高三物理同步检测（九）
光电效应光子光的波粒二象性
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ）
A.若某材料的逸出功是W，则它的极限频率
B.光电子的初速度和照射光的频率成正比
C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比
D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
解析由光电效应方程=hv-W知，B、C错误，D正确.若=0，得极限频率=,故A正确.
答案AD
2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是 （ ）
A.光的折射现象、偏振现象
B.光的反射现象、干涉现象
C.光的衍射现象、色散现象
D.光电效应现象、康普顿效应
解析本题考查光的性质.
干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒子性的表现，D正确.
答案D
3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ）
A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子，低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
解析根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误.
答案AD
4.当具有5.0 eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ）
A.1.5 eV B.3.5 eV
C.5.0 eV D.6.5 eV
解析本题考查光电效应方程及逸出功.
由
得W=hv -=5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV
则入射光的最低能量为h=W=3.5 eV
故正确选项为B.
答案B
5.紫外线光子的动量为.一个静止的吸收了一个紫外线光子后 （ ）
A.仍然静止
B.沿着光子原来运动的方向运动
C.沿光子运动相反方向运动
D.可能向任何方向运动
解析由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的分子与光子原来运动方向相同.故正确选项为B.
答案B
6.关于光电效应，以下说法正确的是 （ ）
A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强
C.能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功
D.用频率是的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是的黄光照射该金属一定不发生光电效应
解析本题考查光电效应.
由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，A错.光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错.用频率是的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，D错、C对.
答案C
7.在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是 （ ）
A.使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
B.单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性
解析根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误.
答案AD
8.用波长为和的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面.单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象.设两种金属的逸出功分别为和，则下列选项正确的是（ ）
A. ＞,＞
B. ＞,＜
C. ＜,＞
D. ＜,＜
解析由题意知，A光光子的能量大于B光光子，根据E=hv=h,得＜；又因为单色光B只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，所以＜,故正确选项是D.
答案D
9.光子有能量，也有动量p=，它也遵守有关动量的规律.如图所示，真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴O在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片.当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时转动情况（俯视）的下列说法中正确的是 （ ）
A.顺时针方向转动
B.逆时针方向转动
C.都有可能
D.不会转动
解析本题考查光子的动量.光照射到黑纸片上被吸收，照射到白纸片上被反射，因此白纸片受到的冲量大，装置逆时针转动.故正确选项为B.
答案B
10.如图所示为一光电管的工作原理图，当用波长为λ的光照射阴极K时，电路中有光电流，则 （ ）
A.换用波长为(＞λ)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
B.换用波长为 (＜λ)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
C.增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大
D.将电路中电源的极性反接，电路中可能还有光电流
解析用波长为λ的光照射阴极K，电路中有光电流，表明λ小于该金属的极限波长，换用波长为照射，虽然＞λ，但是不一定大于,所以用波长为的光照射时，可能仍有光电流，故A错误.用波长为 (＜λ)的光照射阴极K时，因＜λ＜,故电路中一定有光电流，B对.如果电源的端电压已经足够大，阴极K逸出的光电子都能全部被吸引到阳极形成光电流，此时再增大路端电压，电路中的光电流也不再增大，C错.将电路中电源的极性反接，具有最大初动能的光电子有可能能够克服电场阻力到达阳极A，从而形成光电流，所以D正确.
答案BD
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.如右图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角.
（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将 （填“增大”“减小”或“不变”）.
（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针 （填“有”或“无”）偏转.
解析当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小.
使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强度无关.
答案（1）减小 （2）无
12.在某种介质中，某单色光的波长为λ，已知该色光光子能量为E，光在真空中的速度为c，则该介质对这种色光的折射率为 .
解析由E=hv得色光频率：v=
单色光在介质中传播的速度：v=
介质对这种色光的折射率：n=.
答案
13.在绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.68×10-7 m的光子，同时每放出1 mol氧气，植物储存469 kJ的能量.则绿色植物能量转化效率为 （普朗克常量h=6.63×10-34 J·s）.
解析吸收的能量为
E=8NAh
=8×6.0×1023×6.63×10-34×J
=1.43×106 J
则能量转化效率为
η=×100%=×100%=33%.
答案33%
14.康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向 运动，并且波长 （填“不变”“变小”或“变长”）.
解析因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E=hv知，频率变小，再根据c=λv知，波长变长.
答案1 变长
15.实验室用功率P=1 500 W的紫外灯演示光电效应.紫外线波长λ=2 537,阴极离光源距离d=0.5 m,原子半径取r=0.5×10-10 m,则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为.
解析以紫外灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为
E=πr2=3.75×10-20J
因此每个原子每秒钟接收到的光子数为
n==5个.
答案5个
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）为引起人眼的视觉，进入人眼的绿光的能量至少为每秒E=10-16 J.假设在漆黑的夜晚，在距人s=100 m远处点亮一只绿光小灯泡，为使人看到它的光线，小灯泡的功率至少为多大？（人用一只眼看，瞳孔直径为4 mm）
解析由题意知E=
解得
P=.
答案
17.（9分）分别用λ和λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2.以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？
解析设此金属的逸出功为W,根据光电效应方程得如下两式：
当用波长为λ的光照射时： ①
当用波长为34λ的光照射时： ②
又 ③
解①②③组成的方程组得：. ④
答案
18.（11分）纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面.将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官.糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果.一台功率为10 W氩激光器，能发出波长λ=500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3 J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？
解析（1）根据E=Pt,所以t= s=2×10-4 s.
（2）由E=n=nh得：
n=个=5×1015个.
答案2×10-4 s 5×1015个
19.（12分）如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生X射线.（h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C)
（1）如高压电源的电压为20 kV，求X射线的最短波长;
（2）如此时电流表读数为5 mA，1 s内产生5×1013个平均波长为1.0×10-10 m的光子，求伦琴射线管的工作效率.
解析（1）X射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短.
由W=Ue=hv=hc/λ
得λ=
=m
=6.2×10-11 m.
（2）高压电源的电功率
P1=UI=100 W
每秒产生X光子的能量
P2=nhc/λ=0.1 W
效率为η==0.1%.
答案（1）6.2×10-11 m (2)0.1%
高三物理同步检测(五)
光的干涉 光的衍射
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.下面是四种与光有关的事实,其中与光的干涉有关的是 ( )
A.用光导纤维传播信号
B.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
C.一束白光通过三棱镜形成彩色光带
D.水面上的油膜呈彩色
解析根据光的基本知识可知,与光的干涉有关的是B项和D项,它们都是薄膜干涉现象.A项利用的是光的全反射;C项是光的色散现象.
答案BD
2.平时我们看到的天空都是蔚蓝色的,对于其原因说法正确的是 ( )
A.太阳光中的蓝、靛、紫光波长比较短,不容易绕过空气等微粒而传播,一部分蓝、靛、紫光散射到空中形成的
B.这是太阳光在大气中被吸收的结果
C.这是因为大气吸收了太阳光中的蓝光形成的
D.这是因为蓝光的频率比较大,折射率比较大,传播的速度比较小
解析本题考查太阳光在大气中的散射现象.大气本身是无色的,天空的蔚蓝色是大气分子、冰晶、尘埃等和阳光共同作用的结果.阳光进入大气时,波长较长的红、橙光易绕过大气分子等,射向大地;而波长较短的蓝、靛、紫光碰到大气分子、冰晶等,很容易发生散射现象,一部分蓝、靛、紫光散射到天空中,天空便呈现出蔚蓝色了.
答案A
3.我国南宋时的程大昌在其所著的《演繁露》中叙述道：“凡风雨初霁，或露之未晞，其余点缀于草木枝叶之末，日光入之，五色俱足，闪烁不定，是及日之光品著色于水，而非雨露有所五色也.”文中所述是下列哪种光现象 ( )
A.反射 B.色散
C.干涉 D.衍射
解析本题是光学知识与语文知识的综合题.这段古代汉语的大致意思是:大体上风雨过后,天气转晴.有时会有没蒸发掉的水珠,它们点缀在草木枝叶之上,阳光照着它们,它们便呈现出五种色彩,并不停地闪烁.这是太阳光的颜色呈现在水珠上,并不是雨露水珠有五种颜色.以上现象是白光经过水珠多次折射造成的,属于光的色散现象.故正确选项为B.
答案B
4.关于光的干涉现象，下列说法正确的是 （ ）
A.在双缝干涉实验中，亮条纹的宽度是不等的
B.在双缝干涉实验中，把入射光由红色光换成紫色光，相邻亮条纹间距变宽
C.只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象
D.频率不相同的两列光也能发生干涉现象
解析本题考查双缝干涉实验和产生的条件.
在双缝干涉实验中，同种颜色光的干涉条纹间距是相等的，A错.红色光换成紫色光，波长变短，条纹间距变窄，B错.要观察到稳定的干涉现象，光波的频率必须相同，D错.故C正确.
答案C
5.对于某单色光,玻璃的折射率比水大,则此单色光在玻璃中传播时 ( )
A.其速度比在水中大,其波长比在水中长
B.其速度比在水中大,其波长比在水中短
C.其速度比在水中小,其波长比在水中短
D.其速度比在水中小,其波长比在水中长
解析本题考查光在介质中传播时,速度、波长如何变化.据v=知,单色光在玻璃中的折射率比在水中大,因而速度比在水中小;由v=λν知,光的频率不变,速度v变小,波长变短.C正确.
答案C
6.蚌壳内表面上有一薄层珍珠质,在白光照射下常会呈现美丽的色彩,这是 ( )
A.光的色散现象
B.光的干涉现象
C.光的全反射现象
D.蚌壳凹面对光的会聚现象
解析本题考查的是薄膜干涉.正确选项为B.
答案B
7.为了减少光学元件的反射损失,可在光学元件表面镀上一层增透膜,利用薄膜的干涉相消来减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n,厚度为d,它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消,那么绿光在真空中的波长为 （ ）
A. B.
C.4d D.4nd
解析本题考查薄膜干涉.设绿光在膜中的波长为λ,则由d=λ,得λ=4d,则绿光在真空中的波长为=nλ=4nd.
故正确选项为D.
答案D
8.关于双缝干涉实验,若用白光作光源照射双缝,以下说法正确的是 ( )
A.屏上会出现彩色干涉条纹,因为白光是由波长不同的各种颜色的光组成的
B.当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时,屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色衍射条纹
C.将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,屏上有亮光，但一定不是干涉条纹
D.将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,屏上无亮光
解析本题考查光的干涉和衍射,A正确.当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时,屏上出现的是单缝衍射条纹,B正确.两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,透过滤光片的分别是黄色光和蓝色光,它们的频率不同,不能叠加形成干涉条纹,但屏上有亮光,故C正确，D错.
答案ABC
9.红、黄、绿三种单色光以相同的入射角到达某介质和空气的界面时,若黄光恰好发生全反射,则 ( )
A.绿光一定能发生全反射
B.红光一定能发生全反射
C.三种单色光相比,红光在介质中的传播速率最大
D.红光在介质中的波长比它在空气中的波长长
解析同一介质对红光折射率小,对绿光折射率大,所以发生全反射时,红光的临界角最大,绿光的临界角最小.若黄光发生全反射,则绿光一定能发生全反射.由v=c/n得,红光速率大,红光在空气中的波长比在介质中要长.故正确选项为AC.
答案AC
10.如下图所示,用单色光做双缝干涉实验时,设两个狭缝、到屏上某点的路程差为d,则(波长为λ) ( )
A.距O点(d=0)最近的一条暗纹必是d=λ/2
B.对屏上某点d=nλ/2(I为正整数)时,出现暗纹
C.距O点越远的点d越长,就越容易出现暗条纹
D.用各色光在同一条件下实验时,频率越大的色光条纹间距越小
解析本题考查光的干涉实验.
在路程差d=0处,出现中心亮纹.从中心向两侧延伸,若某点的路程差d等于半波长的偶数倍,则该点出现亮条纹;若路程差d等于半波长的奇数倍,则该点出现暗条纹,d=处的暗纹是距离O点最近的暗纹.光的频率越大,波长越短,条纹间距越小,故正确选项为AD.
答案AD
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.1801年英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉现象.他用单色光照射屏上的一个小孔,是为了获得 ;由小孔射出来的光再射到两个小孔上,是为了获得 .
答案一个点光源 两个振动情况总相同的光源,即相干光源
12.在双缝干涉实验中,屏上一点P到双缝的路程差是2.6×m.若P点恰是暗纹,且和中央之间还有一条亮纹,则光的波长是 m.
