2013高考物理 考點(diǎn)訓(xùn)練例題精析 專題18 物理光學(xué)

物 理 光 學(xué)一、典型例題：例1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時(shí)（ ）A、只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B、紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在C、任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D、屏上無任何光亮解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的裝置中，縫的寬度跟光的波長(zhǎng)相差不多，在雙縫分別放上紅色和綠色濾光片之后，由于紅光和綠光的頻率不相等，在光屏上不可再出現(xiàn)干涉條紋了，但由于滿足產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，所以在屏上將同時(shí)出現(xiàn)紅光和綠光的衍射條紋，故正確的選項(xiàng)為C。例2某金屬在一束黃光照射下，恰好能有電子逸出（即用頻率小于這種黃光的光線照射就不可能有電子逸出），在下述情況下，逸出電子的多少和電子的最大初動(dòng)能會(huì)發(fā)生什么變化？增大光強(qiáng)而不改變光的頻率；用一束強(qiáng)度更大的紅光代替黃光；用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光。解析“正好有電子逸出”，說明此種黃光的頻率恰為該種金屬的極限頻率。增大光強(qiáng)而不改變光的頻率，意味著單位時(shí)間內(nèi)入射光子數(shù)增多而每個(gè)光子能量不變，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，逸出的光電子最大初動(dòng)能不變，但光電子數(shù)目增大。用一束強(qiáng)度更大的紅光代替黃光，紅光光子的頻率小于該金屬的極限頻率，所以無光電子逸出。用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光，因?yàn)橐粋€(gè)紫光光子的能量大于一個(gè)黃光光子的能量，而強(qiáng)度相同，因而單位時(shí)間內(nèi)射向金屬的紫光光子數(shù)將比原來少，因此，逸出的電子數(shù)將減少，但據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能將增大。例3把一個(gè)凸透鏡的彎曲表面壓在另一個(gè)玻璃平面上，讓光從上方射入（圖甲），這時(shí)可以看到亮暗相間的同心圓（圖乙），這個(gè)現(xiàn)象是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的，這些同心圓叫做牛頓環(huán)，解釋為什么會(huì)出現(xiàn)牛頓環(huán)。 解析凸透鏡的彎曲上表面反射的光和下面的玻璃平面向上反射的光相互疊加，由于來自這兩個(gè)面的反射的光的路程差不同，在有些位置相互加強(qiáng)，在有些位置相互削弱，因此出現(xiàn)了同心圓狀的明暗相間的條紋。例4把一個(gè)平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入（如圖），這時(shí)可以看到亮暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說法中正確的是（ ）A、將薄片向著劈尖移動(dòng)使劈角變大時(shí)，條紋變疏B、將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)使劈角變小時(shí)，條紋變疏C、將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng)D、將上玻璃板平行上移，條紋遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)解析楔形空氣層的上下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉，空氣層厚度相同的地方，兩列波的路程差相同，故如果被測(cè)表面是平的，干涉條紋就是一組平行的直線，如上圖，當(dāng)劈角為時(shí)，相鄰兩條紋間等于，當(dāng)劈角增大為時(shí)，相鄰的條紋左移至A、C處，條紋間距變?yōu)椤ＴO(shè)=s，則=s，故=，=。因?yàn)?gt;，所以>，故劈角增大時(shí)，條紋變密。同理，當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí)，易得ACCA為平行四邊形，所以條紋向壁尖移動(dòng)，且間距不變，本題選B、C。二、課堂練習(xí)1、先后用兩種不同的單色光，在相同的條件下用同一雙縫干涉裝置做實(shí)驗(yàn)，在屏幕上相鄰的兩條亮紋間距不同，其中間距較大的那種單色光比另一種單色光在真空中的波長(zhǎng)較短 在玻璃中傳播速度較大 在玻璃中傳播時(shí)，玻璃的折射率較大 其光子的能量較小 以上說法正確的是（ ）A、 B、 C、 D、2、a、b是兩束相互平行的單色可見光，當(dāng)它們從空氣射入水中時(shí)各自發(fā)生如圖所示的折射現(xiàn)象，已知折射角r1>r2，由此可以判定（ ）a光光子能量??