物理光学综合题 难题.doc

1利用发波水槽可以观察很多波的现象，填出下列图案所对应的现象（只需填入字母）。（1）是_ （2）是_ A波的反射B波的折射C波的衍射D波的干涉E多普勒效应【答案】D；C【解析】试题分析：（1）是水波的干涉；（2）是水波的衍射.考点：波的干涉和衍射.2关于光电效应，下列说法中正确的是()A光电流随入射光频率的增大而增大B光电子的最大初动能越大，光电流就越小C光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率D用频率是1的绿光照射某金属发生了光电效应，则改用频率是2的紫光照射该金属一定会发生光电效应【答案】CD【解析】当发生光电效应之后光电流随入射光强度的增大而增大，A错；B错；光子本身所具有的能量，取决于光子本身的频率，故C正确光子频率越高越容易发生光电效应，用频率是1的绿光照射某金属发生了光电效应，因为紫光频率比绿光频率高，所以改用频率是2的紫光照射该金属一定会发生光电效应，故D正确故选CD3关于光的现象，下列说法正确的是A波源与观察者发生相对运动时，声波会产生多普勒效应，光波不会产生多普勒效应B无影灯利用的是光的衍射原理C阳光下肥皂泡呈现彩色是光的薄膜干涉现象D雨后的彩虹是光的干涉现象【答案】C【解析】试题分析：波源与观察者发生相对运动时，声波会产生多普勒效应，光波也会产生多普勒效应故A错误；光源较大时，本影很小，无影灯是利用光的直线传播原理制成的故B错误；肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜内外反射的光线，相互叠加产生的现象，这是光的干涉造成的故C正确；雨后的彩虹是光的折射现象，不是干涉现象故D错误故选C。考点：多普勒效应；光的干涉和衍射【名师点睛】本题主要考查的是光的多普勒效应、光的干涉与衍射以及光沿直线传播现象的应用；此题涉及的光学知识比较多，是一道综合性的题目，但是难度不大。4（5分）下列说法中正确的是_(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分） A发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构B在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小C原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用D氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子来动能增加，原子的电势能减小E在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变长【答案】BDE【解析】试题分析：天然放射现象意义使人类认识到原子核具有复杂结构，所以A项错误；根据爱因斯坦光电效应方程，可知同种频率的光最大初动能越大逸出功越小，所以B项正确；原子核内的某一核子与其相邻的核子有核力作用，所以C项错误；核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，轨道半径减小，电子动能增大，原子电势能减小，所以D项正确；当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，根据波长公式，动量减小，波长增大，所以E项正确。5如图所示，有a、b、c三细束频率不同的色光，经三棱镜折射后成为一细束复色光射到光屏上同一点P，其中b光能使某金属Q产生光电效应，则下列说法不正确的是 Aa光一定不能使Q产生光电效应B分别经同一单缝，a光的衍射条纹中央亮纹最宽Cc光光子的能量最大D若三棱镜在纸面内稍微旋过一个小角度，则经三棱镜射出的不可能是一细束复色光【答案】【解析】光的折射率越大偏折角越大，可知c光频率最大，波长最短，b光能使某金属Q产生光电效应，a光也可能使Q发生光电效应，A错；a光折射率最小，波长最长，中央亮纹最宽，B对；光子能量E=hv，c光光子能量最大，C对；6家用节能灯正常工作时约有40%的电能转化为可见光。若普朗克常数取61034Js，可见光频率取61014Hz。根据节能灯功率和以上数据可以估算出节能灯1秒钟释放出的光子数最接近A11048 B11034 C11019 D11014【答案】C【解析】7硅光电池是利用光电效应原理制成的器件。下列表述正确的是A硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应【答案】A。