专辑15 光学-2021年高考5月北京市二模物理试题分项汇编（解析版）

1 2021 年高考 5 月北京市二模物理试题分项汇编 专题 15 光学 1、（2021·北京市朝阳区高三下学期 5 月二模反馈）如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中， 将实验仪器按要求安装在光具座上，一同学观察到清晰的干涉条纹。他对实验装置进行改动后，在像屏上 观察到的干涉条纹的个数减少，以下改动可能会实现这个效果的是（ ） A. 仅将单缝向右移动靠近双缝 B. 使用间距更大的双缝 C. 仅将红色滤光片换成绿色滤光片 D. 仅将双缝向左移动少许 【答案】D 【解析】 A．由条纹间距公式 Lx d   可知，仅将单缝向右移动靠近双缝，双缝见的距离 d、双缝到光屏的距离 L 和单色光的波长都不变，则条纹 间距 x 不变，故 A 错误； B．由以上条纹间距公式可得，使用间距更大的双缝，条纹间距 x 会变小，会使干涉条纹增多，故 B 错误； C．由以上条纹间距公式可得，仅将红色滤光片换成绿色滤光片,单色光的波长变小了，条纹间距 x 会变小， 会使干涉条纹增多，故 C 错误； D．由以上条纹间距公式可得，仅将双缝向左移动少许，双缝到光屏的距离 L 变大，条纹间距 x 会变大， 2 会使干涉条纹减少，故 D 正确。 故选 D。 2、（2021·北京市海淀区高三下学期 5 月二模）以下现象能说明光具有粒子性的是 A．用紫外线照射锌板时有电子射出 B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样 C．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色 D．泊松亮斑 【答案】A 【解析】用紫外线照射锌板时有电子射出是光电效应现象，它说明光具有粒子性，选项 A 正确；白光 照射肥皂膜呈现彩色图样属于光的干涉现象，它说明了光具有波动性，选项 B 错误；贴有增透膜的相机镜 头呈现淡紫色说明镜头镀了一层增透膜，它属于光的干涉现象，也说明光具有波动性，泊松亮斑是光的衍 射现象，它说明的也是光具有波动性，选项 CD 错误。 3、（2021·北京市西城区高三下学期 5 月二模）某同学用如图所示的实验装置观察光的干涉现象。他使用 绿色的滤光片，在目镜中观察到了一定数量的绿色条纹。若要增加从目镜中观察到的条纹个数，以下措施 可行的是 光源 凸透镜 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 测量头及目镜屏 A．增大单缝到双缝的距离 B．换用间距更大的双缝 C．换用更长的遮光筒 D．换用红色的滤光片 【答案】B 【解析】若要增加从目镜中观察到的条纹个数，说明条纹间距要变小一些，而条纹间距△x= L d  ；由 于增大单缝到双缝的距离不影响条纹间距，故选项 A 错误；换用间距更大的双缝，即让 d 增大，故△x 减小， 选项 B 正确；换用更长的遮光筒，即增大 L，则△x 变大，选项 C 错误；换用红色的滤光片，即增大波长λ， 故△x 也增大，选项 D 错误。 3 技巧：若该题不知道增加从目镜中观察到的条纹个数的含义是让△x 减小，也可以用二个选项一致都错 的思路来解题，即单项选择题如果发现其中一个选项正确的时候，另一个选项也正确，则这两个选项都会 不正确，需要再看其他的选项。 4、（2021·北京市朝阳区高三下学期 5 月二模反馈）利用如图所示装置做光电效应实验，用绿光照射某种 金属表面，有光电子逸出。若改用强度比绿光大一倍的紫光照射该金属表面，下列选项正确的是（ ） A. 电流表示数为 零 B. 逸出光电子的最大初动能减小 C. 电流表示数增大 D. 将电源正负极反接，电路中一定没有光电流 【答案】C 【解析】 A．紫光的能量大于绿光的能量，能发生光电效应，电流表示数不为零，A 错误； B．根据光爱因斯坦电效应方程，逸出光电子的最大初动能增大，B 错误； C．