专题十五 光学.docx
《专题十五 光学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题十五 光学.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
专题十五光学
专题十五 光学
挖命题
【考情探究】
考点
考向
5年考情
预测热度
考题示例
学业水平
关联考点
素养要素
光的折射
与全反射
对光的折射定律和折射率的理解及应用
2014北京理综,20,6分
4
科学推理
★★★
2017北京理综,14,6分
4
光的色散
科学推理
对全反射现象的理解和综合分析
2018课标Ⅱ,34
（2）,10分
4
光的折射
科学推理
光的波动性
亮、暗条纹的判断方法和条纹间距
2017课标Ⅱ,34
（1）,5分
科学思维
★★★
单缝衍射与双缝干涉的比较
光的粒子性
光电效应的实验规律
★★★
光电效应图像
分析解读 本专题是高考的常考内容,考查内容几乎涉及本专题的所有考点,考题主要以基本概念的理解、基本规律的简单应用为主,难度较低。
主要考查考生的理解能力、提取信息能力、应用基本规律综合分析的能力、推理和简单计算的能力。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 光的折射与全反射
1.如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,分成a、b两束单色光,则下列说法中正确的是（ ）
A.a光的波长小于b光的波长
B.a光的频率大于b光的频率
C.在该玻璃砖中,a光的传播速度比b光大
D.在真空中,a光的传播速度比b光大
答案 C
2.热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜,使产品呈丰富的色彩,对于可见光有适当的透射率,对红外线有较高的反射率,对紫外线有较高的吸收率,因此,也称为阳光控制玻璃,主要用于建筑和玻璃幕墙,其透视方向由光的强度决定。
当室外比室内明亮时,单向透视玻璃与普通镜子相似,室外看不到室内的景物,但室内可以看清室外的景物。
而当室外比室内昏暗时,室外可看到室内的景物,且室内也能看到室外的景物,其清晰程度取决于室外照度的强弱。
根据以上信息和你所学过的物理知识判断,下列说法中不正确的是（ ）
A.热反射玻璃可以有效地阻止过强紫外线对人体的伤害
B.热反射玻璃应该具有保温隔热作用
C.热反射玻璃和普通玻璃一样,能有效地减弱噪声
D.热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性
答案 D
3.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种。
阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层,内芯的折射率比外套的大。
连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低。
关于光在连续型光导纤维中的传播,下列四个图中能正确表示传播路径的是（ ）
答案 C
4.一束单色光在某种介质中的传播速度是其在真空中传播速度的一半,则（ ）
A.该介质对于这束单色光的折射率为0.5
B.这束单色光由该介质射向真空发生全反射的临界角为60°
C.这束单色光在该介质中的频率为其在真空中频率的一半
D.这束单色光在该介质中的波长为其在真空中波长的一半
答案 D
5.已知一束可见光m是由a、b、c三种单色光组成的,光束m通过三棱镜的传播情况如图所示,则比较a、b、c三种单色光,下列说法正确的是（ ）
A.a色光的折射率最大
B.c色光的频率最小
C.b色光在玻璃中的传播速度最大
D.c色光发生全反射的临界角最小
答案 D
考点二 光的波动性
6.下列说法正确的是（ ）
A.用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象
B.在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
C.电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来换频道的
D.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
答案 B
7.下面是四种与光有关的事实:
①白光通过棱镜在屏上呈现彩色;②雨后的天空出现彩虹;③肥皂泡的表面呈现彩色;④白光通过双缝在光屏上呈现彩色条纹。
其中,与光的干涉有关的是（ ）
A.①②B.①③
C.②③D.③④
答案 D
8.如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光,则（ ）
A.a光的频率大于b光的频率
B.若a光是蓝色光,则b光可能是黄色光
C.若两种光通过相同双缝,则a光产生的干涉条纹间距比b光大
D.若a光不能使某金属发生光电效应,则b光一定不能使该金属发生光电效应
答案 C
9.单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。
利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。
如图是实验的示意图,挡光片A固定,挡光片B放置在待测金属棒上端,A、B间形成平直的狭缝,激光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升高,金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。
在激光波长已知的情况下,通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而计算出金属的线膨胀系数。
下列说法正确的是（ ）
A.其他实验条件不变,使用激光波长越短,中央亮条纹宽度越宽
B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄
C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大
D.其他实验条件相同,狭缝到光屏距离越大,测得金属的线膨胀系数越大
答案 C考点三 光的粒子性
10.如图所示,把一块不带电的锌板连接在验电器上。
当用紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,则（ ）
A.锌板带正电,验电器带负电
B.若改用强度更小的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转
C.若改用红外线照射锌板,验电器的指针仍然会发生偏转
D.这个现象可以说明光具有波动性
答案 B
11.用蓝光照射一光电管,有光电效应现象发生。
欲使光电子逸出时最大初动能增大,下列方法有效的是（ ）
A.改用紫光照射
B.改用红光照射
C.延长蓝光的照射时间
D.增大蓝光的强度
答案 A
12.用电子做双缝干涉实验,下面三幅图分别为100个、3000个、7000个左右的电子通过双缝后,在胶片上出现的干涉图样。
该实验表明（ ）
A.电子具有波动性,不具有粒子性
B.电子具有粒子性,不具有波动性
C.电子既有波动性,又有粒子性
D.电子到达胶片上不同位置的概率相同
答案 C
13.从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc（即图甲所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压）与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。