【解析】硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，A正确；是利用光电效应原理制成的器件，依据光电效应方程可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应，B错误，C错误，D错误。8以下说法中正确的有A.阳光下肥皂膜上的彩色条纹属于光的衍射现象B.太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹是由于折射造成的C.一束光由介质斜射向空气，界面上可能只发生反射现象而没有折射现象D.水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象，这说明了光是一种波E.未见其人，先闻其声说明声波有衍射现象而光波没有衍射现象【答案】BCD【解析】试题分析：阳光下肥皂膜上的彩色条纹，是属于薄膜干涉现象，故A错误；太阳光通过三棱镜产生彩色条纹，是由于光发生了色散现象即属于光的折射现象，故B正确；一束光由介质斜射向空气，界面上若发生全反射，只发生反射现象而没有折射现象，故C正确；水面油膜呈现彩色条纹是由于光的薄膜干涉产生的，是光的干涉现象，这说明了光是一种波，故D正确；未见其人先闻其声，是因为声波波长较长，绕过阻碍物，继续向前传播，发生衍射现象，故E错误。考点：波长、频率和波速的关系、光的折射定律、光的干涉、光的衍射【名师点睛】掌握折射现象、干涉现象和衍射现象的本质的不同是顺利解决此类题目的关键；同时也考查简谐运动的特点，理解驱动周期与固有周期的关系，掌握波的衍射的条件，注意机械波的频率与什么因素有关，及与影响电磁波的频率因素要区别开来。9下列说法中正确的是 。（选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给6分。每选错一个扣3分，最低得分为0分）A光的偏振现象说明光具有波动性，但并非所有的波都能发生偏振现象B变化的电场一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场C在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄D某人在速度为05c的飞船上打开一光源，则这束光相对于地面的速度应为15cE火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁【答案】ACE【解析】均匀变化的电场产生稳定的磁场，B错；由狭义相对论可知，光速不会变，D错；10（6分）下列关于光和原子的说法正确的是_。（选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给6分。每选错一个扣3分，最低得分为0分）A发生光电效应时，产生的光电子的最大初动能与照射光强度无关 B放射性物质发出的、和三种射线，是同一种原子核发生衰变时释放出的C所有核反应都会释放能量， D一群处于n=4能级的H原子发生跃迁辐射，最多可观测到6种不同频率的光子E粒子散射实验揭示了原子具有核式结构【答案】ADE【解析】试题分析：电子的初动能与入射光的频率有关，随着入射光频率增大而增大，与照射光强度无关，A正确；放出粒子的衰变是衰败，放出粒子是衰变，是伴随着前两种射线的放出而产生的，不是同一种原子核产生的，B错误；有的核反应需要吸收能量，有的核反应需要放出能量，C错误；一群处于n=4能级的H原子发生跃迁辐射，可有，六种可能，故最多可观测到6种不同频率的光子，D正确；粒子散射实验中少数粒子能发生大角度偏转，说明原子中绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核上，卢瑟福就此提出了原子具有核式结构学说E正确；考点：考查了光电效应，原子跃迁 粒子散射实验，原子核的衰变，11蓝光光碟是利用波长较短（波长约为405 nm）的蓝色激光读取和写入数据的光碟，而传统DVD需要光头发出红色激光（波长约为650 nm）来读取或写入数据，通常来说波长越短的激光，能够在单位面积上记录或读取更多的信息因此，蓝光极大地提高了光盘的存储容量，对于光存储产品来说，蓝光提供了一个跳跃式发展的机会目前为止，蓝光是最先进的大容量光碟格式一束由红、蓝两单色激光组成的复色光从水中射向空气中，并分成a、b两束，则下列说法正确的是（）A用a光可在光盘上记录更多的数据信息B如果用a光照射能使某金属发生光电效应，则用b光也一定能使该金属发生光电效应C使用同种装置，用a光做双缝干涉实验得到的条纹比用b光得到的条纹宽Db光在水中传播的速度较a光大【答案】BC【解析】考点：光电效应；光的双缝干涉现象和薄膜干涉现象；电磁波谱分析：A、红光的折射率小于蓝光，根据光的可逆性，利用折射率的公式n= sin/ sin，比较出两光的折射率B、发生光电效应的条件是当入射光的频率大于截止频率，就会发生光电效应比较出a、b光的频率，即可得知C、根据x=L/d进行比较D、根据v= c/n进行比较解答：解：A、根据光的可逆性，n= sin/ sin，折射角相同，入射角大的折射率大，从图可知，b光的折射率大，所以a为红光束，b为蓝光束，故A错误 B、折射率大的频率大，a光频率小于b光频率，所以用a光照射能使某金属发生光电效应，则用b光也一定能使该金属发生光电效应故B正确 C、a波长大于b光波长，又x=L/d，波长越长，条纹越宽，故项正确 D、v=c/n，nanb，故vavb，故D项错误故选BC点评：解决本题的关键知道各种色光之间的频率、波长、折射率等大小关系12某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm现分别用频率为1和2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中正确的是（ ）A用频率为1的光照射时，光电子的最大初速度vB阴极K金属的逸出功W0h1eU1C阴极K金属的极限频率cD普朗克常数【答案】ABC【解析】试题分析：光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得：，则得光电子的最大初速度，故A正确；根据爱因斯坦光电效应方程得：，得：金属的逸出功联立得：故B正确，D错误；阴极K金属的极限频率，故C正确。考点：爱因斯坦光电效应方程【名师点睛】根据动能定理求光电子的最大初速度；根据爱因斯坦光电效应方程求金属的逸出功和普朗克常量h；由求金属的极限频率。评卷人得分一、计算题131801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】(1)如图所示(2)x=【解析】：（1）根据对称性作出光源S在平面镜中所成的像S连接平面镜的最左端和光源，即为最左端的入射光线，连接平面镜的最左端和像点S，并延长交光屏于一点，该点即为反射光线到达的光屏的最上端；同理连接平面镜的最右端和像点S，即可找到反射光线所能到达的平面镜的最下端故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如图所示（2）从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看做双缝干涉，所以SS之间的距离为d，而光源S到光屏的距离看以看做双孔屏到像屏距离L，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式x=因为d=2a，所以相邻两条亮纹（或暗纹）间距离x=理解了该实验的原理即可顺利解决此题，故在学习过程中要深入理解各个物理现象产生的机理是什么14某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示，试求：普朗克常量（用图中字母表示）；入射光的频率为时，产生的光电子的最大处动能。【答案】【解析】试题分析：由光电效应方程，结合图像可知金属的逸出功，极限频率为c，所以，解得。由光电效应方程，则：。考点：光电效应【名师点睛】解决本题的关键掌握光电效应方程，知道逸出功与极限频率的关系。15如图表示某双缝干涉的实验装置，当用波长为0.4m的紫光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中央亮条纹外，两侧只看到各有3条亮条纹，若换用波长为0.6m的橙光做实验，那么该像屏上除中央条纹外，两侧各有几条亮条纹？【答案】2【解析】设用波长为0.4 m的光入射，条纹宽度为x1，则x11，屏上两侧各有3条亮纹，则屏上第三条亮纹到中心距离为3x1.用0.6m光入射，设条纹宽度为x2，则x22，设此时屏上有x条亮纹，则有xx23x1x231代入数据解之得x2，两侧各有2条亮纹16如图所示的光电管实验当中，当用波长300.0 nm的光照在K上时，电流表有示数。调节滑动变阻器，当电压表读数为3.0 V时，灵敏电流表读数为零改用波长150.0 nm的光照在K上时，调节滑动变阻器，当电压表读数为7.1 V时，灵敏电流表读数为零求：普朗克常量和K的逸出功（）KGPV【答案】6.5610-34 Js 1.7610-19 J【解析】试题分析：根据爱因斯坦的光电效应方程有：当加反向遏止电压时：再由：解得普朗克常数为：h=6.5610-34 Js；该金属的逸出功为：W=1.7610-19 J。考点：本题考查光电效应现象，涉及光电效应方程和遏止电压。