解析本题考查双缝干涉.由题意知
λ=2.6×m
解得λ=1.73×m.
答案1.73×
13.和是两个相干的光源,发出的光波的波长为4.00×m,A点与和的路程差为1.80×m.若光源和的振动方向相同,则A点将出现条纹;若光源和的振动方向相反,则A点将出现条纹.(填“亮”或“暗”）
解析本题考查光的干涉中出现明暗条纹的条件.
n==
若光源和的振动方向相同,则A点将出现暗条纹;若光源和的振动方向相反,则A点将出现亮条纹.
答案暗 亮
14.下图是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图.
(1)图中①是光源,⑤是光屏,它们之间的②、③、④依次是 、 和 .
(2)下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是 .
A.增大③和④之间的距离
B.增大④和⑤之间的距离
C.将绿色滤光片改为红色滤光片
D.增大双缝之间的距离
解析本题考查双缝干涉实验.
(1)根据实验装置知,②、③、④依次是滤光片、单缝和双缝.
(2)由Δx=λ知,增大④和⑤之间的距离,是增大l,Δx变大;增大双缝之间的距离,Δx变小;将绿色滤光片改为红色滤光片,波长变长,Δx变大.故B、C选项能增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离.
答案(1)滤光片 单缝 双缝 (2)BC
15.在利用双缝干涉测光的波长的实验中,当分划板中心刻线对齐某明条纹的中心时,记下此时手轮上的读数;转动测量头使分划板中心刻线对齐第4条明纹的中心时,记下此时手轮上的读数.利用刻度尺测出双缝到屏的距离l,要求出相应光波的波长λ,还需已知的物理量是 .如果这一已知量用x表示,则λ的数学表达式是 .
解析本题考查双缝干涉实验.还需已知双缝的宽度x,由得:λ=.
答案双缝的宽度
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.(10分)为了减少玻璃表面光的反射损失,在玻璃表面涂上一层折射率n=1.25的增透膜.设入射光在真空中的波长=700 nm,为使这种波长的反射光能最大限度地被减弱,所涂薄膜的最小厚度应是多少?
解析为了使玻璃表面的反射光最大限度地被减弱,要求在玻璃表面所涂的增透膜的厚度,恰好满足从薄膜前后两个表面反射的光干涉相消,但薄膜的厚度不宜过大,其最小厚度应为光在薄膜中波长的.
设该光在真空中的波长为,频率为,则:
n==
λ==m=5.6×m
增透膜的最小厚度:
d=λ=1.4×m=140 nm.
答案140 nm
17.（10分）在双缝干涉实验中，已知双缝间距离是0.2 mm，双缝到光屏的距离为80 cm.某单色光的干涉图样中第一条亮纹中央到第四条亮纹中央的距离为7.80 mm，据此求单色光的波长是多少.
解析本题考查光的双缝干涉实验.
Δx=mm=2.60 mm
l=80 cm=800 mm
由Δx=λ
得λ=mm=6.5×mm=650 nm.
答案650 nm
18.(10分)在真空中波长是6×m的光是黄色光,波长是4×m的光是紫色光.现有一束频率=5×Hz的单色光,它在折射率n=1.5的玻璃中传播时的波长是多少?它在该玻璃中是什么颜色?
解析该单色光的波长
m=6×m
可见该单色光是黄色光.
光从真空进入玻璃时频率不变,速度变为:v=,所以光在玻璃中的波长:
λ=m=4×m
光的颜色是由光的频率决定的,光进入玻璃后,频率不变,故颜色不变,仍是黄色.
答案4×m 黄色
19.(10分)在双缝干涉实验中,用氦氖激光器作光源,其发出的红光频率为4.74×Hz，从双缝射出的光的振动情况完全相同，它们到达光屏上某点的路程差为2 531.6 nm.那么该点将出现怎样的干涉图样?
解析本题考查双缝干涉实验中出现明暗条纹的条件.根据光波的速度公式c=λf
有λ=m
=0.632 9×m=632.9 nm
光的路程差跟红光波长之比为
n==4
即路程差为红光波长的整数倍.因此,两束红光在该点振动加强,出现红色的明条纹.
答案红色的明条纹
高三物理同步检测(二)
光的折射全反射光的色散
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.如图所示,在两束光的交点P前,放一块长方形的玻璃砖,则交点位置变化情况是 ( )
A.不变 B.向左
C.向右 D.可能向左、也可能向右,由光的颜色决定
解析两条光线在透过玻璃砖后,都向外侧平移了一小段距离,所以交点向右移动一段距离.
答案C
2.水中的空气泡、玻璃中的空气泡,看上去比较亮,对这一现象表述正确的是 ( )
A.空气泡对光线有会聚作用
B.空气泡对光线有发散作用
C.从空气泡到达水或玻璃与气泡分界面处的光一部分发生全反射形成的
D.从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光一部分发生全反射形成的
解析当光从水中或玻璃中射到空气泡的界面处时,一部分光的入射角大于或等于临界角,发生了全反射现象,所以水中的空气泡和玻璃中的空气泡看起来比较亮.
答案D
3.根据下面的漫画,判断下列说法正确的是 ( )
A.人看到的是鱼的实像,位置变浅了
B.人看到的是鱼的虚像,位置变浅了
C.鱼看到的是人的实像,位置偏低些
D.鱼看到的是人的虚像,位置偏高些
解析本题考查折射成像.
水面下的鱼发出的光线,经水面发生折射后出射角变大,远离了法线,光线进入人眼后,人眼逆着射来的光线寻找鱼,看到的是鱼的虚像,位置变浅了,光路图如左下图所示.
岸上的人发出的光线,经水面发生折射后水中的折射角变小,靠近了法线,光线进入鱼眼后,鱼眼逆着射来的光线寻找人,看到的是人的虚像,位置变高了,光路图如右上图所示.B、D正确.
答案BD
4.一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气,在界面上的入射角为45°.下面四个光路图中正确的是 （ ）
解析本题考查全反射.设临界角为C,则
sinC==0.67 sin45°==0.707
入射角45°大于临界角C,发生全反射.
故正确选项为A.
答案A
5.在用插针法测定玻璃折射率的实验中,学生的实验方法和步骤完全正确,但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行,则 （ ）
A.入射光线与出射光线一定不平行,测量值偏大
B.入射光线与出射光线一定不平行,测量值偏小
C.入射光线与出射光线一定不平行,测量值仍然正确
D.入射光线与出射光线可能平行,测量值仍然正确
解析本题考查测玻璃折射率的实验.由折射定律及光路可逆知,出射光线与入射光线一定不平行,但所测折射率n=仍然正确.故正确选项为C.
答案C
6.红光和紫光以相同的入射角由空气射到矩形的玻璃砖上.关于光在玻璃中的传播及穿过后的情况,以下说法正确的是 ( )
A.红光在玻璃中的传播速度较大
B.紫光在玻璃中的传播速度较大
C.红光产生的侧移大
D.紫光产生的侧移大
解析本题考查光的折射及色散.如图所示,玻璃对紫光的折射率较大,因此紫光的侧移较大;玻璃对红光的折射率较小,由v=知,红光在玻璃中的传播速度较大.故正确选项为AD.
答案AD
7.如图所示,将半圆形玻璃砖放在竖直面内,它左方有较大的光屏P,线光源S可沿玻璃砖圆弧移动,它发出的光束总是射向圆心O.若S从图中A向B处移动,在P上先看到七色光带,以后各色光陆续消失.则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是 （ ）
A.红光→紫光,红光
B.紫光→红光,红光
C.红光→紫光,紫光
D.紫光→红光,紫光
解析本题考查光的折射与色散.从红光到紫光频率逐渐增大,在玻璃中的折射率也逐渐增大,从玻璃中出射偏离原来的方向便逐渐增大,因此从下到上的排列顺序为紫光→红光.因为紫光的临界角最小,所以最早消失的是紫光.故正确选项为D.
答案D
8.细红光束和细蓝光束垂直于AB面进入楔形棱镜,并能从AC面射出,如图所示.这两束光从棱镜的AC面射出后的情况是 （ ）
A.两束光一定相交
B.两束光仍然平行
C.两束光的反向延长线相交
D.条件不足,无法确定
解析本题考查光的折射.由于光的折射,红蓝两束光从AC面射出时均向BC面偏折,但由于蓝光频率高于红光频率,其折射率大于红光的折射率,所以蓝光的偏转角大于红光的偏转角,所以从AC面射出的两束光一定相交.故正确选项为A.
答案A
9.如图所示,一条红色光线和另一条紫色光线,以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块半圆形玻璃砖,其透射光线都是由圆心O点沿OC方向射出.则可知 ( )
A.AO是红光,它穿过玻璃砖所需时间较长
B.BO是红光,玻璃砖对它的折射率较小
C.AO是紫光,它穿过玻璃砖所需时间较长
D.BO是紫光,它穿过玻璃砖所需时间较短
解析本题考查光的折射及光在介质中的速度.由图及折射定律知,玻璃对AO的折射率大,对BO的折射率小.由于玻璃对红光的折射率小,对紫光的折射率大,所以BO为红光,AO为紫光.光在介质中的传播速度为,可知红光在玻璃中的速度大于紫光在玻璃中的速度.由知,红光比紫光穿过玻璃所需的时间短.故正确选项为BC.
答案BC
10.如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是分布均匀的透明介质.一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中 （ ）
A.1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能
B.4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能
C.7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能
D.只能是4、6中的一条
解析本题考查的是光的折射及光通过平行板时，方向不变，只发生侧移.从整体上看，它像平行玻璃砖，但是它内部的光路又不同于整块玻璃砖.但从左边AB面射入的光和从右边AB面射出的光应该平行，选项A、C不正确.因中间介质的折射率与玻璃折射率的关系不知道,故出射光线4、5、6中的任一条都有可能，B正确.所以正确选项为B.
答案B
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.新华社发:2005年5月23日16时50分至19时,山东省蓬莱市海滨、蓬莱阁和八仙渡景区以东海域上空出现了近年来规模最大、持续时间最长、最为清晰的一次海市蜃楼奇观,如下图所示.海市蜃楼产生的原因是: .
解析本题考查光的全反射产生的现象.
夏天,海面上的下层空气温度比上层低,密度、折射率都比上层大,远处的山峰、楼房等景物发出的光线射向空中时,不断被折射,越来越偏离法线,进入上层空气的入射角不断增大,以至于发生了全反射,光线返回地面,人们逆着光线看去,就会看到远方的景物悬在空中,这就是人们看到的海市蜃楼奇观.可见,海市蜃楼产生的原因是:光在密度不均匀的空气中传播时发生全反射产生的.
答案光在密度不均匀的空气中传播时发生全反射产生的
12.光在某种介质中的传播速度为1.5×m/s,则光从此介质射向真空的临界角是 .
解析本题考查折射定律及全反射.折射率为
则sinC=,故临界角为30°.
答案30°
13.若某介质的折射率为n，则从空气中射向该介质的光线，只有当入射角为 时，反射光线才会与折射光线恰好垂直.
解析本题考查光的折射和反射.
光路如图所示.
由题意知=90°
由折射定律得n=
则
答案arctan n
14.一单色光射入一折射率为的玻璃圆球,当入射角为θ时,发现恰可在球外三个不同方向上看到折射出的光线,如图所示.则角θ为 .
解析本题考查光的折射.由几何关系知折射角=30°,由折射定律知sinθ=nsin=
则θ=45°.
答案45°
15.如图所示,水面下有一水平放置的平面镜,一束白光垂直水面射入水中的镜面.已知红光和紫光从水中射向空气的临界角分别为、,那么当平面镜绕其中心并垂直于纸面的轴O转动时,至少需要转角度,才无光线射出水面.
解析本题考查光的反射和全反射.当平面镜旋转θ角时,反射光线转过的角度为2θ,反射光线在水面处的入射角也是2θ,光路图如图所示.红光的临界角最大,当红光发生全反射时,其他色光早已发生了全反射.故当2θ=时，无光线射出水面，此时镜面转过的角度θ=.
答案
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）如图所示，用折射率n=2的透明材料做的空心球，内、外半径分别为a和b.内球面上涂一层能完全吸收光的物质，则当被一束平行光照射时，被吸收掉的光束截面面积为多大？
解析不被吸收的临界光线是折射进球内与内球相切的光线，如图所示.这条光线在球外的入射光线与水平直径的距离即被吸收掉的光束截面半径.由折射定律sin =nsin=n
得R=bsin=na
则所求光束截面的面积为S=π=2π.
