1、1专题十五 光学挖命题【考情探究】5 年考情考点 考向考题示例 学业水平 关联考点 素养要素预测热度2014 北京理综,20,6 分 4 科学推理对光的折射定律和折射率的理解及应用2017 北京理综,14,6 分 4 光的色散 科学推理光的折射与全反射对全反射现象的理解和综合分析2018 课标,34(2),10分4 光的折射 科学推理亮、暗条纹的判断方法和条纹间距2017 课标,34(1),5分科学思维光的波动性单缝衍射与双缝干涉的比较光电效应的实验规律光的粒子性光电效应图像分析解读 本专题是高考的常考内容,考查内容几乎涉及本专题的所有考点,考题主要以基本概念的理解、基本规律的简单应用为主,难
2、度较低。主要考查考生的理解能力、提取信息能力、应用基本规律综合分析的能力、推理和简单计算的能力。【真题典例】2破考点【考点集训】考点一 光的折射与全反射1.如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,分成 a、b 两束单色光,则下列说法中正确的是( )A.a 光的波长小于 b 光的波长B.a 光的频率大于 b 光的频率C.在该玻璃砖中,a 光的传播速度比 b 光大D.在真空中,a 光的传播速度比 b 光大答案 C2.热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜,使产品呈丰富的色彩,对于可见光有适当的透射率,对红外线有较高的反射率,对紫外线有较高的吸收率,因此,也
3、称为阳光控制玻璃,主要用于建筑和玻璃幕墙,其透视方向由3光的强度决定。当室外比室内明亮时,单向透视玻璃与普通镜子相似,室外看不到室内的景物,但室内可以看清室外的景物。而当室外比室内昏暗时,室外可看到室内的景物,且室内也能看到室外的景物,其清晰程度取决于室外照度的强弱。根据以上信息和你所学过的物理知识判断,下列说法中不正确的是( )A.热反射玻璃可以有效地阻止过强紫外线对人体的伤害B.热反射玻璃应该具有保温隔热作用C.热反射玻璃和普通玻璃一样,能有效地减弱噪声D.热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性答案 D3.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种。阶跃型的光导纤维分为内芯和外套
4、两层,内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低。关于光在连续型光导纤维中的传播,下列四个图中能正确表示传播路径的是( )答案 C4.一束单色光在某种介质中的传播速度是其在真空中传播速度的一半,则( )A.该介质对于这束单色光的折射率为 0.5B.这束单色光由该介质射向真空发生全反射的临界角为 60C.这束单色光在该介质中的频率为其在真空中频率的一半D.这束单色光在该介质中的波长为其在真空中波长的一半答案 D5.已知一束可见光 m 是由 a、b、c 三种单色光组成的,光束 m 通过三棱镜的传播情况如图所示,则比较 a、b、c 三种单色光,下列
5、说法正确的是( )4A.a 色光的折射率最大B.c 色光的频率最小C.b 色光在玻璃中的传播速度最大D.c 色光发生全反射的临界角最小答案 D考点二 光的波动性6.下列说法正确的是( )A.用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B.在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象C.电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来换频道的D.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象答案 B7.下面是四种与光有关的事实:白光通过棱镜在屏上呈现彩色;雨后的天空出现彩虹;肥皂泡的表面呈现彩色;白光通过双缝在光屏上呈现彩色条纹。其中,与光的干涉有关的是( )A. B.C. D.答案 D8.如图所示,一束可见
6、光穿过平行玻璃砖后,变为 a、b 两束单色光,则( )A.a 光的频率大于 b 光的频率B.若 a 光是蓝色光,则 b 光可能是黄色光C.若两种光通过相同双缝,则 a 光产生的干涉条纹间距比 b 光大5D.若 a 光不能使某金属发生光电效应,则 b 光一定不能使该金属发生光电效应答案 C9.单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图是实验的示意图,挡光片 A 固定,挡光片 B
7、 放置在待测金属棒上端,A、B 间形成平直的狭缝,激光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升高,金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下,通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正确的是( )A.其他实验条件不变,使用激光波长越短,中央亮条纹宽度越宽B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大D.其他实验条件相同,狭缝到光屏距离越大,测得金属的线膨胀系数越大答案 C 考点三 光的粒子性10.如图所示,把一块不带电的锌板连接在验电器上
8、。当用紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,则( )A.锌板带正电,验电器带负电B.若改用强度更小的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转C.若改用红外线照射锌板,验电器的指针仍然会发生偏转D.这个现象可以说明光具有波动性答案 B11.用蓝光照射一光电管,有光电效应现象发生。欲使光电子逸出时最大初动能增大,下列方法有效的是( )6A.改用紫光照射B.改用红光照射C.延长蓝光的照射时间D.增大蓝光的强度答案 A12.用电子做双缝干涉实验,下面三幅图分别为 100 个、3000 个、7000 个左右的电子通过双缝后,在胶片上出现的干涉图样。该实验表明( )A.电子具有波动性,不具有粒子性B.
