近代物理和光学-高考物理一轮复习创新题训练

考点9近代物理和光学一高考物理一轮复习考点创新题训练

1.三星堆遗址考古入选世界重大田野考古发现。三星堆古遗址距今已有3000至5000年历

史，昭示长江流域与黄河流域一样同属中华文明的母体。利用"C衰变测定年代技术进行考古

研究，可以确定文物的大致年代，Me衰变方程为^Cf—N+XLC的半衰期是5730年，下

列说法中正确的是（）

A.方程中的X是电子，它是碳原子电离时产生的，是原子的组成部分

B.方程中的X是中子，来源于原子核

C.文物所埋藏的环境会影响;4c的半衰期，进而对推算年代造成影响

D.若［4C、：N、X的质量分别是叫、咫、外，则一个：C发生衰变释放的能量为（人-%-外）°?

2.边长为1m的正方形薄板水平放在深度为LSm的水底，已知水对某单色光的折射率为43，

3

当正方形薄板的四条边上都放置发出该单色光的细灯带时，下列图形与在水面上方可观察到

的水面发光部分形状相似的是（）

A.

3.“钠原子喷泉钟”是一种精密的计时器具，如图所示。其工作原理是将铀原子组成的气体

引入到一个真空室中，用6束相互垂直的红外激光照射，使之相互靠近

而呈球状，激光减慢了葩原子的运动速率。关闭其他激光束，仅打开

最下方激光束，激光推动葩原子气团通过充满频率为/的微波的微波腔

中，使部分葩原子吸收能量并发生能级跃迁。在重力作用下葩原子气

团再次下降并通过微波腔，释放一定频率的电磁波。改变微波腔中微

波的频率力重复以上过程，直到得到一个最大的能量吸收率，此时的

/为葩原子超精细结构的特定频率，利用此频率来定义“1秒”。下列

说法正确的是（）

A.经过激光照射后的葩原子气团温度升高

B.激光能够推动铀原子气团体现了光的粒子性

C.葩原子释放能量是核外电子从低能级向高能级跃迁所致

D.葩原子的特定频率随着微波腔中微波频率的改变而变化

4.如图甲所示，玻璃球中有气泡时，气泡通常看起来特别明亮。将此现象简化为如图乙所示

的模型，气泡球心和玻璃球球心重合，玻璃球的半径为凡气泡的半径为「，且.=忘。某

r

一单色光照射到玻璃球表面的A点，经折射后照射在气泡表面的3点，此光线进入人眼后气

泡看起来特别亮，若玻璃的折射率为〃=&,则下列说法正确的是（）

甲

A.沿PA方向看过去，气泡特别亮B.沿底方向看过去，气泡特别亮

C.光线在A点的入射角小于45°D.光线在B点的入射角不小于45°

5.一束光从。点射入三棱镜A3C中，这束光经折射后从AC边射出a、b、c三束光，用

a、从c三束光分别照射三块锌板，人光照射的锌板能使验电器指针张开一定角度，如图所

示。则下列叙述正确的是（）

A.。、c光照射的锌板也一定能使验电器指针张开一定的角度

B.用同一双缝干涉装置进行实验，少光产生的干涉条纹间距最大

C.a光在棱镜中的传播速度最小

D.入射光绕。点缓慢顺时针转动，a、b.c出射方向改变，最先消失的一定是c光

6.一棱镜的横截面为如图所示的等腰三角形abc,一由两种光组成的

细光束沿平行仍方向从ac边上靠近a点的位置射入棱镜，经棱镜折

射后分成光束d和e。光束d、e经过同一双缝干涉实验装置后光屏上

的干涉条纹正确的是（）

A.B.C.D.