答案2π
17.(10分)对光学仪器定标时,需要确定两条平行光线的精确间距x.可以用如下办法:先使两条光线垂直且对称地射到一根圆柱形的玻璃棒上,如图所示,棒的半径为R,折射率n=1.60,然后调节两条光线间的距离,直到它们正好聚焦在玻璃棒圆周上对面的一点.试求x.
解析本题考查光的折射.
设入射角为,折射角为,由几何关系知
=2
则n= =2cos=1.6
解得cos=0.8
sin==0.6
sin=nsin=1.6×0.6=0.96
则x=2Rsin=1.92R.
答案1.92R
18.(10分)如图所示,横截面是直角三角形ABC的三棱镜对红光的折射率为,对紫光的折射率为.一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直射入,从另一个侧面AC折射出来.已知棱镜的顶角∠A=30°,AC边平行于光屏MN,且与光屏的距离为L.求在光屏上得到的可见光谱的宽度.
解析本题考查光的色散.光路如图所示.
设射到屏上的红光和紫光偏离O点的距离分别为和,折射角分别为和,入射角=30°.则由折射定律
得sin=
sin=
则
则可见光谱的宽度为
-＝L（-）.
答案L（-）
19.(12分)两束平行的细激光束,垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上,如图所示.已知其中一条光线沿直线穿过玻璃,它的入射点是O;另一条光线的入射点为A,穿过玻璃后两条光线交于P点.已知玻璃截面的圆半径为R,OA=,OP=R.求玻璃材料的折射率.
解析本题考查光的折射.光路如图所示:
其中一条光线沿直线穿过玻璃,可知O点为圆心;另一条光线沿直线进入玻璃,在半圆面上的入射点为B,入射角设为,折射角设为,则
sin==
=30°
因OP=R,由几何关系知BP=R,则折射角
=60°
由折射定律得玻璃的折射率为
n==1.73.
答案1.73
高三物理同步检测(六)
光的电磁说光的偏振激光
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.下列说法中正确的是 ( )
A.一切物体都在不停地辐射红外线,物体的温度越高,辐射的红外线波长越短
B.红外线容易穿过云雾烟尘,所以可用作红外线遥感、高空摄影、卫星地面摄影等
C.红外线、可见光、紫外线是原子内层电子受激后产生的
D.红外线的频率比红光低,它的显著作用是热作用
解析本题考查红外线的特点.ABD正确，C不正确.
答案ABD
2.下列哪种射线衍射现象最明显 （ ）
A.γ射线 B.紫外线
C.红外线 D.X射线
解析这四种射线中，红外线的波长最长，因而它的衍射现象最明显.C正确.
答案C
3.下列关于偏振光的说法中正确的是 ( )
A.自然光就是偏振光
B.沿着一个特定方向传播的光叫偏振光
C.沿着一个特定方向振动的光叫偏振光
D.不是光源直接发出的光,一般都是偏振光
解析光源直接发出的光是自然光,它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同.只沿着一个特定方向振动的光叫偏振光,不是光源直接发出的光,一般都是偏振光.故正确选项是C、D.
答案CD
4.下列应用激光的事例中正确的是 （ ）
A.利用激光进行长距离精确测量
B.利用激光进行通信
C.利用激光进行室内照明
D.利用激光加工坚硬材料
解析本题考查激光特点及应用.利用激光的平行度好可进行长距离测距;利用激光通过光导纤维可进行通信;利用激光的高能量可加工坚硬材料，所以本题正确选项为ABD.
答案ABD
5.根据电磁波谱,选出下列各组电磁波中频率相互交错重叠且波长顺序由短到长排列的是
( )
A.微波、红外线、紫外线
B.γ射线、X射线、紫外线
C.紫外线、可见光、红外线
D.紫外线、X射线、γ射线
解析本题考查电磁波谱的知识.由电磁波谱知B正确.
答案B
6．“风云二号”卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的具有接收云层辐射的红外线感应器完成的.云层上的黑白程度由辐射红外线的云层的温度高低决定.这是利用红外线的（ ）
A.不可见性 B.穿透性
C.热效应 D.化学效应
解析本题考查红外线的特点.红外线最显著的作用是它的热作用,本题所述情况就是由于红外线的热效应引起的,正确选项为C.
答案C
7.将两个偏振片紧靠在一起,把它们放在一盏灯前面,眼睛透过偏振片看到灯光很微弱.如果将其中一个偏振片旋转180°,在旋转过程中会观察到的现象是 ( )
A.灯光逐渐增强,然后又逐渐减弱
B.灯光逐渐增强,然后减到零
C.灯光逐渐增强,没有变弱现象
D.灯光逐渐增强,再减弱,然后又增强到较亮
解析开始眼睛透过偏振片看到灯光很微弱,表明开始时偏振片的两个偏振方向相互接近垂直.在此基础上旋转其中一个偏振片,则两个偏振方向逐渐趋向一致,所以灯光逐渐增强,当旋转到两个偏振方向完全一致时,看到的灯光最亮.再旋转时,两个偏振方向又趋向不一致,所以灯光又逐渐减弱.
答案A
8.2002年诺贝尔物理学奖获得者贾科尼领导研制了世界上第一个宇宙X射线探测器——爱因斯坦X射线天文望远镜,并借此首次发现了宇宙深处的X射线源,获得了宇宙早期演化以及星系的数据和资料.其中X射线的产生机理为 ( )
A.原子中自由电子的运动产生
B.原子的外层电子跃迁产生
C.原子的内层电子跃迁产生
D.处于激发态的原子核跃迁产生
解析本题考查X射线的产生机理.X射线是由原子的内层电子跃迁产生的,故正确选项为C.
答案C
9.准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光.用这样的激光刀对近视眼进行手术,手术时间短、效果好、无痛苦.下列关于这个治疗的说法正确的是 ( )
A.激光具有高度的方向性,可以在非常小的面积上对眼睛进行修复
B.激光治疗近视眼手术是用激光对视网膜进行修复
C.激光治疗近视眼手术是用激光对角膜进行切削
D.这个手术利用了激光的高能量
解析激光刀对近视眼进行手术,是利用了激光具有高度的方向性,可以在非常小的面积上对眼睛的角膜进行切削修复;D项显然是错误的.
答案AC
10.在拍摄水面下的景物或玻璃窗里的陈列物时,应在照相机镜头前面装一偏振片,这样做的目的是 ( )
A.减弱反射光,从而使景物清晰
B.增加反射光,从而使景物清晰
C.增强透射光,从而使景物清晰
D.减弱入射光,从而使景物清晰
解析水面或玻璃表面反射的光是偏振片,它的亮度高,影响成像的清晰度,所以,必须在照相机镜头前面装一偏振片,滤掉水面或玻璃表面反射的偏振光.
答案A
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.夏天,太阳光把地面晒得发热是因为太阳光中的 显著;经常在矿井下劳动的工人、软骨病人要经常晒晒太阳是因为太阳光中的 能促进生理作用,保障身体健康.
答案红外线热效应 紫外线
12.电焊工在工作时，都要戴上防护面罩，是因为电焊的弧光中有强烈的 ，它能灼伤人的眼睛.
解析电焊的弧光中有强烈的紫外线.
答案紫外线
13.间谍卫星上装有某种遥感照相机,可用来探测军用和民用目标,还能拍到晚上关灯行驶的汽车.这种使遥感照相机敏感的电磁波属于电磁波谱中的 波段.
解析不同电磁波段的电磁波,产生的机制不同、特点不同、应用也不同,能使遥感照相机敏感、成像的电磁波是红外线.
答案红外线
14.目前,许多的产品上面都贴有激光防伪商标,看起来色彩斑斓,这属于光的 现象;汽车的尾灯、灯塔及飞机的夜航灯都用红色光源,这是因为 .
解析激光防伪商标表面都有一层透光薄膜,在薄膜上下表面反射的两列光相互叠加,形成各色条纹,看起来色彩斑斓,所以这是一种光的干涉现象.在各种色光中,红光的波长最长,因此最容易发生衍射,在雾天或空气中尘埃较多的情况下,能够传播得较远,所以从较远处也能被观察到.
答案干涉 红光的衍射现象明显
15.用近年来高速发展的PDP等离子显示屏,可以制造出大屏幕壁挂式彩色电视机,使电视屏幕尺寸更大、图像更清晰、色彩更鲜艳,而本身的厚度只有8 cm左右.离子显示屏PDP是一种以等离子作为发光元件,并由大量的等离子管排列在一起构成屏幕,每一个等离子管的透明玻璃管内都充有低压的氖氙气体.管的两端各有一个电极,在两个电极间加上高压后,封在管内的气体便产生某种肉眼看不见的射线,此射线是 ,它能激发平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光,这是利用了此射线的 .每个等离子管作为一个像素,这些像素的明暗和颜色变化的组合,便形成了各种灰度和色彩的图像.
解析充有低压氖氙气体的玻璃管加上高压后,就会发出紫外线,而紫外线具有荧光效应,它能激发荧光粉发出可见光(和日光灯发光原理类似).
答案紫外线 荧光效应
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.(8分)19世纪60年代,麦克斯韦建立了完整的电磁场理论,预言了电磁波的存在,并且从理论上得出电磁波在真空中传播的速度是3.11×m/s,这与当时实验测得的光速3.15×m/s非常接近,由此麦克斯韦提出光在本质上是一种电磁波,这就是光的电磁说.后来,赫兹做了一系列实验,证实了电磁波的存在,并且测出了实验中电磁波的频率和波长,从而计算出了电磁波的传播速度,发现电磁波的速度确实与光速相同,这就证明了光的电磁说的正确性.赫兹在一次实验中,测得电磁波的周期是1.4×s,波长为4.8 m,据此算出的电磁波的波速是多大?
解析v==3.4×m/s.
答案3.4×m/s
17.(9分)有些动物在夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰在夜间却有很好的视力，这是因为它对某种波段的光线能产生视觉．根据热辐射理论，物体发出的光的最大波长与物体的绝对温度T满足关系式T＝2.90×m·K.若猫头鹰的猎物——蛇在夜间体温为27 ℃，则它发出光的最大波长是多少?属于电磁波的哪个波段?
解析由T=2.90×m·K
得=m=9.7×m
该波长属于红外线波段.
答案9.7×m 红外线
18.(11分)某脉冲激光器的耗电功率P=2×W,每秒钟输出10个光脉冲,每个脉冲持续时间t=s,携带能量为E=0.2 J,则每个光脉冲的功率是多大?该激光器把电能转化成激光能的效率是多少?
解析每个光脉冲的功率:
=W=2×W
激光器把电能转化成激光能的效率:
η==1×.
答案2×W 1×
19.(12分)收音机波段的接收频率范围是535~1 605 kHz,可见光的波长范围是400~770 nm,则可见光的频率范围是无线电波中波段频率范围的多少倍?
解析可见光的最短波长和最长波长的频率分别为
所以,可见光的频率范围与无线电波中波段频率范围之比为:
.
答案3.4×
高三物理同步检测(一)
光的直线传播光的反射平面镜成像
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.下列物体属于光源的是 ( )
A.眼睛 B.亮的电视机屏幕
C.发光的霓虹灯 D.月亮
解析自行发光的物体叫光源，电视机屏幕、霓虹灯是自己本身发光,所以是光源;眼睛、月亮本身不能发光,所以不是光源.
答案BC
2.关于光线,下面说法正确的是 ( )
A.光源能够发出无限多条光线
B.光线实际上是不存在的
C.很细的光束是光线,粗的光束不是光线
D.光线是用来表示光的传播方向的直线
解析光线是用来表示光的传播方向的直线,客观上光线是不存在的,所以A、C错误,B、D正确.
答案BD
3.下列说法正确的是 ( )
A.光总是沿直线传播
B.光在同一种介质中总是沿直线传播
C.光在同一种均匀介质中总是沿直线传播
D.光在任何介质中传播的速度都是3×m/s
解析光在同一种均匀介质中总是沿直线传播的,光在真空(或空气)中传播的速度是3×m/s,在其他介质中传播的速度都小于3×m/s.故正确选项是C.
答案C
4.下列现象能说明光是沿直线传播的是 ( )
A.小孔成像 B.日食、月食
C.海市蜃楼 D.射击中的三点一线
解析海市蜃楼是光的全反射现象;小孔成像、日食、月食是光的直线传播形成的,射击中所用的三点一线瞄准方法,利用了光的直线传播,所以能说明光是沿直线传播的有A、B、D.