9、电子具有粒子性,不具有波动性C.电子既有波动性,又有粒子性D.电子到达胶片上不同位置的概率相同答案 C13.从 1907 年起,密立根就开始测量金属的遏止电压 Uc(即图甲所示的电路中电流表 G 的读数减小到零时加在电极 K、A 之间的反向电压)与入射光的频率 ,由此算出普朗克常量 h,并与普朗克根据黑体辐射得出的 h 相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的 Uc- 图像如图乙所示。下列说法正确的是( )甲乙A.该金属的截止频率约为 4.271014Hz7B.该金属的截止频率约为 5.501014HzC.该图线的斜率为普朗克常量D.
10、该图线的斜率为这种金属的逸出功答案 A炼技法【方法集训】方法 1 光的折射定律、全反射及色散知识综合分析法1.如图所示,半圆形玻璃砖置于光屏 PQ 的左下方。一束白光沿半径方向从 A 点射入玻璃砖,在 O 点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带。若入射点由 A 向 B 缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到 O 点,观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( )A.减弱,紫光 B.减弱,红光C.增强,紫光 D.增强,红光答案 C2.一个等腰直角三棱镜的截面如图所示,一细束蓝光从 AC 面的 P 点沿平行底面 AB 方向射入棱镜后,经
11、AB 面反射,再从 BC 面的 Q 点射出,且有 PQAB(图中未画光在棱镜内的光路)。如果将一细束绿光仍从 P 点沿平行底面 AB 方向射入三棱镜,则从 BC 面射出的光线( )A.仍从 Q 点射出,出射光线平行于 ABB.仍从 Q 点射出,出射光线不平行于 ABC.可能从 Q点射出,出射光线平行于 ABD.可能从 Q点射出,出射光线平行于 AB答案 D8方法 2 有关光的能量问题的综合分析方法3.太阳光垂直射到地面上时,地面上 1m2接受的太阳光的功率为 1.4kW,其中可见光部分约占45%。(1)假如认为可见光的波长约为 0.55m,日、地间距离 R=1.51011m。普朗克常量h=6.
12、610-34Js,估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少?(2)若已知地球的半径为 6.4106m,估算地球接受的太阳光的总功率。答案 (1)4.910 44个 (2)1.810 14kW过专题【五年高考】A 组 基础题组1.(2017 北京理综,14,6 分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为 a、b 两束单色光。如果光束 b 是蓝光,则光束 a 可能是( )A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光答案 D2.(2014 北京理综,20,6 分)以往,已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n2 的能级跃迁到 n=2 的能级时发出的
13、光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定( )A.H 对应的前后能级之差最小B.同一介质对 H 的折射率最大C.同一介质中 H 的传播速度最大D.用 H 照射某一金属能发生光电效应,则 H 也一定能答案 A 2.(2018 课标,17,6 分)用波长为 300nm 的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19J。已知普朗克常量为 6.6310-34Js,真空中的光速为 3.00108ms-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )A.11014Hz B.81014Hz10C.21015Hz D.81015Hz答案 B3.(2013 北京理综,20,6 分)以往我们认识
14、的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为 的普通光源照射阴极 K,没有发生光电效应。换用同样频率 的强激光照射阴极 K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压 U,即将阴极 K 接电源正极,阳极 A 接电源负极,在 K、A 之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压 U 可能是下列的(其中 W 为逸出
15、功,h 为普朗克常量,e 为电子电量)( )A.U= - B.U= -he We 2he WeC.U=2h-W D.U= -5h2e We答案 B4.2017 课标,34(1),5 分在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是 。 A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动答案 ACD115.2018 课标,34(1),5 分如图,ABC 为一玻璃三棱镜的横截面,A=30。一束红光垂直 AB 边射入,从 AC 边上的 D 点射出,其折射角为 60,
