2021年北京高考物理練習(xí)課件：15_專題十五-光學(xué)(127頁P(yáng)PT)

1、考點(diǎn)1光的折射全反射和色散1.(2020浙江7月選考,13,3分)如圖所示,圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上,光線從P點(diǎn)垂直界面入射后,恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射;當(dāng)入射角=60時(shí),光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c,則()A.玻璃磚的折射率為1.5B.O、P之間的距離為RC.光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為cD.光從玻璃到空氣的臨界角為30第1頁，共127頁。答案C光線從P點(diǎn)垂直界面入射后,恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射,則sin C=,當(dāng)入射角=60時(shí),光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行,作出光路圖如圖所示,出射光線剛好經(jīng)過玻璃磚圓形表面的最

2、高點(diǎn)Q,設(shè)在P點(diǎn)的折射角和在Q點(diǎn)的入射角為1,則n=,由幾何關(guān)系可知,OP=R tan 1,聯(lián)立解得n=,A錯(cuò)誤;O、P之間的距離為R,B錯(cuò)誤;光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度v=c,C正確;光從玻璃到空氣的臨界角C滿足sin C=,D錯(cuò)誤。 第2頁，共127頁。2.(2017北京理綜,14,6分)如圖所示,一束可見光穿過平行玻璃磚后,變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍(lán)光,則光束a可能是()A.紅光B.黃光C.綠光D.紫光答案D本題考查光的折射、色散。由題圖可知,可見光穿過玻璃磚后,發(fā)生了色散,其中a光的側(cè)移距離大于b光的側(cè)移距離,說明玻璃對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率,同種介質(zhì)對(duì)紅、橙、黃、綠、青

3、、藍(lán)、紫的折射率依次增大,由于b光是藍(lán)光,故只有D選項(xiàng)符合題意。第3頁，共127頁。3.(2014北京理綜,20,6分)以往,已知材料的折射率都為正值(n0)?，F(xiàn)已有針對(duì)某些電磁波設(shè)計(jì)制作的人工材料,其折射率可以為負(fù)值(n0),稱為負(fù)折射率材料。位于空氣中的這類材料,入射角i與折射角r依然滿足=n,但是折射線與入射線位于法線的同一側(cè)(此時(shí)折射角取負(fù)值)?，F(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負(fù)折射率材料,一束電磁波從其上表面射入,下表面射出。若該材料對(duì)此電磁波的折射率n=-1,正確反映電磁波穿過該材料的傳播路徑的示意圖是() 答案B折射線與入射線應(yīng)位于法線的同一側(cè),故選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤。因?yàn)椴牧险凵渎蕁=-1

4、,電磁波由空氣進(jìn)入介質(zhì)時(shí),sin =-sin(-),得=,則C項(xiàng)錯(cuò)。故正確選項(xiàng)為B?？疾橐c(diǎn)折射率、折射定律。審題關(guān)鍵折射線和入射線位于法線同側(cè);折射率n=-1,意味著出射角等于入射角。第4頁，共127頁。4.(2020浙江1月選考,12,3分)如圖所示,一束光與某材料表面成45角入射,每次反射的光能量為入射光能量的k倍(0k60根據(jù)題給數(shù)據(jù)得sin sin 60即大于全反射臨界角,因此光線在E點(diǎn)發(fā)生全反射。()設(shè)光線在AC邊上的F點(diǎn)射出棱鏡,光線的入射角為i,折射角為r,由幾何關(guān)系、反射定律及折射定律,有第8頁，共127頁。i=30i=90-sin i=n sin rn sin i=sin

5、r聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù),得sin r=由幾何關(guān)系,r即AC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。第9頁，共127頁。6.2020課標(biāo),34(2),10分如圖,一折射率為的材料制作的三棱鏡,其橫截面為直角三角形ABC,A=90,B=30。一束平行光平行于BC邊從AB邊射入棱鏡,不計(jì)光線在棱鏡內(nèi)的多次反射,求AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長(zhǎng)度的比值。 答案2第10頁，共127頁。解析如圖(a)所示,設(shè)從D點(diǎn)入射的光線經(jīng)折射后恰好射向C點(diǎn),光在AB邊上的入射角為1,折射角為2,由折射定律有sin 1=n sin 2,設(shè)從DB范圍入射的光折射后在BC邊上的入射角為,由幾何關(guān)系=30+2由式并代入題給數(shù)據(jù)

6、得2=30n sin 1所以,從DB范圍入射的光折射后在BC邊上發(fā)生全反射,反射光線垂直射到AC邊,AC邊上全部有光第11頁，共127頁。射出。設(shè)從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為,如圖(b) 所示。由幾何關(guān)系=90-2由式和已知條件可知n sin 1即從AD范圍入射的光折射后在AC邊上發(fā)生全反射,反射光線垂直射到BC邊上。設(shè)BC邊上有光線射出的部分為CF,由幾何關(guān)系得CF=ACsin 30AC邊與BC邊有光出射區(qū)域的長(zhǎng)度的比值為=2第12頁，共127頁。以下為教師用書專用1.(2020山東,9,4分)(多選)截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示。DE為嵌在三棱鏡內(nèi)部緊貼BBCC面

