高三物理物理光学试题答案及解析

高三物理物理光学试题答案及解析

1.（4分）如图，在“观察光的衍射现象”试验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将（选填：“增大”、“减小”或“不变”）；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只是在情况下，光才可以看作是沿直线传播的。

【答案】减小光的波长比障碍物小的多

【解析】缝隙越窄，条纹宽度越小，衍射条纹越宽，衍射现象越明显，当增加缝宽时，衍射条纹变窄，条纹间距变小。当条纹足够宽时，几乎看不到条纹，衍射不明显，所以只有在光的波长比障碍物小的多时才可以把光的传播看做直线传播。

【考点】单缝衍射

2.（05年天津卷）某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，用波长为

2.5×10-7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为

3.0×108m/s，元电荷为1.6×10-19C，普朗克常量为6.63×10-34J s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（）A．5.3×1014HZ，2.2J B．5.3×1014HZ，

4.4×10-19J

C．3.3×1033HZ，2.2J D．3.3×1033HZ，4.4×10-19J

【答案】B

【解析】逸出功等于极限频率与普朗克常量的乘积，所以极限频率为

5.3×1014HZ，由光电效应方程，光电子的最大动能为

4.4×10-19J，B对；

3.下列说法正确的是

A．全息照相利用了激光相干性好的特性

B．光的偏振现象说明光是纵波

C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现地球上的时间进程变慢了

D．X射线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象

【答案】AC

【解析】光的偏振现象说明光是横波，B错；波长越长越容易发生干涉和衍射，X射线比无线电波更难发生干涉和衍射现象

4.下列有关光现象的说法正确的是( )

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

【答案】A

【解析】在双缝干涉实验中,条纹间距d与入射光波长成正比,所以入射光由紫光改为红光时波长

增长,条纹间距d变大,A项正确.全反射中的临界角为C,由sinC=可知,折射率越大,临界角越小,

即紫光的临界角小于红光的临界角,所以紫光能发生全反射时,红光不一定能发生全反射,则B错误.

金属的逸出功一定,由hν=W+E

k

,紫光能使金属发生光电效应,而红光频率低不一定能使金属发生光

电效应,所以C错误.在镜头前加装偏振片是为减弱玻璃反射的光对拍摄的负面影响,所以D错误.

5.在柏油马路和湖面上常常遇到耀眼的炫光，它使人的视觉疲劳．这些天然的炫光往往是光滑表

面反射而来的镜式反射光和从表面反射的漫反射光重叠的结果，漫反射光是非偏振光，而镜式反

射光一般是部分偏振光．由于它们是从水平面上反射的，光线的入射面是垂直的，所以反射光含

有大量振动在水平方向的偏振光．要想消除这种炫光，只要将光线中的水平振动成分减弱些就可

以了．

同理，要想消除从竖直面反射来的炫光，如玻璃窗反射来的炫光，所用偏振轴应取水平方向．

请回答下列两个问题：

(1)某些特定环境下照相时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使影像清晰，这是利用什么原理？

(2)市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片，为什么不用普通的带色玻璃片而用偏振片？安装镜

片时它的透振方向应该沿什么方向？

【答案】见解析

【解析】(1)在某些特定环境下，如拍摄池水中的游动的鱼时，由于水面反射光的干扰，影像会不

清楚，在镜头前装一片偏振片，清除反射光(反射光为偏振光)，影像就变得清晰．

(2)这种太阳镜是为了消除柏油马路和湖面上反射的耀眼的炫光，因此应用偏振片而不是带色的普

通玻璃片．该反射光为水平方向的偏振光，故应使镜片的透振方向竖直．

6.(1)下列关于光具有波粒二象性的叙述中正确的是 ()

A．光的波动性与机械波、光的粒子性与质点都是等同的

B．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出

粒子性

C．光有波动性又有粒子性，是互相矛盾的，是不能统一的

D．光的频率越高，波动性越显著

(2)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】(1)B(2)λ

n ＜λ

e

【解析】(1)光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质的区别，A选项错．大量光子显示波动性，个别光子显示粒子性，B选项对．光是把粒子性和波动性有机结合在一起的矛盾统一体，C选项错．光的频率越高，粒子性越显著，D选项错．故选B.

(2)粒子的动量p＝，物质波的波长λ＝

由m

n ＞m

e

，知p

n

＞p

e

，则λ

n

＜λ

e

.

7. (2010年高考四川卷)用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝

3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)()

A．5.5×1034 Hz B．7.9×1014 Hz

C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz

【答案】B.

【解析】该题考查光电效应方程，由mv2＝h－W

0和W

＝hν

可得ν

＝7.9×1014 Hz，B选项

正确．

8. (2011年上海宝山区模拟)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()

A．a、c B．b、c

C．a、d D．b、d

【答案】D.

【解析】a图是双缝干涉图样，b图是单缝衍射图样，c是小孔衍射图样，d是单缝衍射图样，故D正确．

9.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙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()

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

【答案】D.

【解析】金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，楔形薄膜各处厚度几乎不变．因此，形成的干涉条纹保持原状态不变，D正确，A、B、C错误．

10.利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜，回答以下两个问题：

(1)用如图所示的装置检查平面时，是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样？

(2)为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度？

【答案】(1)见解析(2)1×10－7 m

【解析】(1)干涉图样是利用了标准样板和被检查平面间空气膜即b、c表面反射光叠加形成的．(2)若绿光在真空中波长为λ

，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：

n＝＝＝

即λ＝，那么增透膜厚度

h＝λ＝＝ m＝1×10－7 m.

11.如图所示，在双缝干涉实验中，S

1和S

2

为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S

1

、S

2

距

离之差为2.1 ×10－6 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？

(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m.

