粒二象性,光子的能量E=hv,其中频率表征波的特性,在爱因斯坦提出光子说之后,法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系: p=.若某激光管以PW=60W的功率发射波长=6.63107m的光束,试根据上述理论计算:(1)该管在1s内发射出多少个光子;(2)若光束全部被某黑体表面吸收,那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大？解析:(1)设在时间t内发射出的光子数为n,光子频率为,每一个光子的能量E=h,则PW= 又v= 则n=将t=1s代入上式得n=2.01020(个)(2)在时间t内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收,光子的末动量变为零.据题中信息可知,n个光子的总动量为 p总=np=nh/据动量定理知Ft=P总黑体表面对光子束的作用力为:F=2.0107N.又据牛顿第三定律,光子束对黑体表面的作用力为F =F=2.0107N.答案:(1)2.01020; (2)F=2.0107N.图22820.如图228所示,透明介质球的半径为R, 光线DC平行于直径AB射到介质球的C点, DC与AB的距离H=0.8R.(1)试证明:DC光线进入介质球后,第一次再到达介质球的界面时,在界面上不会发生全反射.(要求说明理由)(2)若DC光线进入介质球后,第二次再到达介质球的界面时,从球内折射出的光线与入射光线DC平行,求介质的折射率.解图223解析:(1)如解图223所示, DC光线进入介质球内,发生折射,有=n.折射角r一定小于介质的临界角(i90,光线EC再到达球面时的入射角OEC=r.因此一定不会发生全反射.(2)光线第二次到达介质与空气的界面,入射角i =r.由折射定律可得折射角r =i.若折射出的光线PQ与入射光线DC平行,则POA=COA=i, DC光线进入介质球的光路如解图223所示,折射角r=.sini=0.8 sinr=0.447折射率n=1.79.答案:(1)见解析 (2) =1.7921.为了验证爱因斯坦质能方程,设计了如下的实验:用动能为E1=0.9MeV的质子去轰击静止的锂核Li,生成两个粒子,测得这两个粒子的动能之和E=19.9MeV.(已知mp=1.007