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1、2009 年各地名校物理高考模拟试题分类及详解 十四、光学 互动：本考点分为光的传播和 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
2、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 预测 2009 年高考本考点热点内容有：光的反射、反射定律；光的折射、折射定律、折射率、全反射；色散成因及规律；双缝干涉、薄膜干
3、涉；公式 X=dl的含义；光的干涉、衍射、偏振；红外线、紫外线、X射线、射线的性质及其应用；光电效应，h=W+2 m；对几何光学的考查，以定性和半定量为主，注重对物理规律的理解和对物理现象、物理情景分析能力的考查；平面镜问题和不同色光的折射率、全反射、光导纤维等问题要引起注意光的本性考点主要是光的波动性、粒子性等知识的考查，与几何光学的综合也是考查重点内容之一，另外近代物理光学的初步理论，以及建立这些理论的实验基础和一些重要物理现象也要引起重视。1（海南省民族中学 2009届高三阶段考试卷物理 9）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
4、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 B V1V2 单色光束为红色 D V1V2 单色光束为蓝 色 图 7 2（2009 年安徽高考信息交流试卷理综 17）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，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
5、定 等 于 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 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 3（河北省衡水中学 2009 届高三调研卷物理 8）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 的光子
6、，具有费米能的电子如果吸收了一个频率为 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 h V Ef B具有费米能的电子跳出势阱时的动能为 Ek h 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 4（上海市闸北区 2008 年 4 月模拟卷物理 12）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
7、干涉现象。P Q 图 8 5（上海市宝山区 2008 年 4 月模拟卷物理 15）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 6（苏北四市 2009 届高三调研卷物理 37）（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
8、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。7（广东省汕头市 2008 年普通高校招生模拟考试卷物理 32）如图 11 所示，一玻璃柱体的横
9、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3，当入射角 60 i时，求反射光束 1 和透射光束 2 之间的夹角多大？8（常州市 2008 2009 学年度第二学期期中质量调研卷物 B A C d M N 图 10 a b c d 理 26）如图 12 所示，一透明球体置于空气中，球半径 R=10cm，折射率 n2 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 52cm，CD为出射光线。图 11 补全光路并求出光从 B 点传到 C 点的时间；求 CD与 MN
10、 所成的角（需写出求解过程）9（海口市 2008 年高考调研测试卷物理 36）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 图 12 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。若 AOF 30，OP3与
11、OC之间的夹角为 45，则在 P3 处刻的折射率应多大？图 13 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?10.（江苏省南京市 2008 届高三质量检测卷物理 32）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 60。已知光在真空中的速度 c=3 108m/s，玻璃的折射率 n=1.5，求：A B C D P O M N O 2 1 入射光 i（1）这
12、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 11（山东省潍坊市 2008 年高三教学质量检测卷理综 37）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（d3R），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。12(广东省华南师大附中 2009 届高三综合测试卷物 理 23)如图 16 所示，阴极 K用极限波长 0=0.66 m的金属 铯制成，用波长
13、=0.50 m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 0.64 A，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 图 15 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 答案：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 V1V2;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【解析】由于没有确定几何尺寸，所以光线可能射
14、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，B、C 错误，D正确。【答案】D 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【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【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【解析】（1）ADEG（2）如图 29 所示，1130 sinsi
15、nnr 2230 sinsinnr x=d(tanr2 tanr1)=d2112224 4 nnnn【答案】（1）ADEG（2）d2112224 4 nnnn 7【解析】反射角 i i60 由折射定律 rinsinsin 解得折射角 r=30 因此反射光束 1 和透射光束 2 之间的夹角 90)(180 r i【答案】90)(180 r i 8【解析】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=52/10=2/2,所以，图 30 i 45 由折射率定律：B C D P O M N i r B A C d M N 图 29 r1 r2)在 B 点有：
16、rinsinsin Sin r=1/2 故：r 30 BC=2Rcos r t=BCn/C=2Rncos r/C t=(6/3)10-9s 由几何关系 可知 15 cop 135 ocp 30【答案】（1）t=(6/3)10-9s（2）30 9【解析】P3 应刻的折射率 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（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【解析】（1）设光在 AD面的入射角、折射角分别为 i、r r=30 根据 rinsinsin 得 75.0 arcsin,75.0 30 sin
17、5.1 sin sin i r n i（2）根据 s m s mncvvcn/10 2/5.110 388，得 根据 ms mfvf v714810 77.3/10 3.510 2，得（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 67.05.11 1sin nC 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 rinsinsin，光线 CD面的出射光线与法线的夹角 75.0 arcsin i i 由折射定律有：sin3sinn 又由几何关系有：2 解得 o60 光线 PC
18、离直线 AB的距离 CD=R sin 10 3 cm（1 分）则距离直线 AB为 10 3 cm 的入射光线经折射后能到达 B 点【答案】（1）75.0 arcsin,75.0 30 sin 5.1 sin i r n（2）ms mfvf v714810 77.3/10 3.510 2，得（3）o60 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 nC1sin 又CROFcos C OF d E O cot)(解得 nR n d E O r 12【答案】nR n d E O r 12 12【解析】由光电效
19、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 1219610 0.410 6.110 64.0 eIn m个 根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能：）（6 68 3410 66.0110 50.0110 3 10 63.6 J 2010 5.9 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 1210 0.8 2 n n个 光电子的最大初动能仍然是20 210 5.921 mmvJ.【答案】（1）2010 5.9 J.（2）20 210 5.921 mmvJ.