(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.

(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象．

【答案】见解析

【解析】(1)设A光在空气中波长为λ

1，在介质中波长为λ

2

，由n＝，v＝λf，得：n＝，得λ

1

＝nλ

2

＝6×10－7 m

光的路程差δ＝2.1×10－6 m，所以N

1

＝＝3.5

从S

1和S

2

到P点的光的路程差δ是波长λ

1

的3.5倍，所以P点为暗条纹．

(2)根据临界角与折射率的关系

sinC＝得n＝＝

由此可知，B光在空气中波长λ

2

为：

λ2＝nλ

介

＝5.25×10－7 m，N

2

＝＝4

可见，用B光做光源，P点为亮条纹．

(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗．

12.已知氢原子各定态能量为，式中n=1,2,3……,E

为氢原子的基态能量。大量处于第三

激发态的氢原子跃迁时能放出种不同能量的光子。放出的光子中能量值最大为。

【答案】6 （1分），—15TE

/16 （2分）

【解析】大量处于第三激发态的氢原子，即处于第四能级，跃迁时能放出种不同能量的光子。

放出的光子中能量值最大为：

13.如图所示，参考系B相对于参考系A以速度v沿x轴正向运动，固定在参考系A的点光源S

以速度c射出一束单色光，则在参考系B中接受到的光的情况

是．

A．光速小于c，频率不变

B．光速小于c，频率变小

C．光速等于c，频率不变

D．光速等于c，频率变小

【答案】D

【解析】根据光速不变原理，AB错误；由于参考系B相对于参考系A以速度v沿x轴正向运动，根据多普勒效应知，频率减小，选项D正确。（4分）

14.（1）（5分）下列说法中正确的是

A．卢瑟福先建立了原子的核式结构模型，并通过α粒子散射实验进行了验证

B．原子核发生β衰变时释放出的电子来源于原子核

C．康普顿效应表明光子不仅具有能量，同时还具有动量

D．单个光子只有粒子性，大量光子才具有波动性

【答案】B C

【解析】卢瑟福通过α粒子散射实验的基础上，建立了原子的核式结构模型，A错误；β衰变的实质在于核内的中子转化成一个质子和一个电子，B正确；康普顿效应表明光子除了能量之外还具有动量，C正确；光既具有波动性，又具有粒子性，D错误。

15.下列说法中正确的是。（选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给6分。每选错一个扣3分，最低得分为0分）

A．光的偏振现象说明光具有波动性，但并非所有的波都能发生偏振现象

B．变化的电场一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场

C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄

D．某人在速度为0．5c的飞船上打开一光源，则这束光相对于地面的速度应为1．5c

E．火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁

【答案】ACE

【解析】均匀变化的电场产生稳定的磁场，B错；由狭义相对论可知，光速不会变，D错；

16.如图，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑。这是光的 (填“干涉”、“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的 (填“波动说"、“微粒说"或“光子说")。

【答案】衍射，波动说

【解析】光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象叫做光的衍射，这是典型的圆孔衍射。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。

17.如图所示，两束不同的单色光P和Q以适当的角度射向半圆形的玻璃砖，然后均由O点沿OF方向射出，则下列说法中正确的是

A．P在真空中的波长比Q长

B．P的光子能量比Q大

C．P穿过玻璃砖所需时间比Q短

D．若P能使某金属发生光电效应，那么Q也一定能

【答案】ACD

【解析】分析：红色、紫色光线以不同的角度沿半径方向射入同一块半圆形玻璃砖，它们的入射角均为零，所以折射角为零，折射光线不偏折．当光从玻璃射向空气时，红色与紫色的折射光线重合．由红光与紫光的折射率不同，从而可确定谁是红光，谁是紫光．

解答：解：由折射定律与折射率可知，由于光是从玻璃射向空气，所以折射率应该是折射角的正弦与入射角的正弦相比，而紫光的折射率大于红光的折射，当折射角相同时，红光的入射角大于紫光的入射角．因此光线PO是红光，光线QO是紫光．

再由v=λf，c=nv得，折射率越大，波速越小．所以红光在玻璃砖中波速大，所需时间较短，而紫光所需时间较长．

光电效应能否发生决定于金属的极限频率与入射光的频率的关系，所以P能使某金属发生光电效应，那么Q也一定能

故选：ACD

18.（1）下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有

（2）铝的逸出功Wo=6．72×10-19J，现将波长λ=200nm的光照射铝的表面．求：

①光电子的最大初动能(普朗克常量h=6．63×10-34J·s)．

②若射出具有最大初动能的光电子与一静止电子发生正碰，则碰撞中两电子电势能增加的最大值是?

【答案】（1）AB

（2）①Ek=hν-W0

ν=c/λ

∴Ek=3.225×10-19J

②增加的电势能来自系统损失的动能，发生完全非弹性碰撞时电势能最大

由动量守恒 mv0=2mv

损失的动能：△E

k =mv

2-mv2=1.6×10-19J

【解析】略

19.下列事例中表明光子不但具有能量，而且象实物粒子一样具有动量的是（）

A．康普顿效应B．光的偏振现象

C．光的色散现象D．光的干涉现象

【答案】A

【解析】略

20.太赫兹辐射（1THz=1012Hz）是指频率从0.3THz到10THz、波长介于无线电波中的毫米波与红外线之间的电磁辐射区域。最近，科学家终于研制出首台可产生4.4THz的T射线激光器。已知普朗克常数h=6.63×10－34J·s，关于4.4THz的T射线，下列说法中正确的是

A．它在真空中的速度为3.0×108m/s B．它是某种原子核衰变时产生的

C．它的波长比可见光短D．它的波长比可见光长

【答案】AD

【解析】略