答案ABD
5.某工棚的油毡屋顶上有一个小孔,太阳光通过它射到地面上时形成了一个圆形光斑.这一现象表明 ( )
A.光是沿直线传播的
B.太阳的形状是圆的
C.地面上的光斑是太阳的像
D.小孔的形状一定是圆的
解析地面上的光斑是太阳经小孔成的像,但小孔不一定是圆的.故正确选项是A、B、C.
答案ABC
6.医院外科手术室中的无影灯,是由多个大面积光源组合而成的.关于其照明效果,下列说法正确的是 ( )
A.没有影子 B.没有半影
C.没有本影 D.有本影
解析医院外科手术室中的无影灯是由多个大面积光源组合而成的,因此可以认为没有本影,但有半影,故只有C正确.
答案C
7.关于光的反射现象,下列说法正确的是 ( )
A.严格遵循反射定律的反射叫做镜面反射
B.漫反射的反射光射向四面八方,因此漫反射不遵循反射定律
C.镜面反射与漫反射均遵循反射定律
D.我们能看到本身不发光的物体,是因为它们能反射光
解析镜面反射与漫反射均遵循反射定律,因此A、B错误,C正确.平时我们能看到本身不发光的物体,是因为它们反射的光线进入了我们的眼睛,故D正确.
答案CD
8.人站在平面镜前,关于他的像,下列说法正确的是 ( )
A.人离平面镜越远,成的像越小
B.人在平面镜前任意的地方,都能在平面镜中成像
C.人在平面镜前任意的地方,都能看到自己的像
D.若人以速度v远离平面镜运动,则他看到他的像也可以速度v向相反的方向运动
解析根据平面镜成像的特点:物和像关于镜面对称,由物和像到镜面的距离相等,且物像等大可知,人的像总是和人等大,A错误.人在平面镜前任意的地方反射出去的光,都有一部分能射到平面镜上,因而都能在平面镜中成像,但是人在平面镜前任意的地方,并不是都能看到自己的像,故B对C错.若人以速度v远离平面镜运动,则他看到他的像是以速度2v向相反的方向运动,D错.
答案B
9.如右图所示,a、b、c三条光线会聚于S点,若在S点前任意位置放一平面镜,则 ( )
A.三条反射光线可能交于一点,也可能不交于一点
B.三条反射光线一定不会交于一点
C.三条反射光线一定会交于镜前一点
D.三条反射光线的反向延长线一定交于镜后一点
解析三条反射光线一定会交于镜前一点,、S关于镜面对称.可利用光路可逆来证明:假设一点光源位于,则它发出的光逆着原来反射光线的方向射到平面镜上,经平面镜反射之后,逆着原来入射光线的方向反射出去,其反向延长线一定会交于S点.
答案C
10.一点光源S经平面镜M成像于,人眼在P点可以观察到,如右图所示.若S、M之间放一不太大的遮光板N,则 ( )
A.S不能在平面镜M中成像
B.S仍能在平面镜M中成像
C.人眼观察到像的亮度将减小
D.人眼观察到像的亮度将不变
解析若在S、M之间放一不太大的遮光板N,点光源S发的光仍能射到镜面上,只是比不放遮光板N要少,因此S仍能在平面镜M中成像,A错B对.因人眼在P点,放不放遮光板,经镜面反射进入人眼的光线不变,故人眼观察到像的亮度将不变,C错D对.
答案BD
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.如图所示,光从一种介质射入另一种介质,在界面发生了反射和折射现象.其中 是界面, 是法线, 是入射光线, 是反射光线, 是入射角,
是反射角.
解析根据反射、折射现象的特点可知:是界面,MN是法线,CO是入射光线,OA是反射光线,∠COM是入射角,∠MOA是反射角.
答案见解析
12.如图所示,已给出了太阳和地球的位置,在地球上的AB区域能看到日环食,试在图中画出月球的大致位置.
解析画出的月球的大致位置如下图所示.
答案见上图
13.离太阳最近的恒星半人马座的南门二丙星(也叫比临星)发的光到达太阳约需4.2年,则太阳和南门二丙星相距 km;织女星离地球2.6×km,我们现在看到的织女星的光,实际上是它 年前发出的.
解析s=ct=3××4.2×365×24×3 600 m=3.97×m≈4×km
t= =s=8.67×s=27年.
答案4× 27
14.某汽车驾驶室外有一平面镜制作的观后镜,当汽车以60 km/h的速度在公路上向前行驶时,司机从镜中看到车后路边的树木向镜后运动的速度是 km/h.
解析以汽车为参考系,车后的树木相对于汽车向后运动的速度是60 km/h,司机相对汽车静止,故司机从镜中看到车后的树木向镜后运动的速度是60 km/h.
答案60
15.如图所示,点光源S位于平面镜MN前,试画出反射后过P点的反射光线和对应的入射光线.作图步骤为:
① .
② .
③ .
解析①根据平面镜成像的规律,作发光点S关于镜面的对称点,则就是S的像点.②连接P,交镜面MN于一点O,则O点就是光线的入射(或反射)点.③连接SO,则光线SO是入射光线,OP是反射光线.光路图如下图所示.
答案见解析
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.(8分)在太阳照射下,一位身高1.8 m的同学,站立在地面所形成的影子的长度为1.2 m,同时测得某电视塔在地面形成的影子的长度为262 m,则这个电视塔多高?
解析作出人和人的影子、电视塔和电视塔的影子,它们分别构成两个三角形,如图所示.因为太阳光是平行光,所以这两个三角形相似,通过解相似三角形,可以求得塔高.
因为:△ABC∽△,所以：
×AB=×1.8 m=393 m,即电视塔高为393 m.
答案393 m
17.(10分)太阳与月球的直径分别为1.39×km和3.5×km.设日全食时太阳到地面的距离为1.5×km,月球到地面的距离为3.8×km,试计算地面上能见到日全食区域的面积(可把该区域的地面视为平面).
解析根据光的直线传播,按题意画出光路图如图所示.
其中,太阳的半径为R,月球的半径为r;太阳离地面的距离为H,月球离地面的距离为h;地面上月球的本影半径为,则在地面上能见到日全食的区域就是月球的本影区域.
根据相似三角形的关系得:
=km
=1.6×km
所以,地面上能见到日全食的区域面积为:
S=π=3.14×(1.6×k
=8.0×k.
答案8.0×k.
18.(10分)如图所示,S为一在xOy平面内的点光源.一平面镜垂直于xOy平面放置,它与xOy平面的交线为MN,MN与x轴的夹角θ=30°.现保持S不动,令平面镜MN以速度v沿x轴正方向运动,则S经平面镜所成的像以多大速度沿什么方向运动?
解析把平面镜MN的速度v沿镜面方向和垂直镜面方向分解,如图所示.
=vsin30°=v
=vcos30°=v
平面镜沿镜面方向的分运动不会引起像的变化.平面镜以分速度沿S的连线向S运动,则S的像点以2的速度沿S的连线向S运动.
答案像以v的速度沿S的连线向S靠近.
19.(12分)一路灯距地面的高度为h,身高为l的人以速度v匀速行走,如图所示.
(1)试证明人的头顶的影子做匀速运动;
(2)求人影的长度随时间的变化率.
解析(1)设在t=0时刻,人位于路灯的正下方O处,在t时刻,人走到S处,根据题意有OS=vt ①
过路灯P和人头顶的直线与地面的交点M为t时刻人头顶影子的位置,如图所示.OM为人头顶影子到O点的距离.
由几何关系,有 ②
解①②式得OM=t ③
因OM与时间t成正比,故人头顶的影子做匀速运动.
(2)由上图可知,在t时刻,人影的长度为SM,
由几何关系知:SM=OM-OS ④
由①③④式得SM=t
可见影长SM与时间t成正比,所以影长随时间的变化率:k=.
答案(1)见解析 (2)
高三物理同步检测（十三）
原子的核式结构原子核天然放射现象
衰变放射性的应用与防护
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.下图所示的四个实验示意图中，启迪了卢瑟福提出原子核式结构模型的实验是 （ ）
解析图A是a粒子散射示意图，正是这个实验，促使了卢瑟福提出原子的核式结构模型.图B是双缝干涉实验示意图.图C是光电效应实验示意图.图D是天然放射现象示意图.故A正确.
答案A
2.关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是 （ ）
A.原子是一个质量分布均匀的球体
B.原子的质量几乎全部集中在原子核内
C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D.原子半径的数量级是10-10 m，原子核半径的数量级是10-15 m
解析根据卢瑟福的原子核式结构学说，正确的是BD.
答案BD
3.如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束.以下判断正确的是 （ ）
A.a为α射线、b为β射线
B.a为β射线、b为γ射线
C.b为γ射线、c为β射线
D.b为α射线、c为γ射线
解析本题考查三种射线.由α粒子带正电、β粒子带负电、γ射线不带电知,正确选项为B.
答案B
4.下列关于放射性元素的半衰期的几种说法正确的是 （ ）
A.同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长
B.放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用
C.氡的半衰期是3.8天，若有4 g氡原子核，则经过7.6天就只剩下1 g
D.氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天就只剩下一个
解析根据对半衰期的正确理解，说法正确的是BC.
答案BC
5.α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是 （ ）
A.α粒子与原子核外电子碰撞
B.α粒子与原子核发生接触碰撞
C.α粒子发生明显衍射
D.α粒子与原子核的库仑斥力作用
解析本题考查α粒子散射实验.
α粒子与原子核外电子的作用是很微弱的.由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力.D对.
答案D
6.我国的“神舟”六号载人飞船已发射成功，“嫦娥”探月工程也已正式启动.据科学家预测，月球上的土壤中吸附着数百万吨的32He,每百吨32He核聚变释放出的能量，相当于目前人类一年消耗的能量.下列关于32He的叙述正确的是 （ ）
A.和互为同位素
B. 原子核内中子数为2
C. 的原子核外电子数为2
D. 代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子
解析所有同位素的质子数相同而中子数不同，A错. 原子核内有2个质子，1个中子，原子核外有2个电子，B错CD对.
答案CD
7.建材中的放射性物质衰变生成具有放射性的氡气，会导致肺癌.其中建材中放射性元素含量很多的是钋222（），它发生多少次β衰变能生成氡222（） （ ）
A.222次 B.136次
C.2次 D.86次
解析本题考查β衰变.每发生一次β衰变，质量数不变，核电荷数增1，由此知正确选项为C.
答案C
8.1998年9月23日，铱卫星通讯系统在美国和欧洲正式投入商业运行.原计划的铱卫星系统是在距地球表面780 km的太空轨道上建立的一个由77颗小卫星组成的星座，这些小卫星均匀分布在覆盖全球的7条轨道上，每条轨道上有11颗卫星.由于这一方案的卫星排列与化学元素铱原子核外77个电子围绕原子核运动的图景类似，所以简称为铱星系统.自然界中有两种铱的同位素，质量数分别为191和193.则 （ ）
A.这两种同位素的原子核内的中子数之比为191∶193
B.这两种同位素的原子核内的中子数之比为57∶58
C.这两种同位素的质子数之比为191∶193
D.这两种同位素的质子数之比为1∶1
解析本题考查原子核的组成及同位素.同位素是指具有相同质子数和不同中子数的同种元素.由题意知铱的质子数为77，两种同位素的中子数分别为114、116，则两种同位素的中子数之比为57∶58，质子数之比为1∶1.故正确选项为BD.
答案BD
9.图中R是一种放射性物质，虚线方框是匀强磁场，L是厚纸板，M是荧光屏.实验时发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑,则关于此时磁场的方向、到达O点的射线、到达P点的射线，下列说法正确的是 （ ）
A.磁场方向垂直纸面向里
B.到达O点的是γ射线
C.到达P点的是β射线
D.到达P点的是α射线
解析本题考查三种射线的特点.由于α粒子的贯穿本领较弱，所以穿透厚纸板的是γ射线和β射线.由于γ射线不带电，β射线带负电，所以到达O、P点的分别是γ射线和β射线.由左手定则知磁场方向由外向里.故正确选项为ABC.
答案ABC
10.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹.在α粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，下列说法中正确的是 （ ）
A.动能先增加，后减少
B.电势能先减少，后增加
C.电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D.加速度先变大，后变小
解析由图知，α粒子从a到b，受斥力作用，电场力做负功，动能减少，电势能增加；α粒子从b再运动到c，电场力做正功，动能增加，电势能减少；到达c点时，由于a、c处在同一等势面上，所以从a到c总功为零，故A、B错误，C正确.α粒子从a到b，受的斥力越来越大，所以加速度越来越大，α粒子从b再运动到c，受的斥力越来越小，所以加速度越来越小，因此，α粒子从a到c，加速度先增大后减小，D对.