17如图所示，真空中金属板M、N相距为d，当N板用波长为的光照射时，电路中的电流恒为I.设电子的电荷量为e，质量为m，真空中光速为c.（1）求每秒到达M板的电子数.（2）当垂直于纸面再加一匀强磁场，且磁感应强度为B时，电路中的电流恰好为零，求从N板逸出光电子的最大初动能和N板的逸出功.【答案】（1）设每秒到达M板的电子数为n，由电流强度的定义，有 故 （2）根据光电效应的原理，从N板逸出的光电子的动能和速度方向各不相同，加上磁场后，只要平行于N板且动能最大的电子不能到达M板，则其它方向，动能无论多大的电子均不能到达M板，此时，电路中电流恰好为零。设具有最大初动能的电子速率为，由牛顿第二定律，有 得： 故，电子的最大初动能 根据爱因斯坦光电效应方程，设N板的逸出功为W，有 解得： 评分标准：本题共10分，其中4.7每式2分，其余每式1分。【解析】本题借助光电效应模型考查了带电粒子在磁场中的运动，电流的概念是单位时间内通过横截面的电量，根据洛伦兹力提供向心力可求得电子的动能，再由光电效应方程求解18（15分）光子具有能量，也具有动量。光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”，光压的产生机理如同气体压强；大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强，设太阳光每个光子的平均能量为E，太阳光垂直照射地球表面时，在单位面积上的辐射功率为P0，已知光速为c，则光子的动量为，求：（1）若太阳光垂直照射在地球表面，则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少？（2）若太阳光垂直照射到地球表面，在半径为r的某圆形区域内被完全反射（即所有光子均被反射，且被反射前后的能量变化可忽略不计），则太阳光在该区域表面产生的光压（用l表示光压）是多少？【答案】（1）（2）【解析】（1）时间t内太阳光照射到面积为S的圆形区域上的总能量2分解得1分照射到此圆形区域的光子数2分解得2分（2）因光子的动量则达到地球表面半径为r的圆形区域的光子总动量来源:学.科.网Z.X.X.K1分因太阳光被完全反射，所以时间t内光子总动量的改变量2分设太阳光对此圆形区域表面的压力为F，依据动量定理2分太阳光在圆形区域表面产生的光压1分解得2分19（12分）Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图见图。一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t。【答案】t【解析】试题分析：设光在鳞片中的折射角为，根据折射定律有： 2分根据折射率定义式可知，光在鳞片中传播的速度为v 2分由图中几何关系可知，光从a到b的过程中，在鳞片中通过的路程为：s1 2分在空气中通过的路程为：s2 1分所以光从a到b所需的时间为：t 2分联立以上各式解得：t 3分考点：光的折射、全反射。评卷人得分二、填空题20以下说法正确的是_A单摆做简谐运动的回复力是重力和摆线拉力的合力B照相机镜头采用镀膜技术增加透射光，这是利用了光的薄膜干涉原理C古代某寺庙里的磬常自鸣自响，属于声音的共振现象D如果某一遥远星球离地球远去，那么地球上接收到该星球发出光的波长要变长E不同波长的声波在同一介质中传播时，传播速度一样；不同频率的光波在同一介质中传播时，频率越髙，波速越大【答案】BCD【解析】试题分析：单摆做简谐运动的回复力不是重力和摆线拉力的合力，而是重力沿圆弧切线方向的分力，故A错误；照相机镜头采用镀膜技术增加透射光，原理是：光照射在薄膜两表面上被反射回去，在叠加处由于光程差使得两束反射光出现振动减弱，导致相互抵消，从而增强光的透射能力，这是依据光的干涉现象故B正确；古代某寺庙里的磬常自鸣自响，属于声音的共鸣现象，是一种声音共振现象，故C正确；星球离地球远去，产生多普勒效应，则地球上接收到该星球发出光的频率变小，波长变长故D正确；不同波长的声波在同一介质中传播时，传播速度一样；不同频率的光波在同一介质中传播时，频率越髙，折射率越大，由知波速越小，故E错误考点：考查常见的振动和波动现象【名师点睛】要掌握干涉、共振、多普勒效应等现象产生的原因，知道机械波的速度由介质决定，而光速与介质和光的频率都有关21一亮度可调的台灯（由滑动变阻器与灯泡串联来调节亮度），白炽灯泡上标有“220V，40W”的字样，台灯最暗时灯泡的功率为10W，此时台灯消耗的功率为_W；若灯泡消耗的电能有1%转化为频率为51014Hz的光子，该灯泡最暗时每秒钟可发出_个该频率的光子。（不考虑灯泡电阻随温度的变化，已知普朗克常量为h6.631034 Js）【答案】20；