河北保定2013年高考物理最新权威核心预测 光学 光的波动性以及光的粒子性三部分,高考对本考点的考查一般以选项题的形式出现，重点放在考查光学一些重要的规律和概念上，注重课本，加强理解；“考课本”、“不回避陈题”是高考对光学命题的特点。 “联系实际、联系生活、联系高科技”已成为高考命题的新趋向；也是这几年光学命题的热点．目前高考中几何光学已淡化了“像”的概念，侧重于“光路”的考查（折射、全反射、棱镜等），一般是考查光线的去向的定性分析和定量计算问题；同时几何光学还常与力学中的直线运动、平抛运动、圆周运动、万有引力定律等相结合命题，考查学生的分析综合能力，估计以后高考试题不会有太大的变化，但会加强对光学的物理规律的理解和对物理现象、物理情景的分析能力的考查。光的波动内容近两年命题频率较高，对光的波动性进行考查，主要是以干涉和衍射以及电磁波谱知识为要点,考查波动光学的一些初步理论、以及建立这些理论的实验基础和一些重要的物理现象；尤其是波动光学近年新增知识点有“双缝干涉的条纹间距与波长的关系”、 “光的偏振现象”、“物质波”、“激光的特性及应用”等也在高考中有所体现．光的粒子性主要考查光电效应规律理解和爱因斯坦光电效应方程的熟练应用． 第一部分 高考题荟萃 考点1 光的折射和全反射 1.某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜4m，右镜8m，如图所示，物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是（ B ） A．24m B．32m C．40m D．48m 解析：本题考查平面镜成像.从右向左在左镜中的第一个像是物体的像距离物体8cm,第二个像是物体在右镜所成像的像,第3个像是第一个像在右镜中的像在左镜中的像距离物体为32cm. 2.一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边末画出），AB为直角边ABC=45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则 （ BD ） A. 从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光 B. 屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度 C. 屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度 D. 当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大 解析：本题考查光的折射和全反射.宽为AB的平行光进入到玻璃中直接射到BC面,入射角为45o>临界角,所以在BC面上发生全反射仍然以宽度大小为AB长度的竖直向下的平行光射到AC圆弧面上.根据几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于AB的长度,B对.D正确。 3.（1）在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹。彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射，再折射后形成的。光的折射发生在两种不同介质的 上，不同的单色光在同种均匀介质中 不同。 答案：（1）界面，传播速度 4.如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R＝r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则 （ AB ） A. n可能为 B. n可能为2 C. t可能为 D. t可能为 解析：只经过两次全反射可知第一次入射角为45°，反射光路图如右图所示。根据全反射可知临界角C≤45°，再根据n＝可知n≥；光在透明柱体中运动路程为L＝4r，运动时间为t＝L/V＝4nr/c，则t≥4r/c，CD均错。 5.如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向点，并偏折到F点，已知入射方向与边的夹角为，、分别为边、的中点，则（ AC ） A．该棱镜的折射率为 B．光在点发生全反射 C．光从空气进入棱镜，波长变小 D．从点出射的光束与入射到点的光束平行 解析：在E点作出法结线可知入射角为60o?，折射角为30o，折射率为；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错；由公式，可知C对；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到点的光束平行，故D错。 6.（物理——物理3-４）（2）一束单色光由左侧时的清水的薄壁圆柱比，图2为过轴线的截面图，调整入射角α，光线拾好在不和空气的界面上发生全反射，已知水的折射角为，α的值。 解析： （2）当光线在水面发生全放射时有，当光线从左侧射入时，由折射定律有，联立这两式代入数据可得。 考点：光的折射和全放射 7.（1）如图甲所示，强强乘电梯速度为0.9（为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为 。（填写选项前的字母）  （A）0.4c （B）0.5c （C）0.9c （D）1.0c （3）图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，照相机的镜头竖直向上。照片中，水利方运动馆的景象呈现在半径的圆型范围内，水面上的运动员手到脚的长度，若已知水的折射率为，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深，（结果保留两位有效数字）  答案：（1）D；（3）设照片圆形区域的实际半径为,运动员的实际长为折射定律 几何关系 得 取，解得（都算对） 解析：（1）根据爱因斯坦相对论，在任何参考系中，光速不变。D项正确。 (3)根据题意能画出光路图，正确使用物象比解决本题的关键。 设照片圆形区域的实际半径为,运动员的实际长为，光路如图： 折射定律  几何关系  得 取，解得 （本题为估算题，在取运动员实际长度时可以有一个范围，但要符合实际，故求得h值可以不同均可） 8.如图，一透明半圆柱体折射率为，半径为R、长为L。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，从部分柱面有光线射出。