答案CD
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每题4分，共20分，把答案填在题中的横线上.
11.已知放射性同位素14C的半衰期是5 730年.现测得某生物化石中14C只剩下正常量的，该生物死后至今经历了大约 .
解析本题考查放射性同位素在考古中的应用.生物体内的14C在正常生活状况下应与大气中14C的含量保持一致.但当生物死亡后，新陈代谢停止，体内的14C不再更新，加之14C由于不断地衰变,其含量逐渐减少.据半衰期含义可推知：该生物化石已经历了5个半衰期，从而可知该生物死后至今经历了大约5 730×5=28 650（年）.
答案28 650年
12.使用γ射线探伤，即利用γ射线检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等，这是利用了γ射线的；用α射线可以泄去化纤、纺织品上的有害静电，这是利用了α射线的 .
解析使用γ射线探伤，是利用了γ射线贯穿本领强的特点；用α射线可以除去有害静电，这是利用了α射线的电离本领大，它能把空气电离成导电气体，从而使化纤、纺织品上的有害静电导泄走.
答案贯穿本领强电离本领大
13.放射性物质发出的射线可以导致癌症，这是因为放射性物质发出的射线能 .
解析放射性物质发出的射线能使DNA中的碱基对改变，发生基因突变.
答案使基因突变
14.我们居住的房屋所使用的建材、煤及天然气等都有可能会放出稀有放射性物质氡（Rn），它能严重损伤人体的组织和器官，导致病变成癌症，故氡被称为居室里的隐避杀手.那么降低居室中可能的放射性污染的常用方法有 .
解析使用放射性达标的建材；勤开窗户通风透气；绿化环境等都可以降低居室中可能的放射性污染.
答案见解析
15.医院里常用钴60作为放射源治疗有关疾病.钴60的半衰期为5.25年，现有10 g钴60被引进医院，问经 年，钴60减少为1.25 g.
解析设经过了n个半衰期，钴60减少为1.25 g，则
m=m0×()n
即1.25=10×()n,则n=3.
故经过t=3T=3×5.25年=15.75年，钴60由10 g减少为1.25 g.
答案15.75
三、本题4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（9分）若α粒子散射实验中的金箔的金原子量A=197，原子序数Z=79，试问：
（1）为什么只有极少数α粒子发生大角度偏转？
（2）当α粒子靠近金原子核表面，距原子核中心为10-13 m时，所受到的库仑力是多大？
解析（1）由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力而发生大角度的偏转.但原子核在原子内只占非常小的空间，原子内绝大部分空间里分布的是电子，而α粒子的质量远大于电子的质量，即电子对α粒子的影响很小，所以绝大多数α粒子离核很远，受到的库仑斥力小，基本上是按直线前进，只有极少数α粒子离核较近，所受斥力较大而发生大角度偏转.
（2）根据库仑定律，当r=10-13 m时，α粒子受到的库仑力是：
F=k=9×109×N=3.64 N.
答案（1）见解析 （2）3.64 N
17.（9分）地球的年龄到底有多大，科学家们是利用天然放射性元素的衰变规律来推测的.通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时（岩石形成初期不含铅）的一半.铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间的变化规律如下图所示.图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数，则由此可以断定：
（1）地球年龄大约为多少年？
（2）被测定的古老岩石样品在90亿年后的铀、铅原子数之比是多少？
解析（1）由于目前研究的岩石中铀的含量是岩石形成初期的一半，由图可知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年.
（2）由图知，90亿年对应的=，设铅原子的数目为，则有：
=,
所以：=,即90亿年时的铀、铅原子数之比是1∶3.
答案（1）45亿年 （2）1∶3
18.（11分）在匀强磁场中有一个静止放置的放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，它们的速度方向都与磁场方向垂直.若测得α粒子和反冲核的轨道半径之比为44∶1，如图所示.则反冲核的电荷数是多少？
解析放射性元素的原子核，放出α粒子的过程动量守恒，由于初始动量为零，所以末态动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，即p1=p2=p.因为它们在磁场中均做匀速圆周运动，故：
qvB=,R=,所以α粒子的半径：
R1=
设反冲核的电荷量为Q，则反冲核的半径：
R2=
所以：,Q=88e.
答案88
19.（11分）氢原子中电子离核最近的轨道半径r1=0.53×10-10 m，试计算在此轨道上电子绕核转动的频率和加速度（已知电子质量me=0.91×10-30 kg).
解析电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力.设电子绕核转动的频率为f，加速度为a，则：k=mea,所以：
a=k m/s2=9.01×1022 m/s2
根据向心加速度公式：a=rω2=4π2f2r,
所以：f=Hz=6.56×1015 Hz.
答案6.65×1015 Hz 9.01×1022 m/s2
高三物理同步检测（十四）
核反应 核能 裂变 轻核的聚变
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.关于太阳辐射能的主要由来，下列说法中正确的是 （ ）
A.来自太阳中重元素裂变反应释放的核能
B.来自太阳中轻元素聚变反应释放的核能
C.来自太阳中碳元素氧化释放的化学能
D.来自太阳中本身贮存的大量内能
解析本题考查轻核聚变的事例.正确选项为B.
答案B
2.在原子核的人工转变过程中，科学家常用中子轰击原子核，这是因为 （ ）
A.中子的质量较小
B.中子的质量较大
C.中子的能量较大
D.中子是电中性的
解析科学家常用中子轰击原子核，这是因为中子不带电，比其他带电粒子更能充分地接近原子核，故正确选项是D.
答案D
3.现已建成的核电站利用的是 （ ）
A.放射性元素衰变放出的能量
B.人工放射性同位素放出的能量
C.重核裂变放出的能量
D.轻核聚变放出的能量
解析本题考查重核裂变的应用.现已建成的核电站均是由重核裂变放出的能量.正确选项为C.
答案C
4.原子弹和氢弹各是根据什么原理制造的 （ ）
A.都是依据重核的裂变
B.都是依据轻核的聚变
C.原子弹是根据轻核聚变，氢弹是根据重核裂变
D.原子弹是根据重核裂变，氢弹是根据轻核聚变
解析本题考查原子弹和氢弹的制造原理.原子弹是根据重核裂变原理制造的，氢弹是根据轻核聚变原理制造的.故正确选项为D.
答案D
5.下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是 （ ）
A.+→+X
B. +→+X
C. +→+2+X
D. →+X
解析由质量数守恒和电荷数守恒可知，A、C选项中的X是中子，B选项中的X是质子，D项中的X是电子.
答案AC
6.关于铀核的裂变，下列说法正确的是 （ ）
A.铀核裂变的产物是多种多样的
B.铀核裂变时能同时释放2~3个中子
C.为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
解析铀核受到中子的轰击会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，具有偶然性，裂变成两块的情况较多，也可能分裂成多块，并放出几个中子.为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀235，并且要使铀块的体积超过临界体积，故A、B、C正确，D错误.
答案ABC
7.关于热核反应，下列说法正确的是 （ ）
A.只要有足量的和混合，就可以发生热核反应
B.热核反应中平均每个核子放出能量比链式反应多
C.地球内部持续进行着热核反应
D.热核反应需要几百万度的高温
解析要使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达到10-15 m.由于原子核都是带正电的，要接近到这种程度，就必须克服巨大的库仑斥力，这就要求原子核具有很大的动能，所以需要把它们加热到几百万度的高温，故A错、D对.热核反应与链式反应相比，平均每个核子放出能量要大3~4倍，B正确.太阳和其他恒星内部持续进行着激烈的热核反应，而不是地球内部，所以C错误.
答案BD
8.一个中子和一个质子相结合生成一个氘核，若它们的质量分别是m1、m2、m3，则 （ ）
A.由于反应前后质量数不变，所以m1+m2=m3
B.由于反应时释放出了能量，所以m1+m2＞m3
C.由于反应在高温高压下进行,从而吸收能量，所以m1+m2＜ m3
D.反应时放出了频率为的光子，式中c是光速，h是普朗克常量
解析本题主要考查质量亏损.由ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3)c2=hv知，v=是放出光子的频率，故只有BD正确.
答案BD
9.中微子离开太阳向地球运动的过程中，发生“中微子振荡”，转化为μ子和τ子.科学家通过中微子观测站的观察和理论分析，终于弄清了中微子失踪的比例和机理.若中微子在运动中只转化为τ子和μ子，已知μ子运动方向与中微子方向一致，则τ子的运动方向 （ ）
A.一定与中微子方向一致
B.一定与中微子方向相反
C.可能与中微子不在同一直线上
D.只能与中微子在同一直线上
解析由动量守恒定律可知：若μ子的动量大于中微子的动量，则τ子的运动方向与中微子原来的方向相反；若μ子的动量小于中微子的动量，则τ子的运动方向就与中微子原来的方向相同，故正确选项为D.
答案D
10.核电站的核心设施是原子反应堆，它是能实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，主要由四部分组成，关于这四部分组成下列说法正确的是 （ ）
A.原子燃料、减速剂、控制调节系统和冷却系统
B.原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C.原子燃料、调速剂、碰撞系统和传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统
解析本题考查原子反应堆的组成.反应堆的核燃料是用浓缩铀235制成的铀棒，铀235有易俘获慢中子、不易俘获快中子的特点，为维持链式反应，必须把裂变时产生的速度很大的中子的速度降下来，为此在铀棒周围放上减速剂，快中子与减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子.为了使反应堆保持一定的功率，必须控制参与反应的中子数目，以控制核反应的速度，因此在铀棒之间插入一些镉做成的控制棒，镉吸收中子能力很强，靠镉棒插入的深度，来控制调节核反应的速度.核燃料裂变放出的核能大部分转化成热，使反应区温度升高，水或液态金属钠等流体反应堆内外循环流动，把反应堆中的热量传出去，用于发电，同时也使反应堆冷却.A正确.
答案A
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每题4分，共20分，把答案填在题中的横线上.
11 .1896年 发现了天然放射现象，使人们认识到原子核是有内部结构的；1897年 发现了电子；1911年 提出原子的核式结构学说；1919年 用α粒子轰击氮原子核，从而发现了质子；1932年 在研究原子核人工转变现象中发现了中子.
解析1896年贝克勒尔发现了天然放射现象，使人们认识到原子核是有内部结构的；1897年汤姆生发现了电子；1911年卢瑟福提出原子的核式结构学说；1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，从而发现了质子；1932年查德威克在研究原子核人工转变现象中发现了中子.
答案贝克勒尔 汤姆生 卢瑟福 卢瑟福 查德 威克
12.现在，科学家们正在设法探寻“反物质”.所谓“反物质”,是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相等的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有反α粒子，它的质量数为 ，电荷数为 .
解析本题属简单的信息题，考查“反物质”及“反粒子”.由题中所述“反物质”的概念知，反α粒子就是质量数与α粒子相同，即为4，所带电荷为负电荷，电荷数与α粒子相同，即为2，所以应依次填“4”“-2”.
答案4 -2
13.（1）完成核反应方程：
→+ .
（2）衰变为的半衰期是1.2 min，则64 g经过6 min还有 g尚未衰变.
解析本题考查核反应方程及半衰期.
（1）方程为→+.
（2）m剩=m0()n=64×()5 g=2 g.
答案（1） （2）2
14.氘核、中子和质子的质量分别是2.001 36 u、1.008 7 u、1.007 3 u，需要用波长至少是 m的γ光子才能激发氘核分解（1 u=1.66×10-27 kg,h=6.63×10-34 J·s）.
解析本题考查质能方程及光子能量.
由E=Δmc2=h
得λ=
=m
=5.5×10-13 m.
答案5.5×10-13
15.在大质量恒星热核反应的最后时刻，中微子导致整个星体发生灾难——“超新星爆发”.恒星内部温度一旦达到5×109 K以上，一部分正、负电子湮灭产生中微子对，中微子立即携带产生的全部能量逃离恒星，在1 s内几乎带走星体全部热量，恒星在瞬间失去支撑星体的热压强，在它自身巨大引力作用下坍缩成一个“黑洞”.若电子质量m=0.91×10-30 kg，试估算一对中微子带走的能量为 MeV.
解析本题考查质能方程.正、负电子对湮灭产生中微子对时产生的能量可由爱因斯坦质能方程求得：
E=2mc2
=2×0.91×10-30×(3×108)2 J
=1.638×10-13 J
=1.02 MeV
即一对中微子带走的能量为1.02 MeV.
