选修3-4 习题课：光学综合题 同步练习(word含答案)

选修3-4 习题课：光学综合题 同步练习
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为 的绿光时，只要每秒有 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为 ，光速为 ，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是
A. B. C. D.
2. 如图甲所示是利用圆锥形光学玻璃演示实验的现象，模型如图乙所示，一束白光从圆锥体玻璃（介质Ⅰ）底面垂直入射，圆锥体玻璃倒立在水平有机玻璃砖（介质Ⅱ）上表面，人眼在一侧进行观察，下列说法正确的是
A. 人眼观察到的色散现象是由光的衍射而产生的
B. 人眼观察到介质Ⅰ中的色散是光经过介质Ⅱ表面反射回介质Ⅰ而产生的
C. 介质Ⅰ上表面的光均能经过一次介质Ⅰ折射和介质Ⅱ反射到人眼
D. 若用力将圆锥体向下挤压有机玻璃砖，产生的彩色条纹间距将不变
3. 在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是
A. 很大的透明圆板
B. 很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C. 很大的不透明的圆板
D. 很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
4. 红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每一道闪光称为一个光脉冲。现有一红宝石激光器，发射功率为 ，所发射的每个光脉冲持续的时间为 ，波长为 ，则每个光脉冲中含有的光子数是
A. B. C. D.
5. 全息照相在拍摄过程中，应用了激光特点中的
A. 干涉 B. 衍射 C. 偏振 D. 直线传播
6. 有关光的应用，下列说法正确的是
A. 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
C. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的衍射形成的色散现象
D. 在光导纤维束内传送图象是利用光的折射原理
7. 如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的 、 、 三束单色光。比较 、 、 三束光，可知
A. 当它们在真空中传播时， 光的波长最短
B. 当它们在玻璃中传播时， 光的速度最小
C. 若它们都从玻璃射向空气， 光发生全反射的临界角最小
D. 若它们都能使某种金属产生光电效应， 光照射出光电子的最大初动能最小
8. 下列宏观概念中，是量子化的有
A. 物体的质量 B. 弹簧振子的能量
C. 汽车的个数 D. 卫星绕地球运行的轨道
9. 在圆心为 、半径为 的光学介质圆环内有一点光源 ，可以向纸面内各方向发光，已知 ，介质的折射率 ，则从圆周上有光线射出的范围长度是（，）
A. B. C. D.
10. 如图所示， 是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线， 、 是关于 轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光略如图所示， 是垂直 放置的光屏，沿 方向不断左右移动光岸，可在屏上得到一个光斑 ，根据该光路图，下列说法正确的是
A. 在该玻璃体中， 光比 光的运动时间长
B. 光电效应实验时，用 光比 光更容易发生
C. 光的频率比 光的频率高
D. 用同一装置做双缝干涉实验时 光产生的条纹间距比 光的大
二、填空题（共4小题；共18分）
11. 太阳光经三棱镜后将得到一彩色光带，按折射率从小到大的顺序排列应是 ，其中偏折角最大的是 光。
12. 小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为 的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为 ，与光屏的距离为 ，则条纹间距 。随后小明撤去平面镜，在单缝下方 处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上 （填“能”或“不能”）观察到干涉条纹。
13. 如图甲所示为研究光电效应的电路图，阴极 和阳极 是密封在真空玻璃管中的两个电极，用某一频率的光照射阴极 时电流表的指针发生了偏转，在保持光照条件不变的情况下，将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能 （填“增大”“减小”或“不变”）；图乙是发生光电效应时光电子的最大初动能 与入射光频率 的关系图象，图线与横轴的交点坐标为 ，与纵轴的交点坐标为 ，则由图象可求出普朗克常量 。
14. 平行玻璃砖底面涂有反射层，一束由 、 两种单色光组成的复合光以 入射角斜射到玻璃砖的上表面，经折射、反射再折射的光路如图所示。不考虑光在玻璃砖上表面的反射，则玻璃砖对单色光 （填“”或“”）的折射率大，单色光 （填“”或“”）在玻璃砖中传播的时间长；两束单色光从玻璃砖上表面出射后相互 （填“平行”或“不平行”）。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 激光常常被用来作为光学实验中的光源是因为激光具有哪些特点 医学上用激光来给病人做手术的激光“刀”是利用激光的什么特性。