球该部分柱面的面积S。 解析：半圆柱体的横截面如图所示，为半径。设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件，由折射定律有  式中，为全反射临界角。由几何关系得  ②  ③ 代入题所给条件得  ④ 9.一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30o，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内，一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。 解析： 设入射角为i，折射角为r，由折射定律得  ① 由已知条件及①式得  ② 如果入射光线在法线的右侧，光路图如图1所示。设出射点为F，由几何关系可得  ③ 即出射点在AB边上离A点的位置。 如果入射光线在法线的左侧，光路图如图2所示。设折射光线与AB的交点为D。 由几何关系可知，在D点的入射角  ④ 设全发射的临界角为，则  ⑤ 由⑤和已知条件得  ⑥ 因此，光在D点全反射。 设此光线的出射点为E，由几何关系得 ∠DEB=  ⑦  ⑧ 联立③⑦⑧式得  ⑨ 即出射点在BC边上离B点的位置。 10.一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入，穿过玻璃砖自下表射出.已知该玻璃对红光的折射率为1.5.设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2，则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中（ B ） A.t1始终大于t2 B.t1始终小于t2 C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2 解析：设折射角为α，玻璃砖的厚度为h，由折射定律n= ，且n= ，在玻璃砖中的时间为t= ，联立解得t2∝，红光频率较小，θ为零时，t1＜t2，θ为90°时，趋近渐近线，初步判定该函数为单调函数，通过带入θ为其它特殊值，仍然有t1＜t2，故B对。 11.一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离。在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是 （ D ） A.红光以30°的入射角入射 B.红光以45°的入射角入射 C.紫光以30°的入射角入射 D.紫光以45°的入射角入射 解析：因为同种介质对紫光的折射率较大，故入射角相同时，紫光侧移距离较大，A、B项错；设入射角为i,折射角为r,则侧移距离,可见对于同一种色光,入射角越大,侧移距离越大,D项正确。 12.如图，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°。己知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为 ( C ) A. B.1.5 C. D.2 解析：如图，为光线在玻璃球内的光路图.A、C为折射点，B为反射点，作OD平 行于入射光线，故，所以，玻璃的折射率 . 13.如图是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、 GG1、HH1平行于半径ON,ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线 ( B ) A.不能从圆孤射出 B.只能从圆孤射出 C.能从圆孤射出 D.能从圆孤射出 解析：本题考查光的折射有关的知识，本题为中等难度题目。由该棱镜的折射率为 可知其临界角C满足：,可求出GG1右边的入射光线没有发生全反射，其左边的光线全部发生全反射。所以光线只能从圆弧NG1射出。 14.一半径为R的1/4球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为。求出射角。 解析：设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B。依题意，∠COB=α。 又由△OBC知sinα= ① 设光线在C点的折射角为β，由折射定律得  ② 由①②式得  ③ 由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ(见图)为30°。由折射定律得   ⑤ 因此，解得. 本题考查几何光学知识，通过画光路图，根据折射定律，由几何关系列式求解。 15.麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波。 （1）一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图1所示.求该光波的频率。 （2）图2表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条 平行光线。光线a在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图.并标出出射光线与 界面法线夹角的度数。  答案 见解析 解析：(l）设光在介质中的传播速度为v，波长为λ.频率为f，则 f= ① v= ② 联立①②式得f＝ ③ 从波形图上读出波长λ=4×10-7m，代人数据解得 f =5×1014Hz ④ （2）光路如图所示  16.（1）大海中航行的轮船，受到大风大浪冲击时，为了防止倾覆，应当改变航行方向和 ，使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的 。 （2）光纤通信中,光导纤维递光信号的物理原理是利用光的 现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向 ，且入射角等于或大于 。 答案 （1）速度 频率 （2）全反射 光疏介质 临界角 考点2 光的波动性 17.如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更___________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离___________（填增大、减小）。 答案：长，增大。 