7、的線狀單色可見光光源,DE與三棱鏡的ABC面垂直,D位于線段BC的中點(diǎn)。圖乙為圖甲中ABC面的正視圖。三棱鏡對(duì)該單色光的折射率為,只考慮由DE直接射向側(cè)面AACC的光線。下列說法正確的是()A.光從AACC面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的B.光從AACC面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的C.若DE發(fā)出的單色光頻率變小,AACC面有光出射的區(qū)域面積將增大D.若DE發(fā)出的單色光頻率變小,AACC面有光出射的區(qū)域面積將減小第13頁，共127頁。答案ACD點(diǎn)光源在AC邊上的出射區(qū)域PQ的長(zhǎng)度占AC長(zhǎng)度的比例等于線狀光源DE在AACC面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的比例。由sin C=,可得C=45,可知Q、C重合,

8、P在AC的中點(diǎn),=,故A正確。若單色光頻率變小,則三棱鏡對(duì)該光的折射率n變小,由sin C=,知臨界角C變大,PQ長(zhǎng)度變大,出射光區(qū)域的面積增大,故C正確。所以選A、C。第14頁，共127頁。2.(2013北京理綜,14,6分)如圖所示,一束可見光射向半圓形玻璃磚的圓心O,經(jīng)折射后分為兩束單色光a和b。下列判斷正確的是()A.玻璃對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率B.a光的頻率大于b光的頻率C.在真空中a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)D.a光光子能量小于b光光子能量答案B由光路圖知,a光比b光的偏折程度大,說明玻璃對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率,a光的頻率大于b光的頻率,A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B選項(xiàng)正確;光在真

9、空中的波長(zhǎng)=,故頻率大的光波長(zhǎng)短,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;光子能量E=h,為光的頻率,故頻率越大,光子能量越大,D選項(xiàng)錯(cuò)誤?？疾辄c(diǎn)折射定律、折射率、色散、光的波長(zhǎng)、頻率和光子能量。思路點(diǎn)撥由圖中的折射情況先確定玻璃對(duì)a、b光的折射率關(guān)系,再確定a、b光的頻率關(guān)系,進(jìn)而由頻率確定其他量的情況。第15頁，共127頁。3.2017海南單科,16(1),4分(多選)如圖,空氣中有兩塊材質(zhì)不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置;一細(xì)光束從空氣中以某一角度(0f紅得n藍(lán)n紅,又因n=,2相同,故1藍(lán)1紅,藍(lán)光在D點(diǎn)射出時(shí)的折射角大于60。 第19頁，共127頁。7.2018課標(biāo),34(2),10分如圖,ABC是一直角

10、三棱鏡的橫截面,A=90,B=60。一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后,射到AC邊的E點(diǎn),發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點(diǎn)。不計(jì)多次反射。()求出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角;()為實(shí)現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍? 答案()60()nn sin i3式中C是全反射臨界角,滿足n sin C=1由式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為n2解題關(guān)鍵畫圖是解決物理問題的基本功對(duì)于幾何光學(xué)題,畫好光路圖是解題的關(guān)鍵。充分利用幾何知識(shí)便可順利解題。第22頁，共127頁。8.2018課標(biāo),34(2),10分如圖,某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個(gè)小標(biāo)記“”(

11、圖中O點(diǎn)),然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個(gè)標(biāo)記上,小標(biāo)記位于AC邊上。D位于AB邊上,過D點(diǎn)作AC邊的垂線交AC于F。該同學(xué)在D點(diǎn)正上方向下順著直線DF的方向觀察,恰好可以看到小標(biāo)記的像;過O點(diǎn)做AB邊的垂線交直線DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射) 答案 第23頁，共127頁。解析本題考查折射定律。過D點(diǎn)作AB邊的法線NN,連接OD,則ODN=為O點(diǎn)發(fā)出的光線在D點(diǎn)的入射角;設(shè)該光線在D點(diǎn)的折射角為,如圖所示。根據(jù)折射定律有n sin =sin 式中n為三棱鏡的折射率。由幾何關(guān)系可知=60EOF=30OEF中有EF=OE

12、sinEOF由式和題給條件得第24頁，共127頁。OE=2 cm根據(jù)題給條件可知,OED為等腰三角形,有=30由式得n=解題關(guān)鍵解答本題的關(guān)鍵是根據(jù)題設(shè)條件,畫出光路圖,利用圖中幾何關(guān)系,列方程求解。第25頁，共127頁。9.2019海南單科,16(2),8分一透明材料制成的圓柱體的上底面中央有一球形凹陷,凹面與圓柱體下底面可透光,表面其余部分均涂有遮光材料。過圓柱體對(duì)稱軸線的截面如圖所示。O點(diǎn)是球形凹陷的球心,半徑OA與OG夾角=120。平行光沿軸線方向向下入射時(shí),從凹面邊緣A點(diǎn)入射的光線經(jīng)折射后,恰好由下底面上C點(diǎn)射出。已知AB=FG=1 cm,BC= cm,OA=2 cm。()求此透明材