根据光爱因斯坦电效应方程，入射光的强度和能量都增大，最大初动能增大，电流表示数增大，C 正确； D．将电源正负极反接，光电子从金属板中飞出做减速运动，仍有可能到达另一侧极板，电路中可能有光电 流，D 错误。 故选 C。 5、（2021·北京市西城区高三下学期 5 月二模）如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分为 a、b 两束 单色光。则 4 a b A．玻璃对 b 光的折射率较大 B．在真空中 a 光的速度大于 b 光的速度 C．a 光光子能量大于 b 光光子能量 D．如果 b 光是绿光，那么 a 光可能是红光 【答案】C 【解析】相对于原来的光而言，a 光偏折的程度较大，故玻璃对 a 光的折射率较大，选项 A 错误；在 真空中 a 光的速度等于 b 光的速度，因为各种光的光速在真空中是相等的，选项 B 错误；a 光光子能量大于 b 光光子能量，选项 C 正确；如果 b 光是绿光，那么 a 光可能是紫光，选项 D 错误。 6、（2021·北京市朝阳区高三下学期 5 月二模）如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实 验仪器按要求安装在光具座上，一同学观察到清晰的干涉条纹。若他对实验装置进行改动后，在像屏上仍 能观察到清晰的干涉条纹，但条纹间距变窄。以下改动可能会实现这个效果的是 A．仅将滤光片向右移动靠近单缝 B．仅将单缝与双缝的位置互换 C．仅将红色滤光片换成绿色滤光片 D．仅将单缝向左移动少许 【答案】C 【解析】他如果想让条纹间距变窄，根据△x= L d λ，则需要减小 L、λ，增大 d；故仅将滤光片向右移 动靠近单缝是不可以的，选项 A 错误；仅将单缝与双缝的位置互换也不可以，选项 B 错误；仅将红色滤光 片换成绿色滤光片，波长变小，选项 C 正确；仅将单缝向左移动少许，条纹间距不受影响，选项 D 错误。 7、（2021·北京市朝阳区高三下学期 5 月二模）利用如图所示装置做光电效应实验，用单色光照射某种金 属表面，有光电子逸出。若要使光电子的最大初动能增大，下列选项正确的是 5 A．仅延长光照时间 B．仅换用频率更大的光 C．仅增大入射光的强度 D．仅增大 A、K 极板间电压 【答案】B 【解析】根据光电效应方程：hν-W=Ekm，要使光电子的最大初动能 Ekm 增大，则应该使其频率增大， 即换用频率更大的光照射，选项 B 正确，ACD 错误。 8、（2021·北京市东城区高三下学期 5 月二模）用图 1 所示装置研究光电效应现象，三次用同一光电管在 不同光照条件下实验，记录微安表的示数 I 随光电管电压 U 的变化情况，得到甲、乙、丙三条光电流与电压 之间的关系曲线，如图 2 所示。下列说法正确的是 图 1 图 2 A．甲光的频率大于乙光的频率 B．丙光的波长小于乙光的波长 C．甲光和丙光的强弱程度相同 D．甲光和丙光产生的光电子最大初动能相同 【答案】D 【解析】由于乙光的遏止电压大，Uc=Ek，则乙光发生光电效应时的光电子的初动能大，因为 hν-W=Ek， 所以乙光对应的能量大，频率就大，所以乙光的频率大于甲光，选项 A 错误；丙光与甲光的遏止电压相等， 所以这两种光的频率相等，故丙的频率也小于乙的频率，根据 c=νλ可知，丙的波长大于乙光的波长，选项 B 错误； 甲光和丙光的饱和电流不相同，甲的饱和电流大一些，说明甲光比丙光的强度强，选项 C 错误；甲光 6 和丙光的遏止电压相等，频率相等，所以在同一光电管下的电子最大初动能相同，选项 D 正确。 9、（2021·北京市东城区高三下学期 5 月二模）用如图 1 所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图 样如图 2 所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是 A．此实验说明了光沿直线传播 B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大 C．圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大 D．用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同 【答案】B 【解析】此实验中光绕过了孔的边缘，光的传播方向发生了改变，不能说明了光沿直线传播，选项 A 错误；圆孔变小，衍射现象更明显，即衍射图样的范围反而变大，选项 B 正确； 圆孔变小时，光透过的能量会变小，而中央亮斑面积会变大，所以亮度会变暗，选项 C 错误；用不同 波长的光做实验，衍射图样不完全相同，相同孔径时，波长越长，则亮斑会越大，选项 D 错误。 10、（2021·北京市房山区高三下学期 5 月二模）用 a、b 两种单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双 缝相同距离的屏上得到如图 2 所示的干涉图样，其中图甲是 a 光照射形成的，图乙是 b 光照射形成的。则 关于 a、b 两束单色光，下述说法中正确的是 图 2 乙甲 A．a 光光子的能量比 b 光光子的能量小 B．在水中，a 光传播的速度比 b 光的大 7 C．水对 a 光的折射率比 b 光大 D．在同一介质中，a 光的波长比 b 光的波长长 【答案】C 【解析】根据双缝干涉的公式△x= L d  ，又因为甲图的条纹间距小，即λa 小，选项 D 错误；根据 c=νλ， 则 a 光的频率大，根据光子说 E=hν可知，a 光光子的能量比 b 光光子的能量大，选项 A 错误； 由于 a 光的频率大，它相当于紫光，而紫光的折射率较大，选项 C 正确；在水中，根据 n=c/v，故 a 光 传播的速度比 b 光的小，选项 B 错误。 11、（2021·北京市顺义区高三下学期 5 月二模）一般雷达发出的电磁波频率多在 200MHz-1000MHz 的范 围内，下列说法正确的是（ ） A. 电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 B. 上述频率范围的电磁波的波长约在 0.3m~1.5m 之间 C. 波长越短的电磁波，越容易绕过障碍物，便于远距离传播 D. 若测出雷达从发射电磁波到接收反射回来的电磁波的时间，就可以确定障碍物的体积 【答案】B 【解析】 A．由麦克斯韦电磁理论，周期性变化的电场或磁场才能产生电磁波，A 错误； B．由波长 c f   知 200MHz 电磁波的波长为 1 1.5m  1000MHz 电磁波的波长为 2 0.3m  8 B 正确； C．波长越短的电磁波波动性越小，越不易绕过障碍物，C 错误； D．测出雷达从发射电磁波到接收反射回来的电磁波的时间，可以测出障碍物与雷达间的距离，并不能确定 障碍物的体积，D 错误。 故选 B。 12、（2021·北京市顺义区高三下学期 5 月二模）如图所示为研究光电效应现象的电路图，当用绿光照射到 阴极 K 时，电路中有光电流，下列说法正确的是（ ） A. 若只减弱绿光的光照强度，光电流会减小 B. 若换用红光照射阴极 K 时，一定也有光电流 C. 若将电源的极性反接，电路中一定没有光电流 D. 如果不断增大光电管两端的电压，电路中光电流会一直增大 【答案】A 【解析】 A．减弱绿光的光照强度，则单位时间内产生的光电子减小，故光电流会减小。故 A 正确； B．红光的频率低于绿光的，所以用红光照射不一定能发生光电效应。故 B 错误； C．若将电源的极性反接，但是只要小于遏止电压，则电路中还会有一些光电流。故 C 错误； D．如果不断增大光电管两端的电压，电路中光电流也不会一直增大，存在一个饱和电流。故 D 错误。 9 故选 A。 13、（2021·北京市顺义区高三下学期 5 月二模）以线状白炽灯为光源，通过狭缝观察该光源，可以看到 （ ） A. 黑白相间的条纹，这是光的干涉 B. 黑白相间的条纹，这是光的衍射 C. 彩色的条纹，这是光的干涉 D. 