解析：依据双缝干涉条纹间距规律，可知要使干涉条纹的间距变大，需要改用波长更长的单色光，应将增大双缝与屏之间的距离L。 18.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光 （ C ） A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大 C.从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大 解析：由可知，蓝光在玻璃中的折射率大，蓝光的速度较小，A错；以相同的入射角从空气中斜射入玻璃中，蓝光的折射率大，向法线靠拢偏折得多，折射角应较小，B错。从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式可知，红光的折射率小，临界角大，C正确；用同一装置进行双缝干涉实验，由公式可知蓝光的波长短，相邻条纹间距小，D错。 19.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是 （ D ） A. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 B. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C. 在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 D. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 解析：用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，B错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，D对。 20.下列有关光现象的说法正确的是 （ A ） A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大 B.以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射 C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射 D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度 解析：根据干涉条纹的间距的公式△x=λ可知，由于紫光的波长比红光的波长短，所以改为红光后条纹间距一定增大，A正确；紫光的临界角比红光的临界角小，所以紫光发生全反射后红光不一定发生全反射，B错误；由于紫光的频率大于红光的频率，所以紫光的能量比红光的能量大，紫光发生光电效应红光不一定发生光电效应，C错误，拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振镜是为了防止玻璃的反光，所以D错误。 21.红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水气（H2O）、二氧化碳（CO2）能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。右图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为（D） A.2.5～3.5um B.4～4.5um C. 5～7um D. 8～13um 解析：由图可知，8～13um的波段被水和二氧化碳吸收的较少，能够接收到，选项D正确。 22.在杨氏双缝干涉实验中，如果 ( BD ) （A）用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 （B）用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 （C）用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹 （D）用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹 解析：白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对。 23.生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆， 这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应。图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波。由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同。利用频率差就能计算出车辆的速度。已知发出和接收的频率间关系为，式中c为真空中的光速，若，，可知被测车辆的速度大小为___30____m/s。 解析：根据题意有，解得v＝30m/s。 考点3 光电效应、光的波粒二象性 24.光电效应的实验结论是：对于某种金属 （ AD ） A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 解析：每种金属都有它的极限频率，只有入射光子的频率大于极限频率时，才会发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；由光电效应方程，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，所以AD正确。 25.硅光电池是利用光电效应原理制成的器件。下列表述正确的是（ A ） A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置 B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关 D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应 解析：硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，A正确；是利用光电效应原理制成的器件，依据光电效应方程可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应，B错误，C错误，D错误。 26.