13、料的折射率;()撤去平行光,將一點(diǎn)光源置于球心O點(diǎn)處,求下底面上有光出射的圓形區(qū)域的半徑(不考慮側(cè)面的反射光及多次反射的影響)。 答案()() cm第26頁，共127頁。解析()平行光沿軸線方向向下入射時(shí),折射后恰好由下底面上的C點(diǎn)射出,光圖如圖所示:由圖可知入射角i=60折射角的正切值為tan r=所以折射角r=30根據(jù)折射定律可得透明材料的折射率為:n=()撤去平行光,將一點(diǎn)光源置于球心O點(diǎn)處,光路圖如圖所示:第27頁，共127頁。由題意及幾何關(guān)系可得:DH=OH=(+1) cm所以DOH=COH由于射到圓弧面上的光線不會(huì)發(fā)生折射,設(shè)全反射的臨界角為,則有:sin =EkbB.射向同一雙縫

14、干涉裝置,其干涉條紋間距xaxbC.在水中的傳播速度vavbD.光子動(dòng)量papb 答案BD本題考查了光的折射、光電效應(yīng)、光的干涉、光子動(dòng)量,以及理解能力、推理能力,體現(xiàn)了物理觀念中能量觀念的要素和科學(xué)思維中科學(xué)推理的要素。根據(jù)三棱鏡折射現(xiàn)象可知,三棱鏡對(duì)b光折射率較大,因此nanb,ab ,根據(jù)光電效應(yīng)最大初動(dòng)能Ek=h-W0可知,Ekab,根據(jù)x= 可知,xaxb ,故選項(xiàng)B正確;根據(jù)n= 可知,折射率越大,光在介質(zhì)中傳播速度越小,即vavb,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;德布羅意波長(zhǎng)=,且=,聯(lián)立得p= ,因此pa綠藍(lán),故選項(xiàng)A、C、D正確。第55頁，共127頁。3.2019江蘇單科,13B(2)將兩支鉛

15、筆并排放在一起,中間留一條狹縫,通過這條狹縫去看與其平行的日光燈,能觀察到彩色條紋,這是由于光的(選填“折射”“干涉”或“衍射”)。當(dāng)縫的寬度(選填“遠(yuǎn)大于”或“接近”)光波的波長(zhǎng)時(shí),這種現(xiàn)象十分明顯。答案 衍射接近解析本題考查了光發(fā)生明顯衍射的條件,體現(xiàn)了科學(xué)探究中證據(jù)、解釋的核心素養(yǎng)要素。兩支鉛筆并排放在一起,中間留有一條狹縫,光發(fā)生單縫衍射。由發(fā)生明顯衍射的條件可知,當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相接近時(shí)衍射現(xiàn)象十分明顯。第56頁，共127頁?？键c(diǎn)3光的粒子性1.(2019北京理綜,19,6分)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置,當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí),可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)

16、的結(jié)果。由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C.若入射光子的能量為5.0 eV,逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9 eVD.若入射光子的能量為5.0 eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng),光電流越大組次入射光子的能量/eV相對(duì)光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動(dòng)能/eV第一組1234.04.04.0弱中強(qiáng)2943600.90.90.9第二組4566.06.06.0弱中強(qiáng)2740552.92.92.9第57頁，共127頁。答案B本題考查了光電管在光照下產(chǎn)生光電流的現(xiàn)象和考生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力,培養(yǎng)了考生的科學(xué)探究素養(yǎng)。表格中入射光子的能量不同,根據(jù)光子

17、的能量E=h可知兩組實(shí)驗(yàn)采用的入射光的頻率不同,再由光電效應(yīng)方程解得兩組實(shí)驗(yàn)中金屬的逸出功都是3.1 eV,即兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同,所以A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)不正確。當(dāng)入射光子的能量為5.0 eV時(shí),Ekm=h-W=1.9 eV,故C選項(xiàng)正確。當(dāng)入射光子的能量為5.0 eV時(shí),相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)飛出的光電子越多,光電流越大,所以D項(xiàng)正確。第58頁，共127頁。2.(2017北京理綜,18,6分)2017年年初,我國(guó)研制的“大連光源”極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm(1 nm=10-9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高,可在

18、能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子,但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷,能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)()A.10-21 JB.10-18 JC.10-15 JD.10-12 J答案B本題考查光子能量。由題意知,電離一個(gè)分子的能量等于照射分子的極紫外波段的光子能量,E=h=h=210-18 J,故選項(xiàng)B正確。第59頁，共127頁。3.(2018課標(biāo),17,6分)用波長(zhǎng)為300 nm的光照射鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.2810-19 J。已知普朗克常