答案1.02
三、本题4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（7分）太阳每秒辐射出3.8×1026 J的能量，其中到达地球表面的能量中每秒有4.0×1010 kJ通过光合作用转化为化学能.求太阳每秒钟损失多少质量.通过光合作用，每年有多少太阳能转化为化学能?（每年按365天计）
解析（1）由质能方程
ΔE=Δmc2
得太阳每秒损失质量为
Δm==4.2×109 kg.
（2）每年通过光合作用利用的太阳能为
E=E1t
=4×1010×365×24×3 600 kJ
=1.26×1018 kJ.
答案（1）4.2×109 kg
（2）1.26×1018 kJ
17.(8分)一个中子轰击铀核（）可裂变生成钡（）和氪（）.已知、、和中子的质量分别是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u.写出铀裂变反应方程，并计算一个裂变时放出的能量.
解析本题考查核反应方程及质能方程的应用.
核反应方程为
+→++3
由质能方程得放出的能量为
ΔE=Δmc2
=200.55 MeV
=3.2×10-11 J.
答案+→++3
200.55 MeV或3.2×10-11 J
18.（10分）原子反应堆的功率为104 kW,1 h消耗的燃料为8.75 g.已知每个235U裂变时放出的核能为2×108 eV，求核燃料中所占的百分比.
解析本题考查核反应堆.
W=Pt=107×3 600 J=3.6×1010 J
W1=2×108eV=3.2×10-11 J
n==1.125×1021
m=235n u=235×1.125×1021×1.66×10-27 kg=4.39×10-4 kg=0.439 g
=5%.
答案5%
19.（15分）太阳现在正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和、等原子核组成的.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程式是2+4→+释放的核能，这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论，若由于核聚变反应而使太阳中的数目从现有数目减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为了简化，假定目前太阳全部由电子和组成.
（1）已知质子质量mp=1.672 6×10-27 kg, 的质量mα=6.645 8×10-27 kg，电子质量me=0.9×10-30 kg，光速c=3.0×108 m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.
（2）又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W=1.35×103 W/m2，太阳质量M=2×1030 kg,日地中心距离r=1.5×1011 m.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命（估算结果只要求一位有效数字）.
解析（1）根据质能公式，每发生一次核聚变反应释放的能量为：
ΔE=(4mp+2me-mα)c2=4.2×10-12 J. ①
（2）根据题给的假定，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为：N=×10% ②
因此太阳总共辐射的总能量为E=N·ΔE ③
太阳辐射是各向同性的，则每秒太阳向外放出的辐射能为：E0=4πr2W ④
所以太阳继续保持在主序星阶段的时间为：
t= ⑤
由①②③④⑤式得：t=
代入数据得：
t=3.3×1017 s=1×1010年=100亿年.
答案（1）4.2×10-12 J (2)100亿年
高三物理同步检测（十）
能级 物质波
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.根据玻尔的原子模型，原子中电子绕核运动的半径 （ ）
A.可以取任意值
B.可以在某一范围内任意取值
C.可以取一系列不连续的任意值
D.是一系列不连续的特定值
解析本题考查玻尔原子理论.由轨道量子化知正确选项为D.
答案D
2.根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指 （ ）
A.电子的动能
B.电子的电势能
C.电子的动能和电势能之和
D.电子的动能、电势能和原子核的动能之和
解析根据玻尔的氢原子理论可知，电子在各条可能轨道上运动的能量是指电子的动能和电势能之和，故正确选项是C.
答案C
3.根据物质波理论，以下说法正确的是 （ ）
A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性
B.宏观物体和微观粒子都具有波动性
C.宏观物体的波动性不易被观察到，是因为它的波长太短
D.物质波是一种概率波
解析根据物质波理论，宏观物体和微观粒子都具有波动性，只是宏观物体的物质波波长太短，不易观察到它的波动性，物质波也是一种概率波，故正确选项是B、C、D.
答案BCD
4.某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道时，辐射出波长为λ的光，已知普朗克常量为h，光在真空中的速度为c，则E′等于 （ ）
A.E-h B.E+h
C.E+h D.E-h
解析根据玻尔理论，原子放出光子后能量减少：E-=h，所以：=E-h,故A正确.
答案A
5.根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则 （ ）
A.电子轨道半径越小
B.核外电子运动速度越小
C.原子能级的能量越小
D.电子的电势能越大
解析根据可能的轨道半径公式rn=n2r1可知，量子数n越大，电子轨道半径越大，A错误.由,得v=e,可见，随着量子数n的增大，电子的运动速度减小，B对.根据En=E1,原子的能量随量子数n的增大即轨道半径的增大而增大（因E1为负值），故C错误.因轨道半径增大时，需要克服原子核的引力做功，所以电子的电势能增加，D对.
答案BD
6.氢原子从n=2的激发态直接跃迁到n=4的激发态时，需要吸收蓝光光子.当氢原子从基态直接跃迁到n=4的激发态时，不可能吸收的是 （ ）
A.红外线 B.红光
C.紫光 D.γ射线
解析本题考查玻尔理论.
氢原子从n=2的激发态直接跃迁到n=4的激发态时，需要吸收蓝光光子，则氢原子从基态直接跃迁到n=4的激发态时需要吸收的光子能量一定大于蓝光光子能量，所以吸收的不可能是红外线光子和红光光子；γ射线光子是高频光子，能量很大，若处于基态的氢原子吸收了γ射线光子，则氢原子一定被电离，不可能处在n=4的激发态，故吸收的不可能是γ射线.紫光光子能量大于蓝光，故吸收的可能是紫光.
答案ABD
7.“秒”是国际单位制中时间的单位，它等于133Cs原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9 192 631 770倍.据此可推知，这两能级之间的能量差为（普朗克常量h=6.63×10-34 J·s） （ ）
A.6.09×10-24 eV
B.6.09×10-24 J
C.3.81×10-5 J
D.3.81×10-5 eV
解析设133Cs原子在两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期为T0，由题意知：9 192 631 770T0=1 s，故v=9 192 631 770 Hz，E=hv=6.63×10-34×9 192 631 770 J=6.09×10-24 J=3.81×10-5 eV.
答案BD
8.处于基态的氢原子在某单色光的照射下，只能发出频率为v1、v2、v3的三种光，且v1＜v2＜v3,则该单色光的能量为 （ ）
A.hv1 B.hv2
C.hv3 D.h(v1+v2+v3)
解析处于基态的原子要发光，必须先吸收一定的能量E，如果是用光照射来提供这个能量，则E=hv,使之处于激发态.由于激发态能量高，原子不稳定，就会向低能级跃迁，从而发出一系列频率的光子，但这些光子的频率决不会大于v，且必有一种频率等于v.由题意知，该氢原子受激后只能发出频率为v1、v2、v3的三种光，且v1＜v2＜v3，即最高频率是v3，那么照射光频率必是v3，光子能量是hv3.
答案C
9.在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量m=1.67×10-27 kg，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子的动量的数量级可能是 （ ）
A.10-17 kg·m/s B.10-18 kg·m/s
C.10-20 kg·m/s D.10-24 kg·m/s
解析本题考查德布罗意波.
根据德布罗意波长公式λ=得：
p==kg·m/s=3.6×10-24 kg·m/s
可见，热中子的动量的数量级是10-24 kg·m/s.
答案D
10.如图所示为氢原子的能级图，若用能量为12.75 eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，则 （ ）
A.氢原子能从基态跃迁到n=4的激发态上去
B.有的氢原子能从基态跃迁到n=3的激发态上去
C.氢原子最多能发射3种波长不同的光
D.氢原子最多能发射6种波长不同的光
解析本题考查玻尔理论.
根据氢原子的能级图可知，处于基态的氢原子的能量E1=-13.6 eV,吸收能量为12.75 eV的光子后，其能量变为：En=(-13.6+12.75) eV=-0.85 eV.由能级图可知，氢原子被激发到n=4的能级上，故A正确，B错误.处在n=4激发态上的氢原子可以向n=1、n=2、n=3能级跃迁，发出3种不同波长的光；处在n=3激发态上的氢原子可以向n=1、n=2能级跃迁，发出2种不同波长的光；处在n=2激发态上的氢原子可以向n=1能级跃迁发出1种波长的光.可见氢原子最多可发出6种不同波长的光，D正确，C错误.
答案AD
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.质量为5 t的汽车，以20 m/s的速度行驶时，其对应的德布罗意波长为 m，已知可见光波长的数量级是10-11 m，则它是汽车的德布罗意波长数量级的 倍.
解析λ= m=6.63×10-39 m
k==1028.
答案6.63×10-39 1028
12.按照玻尔理论，氢原子处在量子数为n=2和n=3的定态时，其相应的原子能量的比值是
.
解析根据En=E1，所以：E2=×E1，E3=×E1,=.
答案9∶4
13.氢原子在基态时的能级E1=-13.6 eV，其电子的轨道半径r1=0.35×10-10 m，则电子在此轨道上的电势能为 .
解析根据＝m，所以Ek1=mv12==13.6 eV
E1=Ek1+Ep1，Ep1=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV.
答案-27.2 eV
14.氢原子的能级图如图所示，欲使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子至少需要吸收的光子能量为 eV，此光子的频率为 Hz.
解析本题考查氢原子能级跃迁.从能级图知，处于基态的氢原子要想释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子至少需要吸收13.6 eV能量的光子；根据E=hv
v=Hz=3.3×1015 Hz.
答案13.6 3.3×1015
15.已知氢原子的基态能量是E1=-13.6 eV，第二能级能量是E2=-3.4 eV.如果氢原子吸收
eV的能量，它可由基态跃迁到第二能级.如果氢原子再获得1.89 eV的能量，它还可由第二能级跃迁到第三能级.因此，氢原子的第三能级能量E3= eV.
解析本题考查玻尔氢原子能级.由题意知
ΔE1=E2-E1
=-3.4 eV+13.6 eV
=10.2 eV
E3=E2+ΔE2
=-3.4 eV+1.89 eV
=-1.51 eV.
答案10.2 -1.51
三、本题4小题，共40分.解答要写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（9分）处于基态的氢原子的核外电子的轨道半径r=0.35×10-10 m，试计算在这种定态下，核外电子的德布罗意波长.（电子的电荷量e=1.60×10-19 C，电子的质量m=0.91×10-30 kg，静电力常量k=9×109 N·m2/C2）
解析根据得：v=e
电子的德布罗意波长：
λ=m=2.7 10-10 m=0.27 nm.
答案0.27 nm
17.(9分)钠光谱中两条黄色谱线的波长分别为λ1=589.6 nm，λ2=598.0 nm，试分别计算钠原子辐射这两种波长的光时跃迁前后的能级差.
解析根据玻尔理论，钠原子在某两能级之间跃迁时，辐射出的光子的能量就等于钠原子在这两能级之间跃迁时的能级差.即：
ΔE1=hv1=J=3.73×10-19 J=2.108 eV
ΔE2=hν2=J=3.326×10-19 J=2.079 eV.
答案2.108 eV 2.079 eV
18.(10分)氢原子的核外电子处于第三轨道上，当它向能级较低的轨道跃迁时，放出光子，则放出光子的最长波长和最短波长之比是多少？
解析氢原子从第三轨道跃迁到第二轨道时，放出光子的能量最小，波长最长：h==E3-E2=-
氢原子从第三轨道跃迁到第一轨道时，放出光子的能量最大，波长最短：
h
由以上方程得：
即放出光子的最长波长和最短波长之比是32∶5.
答案32∶5
19.（12分）氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于n=3的激发态，它们在向基态跃迁过程中，最多能发出几种频率的光？频率各是多少？
解析本题考查氢原子能级跃迁.
从能级图可以看出，氢原子从n=3的激发态向基态跃迁过程中可以发出3种频率的光：
（1）E3-E1=hv1
v1=×1.60×10-19 Hz=3.1×1015 Hz
（2）E3-E2=hv2 v2==4.6×1014 Hz
（3）E2-E1=hv3 v3= =2.5×1015 Hz.
答案3 3.1×1015 Hz 4.6×1014 Hz 2.5×1015 Hz
期末综合测试
高三物理同步检测（十七）
期末综合测试（A卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是 （ ）
A.到达O处光的强度会明显减弱
B.到达O处光的强度不会明显减弱
C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α
D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
解析本题考查光的偏振的实际应用.
由题意知，转动B使到达O处的光最强，则偏振片A、B的偏振方向相同.若在A、B之间放上待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使偏振光的偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱.若适当旋转A或B，可以使偏振光通过偏振片A、糖溶液和偏振片B后到达O处的光强度最大，并且偏振片旋转的角度等于糖溶液的旋光度α，故ACD正确.