英国科学家瑞利于1871年证明：一束光穿过大气距离后，其强度从下降为的公式为，其中叫做吸收系数，式中为光的频率，为光速，标准状况下，个/厘米，。定义，叫做衰减长度，它表示光经过距离后其强度降低到原来的。根据以上信息，结合所学知识可以判断 （ B ） A．可见光中衰减最厉害的是红光 B．可见光中衰减最厉害的是紫光 C．可见光中衰减最厉害的是黄绿光 D．不同颜色的光衰减程序基本相同 27.（1）关于光电效应，下列说法正确的是_______（填入选项前的字母，有填错的不得分） （ A ） A．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 28.用a、b、c、d表示四种单色光，若 （ A ） ①a、b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角； ②用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大 ③用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子。 则可推断a、b、c、d可能分别是 A．紫光、蓝光、红光、橙光 B．蓝光、紫光、红光、橙光 C．紫光、蓝光、橙光、红光 D．紫光、橙光、红光、蓝光 29.（3）试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。 答案：（3）粒子的动量 ，物质波的波长，由，知，则。 解析：（3）物质波的的波长为，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来即，因为，所以，故。 30.（I）已知：功率为100W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速，普朗克常量，假定所发出的可见光的波长都是560nm，计算灯泡每秒内发出的光子数。 解析：（I）一波长为光子能量为  设灯泡每秒内发出的光子数为，灯泡电功率为，则  式中，是灯泡的发光效率。联立①②式得  代入题给数据得  31.下列说法正确的是 ( A ) A.用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象 B.用X光机透视人体是利用光电效应 C.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象 D.门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象 解析：用X光机透视人体是利用X光的穿透性；光导纤维传输信号是利用光的全反射现象；门镜可以扩大视野是利用光的折射现象 32.有关氢原子光谱的说法正确的是 （ BC ） A.氢原子的发射光谱是连续谱 B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的 D.氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关 33.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（a） 是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是 （ D ） （A）当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30° （B）当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90° （C）当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30° （D）干涉条纹保持原来状态不变 解析：金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D对。 第二部分 知识方法备考 知识方法·难点 一 几何光学 1．光的反射及平面镜成像：光的反射遵守反射定律，平面镜成成等大正立的虚像，像和物关于镜面对称。 2．光的折射和全反射 （1）光的折射定律：（和分别为入射角和折射角）。 （2）折射率：当光从真空射人介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值，其值还等于光在真空中传播速度与介质中传播速度的比值，即。 （3）光的色散：把分解为的现象叫光的色散。复色光--白光通过棱镜后，被分解为各种单色光。 ①光的颜色由光的频率决定，各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。在不同媒质中，光的频率不变。 ②同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。 ③不同频率的色光在真空中传播速度相同为，但在其它媒质中速度各不相同，同一种媒质中。 ④由于单色光在不同介质中传播时速度要变化，因此波长也要变化。 （4）全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，折射光线消失，入射光全部反射到原来的介质中，这种现象叫全反射。 全反射的条件：（1）光线从光密介质射向光疏介质，（2）入射角大于临界角。光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于900时入射角叫临界角，。 二 光的本性 1．光的波动性：光的干涉、衍射现象表明光具有波动性，光的偏振现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质——光是电磁波。 （1）光的干涉条件：频率相同的两光源发出的光在空间相遇。 ①双缝干涉：若用单色光，则在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹，条纹间距与波长、屏到双缝的距离和双缝间距有关，满足。若用白光，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的。 ②薄膜干涉：薄膜的前后两个表面反射的两列光叠加而成。同一条明条纹（或暗条纹）应出现在膜的厚度相同的地方。 （2）光的衍射：光偏离直线传播，绕到障碍物后继续传播的现象叫做光的衍射，发生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比光波波长小或相差不多。 