19、量為6.6310-34 Js,真空中的光速為3.00108 ms-1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A.11014 HzB.81014 HzC.21015 HzD.81015 Hz答案B本題考查光電效應(yīng)規(guī)律。由光電效應(yīng)方程得Ek=-W0,而能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率0應(yīng)滿足h0=W0,聯(lián)立得0=-=81014 Hz,故選項(xiàng)B正確。第60頁，共127頁。4.(2019天津理綜,5,6分)如圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由a、b、c組成的復(fù)色光通過三棱鏡時(shí),下述光路圖中正確的是() 答案C本題考查了考生的科學(xué)思維能力,體現(xiàn)了應(yīng)用與創(chuàng)新價(jià)值

20、觀念。由題述“同一光電效應(yīng)裝置”可知金屬的逸出功相同,再由I-U圖像中遏止電壓關(guān)系得知三種光的頻率bca,則三種光在三棱鏡中的折射率nbncna,據(jù)此可判斷通過棱鏡后光的折射情況,C選項(xiàng)正確,A、B、D項(xiàng)均錯(cuò)誤。解題關(guān)鍵從圖像中分析出三種光的頻率關(guān)系,從而得出它們?cè)谌忡R中的折射率的大小關(guān)系。第61頁，共127頁。5.2019江蘇單科,12(3)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中,所用激光的波長(zhǎng)=6.410-7 m,每個(gè)激光脈沖的能量E=1.510-2 J。求每個(gè)脈沖中的光子數(shù)目。(已知普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3108 m/s。計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案51016 解析本

21、題考查了光的波粒二象性中粒子性問題,考查了學(xué)生的理解能力,體現(xiàn)了物理觀念中能量觀念的素養(yǎng)要素,滲透了關(guān)注社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步、生產(chǎn)生活的價(jià)值觀念。光子能量=,光子數(shù)目n=,代入數(shù)據(jù)得n=51016。第62頁，共127頁。以下為教師用書專用1.(2013北京理綜,20,6分)以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng),即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí),用強(qiáng)激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能,從而形成多光子光電效應(yīng),這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電

22、效應(yīng)。換用同樣頻率的強(qiáng)激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應(yīng);此時(shí),若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽極A接電源負(fù)極,在K、A之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)。逐漸增大U,光電流會(huì)逐漸減小;當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí),所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功,h為普朗克常量,e為電子電量)()第63頁，共127頁。A.U=-B.U=-C.U=2h-WD.U=- 答案B同頻率的光照射陰極K,普通光不能使其發(fā)生光電效應(yīng),而強(qiáng)激光能使其發(fā)生光電效應(yīng),說明一個(gè)電子吸收了多個(gè)光子。設(shè)吸收的光子個(gè)數(shù)為n,光電子逸出的最大初動(dòng)能為Ek,由光電效應(yīng)方程知:Ek=nh-W(n2);光電子逸出后克服減速電場(chǎng)做功,由

23、動(dòng)能定理知Ek=eU,聯(lián)立上述兩式得U=-,當(dāng)n=2時(shí),即為B選項(xiàng),其他選項(xiàng)均不可能。第64頁，共127頁。2.(2017課標(biāo),19,6分)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上,測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A.若ab,則一定有Uab,則一定有EkaEkbC.若UaUb,則一定有Ekab,則一定有ha-Ekahb-Ekb 答案BC本題考查光電效應(yīng)方程、對(duì)遏止電壓的理解。光照射到同種金屬上,同種金屬的逸出功相同。若ab,據(jù)Ek=h-W0可知,EkaEkb,則B項(xiàng)正確。由Ek=e

24、U,可知UaUb,則A項(xiàng)錯(cuò)誤。若UaUb,說明EkaEkb,則C項(xiàng)正確。由Ek=h-W0得h-Ek=W0,而同一種金屬W0相同,與入射光的頻率無關(guān),故ha-Eka=hb-Ekb,則D項(xiàng)錯(cuò)誤。第65頁，共127頁。3.2016課標(biāo),35(1),5分(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是()A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無

25、關(guān)答案ACE解析保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)增加,則飽和光電流變大,故A正確。飽和光電流的大小與入射光的頻率無直接關(guān)系,故B錯(cuò)。由Ek=h-W,可知C正確。當(dāng)入射光的頻率小于金屬的極限頻率時(shí),光電效應(yīng)不能發(fā)生,故D錯(cuò)。由eU=mv2=h-W得eU=h-W,可見,遏止電壓U隨的增大而增大,與入射光的光強(qiáng)無關(guān),故E正確。第66頁，共127頁。4.2015課標(biāo),35(1),5分(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是()A.電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B.射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)

26、D.人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)E.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān)答案ACD電子束通過雙縫產(chǎn)生干涉圖樣,體現(xiàn)的是波動(dòng)性,A正確;射線在云室中留下清晰的徑跡,不能體現(xiàn)波動(dòng)性,B錯(cuò)誤;衍射體現(xiàn)的是波動(dòng)性,C正確;電子顯微鏡利用了電子束波長(zhǎng)短的特性,D正確;光電效應(yīng)體現(xiàn)的是光的粒子性,E錯(cuò)誤。第67頁，共127頁。5.(2016浙江4月選考,16,2分)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,采用極限頻率為0=5.51014 Hz的鈉做陰極,已知普朗克常量h=6.610-34 Js,電子質(zhì)量m=9.110-31 kg。用頻率=7.51014 Hz的紫光照射鈉陰極產(chǎn)