按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的Uc-ν图像如图乙所示。
下列说法正确的是（ ）
甲
乙
A.该金属的截止频率约为4.27×1014Hz
B.该金属的截止频率约为5.50×1014Hz
C.该图线的斜率为普朗克常量
D.该图线的斜率为这种金属的逸出功
答案 A
炼技法
【方法集训】
方法1 光的折射定律、全反射及色散知识综合分析法
1.如图所示,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。
一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带。
若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失。
在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是（ ）
A.减弱,紫光B.减弱,红光
C.增强,紫光D.增强,红光
答案 C
2.一个等腰直角三棱镜的截面如图所示,一细束蓝光从AC面的P点沿平行底面AB方向射入棱镜后,经AB面反射,再从BC面的Q点射出,且有PQ∥AB（图中未画光在棱镜内的光路）。
如果将一细束绿光仍从P点沿平行底面AB方向射入三棱镜,则从BC面射出的光线（ ）
A.仍从Q点射出,出射光线平行于AB
B.仍从Q点射出,出射光线不平行于AB
C.可能从Q'点射出,出射光线平行于AB
D.可能从Q″点射出,出射光线平行于AB
答案 D
方法2 有关光的能量问题的综合分析方法
3.太阳光垂直射到地面上时,地面上1m2接受的太阳光的功率为1.4kW,其中可见光部分约占45%。
（1）假如认为可见光的波长约为0.55μm,日、地间距离R=1.5×1011m。
普朗克常量h=6.6×10-34J·s,估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少?
（2）若已知地球的半径为6.4×106m,估算地球接受的太阳光的总功率。
答案
（1）4.9×1044个
（2）1.8×1014kW
过专题
【五年高考】
A组 基础题组
1.（2017北京理综,14,6分）如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。
如果光束b是蓝光,则光束a可能是（ ）
A.红光B.黄光C.绿光D.紫光
答案 D
2.（2014北京理综,20,6分）以往,已知材料的折射率都为正值（n>0）。
现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值（n<0）,称为负折射率材料。
位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足
=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。
现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。
若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（ ）
答案 B
3.（2018北京理综,15,6分）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后（ ）
A.干涉条纹消失
B.彩色条纹中的红色条纹消失
C.中央条纹变成暗条纹
D.中央条纹变成红色
答案 D
4.（2017北京理综,18,6分）2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100nm（1nm=10-9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。
大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。
据此判断,能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s）（ ）
A.10-21JB.10-18JC.10-15JD.10-12J
答案 B
B组 提升题组
1.（2018天津理综,5,6分）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ,都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定（ ）
A.Hα对应的前后能级之差最小
B.同一介质对Hα的折射率最大
C.同一介质中Hδ的传播速度最大
D.用Hγ照射某一金属能发生光电效应,则Hβ也一定能
答案 A
2.（2018课标Ⅱ,17,6分）用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J。
已知普朗克常量为6.63×10-34J·s,真空中的光速为3.00×108m·s-1。
能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）
A.1×1014HzB.8×1014Hz
C.2×1015HzD.8×1015Hz
答案 B
3.（2013北京理综,20,6分）以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。
强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。
光电效应实验装置示意如图。
用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。
换用同样频率ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。
逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量）（ ）
A.U=
-
B.U=
-
C.U=2hν-WD.U=
-
答案 B
4.[2017课标Ⅱ,34
（1）,5分]在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。
若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是 。
A.改用红色激光
B.改用蓝色激光
C.减小双缝间距
D.将屏幕向远离双缝的位置移动
E.将光源向远离双缝的位置移动
答案 ACD
5.[2018课标Ⅰ,34
（1）,5分]如图,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°。
一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为 。
若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角 （填“小于”“等于”或“大于”）60°。
答案
大于
6.[2018课标Ⅱ,34
（2）,10分]如图,△ABC是一直角三棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=60°。
一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。
EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点。
不计多次反射。
（ⅰ）求出射光相对于D点的入射光的偏角;
（ⅱ）为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?