；在水中b光波長(zhǎng)長(zhǎng)一些；讓它們?cè)谕浑p縫上發(fā)生干涉，所得相鄰兩條干涉條紋間距xa>xb；a、b從水中射入空氣時(shí)，則a光的臨界角小一些。A、只有 B、只有 C、只有 D、只有3、下列說法正確的是：A、光波是一種概率波 B、光波是一種電磁波C、單色光從密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光子的能量改變D、單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光的波長(zhǎng)不變4、神光“II”裝置是我國(guó)規(guī)模最大、國(guó)際上為數(shù)不多的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2400J、波長(zhǎng)為0.35m的紫外激光。已知普朗克恒星h=6.63×1034J·s，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個(gè)。（取兩位有效數(shù)字）5、太陽光垂直射到地面上時(shí)，1m2地面接受的太陽光的功率為1.4kW，其中可見光部分約占45%。假如認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)約為0.55m，日地間距離R=1.5×1011m，普朗克恒量h=6.6×1034J·s，估算太陽每秒輻射出的可見光光子為多少。若已知地球的半徑r=6.4×106m，估算地球接受的太陽光的總功率。6、已知鋅板的極限波長(zhǎng)O=372nm，氫原子的基態(tài)能量為13.6eV，若氫原子的核外電子從量子數(shù)n=2躍遷到n=1時(shí)所發(fā)出的光子照射到該鋅板上，此時(shí)能否產(chǎn)生光電效應(yīng)？若能，光電子的最大初動(dòng)能是多少電子伏？（真空中光速c=3×108m/s，普朗克常量h=6.63×1034J·s，電子電荷量e=1.6×1019C）課堂練習(xí)答案：1、B 2、B 3、A、B4、4.2×10215、4.9×1014個(gè) 1.8×1017W6、能。6.86eV原子和原子結(jié)構(gòu)一、典型例題： 例1氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中（ ）A、原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能增大B、原子要放出光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能減小C、原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小D、原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大解析根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子在離核越遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)能量越大，必須吸收一定能量的光子后，電子才能從離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道，故B錯(cuò)。氫原子核外電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，由原子核對(duì)電子的庫侖力提供其向心力，即k=m，又Ek=mv2，ke2/2r=mv2，即Ek=。由此式可知：電子離核越遠(yuǎn)，r越大時(shí)，則電子的動(dòng)能越小，故A、C錯(cuò)。由于r變大時(shí)，庫侖力對(duì)核外電子做負(fù)功，因此電勢(shì)能增大，從而判斷D正確。例2Th（釷）經(jīng)過一系列和衰變，變成Pb（鉛），下列說法正確的是：A、鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子B、鉛核比釷核少16個(gè)中子C、共經(jīng)過4次衰變和6次衰變D、共經(jīng)過6次衰變和4次衰變解析由于衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定衰變的次數(shù)為：x=6再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定衰變的次數(shù)y應(yīng)滿足：2xy=9082=8所以y=2x8=4即答案D是正確的。例3氫原子從能級(jí)A躍遷到能級(jí)B時(shí)，輻射出波長(zhǎng)為1的光子，從能級(jí)A躍遷到能級(jí)C時(shí)，輻射出波長(zhǎng)為2的光子，若1>2，則氫原子從能級(jí)B躍遷到能級(jí)C時(shí)，將吸收還是發(fā)射光子，光子的波長(zhǎng)為多少？解析因?yàn)镋AEB=h，EAEC=h，而1>2，所以EB>EC。于是從B能級(jí)躍遷到C能級(jí)時(shí)，應(yīng)輻射光子。EBEC=（EAEC）（EAEB）=hc（）=h所以BC=。例4已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u，He核的質(zhì)量為3.0150u。