27、生光電子的()A.動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為10-19 JB.速率的數(shù)量級(jí)為108 m/sC.動(dòng)量的數(shù)量級(jí)為10-27 kgm/sD.德布羅意波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)為10-9 m答案AD根據(jù)Ek=h-W,W=h0,得:Ek=1.3210-19 J,A正確。由Ek=mv2,得v5105 m/s,B錯(cuò)誤。動(dòng)量p=4.910-25 kgm/s,C錯(cuò)誤。由p=h/得= m1.310-9 m,故D正確。第68頁，共127頁。6.2018江蘇單科,12C(2)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用波長(zhǎng)為0的單色光A照射某金屬板時(shí),剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)波長(zhǎng)為 的單色光B照射該金屬板時(shí),光電子的最大初動(dòng)能為,A、B兩種光子的動(dòng)量之比為。(已

28、知普朗克常量為h、光速為c)答案12解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知EkA=h-W0=0,得W0=h EkB=h-h= A種光子的動(dòng)量pA= B種光子的動(dòng)量pB=得pApB=12第69頁，共127頁。7.2015課標(biāo),35(1),5分在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示。若該直線的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的絕對(duì)值為e,則普朗克常量可表示為,所用材料的逸出功可表示為。 答案ek(2分)-eb(3分)解析根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekm=h-W0,又因?yàn)镋km=eUc,得到Uc=-,所以=k,h=ek;-=b,W0=-eb。第70頁，共127頁。A組 考點(diǎn)基

29、礎(chǔ)題組考點(diǎn)1光的折射全反射和色散1.(2020北京門頭溝一模,5)一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面,光路如圖所示。下列說法中正確的是()A.此介質(zhì)的折射率等于1.5B.此介質(zhì)的折射率等于C.入射角小于45時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.入射角大于45時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象第71頁，共127頁。答案B試題以光的折射現(xiàn)象為情境,考查折射定律、全反射現(xiàn)象的生產(chǎn)條件等知識(shí),主要考查理解能力和綜合應(yīng)用能力,體現(xiàn)物理觀念和科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng),突出對(duì)應(yīng)用性的考查要求。由折射定律,折射率n=,因此B對(duì),A錯(cuò)。發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí),光應(yīng)從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),因此光由真空進(jìn)入介質(zhì),不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,C、D錯(cuò)誤。知識(shí)拓展

30、光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),入射大于等于臨界角時(shí),發(fā)生全反射,臨界角C滿足sin C=,n為光密介質(zhì)相對(duì)于光疏介質(zhì)的折射率。第72頁，共127頁。2.(2020北京朝陽二模,5)如圖所示,儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為d。當(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí),從某點(diǎn)A恰能看到桶底邊緣的點(diǎn)B。當(dāng)桶內(nèi)裝滿油時(shí),仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的點(diǎn)C,C、B兩點(diǎn)相距。光在空氣中的傳播速度可視為真空中的光速c。則()A.僅憑上述數(shù)據(jù)可以求出桶內(nèi)油的折射率B.僅憑上述數(shù)據(jù)可以求出光在桶內(nèi)油中傳播的頻率C.僅憑上述數(shù)據(jù)可以求出光在桶內(nèi)油中傳播的波長(zhǎng)D.來自C點(diǎn)的光射向油面時(shí)一定會(huì)出現(xiàn)全反射現(xiàn)象第73頁，共127頁。答案A如圖所示油的

31、折射率n=,根據(jù)題目已知可以求得油的折射率,因此A正確。真空中c=,真空中光速和介質(zhì)中光速的關(guān)系n=,由于光的頻率、波長(zhǎng)均未知,因此B、C錯(cuò)誤。光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)才會(huì)發(fā)生全反射,所以D錯(cuò)誤。 解題思路畫出光的折射光路,找到入射角和折射角,根據(jù)折射率的定義,再結(jié)合幾何關(guān)系即可列方程求解。第74頁，共127頁。3.(2020北京西城二模,2)如圖所示,一束可見光穿過玻璃三棱鏡后,變?yōu)閍、b、c三束單色光。如果b光是綠光,則以下說法正確的是()A.a光可能是藍(lán)光B.c光可能是紅光C.a光的頻率小于b光的頻率D.c光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)答案C本題以復(fù)色光穿過三棱鏡為物理情境,考查不同色光在相同介

32、質(zhì)中的折射,需要學(xué)生掌握不同色光的頻率、波長(zhǎng),以及折射率的特征。由圖像可看出,c光偏折程度大于b光大于a光,可以推導(dǎo)出nanbbc,abnOC,所以O(shè)B為紫光,A錯(cuò)誤;真空中紅紫,B錯(cuò)誤;根據(jù)光在介質(zhì)中的傳播速度v=,有v紅v紫,v=,紅紫,C錯(cuò)誤;設(shè)入射角為i,折射角為,光在介質(zhì)中傳播路徑長(zhǎng)為x,n=,x=ODsin ,所以光線在介質(zhì)中傳播時(shí)間t=OD,所以兩束光在介質(zhì)中傳播時(shí)間相等,所以D正確。解題關(guān)鍵要記住紅光和紫光的各物理量的關(guān)系(紅紫,n紅紫)第76頁，共127頁。5.(2020北京東城一模,3)為了做好疫情防控工作,很多場(chǎng)所都利用紅外線測(cè)溫儀對(duì)進(jìn)出人員進(jìn)行體溫檢測(cè)。紅外線測(cè)溫儀利用