II

7.某药物在人体内被消除的过程与放射性元素衰变类似，具有“半衰期”。如图是某次测得

的该药物在人体内的浓度C随时间f的变化图像，则兀时人体内该药物浓度为()

832832

8.皮埃尔•阿戈斯蒂尼、费伦茨•克劳斯和安妮•吕利耶因在阿秒脉冲光方面所作出的贡献

获奖。电子在第一玻尔轨道上需要约150阿秒绕氢原子核运行一周，微观世界的时间尺度如

图所示。光的周期由飞秒级到阿秒量级，贝11()

纳秒(ns)皮税ps)飞秒(fs)阿秒(as)

10-9$10T2s1075s10-18S

结构动力学"

(表面，晶格，分子转动分子振动电子运动

纳米结构)

A.波长变短B.频率变低C.光子动量变小D.光子能量不变

9.杯；ypu静止在磁感应强度为3的匀强磁场中A位置，如图所示，某瞬间发生a衰变并放出

一个能量为纥的光子，产生的a粒子速度方向与磁场垂直.设衰变放出光子的动量忽略不计,

释放的核能除4外全部转化为新核和a粒子的动能.已知钵；TPu、稳态新核和a粒子的质量

分别为班公加新和〃%，真空中光速为c，则下列说法正确的是()

A.新核、a粒子分别沿I、II圆周顺时针转动

B.瞪Pu原子核比新核结合得更牢固

2

C.新核的动能为纥新=(/u-ms-ma)c-Ey

D.新核与a粒子的动能之比为反

加新

10.新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运

行，如图所示，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运

行迈出重要一步。“环流三号”发生核聚变时的核反应方程

:H+：H—X+；n+17.6MeV,光速c=3xl()8m/s,则下列说法正确的是

()

A.新核X为:He

B.因为核聚变释放能量，根据AE=Amc2可知核聚变后的总质量数减少

C.高温能使所有的原子核克服核力而聚变

D.一个:H和一个:H聚变时，质量亏损约为3.13x10-29kg

11.大蓝闪蝶翅鳞微纳结构具备的先进光学系统，能为设计与制备新型光学隐身仿生材料提供

启迪，图示为其翅鳞微纳结构的理想仿生模型，经鳞片双介质多层薄膜结构作用增强反射的

特定波长可见光必须满足表达式cos。］+“2d2cos2=万，式中，4=1.55为几丁质片层折

射率、4为环境介质层折射率，4=80nm为几丁质片层厚度、4=110nm为环境介质层厚

度，%g分别为几丁质层折射角和环境介质层折射角。光垂直入射情况下，下列说法正确

的是()交

A.介质层为空气时，增强反射光的波长约为468nm禺

B.介质层为空气时，增强反射光的波长约为234nm重

C.介质层由空气变为水，增强反射光的波长增大

D.介质层由空气变为水，增强反射光的波长减小

12.如图，足够大的长方体透明砖中挖出一个半径为1m的圆柱体空腔，纵截面如图所示，向

空腔中注入少量水银充当平面镜，水银面没有没过圆心且水银面宽度也为1m。现将水平入

射的一细束激光从空腔上方缓慢移至下方。已知真空中的光速为3xl()8m/s,只考虑水银面

的反射、透明病的折射和全反射，不考虑射出空腔再返回来的光线。

激光

(1)若过空腔圆心的一细束激光比未经过空腔的激光穿过整个透明砖的时间短工X10-8S,求

3

该透明砖的折射率。

(2)若一细束激光由上到下单向移动的过程中，空腔内表面接收到2次激光的区域的长度为

—m,求该透明砖的折射率。(取511175。="+',sinl5。=必——)