寫出兩個(gè)氘核聚變成He的核反應(yīng)方程；計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能；若兩氘核以相等的動(dòng)能0.35MeV做對(duì)心碰撞即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)中生成的 He核和中子的動(dòng)能各是多少？解析應(yīng)用質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒不難寫出核反應(yīng)方程為：H+HHe+n由題給條件可求出質(zhì)量虧損為：m=2.0136u×2（3.0150+1.0087）u=0.0035u所以釋放的核能為E=mc2=931.5×0.0035MeV=3.26 MeV。因?yàn)樵摲磻?yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能即轉(zhuǎn)化為He核和中子的動(dòng)能。若設(shè)He核和中子的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為1、2，則由動(dòng)量守恒及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，得m11m22=0Ek1+ Ek2=2 Ek0+E解方程組，可得：Ek1=（2Ek0+E）=×（2×0.35+3.26）MeV=0.99 MeV，Ek2=（2Ek0+E）=×（2×0.35+3.26）MeV=2.97 MeV。二、課堂練習(xí)1、氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子，已知基態(tài)的氦離子能量為E1=54.4eV，氦離子能級(jí)的示意圖如下所示，在具有下列能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是（ ）A、40.8eV B、43.2eV C、51.0 eV D、54.4 eV2、氫原子能級(jí)圖的一部分如圖所示，a、b、c分別表示氫原子在不同能級(jí)之間的三種躍遷途徑，設(shè)在a、b、c三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長(zhǎng)分別是Ea、Eb、EC和a、b、c，則：b=a+c =+ b=a·c Eb=Ea+EC以上關(guān)系正確的是（ ）A、 B、 C、只有 D、3、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)靜止的氮核N，被與磁場(chǎng)方向垂直、速度為的粒子擊中形成復(fù)合核，然后沿相反方向釋放出一個(gè)速度也為的質(zhì)子，則以下說法正確的是（ ）質(zhì)子與反沖核的動(dòng)能之比為17：25 質(zhì)子與反沖核的動(dòng)量大小之比為1：5質(zhì)子與反沖核的動(dòng)量大小之比為8：17質(zhì)子與反沖核在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)頻率之比為17：8A、 B、 C、 D、4、有一群氫原子處于n=4的能級(jí)上，已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量E1=13.6 eV，普朗克常量h=6.63×1034J·s，求：這群氫原子的光譜共有幾條譜線？這群氫原子發(fā)出的光子的最大頻率是多少？5、科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太空中的射線都是從很遠(yuǎn)的星球發(fā)射出來的。當(dāng)射線爆發(fā)時(shí)，在數(shù)秒鐘內(nèi)所產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于太陽在過去一百億年內(nèi)所發(fā)出的能量總和的一千倍左右，大致相當(dāng)于太陽質(zhì)量全部虧損得到的能量，科學(xué)家利用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)射線的爆發(fā)狀態(tài)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)射線能量爆發(fā)是起源于一個(gè)垂死的星球“坍塌”的過程，只有星球“坍塌”時(shí)，才能釋放這么巨大的能量，已知太陽光照射到地球所需要時(shí)間為t，地球公轉(zhuǎn)周期為T，真空中的光速為c，萬有引力常量為G，試推算出一次射線爆發(fā)所產(chǎn)生的能量。6、為確定愛因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程E=mc2的正確性，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用動(dòng)能為E1=0.9MeV的質(zhì)子去襲擊靜止的鋰核Li，生成兩個(gè)粒子，測(cè)得這兩個(gè)粒子的動(dòng)能之和為E=19.9MeV。寫出該核反應(yīng)方程；計(jì)算核反應(yīng)過程中釋放出的能量E；通過計(jì)算說明E=mc2的正確性。（計(jì)算中質(zhì)子、粒子和鋰核Li的質(zhì)量分別?。簃p=1.0073u，ma=4.0015u，mLi=7.0160u）課堂練習(xí)答案：1、B2、B3、A4、6條 3.1×1015HZ5、6、H+Li2He 18.9MeV略