33、()A.紅外線是可見光的特點(diǎn)B.紅外線的穿透本領(lǐng)比X射線強(qiáng)的特點(diǎn)C.人體溫度越高輻射出的紅外線越強(qiáng)的特點(diǎn)D.被紅外線照射的某些物體可以發(fā)出熒光的特點(diǎn)答案C本題以紅外線測(cè)溫儀為載體,考查紅外線的特點(diǎn)及應(yīng)用,體現(xiàn)科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng),突出基礎(chǔ)性、應(yīng)用性考查要求。電磁波譜中,可見光波段不包括紅外線,A錯(cuò)誤;紅外線相比較X射線,波長(zhǎng)更長(zhǎng),穿透能力弱,B錯(cuò)誤;紅外線熱效應(yīng)顯著,無熒光效應(yīng),D錯(cuò)誤;物體溫度越高,輻射紅外線越強(qiáng),C正確。第77頁，共127頁。6.(2019北京豐臺(tái)期末,4)很多公園的水池底部都裝有彩燈,當(dāng)一束由紅、藍(lán)兩色光組成的燈光從水中斜射向空氣時(shí),下列光路圖中可能存在的一種情況是() 第

34、78頁，共127頁。答案C光射到水面時(shí)發(fā)生反射,反射光中紅光和藍(lán)光都有。由于紅光的折射率比藍(lán)光的小,由臨界角公式sin C=可知,紅光的臨界角比藍(lán)光大,所以在水面上若藍(lán)光不發(fā)生全反射,則紅光也一定不會(huì)發(fā)生全反射。當(dāng)兩種色光都能折射到空氣中時(shí),根據(jù)折射定律可知,在入射角相等時(shí),紅光折射角小。解題關(guān)鍵對(duì)于幾何光學(xué),要掌握不同色光的折射率、臨界角等物理量之間的關(guān)系,這是考試的熱點(diǎn)。第79頁，共127頁。7.(2020北京適應(yīng)考,14)已知天然材料的折射率都為正值(n0)。近年來,人們針對(duì)電磁波某些頻段設(shè)計(jì)的人工材料,可以使折射率為負(fù)值(nb可知光子的頻率有ab,又因?yàn)镋=h,故b光光子的能量較大,故

35、A錯(cuò)誤;由于甲、乙圖樣中的條紋都不是等間距的,故它們不是干涉圖樣,而是衍射圖樣,故C錯(cuò)誤;由ax乙,比較甲、乙兩種單色光,下列說法正確的是()A.真空中甲光的波長(zhǎng)較短B.甲光的光子能量較小C.甲光發(fā)生全反射時(shí)的臨界角較小D.甲光能發(fā)生偏振現(xiàn)象,而乙光不能答案Bx=,所以對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置,波長(zhǎng)越大,條紋間距越大,由x甲x乙可知甲光波長(zhǎng)大于乙光波長(zhǎng);光子能量=h,且光的頻率=,所以甲光的光子能量一定小于乙光的光子能量;甲光頻率小于乙光,因?yàn)轭l率大的光對(duì)應(yīng)折射率大,介質(zhì)對(duì)甲光的折射率小于乙,sin C=,所以甲的臨界角較大;偏振是橫波特有的現(xiàn)象,由于光是橫波,所以甲光、乙光都能發(fā)生偏振。知識(shí)拓展同

36、種介質(zhì)對(duì)甲光的折射率小于對(duì)乙光的折射率,甲光在介質(zhì)中的傳播速率大于乙光。第109頁，共127頁。6.(2020北京東城一模,14)環(huán)境監(jiān)測(cè)中通常需要監(jiān)測(cè)煙塵濃度。如圖所示為光電式煙塵濃度計(jì)的工作原理圖。光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光透鏡2后,再經(jīng)半透半反鏡3分成兩束強(qiáng)度相等的光線。其中一路光線經(jīng)反射鏡4后穿過被測(cè)煙塵,有部分光線被煙塵吸收或散射(光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,使光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象)后,經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換電路6轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U1。另一路光線直接到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路7(6、7完全相同)后,產(chǎn)生作為被測(cè)煙塵濃度的參比電壓信號(hào)U2。運(yùn)算電路通過U1和U2的比值計(jì)算出被測(cè)煙塵的濃度。根據(jù)上述信息應(yīng)

