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【名师一号】2011届高考物理一轮复习 第十四 章光学(B卷)单元检测卷


第十四

章光学(B 卷)

一、选择题(本题共 10 小题,每小题 4 分,共 40 分.在每小题给出的四个选项中,有 的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对得 4 分,选对但不全的得 2 分,有选错或不答的得 0 分) 1.有关红、蓝两束单色光,下述说法正确的是() A.在空气中的波长λ

/><λ



B.在水中的光速 v 红<v 蓝 C.在同一介质中的折射率 n 红>n 蓝 D.蓝光光子的能量大于红光光子的能量 答案:D 2.如图所示,ABCD 为同种材料构成的柱形透明体的横截面,材料的折射率 n=1.6,其中 ABD 部分为等腰直角三角形,BCD 部分为半圆形.一束单色平行光从真空垂直射向 AB 或 AD 面,则下列说法中正确的是()

A.从 AB 面中点射入的光线不一定 从圆弧的中点射出 B.从 AB 面射入的所有光线经一次反射和折射后都能从 BCD 面射出 C.从 AB 面中间附近射入的光线经一次反射和折射后能从 BCD 面射出 D.若光线只从 AD 面垂直射入,则一定没有光线从 BCD 面射出 解析:入射光线射到 AD 面上发生全反射,然后射到 BCD 面上.在中央附近,入射角小于 临界角,所以既有反射又有折射;在靠近两边处,入射角大于临界角,所以发生了全反射. 答案:C

1

3.如图所示,在长方体玻璃砖的底面中心和实心玻璃半球的球心处,分别放有点光源, 人从上面观察,看到像点位置()

A.均在点光源位置 B.均在点光源上方 C.玻璃砖的在光源上 方,玻璃半球的在光源处 D.玻璃砖的在光源处,玻璃半球的在光源上方 解析:玻璃砖和玻璃半球对点光源成像似乎没有什么区别,若不加仔细分析,不画光路 图,单凭经验往往认为像点都在光点上方,其实不同,对玻璃砖作光路图如下图(1)所示; 对玻璃半球作光路图如下图(2)所示,其折射光线均沿入射光线的方向传播,并不发生“偏 折” ,故成像在原光源处.故 C 正确.

答案:C 4.一平面镜放在圆筒的中心处,平面镜正对筒壁上一点光源 S,平面镜从如图所示的位 置开始以角速度ω 绕圆筒轴 O 匀速转动.在其转动 45°角的过程中, 点光源在镜中所成 的像 运动的角速度为ω 1,反射光斑运动的角速度为ω 2,则下列关系中正确的是()
2

A.ω 1=2ω ,ω 2=2ω C.ω 1=2ω ,ω 2=ω

B.ω 1=ω ,ω 2=2ω D.ω 1=ω ,ω 2=ω

解析:考查光的反射,平面镜成像. 根据反射定律可知, 在入射光的方向不变时, 反射光线转过的角度是平面镜转过角度的 2 倍,所以反射光线转动的角速度也是平面镜转动角速度的 2 倍.反射光斑始终在反射光线 的方向上, 而点光源 S 的像始终在反射光线的反向延长线上, 故它们运动的角速度都等于平 面镜转动角速度的 2 倍,即ω 1=ω 2=2ω . 答案:A 5.在完全透明的水下某深处,放一点光源,在水面上可见到一个圆形透光平面,若透光 圆面的半径匀速增大,则光源正() A.加速上升 C.匀速上升 B.加速下沉 D.匀速下沉[

解析:如右图所示,sinC=

r h ?r
2 2

,sinC=

1 2 ,解以上两式得:h=r n ? 1 ,当 r 匀 n

速增大时,h 也匀速增大,故光源正匀速下沉. 答案:D 6.在水底 同一深度处并排放着三种颜色的球,如果从水面上方垂直俯视色球,感觉最 浅的是() A.紫色球 C.红色球 B.蓝色球 D.三种色球视深度相同

解析:如右图所示,设 S 为某色小球,画出观察者在水面上方某处观察光路图,有关数

3

据如图所示,则 tanθ 1=

a h
sin?1 tan?1 H H ? ? 故观察者感觉色球深度 h= sin? 2 tan? 2 h n

当观察者从水面 上方垂直俯视色球时,θ 1、θ 2 均非常小,且满足 sinθ 1≈tanθ 1,sin θ 2≈tanθ 2,由折射定律,有 n ?

