物理选修光学试题及答案详解

物理选修光学试题及答案

详解

Prepared on 22 November 2020

光学单元测试一、选择题（每小题3分，共60分）

1

30°，则入射角等于（）

°°°°

2．红光和紫光相比，（）

A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大

B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大

C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小

D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速

度较小

3．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两

束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为n a和n b，a、b在玻璃中的传播速度分别为v a和v b，则（）

A．n a>n b B．n av b D．v a

4．两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2。用n1、n 2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度（）

A . n l＜n2、v1＜v2＜n2、v1>v2>n2、v1＜v2 >n2、v1>v2

5．如图所示，一束细的复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O点，经折射分为a、b两束光，分别由P、Q两点射出玻璃体。PP’、QQ’均与过O点的界面法线垂直。设光线

a、b在玻璃体内穿行所用时间分别为t a、t b，则t a: t b等于（）

（A）QQ’:PP’ （B）PP’:QQ’

（C）OP’:OQ’ （D）OQ’:OP’

6．图示为一直角棱镜的横截面，?

=

∠

?

=

∠60

,

90abc

bac。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，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线（）

A．从ab面射出

B．从ac面射出

C．从bc面射出，且与bc面斜交

D．从bc面射出，且与bc面垂直

7．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、

b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的（）

8．如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是（）

Ａ．红光的偏折最大，紫光的偏折最小

Ｂ．红光的偏折最小，紫光的偏折最大

Ｃ．玻璃对红光的折射率比紫光大

Ｄ．玻璃中紫光的传播速度比红光大

9．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（）

b c

a

o

A.光的折射现象、色散现象

B.光的反射现象、干涉现象

C.光的衍射现象、偏振现象

D.光的直线传播现象、光电效应现象 10．光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通

信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是 （ ）

Ａ．光纤通信利用光作为载体来传播信息 Ｂ．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理 Ｃ．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理

Ｄ．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝

11．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 /n ，其中n >1。已知普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量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（ ）

A 2

2

2med h n B 3

1322

2

?

??? ?

?e n h md C 2222men h d D 22

22med h n

12．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗

意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m=1．67x10—27kg ，普朗克常量h=6．63x10—34J ·s ，可以估算德布罗意波长λ=1．82x10-10m 的热中子动能的数量级为（ ）

(A)10—17J (B)10—19J (C)10—21J (D)10—24 J

13．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0，

A 当用频率为2

υ0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子

B 当用频率为2

υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h υ0

C 当照射光的频率

υ大于

υ0

时，若υ增大，则逸出功增大

14． 水的折射率为n ，距水面深h 处有一个点光源，岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为

h tan(arc sin

n 1

) h tan(arc sin n) h tan(arc cos n 1

) h cot(arc cos n)

15. 为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜，下列说法中正确的是（ ）

A 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射

B 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射

C 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射

D 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射

16．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是

（A ）牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的． （B ）光的双缝干涉实验显示了光具有波动性． （C ）麦克斯韦预言了光是一种电磁波． （D ）光具有波粒两象性性．

17．空气中两条光线 a 和 b 从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如 图 1所示。方框内有两个折射率 n=的玻璃全反射棱镜。图 2给出了两棱镜四种放 置方式的示意图，其中能产生图 1效果的是

18．两束不同频率的单色光a 、b 从空气射入水中，发生了图所示的折射现象（α>β）。下列结论中正确的是 A ．光束b 的频率比光束a 低

B ．在水中的传播速度，光束a 比光束b 小

C ．水对光束a 的折射率比水对光束b 的折射率小

D ．若光束从水中射向空气，则光束b 的临界角比光束a 的临界角大

19．现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为c b a λλλ>>.用b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应.若分别用a 光束和c 光束照射该金属，则可以断定 光束照射时，不能发生光电效应 光束照射时，不能发生光电效应 光束照射时，释放出的光电子数目最多

光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 20.△OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面。a 、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN,在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射的情况如题20图所示，由此可知 A.棱镜内a 光的传播速度比b 光的小 B.棱镜内a 光的传播速度比b 光的大 光的频率比b 光的高

光的波长比b 光的长

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案

二、计算题（共40分）

21．人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律。请问

谁提出了何种学说很好地解释了上述规律已知锌的逸出功为eV 34.3，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为s m /106，求该紫外线的波长λ（电子质量kg m e 311011.9-?=，普朗克常量s J h ??=-341063.6，

J eV 191060.11-?=）

22．如图所示，一路灯距地面的高度为h ，身高为l 的人以速度v 匀速行走．

(1)试证明人头顶的影子做匀速运动； (2)求人影长度随时间的变化率。

23．如图所示，一不透明的圆柱形容器内装满折射率n =2的透明液体，容器底部正中央O 点处有一点光源S ，平面镜MN 与底面成45°角放置，若容器高为

2dm ，底边半径为（1+3）dm ，OM = 1dm ，在容器中央正上方1 dm 处水平放置一足够长的刻度尺，求光源 S 发出的光线经平面镜反射后，照射到刻度尺的长度。（不考虑容器侧壁和液面的反射）

24．一种用于激光治疗的氦分子激光器，输出波长的激光，激光脉冲的时间约为10 -9s，输出脉冲时的功率为106W，每秒输出的脉冲个数是100个。

（1）这种激光的频率是多少属于电磁波谱中的哪个波段

（2）这种激光器的平均输出功率是多少

25．如图所示，透明介质球球心位于O，半径为R，光线DC

平行于直径AOB射到介质的C点，DC与AB的距离

H=3R/2，若DC光线进入介质球后经一次反射再次回到介

质球的界面时，从球内折射出的光线与入射光线平行，作出

光路图，并算出介质的折射率。

26．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质．1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)．

(1)洛埃镜实验的基本装置如图

所示，S为单色光源，M为一平面

镜．试用平面镜成像作图法在答题

卡上画出S经平面镜反射后的光与

直接发出的光在光屏上相交的区

域．

(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，

光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹．写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式．

答案：

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C B AD B A BD B B C AD 题号11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 D C AB A A BCD B C A BD

21．3．23*10-7m

22、(1)设t＝0时刻，人位于路灯的正下方O处，在时刻t，人走到S处，根据题意有

OS＝vt ①

过路灯P和人头顶的直线与地面的交点M 为t时刻人头顶影子的位置，如图l所示，OM 为头顶影子到0点的距离．由几何关系，有

解式①、②得。因OM 与时间t成正比，故人头顶的影子做匀速运动。

(2)由图l可知，在时刻t，人影的长度为SM，由几何关系，有

SM=OM－OS ③由式①～③得

因此影长SM与时间t成正比，影长随时间的变化率。

解：光路如图，光线经反射后到达介质与空气的界面时，入射

角i’=r ，由折射定律可得折射角r’= i，折射光线PQ与入射光线

DC平行，则∠POA=∠COA=i

sin i= H/R =3R/2R = 3/2i=600，折射角r = i/2 = 300

sin r= 1/2折射率 sin i/ sinr = 3

23、解：作图找出发光点S在平面镜中的像点S’，连接S’M延长交直尺于H 点，MH沿竖直方向，连接S’P，在RtΔPR S’中，R S’=3dm ， PR=3 dm ，∴∠ r =300 由折射定律可得：sin i/sin r = n 解得sin i = 2/2 ，∠i = 450，刻度尺上被照亮的范围QH = 1 dm+ 3dm = （1+3）dm

24、解：（1）f= c/λ= 3×108 / ×10-9 HZ=×1014 HZ ，属于紫外线（2）P=100×10-9×106W=