北京专用2020版高考物理大一轮复习专题十五光学练习.docx

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】‎ 17‎ 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 17‎ 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 17‎ ‎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.①② B.①③‎ C.②③ D.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 17‎ 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 17‎ ‎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 17‎ 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 17‎ 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(n2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(　　)‎ 17‎ A.1×1014Hz B.8×1014Hz C.2×1015Hz D.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=hνe-We B.U=‎2hνe-‎We C.U=2hν-W D.U=‎5hν‎2e-‎We 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 17‎ ‎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　‎3‎　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)‎2‎‎3‎‎3‎≤nνb,则一定有Uaνb,则一定有Eka>Ekb C.若Uahνb-Ekb 17‎ 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‎3‎ B.光线从D传播到B的时间是‎3‎Rc C.光在玻璃体内的波长为‎3‎λ D.光在B点会发生全反射 17‎ 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>‎2‎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 17‎ 论,实物粒子也具有波动性,其波长λ=hp,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 17‎ 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‎1‎λ=R‎1‎k‎2‎‎-‎‎1‎n‎2‎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,‎ 17‎ 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=hλ(h为普朗克常量)。‎ a.请你推导光子动量的表达式p=hλ;‎ 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 ‎1‎λ‎1‎‎=R‎1‎‎1‎‎2‎‎-‎‎1‎‎2‎‎2‎ 所以λ1=‎‎4‎‎3R 所以ν1=cλ‎1‎=‎‎3cR‎4‎ 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 17‎ ‎1‎λ‎2‎‎=R‎1‎‎2‎‎2‎‎-‎‎1‎‎4‎‎2‎ ν2=‎cλ‎2‎ 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=‎16e(U‎1‎-U‎2‎)‎‎9cR,W0=‎1‎‎3‎e(U1-4U2)‎ ‎(2)a.根据质能方程有 E=mc2‎ 又因为E=hν=‎hcλ p=mc 所以p=‎hλ b.光子的动量 p=hλ=‎‎3hR‎4‎ 根据动量守恒定律有 Mv0=Mv-p 解得v=v0+‎‎3hR‎4M 17‎