其中 n 为水对不同色光的折射率,由于水对紫色的折射率最大,故在 H 相同时,感觉紫 色球最浅,选 A. 答案:A 7.一束复色光从长方体 玻璃砖上表面射入玻璃,穿过玻璃砖从侧表面射出,变为 a、b 两束单色光, 如图所示.这两束单色光相比较()

A.玻璃对 a 光的折射率较大 C.在真空中 a 光波长较短

B.b 光光子的能量较大 D.在玻璃中 b 光传播速度较大

解析:由图知玻璃对 b 的 折射率大于玻璃对 a 的 折射率,所以 b 的频率大于 a 的频率, 故 A 错 B 对.由 c=λ f 可知,λ b<λ a.又由 v= B. 答案:B 8.如图所示是做双缝干涉实验的示意图.先做操作 1:用 两块不同颜色的滤色片分别挡 住双缝屏上下两半Ⅰ和Ⅱ;接着再做操作 2:用不透明的挡

c 知,频率大的,在玻璃中传播速度小,故选 n

4

A.完成操作 1 后,光屏上出现的是图(2) ,且甲是红色条纹,乙是蓝色条纹 B.完成操作 1 后,光屏上出现的是图(3) ,且丙是蓝色条纹,丁是红色条纹[ C.完成操作 2 后,光屏上出现的是图(2) ,且甲是蓝色条纹,乙是红色条纹 D.完成操作 2 后,光屏上出现的是图(3) ,且丙是红色条纹,丁是蓝色条纹 答案:AD 9.如图所示为一直角棱镜的横截面, ∠bac=90°,∠abc=60°.一平行细光束从 O 点沿垂 直于 bc 面的方向射入棱镜.已知棱镜材料的折射率 n= 2 ,若不考虑原入射光在 bc 面上的 反射光,则有光线()

5

A.从 ab 面射出 C.从 bc 面射出,且与 bc 面斜交 解析:

B.从 ac 面射出 D.从 bc 面射出,且与 bc 面垂直

因为 n= 2 ,∠bca=30°,如右图所示,∠1=60°,∠1>C,则发生全反射,由几何知识, ∠2=30°,∠2<45°,∠3=30°,反射光线从 bc 面垂直出射,此处还发生折射 ,∠4=45°, 折射光线从 ac 面射出.所以选项 B、D 正确.

答案:BD 10.现用电子显微镜观测线度为 d 的某生物大分子的结构.为满足测量要求, 将显微镜工 作时电子的德布罗意波长设定为

d ,其中 n>1.已知普朗克常量 h、电子质量 m 和电子电荷量 n

e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为()

6

A.

n 2h 2 med 2 d2h 2 2men 2

B. (

md 2 h 2 1 )3 n 2 e3 n 2h 2 2med 2
h ? 2mE k h d h n 2h 2 ,U ? ,即 ? ,D n 2med 2 2meU 2meU

C.

D.

解析:由德布罗意波长λ = 选项正确. 答案:D

h ? p

二、非选择题(本题共 6 小题,共 60 分.按题目要求作答.解答题应写出必要的文字说 明、 方程式和重要演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题, 答案中必须明确 写出数值和单位) 11.(10 分) (1)让电炉丝通电,在电炉丝变红之前,站在电炉旁的人就有暖和的感觉. 这是由于电炉丝发出了___线, 而该线的_作用较大; 用红外线进行高空摄影, 是因为它____, 比可见光的___现象还显著,容易透过云雾烟尘. (2)γ 射线可以穿透金属,是因为它的频率,所以它的光子能量,穿透能力较强. 解析: (1)由红外线的性质和用途来判定. (2)γ 射线频率高,光子的能量大,其穿透能力强. 答案:(1)红外热波长较长衍射(2)很高很大 12.(10 分)如图所示,相距为 d 的 A、B 两平行金属板足够大,板间电压为 U,一束波 长为λ 的激光照射到 B 板中央,光斑的半径为 r.B 板发生光电效应,其逸出功为 W.已知电 子质量为 m,电荷量为 e.求

(1)B 板中射出的光电子的最大初速度的大小 (2)光电子所能到达 A 板区域的面积.