单缝衍射：若入射光为单色光，则中央为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出现亮度逐渐衰减的彩色条纹。 （3）光的偏振 在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光。 （4）光的电磁本性 麦克斯韦的电磁理论预见了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波理论的正确性。光波为电磁波。在电磁波谱中，各种电磁波产生机理不同，表现出来的性质也不同。 2．光的粒子性 （1）光电效应：在光的照射下，从物体发射出电子（光电子）的现象。其规律是：任何金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属，才会发生光电效应现象。在入射光的频率大于金属极限频率的情况下，从光照射到逸出光电子，几乎是瞬时的。光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光强无关。单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比。 （2） 光子说：即空间传播的光是一份一份地进行的，每一份的能量等于（为光子的频率），每一份叫做一个光子。光子说能解释光电效应现象。爱因斯坦光电方程 3．光的波粒二象性：光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应现象表明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性。 第三部分 教师备课题库 1．如图7所示，一细束红蓝复色光垂直与AB边射入直角三棱镜，在AC面上反射和折射分成两束细光束，其中一束细光束为单色光束。若用V1和V2分别表示红、蓝光在三棱镜内的速度，下列判断正确的是（ ） A．V1V2 单色光束为红色 D．V1>V2 单色光束为蓝色 图7 1．【解析】 红光折射率小于蓝光折射率，由折射率公式n=c/v知红光在同种介质中的速度较大，即V1>V2; 由全反射公式sinc=1/n知红光折射率小临界角大; 所以蓝光发生全反射时红光依然有折射现象。选C 【答案】C 2．如图8所示，P、Q是两种透明材料制成的两块相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一个长方体，一单色光从P的上表面射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率nP＜nQ，射到P上表面的光线与P的上表面的夹角为θ，下列判断正确的是（　　） A．光线一定从Q的下表面射出 B．光线若从Q的下表面射出时，出射光线与下表面的夹角一定等于θ C．光线若从Q的下表面射出时，出射光线与下表面的夹角一定大于θ D．光线若从Q的下表面射出时，出射光线与下表面的夹角一定小于θ 2．【解析】由于没有确定几何尺寸，所以光线可能射向Q的右侧面，也可能射向Q的下表面，A错误；当光线射向Q的下表面时，它的入射角与在P中的折射角相等，由于nP＜nQ，进入空气中的折射角大于进入P上表面的入射角，那么出射光线与下表面的夹角一定小于θ，B、C错误，D正确。 【答案】D 3．金属中存在着大量的价电子（可理解为原子的最外层电子），价电子在原子核和核外的其他电子产生的电场中运动，电子在金属外部时的电势能比它在金属内部作为价电子时的电势能大，前后两者的电势能差值称为势垒，用符号V表示，价电子就像被关在深度为V的方箱里的粒子，这个方箱叫做势阱，价电子在势阱内运动具有动能，但动能的取值是连续的，价电子处于最高能级时的动能称为费米能，用Ef表示。用红宝石激光器向金属发射频率为ν的光子，具有费米能的电子如果吸收了一个频率为ν的光子而跳出势阱，则 （　　） A．具有费米能的电子跳出势阱时的动能为Ek＝hν－V＋Ef B．具有费米能的电子跳出势阱时的动能为Ek＝hν－V－Ef C．若增大激光器的强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能增大 D．若增大激光器的强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能不变 3．【解析】由能量守恒可知，A正确，B错误；由光子学说及光电效应的规律可知，C错误，D正确。 【答案】AD 4．在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，这两种现象 （ ? ） （A）都是光的衍射现象； （B）都是光的干涉现象； （C）前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象 ； （D）前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象。 4．【解析】两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹是薄膜干涉，狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹是单缝衍射 【答案】C 5．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图9中四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是（ ） 图9 A．a、c B．b、c C．a、d D．b、d 5．【解析】单缝衍射的条纹是不等间距，中央亮纹又宽又亮 【答案】D 6．（1）下列说法中正确的是 （ ） A．在地面附近有一高速飞过的火箭 ，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了；火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化 B．托马斯?杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波 C．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象 D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽 E．光异纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大 F．