16. 某广播电台发射功率为 、在空气中波长为 的电磁波，则：
（1）该电台每秒从天线发射多少个光子
（2）若发射的能量子四面八方视为均匀的，试求在离天线 处直径为 的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率。
17. 洛埃镜实验是历史上用来证实光存在干涉现象，从而明确光具有波动性的著名实验之一。该实验的原理简单，既可观测干涉条纹，又可验证半波损失。
（1）洛埃镜实验的基本装置如图所示， 为单色光源， 为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出 经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。
（2）设光源 到平面镜的距离和到光屏的距离分别为 和 ，光的波长为 ，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离 的表达式。
答案
第一部分
1. A
【解析】因每秒有 个绿光的光子射入瞳孔眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收到的最小功率 ，式中 ，，又 ，可解得 。
2. B
【解析】根据题意，人眼观察到的色散主要是由光的折射而产生的，故A错误；根据光路图可知，人眼观察到介质Ⅰ中的色散来源于光经过介质Ⅱ表面反射再在介质Ⅰ折射产生的，故B正确；介质Ⅰ底面左侧光线的光未能折射到人眼，故C错误；若向下挤压有机玻璃，介质Ⅱ表面下凹，彩色条纹间距缩小，可以观察到微小形变，故D错误。
3. D
【解析】用光照射很大的中间有小圆孔的不透明圆板时观察到的是明暗相间的衍射图样，故D正确。
4. D
【解析】由光速公式 ，能量子公式 及能量关系
得：
5. A
【解析】在拍摄全息相片时，同一束激光分为两部分，一部分直接照射到底片上，另一部分通过拍掇物反射到底片上，在底片上发生干涉，底片记录下干涉条纹，因此应用了激光的干涉原理。
6. B
【解析】A、拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片，从而减弱反射光的透射强度，故A错误；
B、镜头上的增透膜，是利用膜的两表面反射光，频率相同，进行相互叠加，是利用光的干涉现象，故B正确；
C、三棱镜观察白光看到的彩色图样，由于各种单色光的折射率不同，导致偏折程度不一，是利用光的折射形成的色散现象，故C错误；
D、光导纤维束内传送图象，是利用光的全反射原理，故D错误。
7. D
8. C
【解析】汽车的个数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。
其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。
9. B
10. D
第二部分
11. 红橙黄绿蓝靛紫，紫光
12. ；不能
【解析】题中，单缝在平面镜中的像与原来的单缝共同构成一组双缝（如图），
所以双缝间距为 ，故 。撤去平面镜后，只剩双缝和白炽灯，缺少单缝，无法形成干涉条纹。
13. 减小；
【解析】根据光电效应的特点可知，在光照强度一定的条件下，电路中的电流随着光电管两端的正向电压的增大而增大，直到达到电路中的饱和光电流，再增大两端电压，光电流保持不变。滑动变阻器的触头从图示位置向右滑动，光电管两端电压增大，光电流变大或保持不变，故不可能减小；根据 得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于 。当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为 ，那么普朗克常量为 。
14. ；；平行
【解析】由图可知，单色光 偏折的程度大，因此玻璃砖对单色光 的折射率大。设光在玻璃砖上表面发生折射时的折射角为 ，则 ；设玻璃砖的厚度为 ，则光在玻璃砖中传播的路程 ，传播的时间 ，由此可知，折射角越小，光的传播时间越长，故单色光 在玻璃砖中传播的时间长。根据光路可逆和对称性可知，两束光从玻璃砖出射后相互平行。
第三部分
15. 激光具有方向性好、单色性强、相干性好、亮度高的特点；医学上用激光来给病人做手术的激光“刀”是利用激光高亮度特性。
16. （1）
【解析】每个能量子的能量 ，
则每秒电台发射上述波长的光子数 （个）。
（2） 个；
【解析】设环状天线每秒接收的光子数为 ，以电台发射天线为中心，半径为 的球的表面积 ，而环状天线的面积 ，
所以 （个），接收功率 。
17. （1）
【解析】根据对称性作出光源 在平面镜中所成的像 。连接平面镜的最左端和光源，即最左端的入射光线，连接平面镜的最左端和像 ，并延长交光屏于一点，该点为反射光线所能到达光屏的最上端；同理连接平面镜的最右端和像 并沿长，即可找到反射光线所能到达光屏的最下端，故经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域如图所示。
（2）
【解析】从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看成双缝干涉，所以 、 之间的距离为 ，而光源 到光屏的距离可以看成双孔屏到光屏距离的 ，根据 可知，因为 ，所以相邻两条亮纹（或暗纹）间距离 。
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