37、用所學(xué)知識(shí)可以判斷() 第110頁，共127頁。1.光源2.聚光透鏡3.半透半反鏡4.反射鏡5.被測(cè)煙塵6、7.光電轉(zhuǎn)換電路8.運(yùn)算電路9.顯示器A.沒有煙塵時(shí),U1和U2的比值應(yīng)該為零B.散射過程中動(dòng)量守恒定律不成立C.如果用全反射棱鏡作為反射鏡4,其折射率至少為2D.煙塵濃度越高時(shí),U1和U2的差值越大答案D本題目以光電式煙塵濃度計(jì)的工作原理為實(shí)際情境,涉及的內(nèi)容有全反射、動(dòng)量守恒,主要考查了理解能力、建模能力、推理論證能力,體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng),突出了對(duì)基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和綜合性的考查要求。沒有煙塵時(shí),按照題意=1,A錯(cuò)誤;散射指光與煙塵的相互作用,滿足動(dòng)量守恒,B錯(cuò)誤;反射鏡

38、4是全反射棱鏡,由題意知入射角為45,由sin C=得n,C錯(cuò)誤;煙塵濃度越高,U1與U2差值越大,D正確。第111頁，共127頁。二、實(shí)驗(yàn)題(共2小題14分)7.(7分)(2019北京十一中月考,9)如圖1所示,某同學(xué)在“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放在白紙上,然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa和bb。O為直線AO與aa的交點(diǎn)。在直線OA上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。 圖1該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有;A.插上大頭針P3,使P3僅擋住P2的像B.插上大頭針P4,使P4僅擋住P3和P1、P2的像C.入射角過大,在上表面可能發(fā)生全反射D.入射角過大,

39、在下表面可能發(fā)生全反射 第112頁，共127頁。過P3、P4作直線交bb于O,過O作垂直于bb的直線NN,連接OO,測(cè)量圖1中角和的大小。則玻璃磚的折射率n=;如圖2所示,該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中將玻璃磚界面aa和bb的間距畫得過寬。若其他操作正確,圖甲折射率的測(cè)量值準(zhǔn)確值;圖乙折射率的測(cè)量值準(zhǔn)確值。(均選填“大于”、“小于”或“等于”) 圖2答案B小于小于第113頁，共127頁。解析確定P3大頭針的位置的方法是:插上大頭針P3,使P3能擋住P1、P2的像。確定P4大頭針的位置的方法是:大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像。根據(jù)折射定律,玻璃磚的折射率為n=。將玻璃磚界面aa和bb的間距畫得過寬但仍平行

40、,而其他操作正確,導(dǎo)致角偏大,由于n=,故折射率的測(cè)量值將偏小;如圖所示,該同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后,測(cè)得的入射角不受影響,但測(cè)得的折射角比真實(shí)的折射角偏大,因此測(cè)得的折射率偏小。 解題關(guān)鍵理解實(shí)驗(yàn)原理,懂得實(shí)驗(yàn)的操作方法和步驟,能根據(jù)折射定律分析誤差。第114頁，共127頁。8.(2020北京海淀一模,15,7分)在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中,將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上(如圖),單縫保持豎直方向,并選用縫間距為d的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知,毛玻璃屏與雙縫屏間的距離為L(zhǎng)。接通電源使光源正常工作。(1)組裝儀器時(shí),單縫和雙縫的空間關(guān)系應(yīng)該為。A.a代表單縫,b代表

41、雙縫B.a代表雙縫,b代表單縫C.二者相互垂直放置D.二者相互平行放置第115頁，共127頁。(2)將紅色濾光片改為綠色濾光片,其他實(shí)驗(yàn)條件不變,在目鏡中仍可看見清晰的條紋,則。A.條紋為豎條紋B.條紋為橫條紋C.與紅光相比條紋間距變窄D.與紅光相比條紋間距變寬(3)經(jīng)計(jì)算可得兩個(gè)相鄰明紋(或暗紋)間的距離為x,則這種色光的波長(zhǎng)表達(dá)式為=(用題中所給字母表示)。第116頁，共127頁。答案(1)AD(2分,漏選得1分)(2)AC(2分,漏選得1分)(3)x(3分)解析本題以“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)為背景,考查了實(shí)驗(yàn)中儀器的擺放、實(shí)驗(yàn)基本原理、雙縫干涉條紋間距等問題。本題難度不大,屬于較容易

42、題。(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,光應(yīng)該先通過單縫再通過雙縫,故A正確;兩者之間應(yīng)該是平行關(guān)系,故D正確。(2)根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式可以知道,在其他條件不變的情況下,將紅色濾光片換成了綠色濾光片,會(huì)使得入射光的波長(zhǎng)變小,故會(huì)導(dǎo)致形成的條紋間距變窄,但是條紋依然是豎條紋。故A、C正確。(3)根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式x=,即可以推導(dǎo)出色光的波長(zhǎng)=x。第117頁，共127頁。三、計(jì)算題(共2小題28分)9.(16分)(2019北京西城一模,23)利用如圖1所示的電路研究光電效應(yīng),以確定光電管中電子的發(fā)射情況與光照的強(qiáng)弱、光的頻率等物理量間的關(guān)系。K、A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極,K受到光照時(shí)能夠發(fā)射電