244

13.如图甲是某光电鼠标导光槽的结构侧面示意图，光电鼠标的原理是：发出红光的发光二极

管可看成位于光学凸透镜焦点上的红光点光源，所以进入导光槽的所有的红光为平行光，平

行光垂直进入透明介质内部，在分界面上发生全反射，反射的光在鼠标垫上发生漫反射，漫

反射的一部分光再经过光学凸透镜会聚到光电传感器上，移动鼠标时，鼠标垫上的漫反射的

光的强弱变化使得光电传感器检测到鼠标的移动。已知透明介质材料对红光的折射率

〃=分界面与水平面的夹角为仇介质的锯齿的宽度为力锯齿边界彼此垂直。

(1)若6=45。，试分析垂直射入介质的光线能否在分界面上发生全反射。

（2）如图乙所示，若。=30。，某一条光线从某一锯齿的边沿即图中e点垂直介质射入介质

中，在p点发生反射，从q点射出介质，已知e点到界面的垂直距离即e点到了点的距离也为

d,试求光在介质中传播的时间上

14.如图所示，一“蘑菇形”透明工件的顶部是半径为H的半球体，为工件的对称轴，

48是工件上关于0。轴对称的两点，48两点到0。轴的距离均为工件的底

2

部涂有反射层，工件上最高点、最低点之间的距离为2R,一束单色光从A点平行对称轴射入

工件，恰好从3点射出，光在真空中的传播速度为c,求：

（1）工件的折射率；

（2）光线从射入工件到射出工件的时间。

15.某种透明材料制成的“n”形光学元件截面，内部半圆柱槽的半径为R,其他尺寸如图所示。

一束激光（纸面内）从P点由空气中射入光学元件，入射角度6=60。，光束经折射后恰好与

内圆柱面相切于。点。已知P点在直径的延长线上，真空中的光速为c。

(1)求此材料对该激光的折射率〃和该激光从P到。经历的时间力

(2)若仅改变入射光的入射角，使折射光线恰好在内圆柱面上发生全反射，求对应的入射角

ao

答案以及解析

1.答案：D

解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，它是核反应产生的，来源于原子核，

不是电离产生的，A、B错误；放射性元素的半衰期非常稳定，不受环境影响，C错误；根据

质能方程可知，该反应释放的能量£=(*-牡-D正确。

2.答案：B

解析：由于〃=3,则全反射临界角的正弦值sinC=3，光从水底射向水面、恰在水面图形中

34

心处发生全反射的光路图如图所示，有R=/itanC=3m>0.5m,因此观察到的图形中心完全

发光，由折射定律分析可知四个角是弧形，ACD错误，B正确。

3.答案：B

解析：温度越高，分子(或原子)平均动能越大，由于激光使葩原子运动速率减小，故钠原

子气团温度降低，A错误；激光光子碰撞钠原子，使葩原子减速，说明光子具有动量，体现

了光的粒子性，B正确；葩原子的核外电子从高能级向低能级跃迁时释放能量，C错误；葩

原子的特定频率是葩原子能级跃迁过程中吸收或释放的电磁波的频率，由葩原子的能级决

定，与外界因素无关，D错误。

4答案:D

解析：作出光线在玻璃球中的完整光路图，可知光线最终沿。。方向射出玻璃球，故沿

方向看去，人眼能完全接收到出射光线，气泡看起来特别亮，A、B错误；设光线从玻璃球进

入空气的临界角为仇则有sin，=L,解得。=45。，因为光线在3点发生全反射，所以光线

n

在3点的入射角不小于45。，设光线在A点发生折射的入射角为，、折射角为「,，若光线在3

Rrsini

点恰好发生全反射，由正弦定理有。;解得/'=30。，由“=一二可得

sm11ou—(7ismrsinr

z=45°,因此光线在A点的入射角不小于45。，C错误，D正确。

5.答案：D

解析：由题图可知，c光的偏折程度最大，所以c光的折射率最大，则有%<%</,故

%<匕，又c=4v,所以A,〉4〉4.,6光照射锌板发生光电效应逸出光电子，则锌板带

正电，验电器指针张开一定角度，则/大于锌板的极限频率，又因为匕〉乜，所以七大于锌

板的极限频率，。光一定能使锌板产生光电效应，使验电器指针张开一定角度，但是

匕<%%不一定大于锌板的极限频率，所以。光不一定能使锌板产生光电效应，验电器指针

不一定张开一定角度，A错误。用同一双缝干涉装置进行实验，a光波长最长，根据干涉条

纹的间距公式&可知。光产生的干涉条纹的间距最大，B错误。光在介质中的传播

a

速度v=£,因为%<见<%，所以。光在棱镜中的传播速度最大，C错误。全反射临界角的

n