答案ACD
2.沙尘暴是由于土地沙化形成的恶劣的气象现象.发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是因为这种情况下 （ ）
A.只有波长较长的一部分光才能到达地面
B.只有波长较短的一部分光才能到达地面
C.只有频率较大的一部分光才能到达地面
D.只有能量较大的光子才能到达地面
解析本题考查光发生明显衍射的条件，波速、波长与频率的关系.波长较长的光更容易发生衍射，A正确.
答案A
3.光热转换是将太阳光能转换成其他物质内能的过程.太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳光能转换成水的内能.真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳光能转化为水的内能，这种镀膜技术的物理学依据是 （ ）
A.光的直线传播
B.光的粒子性
C.光的干涉
D.光的衍射
解析本题考查薄膜干涉在太阳能热水器中的应用.正确选项为C.
答案C
4.要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜.有关电子显微镜的下列说法正确的是 （ ）
A.它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射
B.它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射
C.它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射
D.它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射
解析电子显微镜的分辨率比光学显微镜更高，是因为电子物质波的波长比可见光短，和可见光相比，电子物质波更不容易发生明显衍射，所以分辨率更高，A正确.
答案A
5.已知一束可见光a是由m、n、p三种单色光组成的.检测发现三种单色光中，n、p两种色光的频率都大于m色光；n色光能使某金属发生光电效应，而p色光不能使该金属发生光电效应.那么，光束a通过三棱镜的情况是 （ ）
解析本题考查光的频率与光的能量及折射率的关系.由题意知，vn＞vp＞vm,根据频率与折射率的关系得：nn＞np＞nm，折射率大的偏折角大，故A正确.
答案A
6.根据表格中的内容，判断下列说法正确的是 （ ）
材料
铯
钙
镁
铍
钛
金
逸出功W/eV
1.9
2.7
3.7
3.9
4.1
4.8
A.只要入射光的强度足够大，照射时间足够长，表中的金属均可以发生光电效应
B.用某种光照射表中金属时，均能够发生光电效应，则从铯表面逸出的光电子的最大初动能最大
C.使表中金属发生光电效应时，铯的极限频率最小
D.使表中金属发生光电效应时，金的极限波长最小
解析本题考查光电效应的规律.
根据光电效应的规律，要想使金属产生光电效应，入射光的频率必须大于或等于金属的极限频率，而与入射光的强度和照射时间长短无关，A错误.由Ek=hv-W知，铯的逸出功最小，则从铯表面逸出的光电子的最大初动能最大，B正确.hv0= =W，铯的逸出功最小，铯的极限频率最短；金的逸出功最大，金的极限频率最大，极限波长最短，CD均正确.
答案BCD
7.如图所示，只含黄光和紫光的复色光PO沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两束光OA和OB，沿如图方向射出.则 （ ）
A.OA为黄光，OB为紫光
B.OA为紫光，OB为黄光
C.OA为黄光，OB为复色光
D.OA为紫光，OB为复色光
解析本题考查折射和全反射.因为射到界面上的光线被分成两束，其中光线OB一定是反射光线，而两种色光不论是否发生全反射，都一定有反射光线.据反射定律，两种色光的入射角相同，反射角一定相同，所以光线OB一定是黄光和紫光组成的复色光.虽然两种色光的入射角相同，但它们的折射率不同，所以折射角不同，若都没有发生全反射，则应该有两条折射光线，但折射光线只有一条，说明一种色光已经发生了全反射.紫光的折射率大，临界角小，是紫光发生了全反射，所以光线OA一定是黄光.C正确.
答案C
8.下列叙述中正确的是 （ ）
A.放射性元素的半衰期与元素所处的外部环境无关
B.β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚而形成的电子流
C.重核的裂变和轻核的聚变都可以放出大量的能量
D.一种元素的同位素具有相同的化学性质和不同的物理性质
解析放射性元素的半衰期是由元素原子核内部的因素决定的，与外部环境无关，选项A对.β射线是原子核内一个中子变成一个质子时放出电子形成的，选项B错.重核裂变和轻核聚变时都要发生质量亏损，放出能量，选项C对.一种元素的同位素具有相同的化学性质和不同的物理性质，选项D对.故正确选项为ACD.
答案ACD
9.在活着的生物体内，由于新陈代谢作用，所含的C元素中有一定比例的.生物体死亡后，的含量将不再增加.随着时间的推移，的数量将因放射性衰变而逐渐减少.因此，测定生物化石中的含量，与活的生物体中的含量相比较，就可以判断出生物化石的年龄.已知的半衰期约为5.7×103年.关于原子核的组成以及在考古学中的应用，以下的判断中正确的是 （ ）
A. 原子核中包含有14个中子和6个质子
B. 原子核中包含有14个核子，其中有8个中子
C.若测定某一块生物化石中的含量是活的生物体内的1/4，这块生物化石的年龄大约为1.1×104年
D.若测定某一块生物化石中的含量是活的生物体内的1/4，这块生物化石的年龄大约为2.3×104年
解析本题考查原子核的组成及半衰期. 含有6个质子，8个中子，共有14个核子，选项A错B对.当含量为生物体内的14时，经历了2个半衰期，化石年龄约为：t=2T=2×5.7×103年=1.1×104年.故正确选项为BC.
答案BC
10.一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示.若两圆半径之比为44∶1，则 （ ）
A.发生的是α衰变
B.轨迹2是反冲核的径迹
C.反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动
D.该放射性元素的原子序数是90
解析本题考查的是衰变与带电粒子在磁场中的运动.发生衰变时，放出的射线与新核速度方向相反，因轨迹是内切圆，所以是β衰变，A错.
由半径公式r=知，电子轨迹为1，新核轨迹为2，B对.
由=，得q2q1=441，则放射性元素的原子序数为43，D错.
由左手定则知C对.故正确选项为BC.
答案BC
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.以下是四个核反应方程，请把X1、X2、X3和X4代表的核符号填写在核反应方程后面的空格内.
①+→++3X1
②→+X2
③→+X3
④→+X4
则X1： ；X2： ；X3： ；X4 .
解析本题考查核反应方程.
根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知
X1是;X2是；X3是；X4是.
答案
12.如图所示，是生产、生活中大部分光电控制设备（如夜亮昼熄的路灯）用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成.
（1）示意图中，a端应是电源的 极.
（2）光控继电器的原理是： .
解析本题考查光电效应的应用.
（1）正极.
（2）当光照射到光电管上时，阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁磁化，将衔铁N吸住.没有光照射到光电管上时，阴极K不发射电子，电路中无电流，衔铁N在弹簧弹力作用下离开电磁铁.
答案（1）正 （2）略
13.用双缝干涉测光的波长的实验中，已知双缝到光屏的距离l=600 mm，双缝之间的距离d=0.20 mm，某同学用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻度线对准某条亮纹（记作第一条）的中心，这时手轮上的示数如图甲所示；然后他转动测量头，使分划板中心刻度线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如图乙所示.这两次测量的示数分别为 mm和 mm.由此可以计算出这次实验中所测的单色光的波长为 mm.（结果保留三位有效数字）
解析本题考查螺旋测微器的读数和条纹间距公式.
两次测量的示数分别为：0.641 mm,10.293 mm
所以相临两条亮（或暗）纹的间距：
Δx=mm=1.608 8 mm
根据Δx=λ
λ==mm=5.36×10-4 mm.
答案0.641 10.293 5.36×10-4(5.34×10-4~5.38×10-4都对）
14.用如图所示的装置测定玻璃的折射率.在光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖，使二者的圆心重合，一激光束从玻璃圆弧面一侧入射并垂直平面AOB，通过圆心O射出玻璃砖，记下入射光束在光具盘上所对应的位置的刻度.以圆心O为轴逆时针转动光具盘，同时观察从平面AOB一侧出射光线的变化，出射光线不断向下偏转并越来越暗，直到刚好看不到出射光线为止，记下这时入射光线在光具盘上对应的刻度.光具盘上两次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的 .玻璃折射率的表达式n= .
解析本题考查光的全反射.
由题意知临界角为θ，则折射率为n=.
答案临界角
15.太阳内部发生热核反应，每秒钟辐射出的能量约为3.8×1026 J，据此可估算太阳一年内质量将减少 kg.（保留两位有效数字）
解析本题考查质能方程.
由ΔE=Δmc2得Δm=
则太阳一年内质量减少为
ΔM=ΔmT==1.3×1017 kg.
答案1.3×1017
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）图示为氢原子的能级图.用光子能量为13.07 eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有多少种？
解析本题考查原子能级跃迁规律.
（1）基态氢原子能级值为-13.61 eV,吸收了13.07 eV的能量后变为-0.54 eV，因而由基态跃迁到第5能级.
（2）处在第5能级上的大量氢原子，向低能级跃迁时发出大量光子，光子种类是=10（种）.
答案10种
17.（10分）一束单色光照射到极限频率为v0的某金属表面上产生了光电子，当光电子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，求此单色光光子的频率和能量.
解析本题考查光电效应和带电粒子在匀强磁场里的匀速圆周运动.
（1）设光电子的最大速度为v，则evB=m
v=.
（2）根据爱因斯坦光电效应方程：mv2=hv-hv0
v=m×+v0=+v0
E=hν=+hν0.
答案+v0 +hν0
18.（10分）如图所示，山区盘山公路的路面边上一般都等间距地镶嵌一些小玻璃球，当夜间行驶的汽车的车灯照上后显得非常醒目，以提醒司机注意.若小玻璃球的半径为R，折射率是3，今有一束平行光沿直径AB方向照在小玻璃球上，试求离AB多远的入射光经折射—反射—折射，再射出后沿原方向返回即实现“逆向反射”？
解析本题考查光的折射及光路可逆.光路如图所示.由几何关系知
θ1=2θ2
n===2cosθ2=
解得cosθ2= θ2=30°
θ1=60°,sinθ1=
d=Rsinθ1=R.
答案R
19.（12分）已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u,的质量为3.015 0 u.两个氘核聚变成并放出一个中子.若两个氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的和中子的动能各是多少兆电子伏？（质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV）
解析核反应方程为+→+
由题给条件可求出质量亏损为
Δm=2.013 6×2 u-(3.015 0+1.008 7) u=0.003 5 u
释放的核能为
ΔE=Δmc2=931.5×0.003 5 MeV=3.26 MeV
因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为和中子的动能.设和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，反应后动能分别为Ek1、Ek2.则由动量守恒及能量的转化和守恒定律，得
m1v1-m2v2=0
Ek1+Ek2=2E0+ΔE
解得
Ek1=（2E0+ΔE）/4
=（2×0.35+3.26）/4 MeV
=0.99 MeV
Ek2=3（2E0+ΔE）/4
=2.97 MeV.
答案0.99 MeV 2.97 MeV
高三物理同步检测（十八）
期末综合测试（B卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验.从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明 （ ）
A.光具有波动性
B.光具有波粒二象性
C.微观粒子也具有波动性
D.微观粒子也是一种电磁波
解析本题考查电子能产生干涉现象，表明电子具有波动性.干涉现象是波的特征，电子是微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性.但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波.
答案C
2.本题中用大写字母代表原子核.E经α衰变成为F，再经β衰变为G，再经α衰变为H.上述系列衰变可记为下式：EFGH
另一系列衰变如下：PQRS
已知P是F的同位素，则 （ ）
A.Q是G的同位素，R是H的同位素
B.R是E的同位素，S是F的同位素
C.R是G的同位素，S是H的同位素
D.Q是E的同位素，R是F的同位素
解析本题考查α衰变和β衰变的规律.
由于P和F是同位素，所以它们的质子数相同，设为n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：
可见，R和E是同位素，S和F是同位素，B对.
答案B
3.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图（1）所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图（2）所示.干涉条纹有如下特点：
①任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.
现若在图（1）装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹 （ ）
A.变疏 B.变密
C.不变 D.消失
解析本题是一道有关薄膜干涉的信息题，其中①是一条辅助信息，它说明图(1)装置的干涉条纹为什么如图（2）所示；信息②才是解决问题的钥匙.据②知，两条相邻的明（或暗）条纹对应的厚度差y与条纹间距x的关系如上图所示，由几何关系知：y=xtanθ.当图（1）中抽取一张纸片时，θ变小，tanθ变小，因y不变，所以x应变大，即干涉条纹变疏.故A正确.
答案A
4.如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象.这个实验表明 （ ）
A.光是电磁波
B.光是一种横波
C.光是一种纵波
D.光是概率波
解析本题考查光的偏振现象.光的偏振现象说明光是一种横波，所以正确选项为B.