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由他又用实验证实电磁波的存在 G．次声波是频率低于20 Hz的声波，它比超声波更易发生衍射 （2）如图10所示，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A=30o.它对红光的折射率为n1.对紫光的折射率为n2.在距AC边d处有一与AC平行的光屏。现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜。 若两种光都能从AC面射出，求在光屏MN 上两光点间的距离。 6．【解析】（1）ADEG （2）如图29所示，  x=d(tanr2－tanr1)=d 【答案】（1）ADEG （2）d 7．如图11所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为，当入射角时，求反射光束1和透射光束2之间的夹角多大？ 7．【解析】反射角60° ③ 由折射定律  ④ 解得折射角r = 30° ⑤ 因此反射光束1和透射光束2之间的夹角  【答案】 8．如图12所示，一透明球体置于空气中，球半径R= 10cm，折射率n＝．MN是一条通过球心的直线，单色细 光束AB平行于MN射向球体，B为入射点， AB与MN间距 为5cm，CD为出射光线。 ①补全光路并求出光从B点传到C点的时间； ②求CD与MN所成的角α．（需写出求解过程） 8．【解析】①连接BC，如图30所示 在B点光线的入射角、折射角分别 标为i、r， Sini=5/10=/2, 所以， 图30 i＝45° 由折射率定律： 在B点有： Sin r=1/2 故：r＝30°　 BC=2Rcos r t= BCn/C=2Rncos r/C t=(/3) ×10-9s ②由几何关系 可知  α＝30° 【答案】（1）t=(/3) ×10-9s （2）α＝30° 9． 某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器。如图13所示，在一个圆盘上，过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变。每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2。同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值。 ①若∠AOF＝30°，OP3与OC之间的夹角为45°， 则在P3处刻的折射率应多大？ 图13 ②若在同一液体中沿AO方向射入一束白光，最靠近0C边的是哪种颜色的光？增大入射角度，哪种颜色的光在刻度盘上先消失? 9．【解析】①P3 应刻的折射率  ② 最靠近0C边的是紫光； 增大入射角度，紫光在刻度盘上最先消失 【答案】（1） （2）紫光在刻度盘上最先消失 （3）该束光线第一次从CD面出射时的折射角。 （结果可用三角函数表示） 10.如图14所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成。一束频率5.3×1014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角。已知光在真空中的速度c=3×108m/s，玻璃的折射率n=1.5，求： （1）这束入射光线的入射角多大？ （2）光在棱镜中的波长是多大？ （3）该束光线第一次从CD面出射时的折射角。 （结果可用三角函数表示） 图14 10．【解析】（1）设光在AD面的入射角、折射角分别为i、r r=30° 根据  得  （2）根据  根据 （2分） （3）光路如图31所示 ab光线在AB面的入射角为45° 设玻璃的临界解为C，则 sin45°>0.67，因此光线ab在AB面会发生全反射 光线在CD面的入射角r′=r=30° 图31 根据 ，光线CD面的出射光线与法线的夹角  由折射定律有： ① 又由几何关系有：  ② 解①②得  光线PC离直线AB的距离CD=Rsinα＝10cm（1分） 则距离直线AB为10cm的入射光线经折射后能到达B点． 【答案】（1） （2） （3） 11．如图15所示，一束截面为圆形半径为R的平行单色光，垂直射向一玻璃半球的平面，经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区，已知玻璃半球的半径为R，屏幕S到球心的距离为d（d>3R），不考虑光的干涉和衍射，玻璃对该光的折射率为n，求屏幕上被照亮区域的半径。 11．【解析】光恰要发生全反射时的临界线射到屏幕S上的 E点到亮区中心O′的距离r，就是所求最大半径， 设临界角为C，如图所示  …………① 又 …………②  …………③ 解得 …………④ 【答案】 12．如图16所示，阴极K用极限波长λ0=0.66μm的金属铯制成，用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压.当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA，求： （1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。 （2）如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子和光电子飞出阴极的最大初动能。 图16 12．【解析】由光电效应规律可知：当阴极发射的光电子全部达到阳极A时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阳极的电子数，即每秒发射的电子数.由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能，光强加倍，每秒钟发射的光电子数加倍，但入射光频率不变，发射的光电子的最大初动能不变. （1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数 个 根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能：  J J. （2）如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数 个 光电子的最大初动能仍然是J. 【答案】（1）J. （2）J.
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