16、则玻璃对红光的折射率为 。若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在 D 点射出时的折射角 (填“小于”“等于”或“大于”)60。 答案 大于 36.2018 课标,34(2),10 分如图,ABC 是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60。一细光束从 BC 边的 D 点折射后,射到 AC 边的 E 点,发生全反射后经 AB 边的 F 点射出。EG垂直于 AC 交 BC 于 G,D 恰好是 CG 的中点。不计多次反射。()求出射光相对于 D 点的入射光的偏角;()为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?答案 ()60 () n b,则一定有 Ua b,则一定有 EkaEkbC.若 Ua b,则
17、一定有 h a-Ekah b-Ekb12答案 BC2.2015 课标,35(1),5 分在某次光电效应实验中,得到的遏止电压 Uc与入射光的频率 的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为 k 和 b,电子电荷量的绝对值为 e,则普朗克常量可表示为 ,所用材料的逸出功可表示为 。 答案 ek(2 分) -eb(3 分)【三年模拟】时间:45 分钟 分值:80 分一、选择题(每小题 6 分,共 60 分)1.(2018 朝阳二模,13)对于红、蓝两种单色光,下列说法正确的是 ( )A.在水中红光的传播速度较大B.在水中蓝光的传播速度较大C.在真空中红光的传播速度较大D.在真空中蓝光的传播速度较大
18、答案 A2.(2018 海淀零模,16)如图所示是一透明玻璃球体,其半径为 R,O 为球心,AB 为水平直径。M 点是玻璃球的最高点,一条平行于 AB 的光线自 D 点射入球体内,其折射光线为 DB,已知ABD=30,光在真空中的传播速度为 c、波长为 ,则( )A.此玻璃的折射率为 3B.光线从 D 传播到 B 的时间是3RcC.光在玻璃体内的波长为 3D.光在 B 点会发生全反射13答案 A3.(2017 西城一模,20)通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间,经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品,被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域,能够实现玻璃的通透性和
19、保护隐私的双重要求。我们将其工作原理简化为如图所示的模型,在自然条件下,液晶层中的液晶分子无规则排列,玻璃呈乳白色,即不透明,像一块毛玻璃;通电以后,弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列,整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。结合以上内容和你所学知识,关于通电雾化玻璃,你认为下列叙述中比较合理的是( )A.不通电时,入射光在液晶层发生了全反射,导致光线无法通过B.不通电时,入射光在液晶层发生了干涉,导致光线无法通过C.通电时,入射光在通过液晶层后方向发生了改变D.通电时,入射光在通过液晶层后按原有方向传播答案 D4.(2017 朝阳二模,14)如图所示,ABC 是一个用折射率 n 的
20、透明介质做成的棱镜,其截面2为等腰直角三角形。现有一束光从图示位置垂直入射到棱镜的 AB 面上,则该光束( )A.能从 AC 面射出 B.能从 BC 面射出C.进入棱镜后速度不变 D.进入棱镜后波长变长答案 B5.(2018 昌平二模,20)为证明实物粒子也具有波动性,某实验小组用电子束做双缝干涉实验。实验时用 50kV 电压加速电子束,然后垂直射到间距为 1mm 的双缝上,在与双缝距离约为35cm 的光屏上得到了干涉条纹。该条纹与托马斯杨用可见光做的双缝干涉实验所得到的图样基本相同,但条纹间距很小。这是对德布罗意物质波理论的又一次实验验证。根据德布14罗意理论,实物粒子也具有波动性,其波长
21、= ,其中 h 为普朗克常量,p 为粒子的动量。下hp列说法正确的是 ( )A.只增大加速电子的电压,可以使干涉条纹间距变大B.只减小加速电子的电压,可以使干涉条纹间距变大C.只增大双缝间的距离,可以使干涉条纹间距变大D.只减小双缝到光屏的距离,可以使干涉条纹间距变大答案 B6.(2018 西城二模,14)一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在影的中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是( )A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象答案 B