解析: (1)根据爱因斯坦光电效应方程

2(hc ? ? W) 1 2 c mv =hν -W,ν = ,解得 v= . ?m 2 ?

(2)由对称性可知, 光电子到达 A 板上的区域是一个圆.该圆的半径由从 B 板上光斑边缘 以最大初速度沿平行于极板方向飞出的光电子到达 A 板上的位置决定.设光电子在电场中运

7

动时间为 t,沿板方向的运动距离为 L,则其加速度为 a=

eU 1 2 ,垂直于极板方向:d= at , md 2
2

平 行 于 极 板 方 向 : L=vt , 光 电 子 到 达 且 板 上 区 域 最 大 面 积 S= π (L+r) , 解 得 S= π (2d

(hc ? ? W) 2 +r) . ? eU
答案: ?1?

2(hc ? ? W) ?m

? 2 ? ? (2d

(hc ? ? W) ? r) 2 ? eU

13.(10 分)利用双缝干涉测光波波长的实验中,已知双缝到屏的距离为 0.600 m,两 3 狭缝间距离为 0.25×10 m, 让分划板中心刻线对齐中央亮条纹中心时, 手轮上的读数为 3.52 -3 ×10 m,分划板中心刻线对齐中央亮纹一侧第 6 条亮条纹中心时,手轮上的读数为 11.56 -3 ×10 m,则此光波波长为多少? 解析:相邻两条亮条纹间的距离

Δ x=

a 11.56 ?10?3 ? 3.52 ?10?3 m ? n 6
-3

=1.34×10 由公式λ =

m

d ·Δ x 得 L

λ =

0.25 ? 10?3 -3 -7 ×1.34×10 m=5.58×10 m. 0.600
-7

答案:5.58×10

m

14.(10 分)如图表示某双缝干涉的实验装置,当用波长为 0.4 μ m 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 0.6 μ m 的橙光做实验,那么该像屏上除中央亮纹外,两侧各有几条亮条纹?

8

解析:设用波长为 0.4 μ m 的光入射,条纹宽度为Δ x1,则Δ x1= 3 条亮纹,则屏上第三条亮纹到中心距离为 3Δ x1. 用 0.6 μ m 光入射,设条纹宽度为Δ x2,则Δ x2= xΔ x2=3Δ x1 ∴x

l λ 1,屏上两侧各有 d

l λ 2,设此时屏上有 x 条亮纹,则有 d

l l λ 2=3 λ d d

1

代入数据解之得 x=2 ∴两侧各有 2 条亮纹. 答案: 2 15.(10 分)如图所示,一根长为 L 的直光导纤维,它的折射率为 n.一束光从它的一个 端面射入,又从另一端面射出所需的最长时间为多少?(设真空中的光速为 c,临界角 C=arcsin

1 ) n

解析:若要使光在该光导纤维内行进时间最长,就要求光在光导纤维内的路程最长,这 就要求每一次反射时,入射角θ 最小,入射角θ 恰为临界角 C.当θ =C 时,光的路程最长, 所用时间也最长,设为 tmax,此时,光束在沿光导纤维方向的速度分量为 vsinθ ,则光在穿 过光导纤维时有 L=vsinC·tmax

L L n 2L 解得 tmax= . ? ? 1 vsinC c · c n n

9

答案:

n 2L c

16.(10 分)在折射率为 n、厚度为 d 的玻璃平板上方的空气中有一点光源 S,从 S 发出 的光线 SA 以角度θ 入射到玻璃板上表面,经过玻璃板后从下表面射出.如图所示.若沿此光 线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等, 点光源 S 到玻 璃板上表面的垂直距离 l 应是多少?

l , c?cos? d nd 其中 c 是真空中的光速, 光在玻璃板中的传播距离为 , 光在玻璃中的传播时间为 cosr c
解析: 设光线在玻璃中的折射角为 r, 则光线从 S 到玻璃板上表面的传播时间为 由折射定律得 sinθ =n· sinr
10

由题意得

nd l ? cosr cos?

∴l=

ndcos? . 1 2 1 ? 2 sin ? n

答案:

ndcos? 1 1 ? 2 sin 2? n

11


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