正弦值sinC='，因为%<%<%，所以c光发生全反射的临界角最小，入射光绕。点缓慢

n

顺时针转动时，AC面上a、氏c的入射角增大，出射方向发生改变，c光先达到临界角，发

生全反射，折射光线先消失，D正确。

6.答案：A

解析：第一步：结合题图分析光的折射率关系

入射点靠近a点时，边上的折射光将直接打到时边上，由题图可知，d光在湖边上的入

射位置在e光的上方，可知棱镜对e光的折射率大于对d光的折射率。

第二步：判断干涉条纹关系

d光的波长大于e光的，由双缝干涉条纹间距公式可知，同种光的干涉条纹间距相同，且d光

的大于e光的，A正确。

7.答案：D

解析：药物的浓度在人体内减少一半的时间可认为是药物的“半衰期”，由题图可知，药物

浓度从G到。G所用的时间为2小，经历两个“半衰期”，即该药物的“半衰期"T=t0,则

的5,一3/0

5九时人体内剩余的药物浓度为==5或T=G,D正确。

\2J324（2）16

8.答案：A

解析：由图可知光的周期由飞秒级到阿秒量级，周期变小，根据7=工可知，频率变高，根

h

据E=/zu可知光子能量变大，则动量变大，根据p=—可知波长变短，A正确。

2

9.答案:D

解析：由题意知，a衰变产生的新核和a粒子均带正电，由动量守恒定律得二者动量等大反

向，再由氏=火得，a粒子电荷量少轨迹半径大，由左手定则得a粒子沿I圆周逆时针转

qB

动，同理新核电荷量多轨迹半径小，则其沿n圆周逆时针转动，故A错误；衰变释放核能，

比结合能增大，所以新核更牢固，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知该a衰变释放核能

£=（%—%—砥）。2,根据能量守恒定律得新核与。粒子的动能之和为

纭总=（%-砥）纥，故C错误；新核与a粒子动量等大，由动量与动能关系

纥=匹可知，新核与a粒子的动能之比为国，故D正确.

2m加新

10.答案:D

解析：根据质量数守恒及电荷数守恒可得笊核和僦核聚变时的核反应方程为

；H+：H-；HeKn,新核X为;He,A错误；核聚变时释放能量，出现质量亏损，但是其总

质量数是不变的，B错误；要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到KT15m以内，核力

才能起作用，热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服核力而

聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服核力而聚变，但不是能使所有的原子核克

服核力而聚变，C错误；根据质能方程AE=Amc2,代入数据得△加=3.13x10-29kg,D正

确。

n.答案：AC

解析：在垂直入射情况下，光在几丁质层和环境介质层的折射角均为0°,介质层为空气时，

介质层的折射率电。1,结合题述可得，增强反射光的波长

2=2（^4cos0X+^2cos）=468nm,A正确，B错误。介质层由空气变为水，介质层的折

射率〃2增大，结合公式可知，增强反射光的波长增大，C正确，D错误。

12.答案：（1）1.5

（2）+网

-2-

解析：（1）由题意可知A/=至-竺=!xl（T8s

vc3

解得激光在透明砖中的速率v=2xl（）8m/s

则透明成的折射率"=£=1.5o

V

（2）空腔内表面接收到的2次激光，一次来自光的折射，一次来自水银面的反射，作出临界

光线如图所示，下方临界点为。，上方临界点为C,A点为与圆心。等高的一点，由题意可

JT

知NBOD=60。，弧CD长一m,则NCO£）=90。，由几何知识可知NOBC=15。,

2

3=3。。，故激光在E点的折射角为75。,

ZAOE=ZAOD-ZEOD=120°-30°-60°=30°,则激光在E点的入射角为30°,

由折射定律有n'=包空=正及。

sin3002

13.答案：（1）能，分析过程见解析

（、（6V2+8A/6）J

3c

解析：⑴若。=45。，设光在介质中的全反射临界角为C,则有—=¥

所以C=45。=。，即垂直射入介质的光在分界面上恰好发生全反射

（2）若6=30。，作出光路图如图所示，

由图可知JO=4d,Op=4d8岛

sin60°3

由几何关系得△04为等边三角形，所以

86d

pq=

3