22、7.(2018 房山一模,14)如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光 a、b,下列说法正确的是( )A.真空中,a 光的波长小于 b 光的波长B.在三棱镜中 a 光传播速度小于 b 光传播速度C.在三棱镜中 a 光的折射率大于 b 光的折射率D.a 光的光子能量小于 b 光的光子能量答案 D8.(2017 朝阳一模,14)关于红、紫两束单色光,下列说法正确的是 ( )A.在空气中红光的波长较长15B.在同一玻璃中红光的速度较小C.红光的光子能量较大D.用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较小答案 A9.(2017 海淀一模,15)如图所示,两束单色光 a、b 同时从空气中
23、斜射入平行玻璃砖的上表面,进入玻璃砖中形成复合光束 c,则下列说法中正确的是( )A.若用 a 光照射某金属的表面能发生光电效应,则用 b 光照射也能发生B.在相同条件下进行双缝干涉实验,a 光的干涉条纹间距较小C.在玻璃砖中 a 光的速度较小D.从水中射向空气发生全反射时,a 光的临界角较小答案 A10.(2017 西城二模,19)研究光电效应的电路如图甲所示,用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板 K,极板发射出的光电子在电路中形成的光电流 I 与A、K 之间的电压 U 的关系图像如图乙所示。关于 1、2、3 三条曲线,下列说法正确的是( )A.2、3 为用黄光照射时
24、得到的曲线,曲线 2 对应的黄光较强B.2、3 为用黄光照射时得到的曲线,曲线 3 对应的黄光较强C.1、3 为用黄光照射时得到的曲线,曲线 1 对应的黄光较强D.1、3 为用黄光照射时得到的曲线,曲线 3 对应的黄光较强答案 C二、非选择题(20 分)11.(2018 朝阳一模,24)(20 分)在玻尔的原子结构理论中,氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光,波长可以用巴耳末里德伯公式 =R 来计算,式中 1 (1k2-1n2)为波长,R 为里德伯常量,n、k 分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数,对于每一16个 k,有 n=k+1、k+2、k+3、。其中,赖曼系谱线是
25、电子由 n1 的轨道跃迁到 k=1 的轨道时向外辐射光子形成的,巴耳末系谱线是电子由 n2 的轨道跃迁到 k=2 的轨道时向外辐射光子形成的。(1)如图所示的装置中,K 为一金属板,A 为金属电极,都密封在真空的玻璃管中,S 为石英片封盖的窗口,单色光可通过石英片射到金属板 K 上。实验中:当滑动变阻器的滑片位于最左端,用某种频率的单色光照射 K 时,电流计 G 指针发生偏转;向右滑动滑片,当 A 比 K 的电势低到某一值 Uc(遏止电压)时,电流计 G 指针恰好指向零。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验。若用赖曼系中波长最长的光照射时,遏止电压的大小为 U1;若用巴耳末系中 n=
26、4 的光照射金属时,遏止电压的大小为 U2。金属表面层内存在一种力,阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来,必须克服这种阻碍做功。使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的逸出功。已知电子电荷量的大小为 e,真空中的光速为 c,里德伯常量为 R。试求:a.赖曼系中波长最长的光对应的频率 1;b.普朗克常量 h 和该金属的逸出功 W0。(2)光子除了有能量,还有动量,动量的表达式为 p= (h 为普朗克常量)。ha.请你推导光子动量的表达式 p= ;hb.处于 n=2 激发态的某氢原子以速度 v0运动,当它向 k=1 的基态跃迁时,沿与 v0相反的方向辐射一个光子。辐射光子前后,可认为氢原
27、子的质量为 M 不变。求辐射光子后氢原子的速度 v(用 h、R、M 和 v0表示)。答案 (1)a.在赖曼系中,氢原子由 n=2 跃迁到 k=1 时,对应光的波长最长,波长为 1。则有=R1 1 (112-122)所以 1=43R所以 1= =c 13cR417b.在巴耳末系中,氢原子由 n=4 跃迁到 k=2,对应光的波长为 2,频率为 2。则有=R1 2 (122-142) 2=c 2设用波长为 1、 2的光照射金属产生光电效应时,光电子对应的最大初动能分别为Ekm1、E km2。根据光电效应方程有Ekm1=h 1-W0Ekm2=h 2-W0根据动能定理有-eU1=0-Ekm1-eU2=0-Ekm2联立解得 h= ,W0= e(U1-4U2)16e(U1-U2)9cR 13(2)a.根据质能方程有E=mc2又因为 E=h=hcp=mc所以 p=hb.光子的动量p= =h 3hR4根据动量守恒定律有Mv0=Mv-p解得 v=v0+3hR4M1