答案 （ⅰ）60° （ⅱ）
≤n<2
C组 教师专用题组
1.（2017课标Ⅲ,19,6分）（多选）在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。
h为普朗克常量。
下列说法正确的是（ ）
A.若νa>νb,则一定有UaB.若νa>νb,则一定有Eka>Ekb
C.若UaD.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
答案 BC
2.[2015课标Ⅰ,35
（1）,5分]在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。
若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为 ,所用材料的逸出功可表示为 。
答案 ek（2分） -eb（3分）
【三年模拟】
时间:
45分钟 分值:
80分
一、选择题（每小题6分,共60分）
1.（2018朝阳二模,13）对于红、蓝两种单色光,下列说法正确的是 （ ）
A.在水中红光的传播速度较大
B.在水中蓝光的传播速度较大
C.在真空中红光的传播速度较大
D.在真空中蓝光的传播速度较大
答案 A
2.（2018海淀零模,16）如图所示是一透明玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为水平直径。
M点是玻璃球的最高点,一条平行于AB的光线自D点射入球体内,其折射光线为DB,已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c、波长为λ,则（ ）
A.此玻璃的折射率为
B.光线从D传播到B的时间是
C.光在玻璃体内的波长为
λ
D.光在B点会发生全反射
答案 A
3.（2017西城一模,20）通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间,经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品,被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域,能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求。
我们将其工作原理简化为如图所示的模型,在自然条件下,液晶层中的液晶分子无规则排列,玻璃呈乳白色,即不透明,像一块毛玻璃;通电以后,弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列,整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。
结合以上内容和你所学知识,关于通电雾化玻璃,你认为下列叙述中比较合理的是（ ）
A.不通电时,入射光在液晶层发生了全反射,导致光线无法通过
B.不通电时,入射光在液晶层发生了干涉,导致光线无法通过
C.通电时,入射光在通过液晶层后方向发生了改变
D.通电时,入射光在通过液晶层后按原有方向传播
答案 D
4.（2017朝阳二模,14）如图所示,ABC是一个用折射率n>
的透明介质做成的棱镜,其截面为等腰直角三角形。
现有一束光从图示位置垂直入射到棱镜的AB面上,则该光束（ ）
A.能从AC面射出B.能从BC面射出
C.进入棱镜后速度不变D.进入棱镜后波长变长
答案 B
5.（2018昌平二模,20）为证明实物粒子也具有波动性,某实验小组用电子束做双缝干涉实验。
实验时用50kV电压加速电子束,然后垂直射到间距为1mm的双缝上,在与双缝距离约为35cm的光屏上得到了干涉条纹。
该条纹与托马斯·杨用可见光做的双缝干涉实验所得到的图样基本相同,但条纹间距很小。
这是对德布罗意物质波理论的又一次实验验证。
根据德布罗意理论,实物粒子也具有波动性,其波长λ=
其中h为普朗克常量,p为粒子的动量。
下列说法正确的是 （ ）
A.只增大加速电子的电压,可以使干涉条纹间距变大
B.只减小加速电子的电压,可以使干涉条纹间距变大
C.只增大双缝间的距离,可以使干涉条纹间距变大
D.只减小双缝到光屏的距离,可以使干涉条纹间距变大
答案 B
6.（2018西城二模,14）一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在影的中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。
下列说法正确的是（ ）
A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象
B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象
C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象
D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象
答案 B