彩色的条纹，这是光的衍射 【答案】D 【解析】 AC．由题可知该现象为光的衍射现象，故 AC 错误； BD．线状白炽灯发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距 都不相同，因此各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起，所以形成彩色条纹，故 B 错误，D 正确。 故选 D。 14、（2021·北京市丰台区高三下学期 5 月二模）用如图所示的电路研究光电效应现象：实验中移动滑动变 阻器滑片可以改变 K 与 A 之间电压的大小，闭合电键，电流表有示数。下列说法正确的是（ ） A. 向右移动滑片，电流表示数一定会一直增大 B. 仅增大入射光频率，电流表示数一定增大 C. 仅增大入射光强度，电流表示数一定增大 D. 将电源正负极对调，电流表示数一定为零 10 【答案】C 【解析】 A．光电管所加正向电压，光电子飞出后继续加速，若所有光电子都加速形成了光电流，即达到了饱和电流， 再向右移动滑片增大加速电压，电流表示数会不变，故 A 错误； B．电流表有示数说明入射光的频率大于极限频率，仅增大入射光频率，而没有增大光强，不能增加光子数， 不能多产生光电子，则电流表示数不会增大，故 B 错误； C．仅增大入射光强度，增加了飞出的光电子数，则导电的光电子变多，电流表示数一定增大，故 C 正确； D．将电源正负极对调，即所加电压为反向电压，光电子飞出后减速，若有光电子的初动能较大，减速后还 能到 A 板，则电流表示数不为零，故 D 错误。 故选 C。 15、（2021·北京市顺义区高三下学期 5 月二模）用双缝干涉测量光的波长实验装置如图甲所示。将双缝干 涉实验仪器按要求安装在光具座上，光源发的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝 相当于一个线光源，它又把双缝照亮，已知双缝间的距离为 0.3mm。透镜的作用是使射向单缝的光更集中。 遮光筒的一端装有毛玻璃屏，通过目镜可以在屏上观察到干涉条纹。 （1）实验时，还需要测量的有___________； （2）实验中将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第 1 条亮纹，此时手轮上的示 数如图乙所示；然后转动测量头、使分划板中心刻线与第 6 条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丙所 示，得相邻的条纹之间距离为___________mm； （3）若测得双缝到毛玻璃屏的距离为 120.00cm，则本次实验测得的这种光的波长是___________m（保留 两位有效数字）； 11 （4）若实验中发现条纹太稀疏，可采取的改善办法是___________（至少写一条）。 【答案】 (1). 双缝到毛玻璃屏的距离和相邻条纹间距 (2). 1.954（1.953~1.957） (3). 74.9 10 (4). 换波长更短的滤光片或减小双缝到毛玻璃屏的距离 【解析】 (1)[1]实验时，根据公式 lx d   可得 xd l   所以需要测量相邻的条纹之间距离、双缝间距、双缝到屏的距离。所以还需要测量双缝到毛玻璃屏的距离 和相邻条纹间距。 (2)[2]第一条亮纹的读数为：4.5mm+0.01×40.0mm=4.900mm，第 6 条亮纹的读数为 14.5mm+0.01×17.0mm=14.670mm，所以相邻的亮纹间距是 14.670 4.900 1.954mm5x    (3)[3]光波波长 3 3 7 2 1.954 10 0.3 10 4.9 10 m120.00 10 xd l             (4)[4]根据公式 lx d   可知，想要条纹变密集，即让 △ x 变小，可以减小双缝到屏的距离，减小光波的波长，增大双缝的间距，即 换波长更短的滤光片或减小双缝到毛玻璃屏的距离。 12