43、子。K與A之間的電壓大小可以調(diào)整,電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。(1)a.電源按圖1所示的方式連接,且將滑動(dòng)變阻器的滑片置于中央位置附近。試判斷:光電管中從K發(fā)射出的電子由K向A的運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)還是減速運(yùn)動(dòng)?b.現(xiàn)有一電子從K極板逸出,初動(dòng)能忽略不計(jì),已知電子的電荷量為e,電子經(jīng)電壓U加速后到達(dá)A極板。求電子到達(dá)A極板時(shí)的動(dòng)能Ek。圖1圖2第118頁，共127頁。(2)在圖1裝置中,通過改變電源的正、負(fù)極,以及移動(dòng)變阻器的滑片,可以獲得電流表示數(shù)I與電壓表示數(shù)U之間的關(guān)系,如圖2所示,圖中Uc叫遏止電壓。實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)于一定頻率的光,無論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓都是一樣的。請(qǐng)寫出光電效應(yīng)方程,并對(duì)“一定

44、頻率的光,無論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓都是一樣的”做出解釋。(3)美國(guó)物理學(xué)家密立根為了檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并測(cè)量了某金屬的遏止電壓Uc與入射光的頻率。根據(jù)他的方法獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成如圖3所示的圖線。已知電子的電荷量e=1.610-19 C,求普朗克常量h。(將運(yùn)算結(jié)果保留1位有效數(shù)字)圖3第119頁，共127頁。答案(1)a.加速運(yùn)動(dòng)b.Ek=eU(2)見解析 (3)610-34 Js解析(1)a.加速運(yùn)動(dòng)b.由動(dòng)能定理得Ek=eU(2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W遏止電壓對(duì)應(yīng)為具有最大初動(dòng)能的光電子由K極板運(yùn)動(dòng)到A極板動(dòng)能減為0,根據(jù)動(dòng)能定理有:Ek=eUc聯(lián)立以

45、上各式得Uc=-?？梢?對(duì)于確定的金屬來說,一定頻率的光,無論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓都是一樣的。(3)斜率為普朗克常量與元電荷之比可得普朗克常量h=keh=610-34 Js第120頁，共127頁。10.(2020北京海淀二模,20,12分)處于自然狀態(tài)的物體會(huì)不斷地向外輻射電磁波,同時(shí)也會(huì)吸收由其他物體輻射來的電磁波,當(dāng)輻射和吸收達(dá)到平衡時(shí),物體的溫度保持不變。如果某物體能完全吸收入射到其表面的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就稱為黑體。黑體也會(huì)同時(shí)向外輻射電磁波,已知單位時(shí)間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射出電磁波的能量I與黑體表面熱力學(xué)溫度T的4次方成正比,即I=T4,其中為已知常量。(1

46、)若將火星看成表面溫度相同的球形黑體,火星的半徑為r,火星中心到太陽中心的距離為L(zhǎng),且L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于r,所以火星接收到來自太陽的輻射可視為垂直射到面積為r2的圓面上。已知太陽向外輻射電磁波的總功率為P1。火星大氣層對(duì)太陽輻射的吸收和反射、太陽輻射在傳播過程中的能量損失,以及其他天體和宇宙空間的輻射均可忽略不計(jì)。求在火星表面垂直于太陽和火星連線的單位面積接收到的來自太陽輻射的功率P0;設(shè)火星向四面八方各個(gè)方向均勻輻射,請(qǐng)寫出當(dāng)吸收和輻射達(dá)到平衡時(shí)火星表面熱力學(xué)溫度T火的表達(dá)式。(2)太陽輻射電磁波的能量來源于如圖甲所示的太陽中心的“核反應(yīng)區(qū)”。“核反應(yīng)區(qū)”產(chǎn)生的電磁波在向太陽表面?zhèn)鞑サ倪^程中,會(huì)不斷

47、被太陽的其他部分吸收,然后再輻射出頻率更低的電磁波。為了研究“核反應(yīng)區(qū)”的溫度,某同學(xué)建立如下簡(jiǎn)化模型:如圖乙所示,將“核反應(yīng)區(qū)”到太陽表面的區(qū)域視為由很多個(gè)“薄球殼層”組成,第1“薄球殼層”的外表面為太陽表面;各“薄球第121頁，共127頁。殼層”的內(nèi)、外表面都同時(shí)分別向相鄰內(nèi)“薄球殼層”和外“薄球殼層”均勻輻射功率相等的電磁波(第1“薄球殼層”的外表面向太空輻射電磁波,最內(nèi)側(cè)的“薄球殼層”的內(nèi)表面向“核反應(yīng)區(qū)”輻射電磁波),如圖丙所示;“核反應(yīng)區(qū)”產(chǎn)生的電磁波的能量依次穿過各“薄球殼層”到達(dá)太陽的表面,每個(gè)“薄球殼層”都視為黑體,且輻射和吸收電磁波的能量已達(dá)到平衡,所以各“薄球殼層”的溫度均勻且恒定。已知太陽表面熱力學(xué)溫度為T1,所