7.（2018房山一模,14）如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b,下列说法正确的是（ ）
A.真空中,a光的波长小于b光的波长
B.在三棱镜中a光传播速度小于b光传播速度
C.在三棱镜中a光的折射率大于b光的折射率
D.a光的光子能量小于b光的光子能量
答案 D
8.（2017朝阳一模,14）关于红、紫两束单色光,下列说法正确的是 （ ）
A.在空气中红光的波长较长
B.在同一玻璃中红光的速度较小
C.红光的光子能量较大
D.用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较小
答案 A
9.（2017海淀一模,15）如图所示,两束单色光a、b同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面,进入玻璃砖中形成复合光束c,则下列说法中正确的是（ ）
A.若用a光照射某金属的表面能发生光电效应,则用b光照射也能发生
B.在相同条件下进行双缝干涉实验,a光的干涉条纹间距较小
C.在玻璃砖中a光的速度较小
D.从水中射向空气发生全反射时,a光的临界角较小
答案 A
10.（2017西城二模,19）研究光电效应的电路如图甲所示,用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K,极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与A、K之间的电压U的关系图像如图乙所示。
关于1、2、3三条曲线,下列说法正确的是（ ）
A.2、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线2对应的黄光较强
B.2、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线3对应的黄光较强
C.1、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线1对应的黄光较强
D.1、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线3对应的黄光较强
答案 C
二、非选择题（20分）
11.（2018朝阳一模,24）（20分）在玻尔的原子结构理论中,氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光,波长可以用巴耳末—里德伯公式
=R
来计算,式中λ为波长,R为里德伯常量,n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数,对于每一个k,有n=k+1、k+2、k+3、…。
其中,赖曼系谱线是电子由n>1的轨道跃迁到k=1的轨道时向外辐射光子形成的,巴耳末系谱线是电子由n>2的轨道跃迁到k=2的轨道时向外辐射光子形成的。
（1）如图所示的装置中,K为一金属板,A为金属电极,都密封在真空的玻璃管中,S为石英片封盖的窗口,单色光可通过石英片射到金属板K上。
实验中:
当滑动变阻器的滑片位于最左端,用某种频率的单色光照射K时,电流计G指针发生偏转;向右滑动滑片,当A比K的电势低到某一值Uc（遏止电压）时,电流计G指针恰好指向零。
现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验。
若用赖曼系中波长最长的光照射时,遏止电压的大小为U1;若用巴耳末系中n=4的光照射金属时,遏止电压的大小为U2。
金属表面层内存在一种力,阻碍电子的逃逸。
电子要从金属中挣脱出来,必须克服这种阻碍做功。
使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的逸出功。
已知电子电荷量的大小为e,真空中的光速为c,里德伯常量为R。
试求:
a.赖曼系中波长最长的光对应的频率ν1;
b.普朗克常量h和该金属的逸出功W0。
（2）光子除了有能量,还有动量,动量的表达式为p=
（h为普朗克常量）。
a.请你推导光子动量的表达式p=
;
b.处于n=2激发态的某氢原子以速度v0运动,当它向k=1的基态跃迁时,沿与v0相反的方向辐射一个光子。
辐射光子前后,可认为氢原子的质量为M不变。
求辐射光子后氢原子的速度v（用h、R、M和v0表示）。
答案
（1）a.在赖曼系中,氢原子由n=2跃迁到k=1时,对应光的波长最长,波长为λ1。
则有
=R
所以λ1=
所以ν1=
=
b.在巴耳末系中,氢原子由n=4跃迁到k=2,对应光的波长为λ2,频率为ν2。
则有
=R
ν2=
设用波长为λ1、λ2的光照射金属产生光电效应时,光电子对应的最大初动能分别为Ekm1、Ekm2。
根据光电效应方程有
Ekm1=hν1-W0
Ekm2=hν2-W0
根据动能定理有
-eU1=0-Ekm1
-eU2=0-Ekm2
联立解得h=
W0=
e（U1-4U2）
（2）a.根据质能方程有
E=mc2
又因为E=hν=
p=mc
所以p=
b.光子的动量
p=
=
根据动量守恒定律有
Mv0=Mv-p
解得v=v0+
升级会员 