答案B
5.如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单色光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环.以下说法正确的是 （ ）
A.干涉现象是凸透镜下表面反射光和凸透镜上表面反射光叠加形成的
B.干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃板上表面反射光叠加形成的
C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D.若将该装置放到真空中观察，就无法看到牛顿环
解析本题考查光的干涉.
牛顿环是玻璃板上表面的反射光与凸透镜下表面的反射光叠加形成的干涉现象；因为玻璃板与凸透镜之间的空气膜厚度不均匀，所以形成的干涉条纹间距不均匀，故BC正确，AD错误.
答案BC
6.在2004年诺贝尔物理学奖新闻发布会上，评委们在介绍两位获奖者的主要成就——“渐进自由”理论时，用橡皮筋打了一个比方，这时，一名红衣女郎和一名黑衣男子突然拉着一条彩带上场，演示了“色力”（组成中子和质子的夸克之间的相互作用力）和“距离”的相互关系，似乎和实际生活中的男女之间“距离产生美”的道理有着异曲同工之妙.从演示看，下列对“色力”理解正确的是 （ ）
A.“色力”的大小随夸克之间距离的减小而增大
B.“色力”可能表现为引力
C.“色力”的大小随夸克之间距离的增大而增大
D.“色力”就是分子力
解析本题以新信息的提取与推理为核心命题，考查了现代粒子物理知识.从题中给出的信息，可以推断出“色力”可能表现为引力；橡皮筋打的比方、男女之间“距离产生美”，即距离大了相互吸引力加强，表现了“色力”的大小随距离的增大而增大.故BC正确.
答案BC
7.氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是 （ ）
A.核外电子受力变小
B.原子的能量减少
C.氢原子要吸收一定频率的光子
D.氢原子要放出一定频率的光子
解析本题考查玻尔理论.
由玻尔理论知，当电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，要放出能量，故要发射一定频率的光子；电子的轨道半径小了，由库仑定律知，它与原子核之间的库仑力大了，故AC错，BD正确.
答案BD
8.如图所示，两束不同单色光A和B，分别沿半径射入截面为半圆的玻璃砖中，都经圆心O沿OP方向射出，下列说法中正确的是 （ ）
A.在玻璃中B光传播速度较大
B.A光光子的能量较小
C.若分别用这两种单色光进行双缝干涉实验，并保持其他实验条件相同，则A光在屏上形成的明暗条纹宽度较宽
D.若用B光照射某金属板能产生光电效应，则用A光照射该金属板也一定能产生光电效应
解析本题考查几何光学和物理光学的基本知识.
由图知，B光的偏折程度大，nB>nA，根据v=,vBvA，所以，A光光子的能量小，B对.λB<λA，所以在相同条件下，A光在屏上形成的明暗条纹较宽，C对.vB>vA,B光能使某金属发生光电效应，A光不一定能使该金属发生光电效应，D错.
答案BC
9.如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，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，入射角为45°(相应的折射角为24°).现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示.则 （ ）
A.光束1转过15°
B.光束1转过30°
C.光束2转过的角度等于15°
D.光束2转过的角度大于15°
解析当半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15°时，法线随之转过15°，则入射角增大到60°.由反射定律知光束1转过30°角，选项B对A错.由折射定律=n=知，入射角增大的角度大于折射角增大的角度，所以光束2转过的角度小于15°，选项CD错.故正确选项为B.
答案B
10.在如图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转.而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么 （ ）
A.A光的频率一定等于光电管金属材料的极限频率
B.B光的频率小于A光的频率
C.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b
D.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a
解析A单色光照射光电管时，电流表指针发生偏转，说明发生了光电效应现象，即A光频率大于或等于光电管阴极的极限频率.用B单色光照射时不发生光电效应，说明B光频率小于光电管阴极的极限频率，选项A错B对.打出的光电子在光电管中由右向左运动，电子便由b向a通过电流表，则电流方向由a到b流过电流表，选项C对D错.故正确选项为BC.
答案BC
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.“神光”装置是我国规模最大、国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm 的紫外激光.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，则该紫外激光所含光子数为 个.(取两位有效数字)
解析本题考查激光及光子论.由题意知
E=nh
解得
n===4.2×1021（个）.
答案4.2×1021
12.如右图所示，给出了氢原子最低的4个能级.氢原子在这些能级之间跃迁，所吸收的光子的最大频率是 Hz，所吸收的光子的最小频率是 Hz.
解析本题考查氢原子的玻尔模型.
因为是吸收光子，氢原子从低能级向高能级跃迁.
从基态向第4能级跃迁，吸收光子的能量最大，频率最大：
ν大=
=×1.60×10-19 Hz
=3.1×1015 Hz
从第3能级向第4能级跃迁，吸收光子的能量最小，频率最小：
v小==1.6×1014 Hz.
答案3.1×1015 1.6×1014
13.一束激光垂直照射在半球形玻璃砖的直径上，并过圆心O沿直线在球面上射出，玻璃砖的半径为R.当激光束向上平移距离d时，再从A点垂直射入玻璃砖，恰好没有光线从球面上射出，则玻璃砖的折射率为n= .
解析本题考查利用光的全反射测玻璃折射率的原理.如图所示，由题意知临界角的正弦为
sinC=
则玻璃砖的折射率为
n=.
答案
14.如图，画有直角坐标系xOy的白纸位于水平桌面上，M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合.OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，α是直线OA与y轴正方向的夹角，β是直线OP3与y轴负方向的夹角.只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测出角α和β，便可求得玻璃的折射率.某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大头针，但在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的措施是 .若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是 .若他已正确地测得了α、β的值，则玻璃的折射率n= .
解析（1）该学生在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，这表明入射光线OA已在x轴处的玻璃与空气的分界面上发生了全反射，即角α已大于或等于临界角；他要看到P1、P2的像，应减小入射角α.所以他应采取的措施是：另画一条直线OA，使它与y轴正方向的夹角变小，小到能在第Ⅳ象限看到P1、P2的像.
（2）确定P3位置的方法是：在第Ⅳ象限观察P1、P2的像，使P2的像挡住P1的像，然后在该视线上再插第三枚大头针P3，使P3挡住P1、P2的像.
（3）n=sinβ/sinα.
答案另画一条直线OA，使它与y轴正方向的夹角变小在第Ⅳ象限观察P1、P2的像，使P2的像挡住P1的像，然后在该视线上再插第三枚大头针P3，使P3挡住P1、P2的像sinβ/sinα
15.太阳内部进行着剧烈的氢核聚变反应，氦核是由4个质子生成，同时有正电子放出，正电子又会和负电子湮没成为一对光子，在这一系列核反应中放出4.5×10-12 J的能量.已知太阳现在每秒辐射5.0×1026 J的能量，则上述生成氦核的核反应方程是： 每年减少的质量是
解析本题考查核反应方程和爱因斯坦质能方程.
（1）核反应方程是：4→+2
（2）太阳一年释放的总能量是：
E=5×1026×365×24×3 600 J=1.6×1034 J
太阳每年减少的质量是：Δm==1.8×1017 kg.
答案4→+2 1.8×1017 kg
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）图中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节.甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图所示.二人略错开，以便甲能看到乙的像.以l表示镜的长度，h表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l的最小值为多少？
解析本题考查平面镜成像.
设甲离镜距离为s,则乙离镜距离为2s.
（1）根据平面镜成像的特点，像和物关于镜面对称，作乙经平面镜成的像;
（2）由甲的眼睛向乙的像两端作两条直线OD、OC，直线OD、OC分别与镜子相交于B、A两点，则线段BA就是镜子的最小长度，如图（1）所示.
（3）完成光路图如图（2）所示.
（4）由几何关系知，△OAB与△OCD相似，
所以：
l=.
答案
17.（10分）如图所示，一束光线射到一个玻璃球体上，该玻璃圆球的折射率是，光线的入射角是60°.求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向与入射方向的夹角.
解析光路如图所示
由折射定律
sinθ1=nsinθ2
得sinθ2=
则θ2=30°
由于△AOB是等腰三角形，有θ3=θ2=30°
由折射定律
sinθ4=nsinθ3
得θ4=60°
由几何关系知∠3=∠1+∠2=30°+30°=60°
即透射光与原入射光的夹角为60°.
答案60°
18.（10分）众所周知，地球围绕太阳做椭圆运动.阳光普照大地，万物生长.试根据学过的知识论述说明随着岁月流逝，地球公转的周期、日地平均距离及地球表面的温度将怎样变化.(不考虑流失及外星球与地球发生碰撞的可能性)
解析(1)太阳内部进行着激烈的热核反应并辐射光子，据质能方程ΔE=Δmc2可知太阳质量M不断减小.
(2)由F=G可知，因M减小，即提供的向心力减小，不能满足所需的向心力，地球将慢慢向外做离心运动，即R增大.
(3)由G=mR,得T2=R3.
由R增大，可知T增大.
(4)由于太阳质量减小,辐射光子的功率不断减小，而R增大，所以辐射到地球表面的功率不断减小，因此地球表面温度将逐渐降低.
答案公转周期变大 地平均距离变大 球表面温度降低
19.（12分）1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是用太阳能电池把所接收到的太阳光能转化成电能供电动机工作的.假设车上的太阳能电池接收太阳光能的面板面积S=8 m2，正对太阳时能产生U=120 V的电压，并对车上的电动机提供I=10 A的电流，电动机的电阻R=4 Ω，太阳光照射到地面上单位面积上的辐射功率P0=1.0×103 W,求：
（1）该车的太阳能电池转化太阳光能为电能的效率η1是多大？电池把电能转化成机械能的效率η2是多大？
（2）太阳辐射的能量实际上是核聚变释放的核能，其热核反应方程是4→+2，若质量m=1 kg的质子发生此核聚变所释放的核能完全转化为该车行驶的机械能，则能够维持该车行驶的最长时间是多少？（已知mp=1.672 6×10-27 kg,mα=6.642 5×10-27 kg,me=0.000 9×10-27 kg,质子的摩尔质量M=1.0×10-27 kg/mol,NA=6.02×1023 mol-1)
解析（1）太阳能电池转化太阳光能为电能的效率：
η1==15%
电池把电能转化成机械能的效率：
η2==66.7%.
（2）4个质子核聚变为1个氦核释放的核能：
ΔE=(4mp-mα-2me)c2=4.15×10-12 J
1 kg质子都参与核聚变所释放的能量：E=.
（3）设车行驶的最长时间为t，则
E=（UI-I2R）t
t===1.30×1011 s=4.12×103年.
答案(1)15% 66.7%
(2)4.12×103年
高三物理同步检测（十一）
第二十一章单元测试（A卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.关于光电效应,以下说法正确的是 ( )
A.金属电子的逸出功与入射光的频率成正比
B.光电流的强度与入射光的强度成正比
C.用不可见光照射金属,一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大
D.对于任何一种金属都存在一个极限波长,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生光电效应
解析本题考查光电效应.金属电子的逸出功由金属本身决定,与入射光的频率无关,A错.光电流的强度与入射光的强度成正比,B对.不可见光包括能量大的紫外线,X射线,γ射线,也包括能量比较小的红外线、无线电波,C错.金属逸出功的存在,决定了入射光的波长必须小于极限波长,才能产生光电效应,D对.
答案BD
2.光电效应的实验装置如下图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转
B.用红色光照射锌板,验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是正电荷
D.使验电器指针发生偏转的是负电荷
解析本题考查光电效应.紫外线照射锌板能使锌板发生光电效应,红色光不能使锌板发生光电效应,A对B错.锌板发生光电效应时,锌板上的电子逸出,所以锌板与指针均带正电,使指针偏转的也是正电荷之间的斥力，故A、C正确.
答案AC
3.下列说法正确的是 （ ）
A.光波是一种概率波
B.光波是一种电磁波
C.单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量不变
D.单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变
解析本题考查光的本性.光是一种电磁波，同时也是一种粒子，即光子.光子在空间各点出现的可能性大小（概率）可以用波动规律来描述，所以光波是一种概率波.单色光从光密介质进入光疏介质时，频率不变，故光子的能量不变；但是光速变大了，因此波长变长.A、B、C正确.
答案ABC
4.用绿光照射一光电管能产生光电效应.欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大,应 ( )
A.改用红光照射
B.增大绿光的强度
C.增大光电管上的加速电压
D.改用紫光照射
解析本题考查光电效应方程.由光电效应方程Ek=hv-W可知,要使最大初动能Ek增大,需增大照射光的频率v.故正确选项为D.
答案D
5.仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条分离的不连续的亮线,其原因是 ( )
A.观察时氢原子有时发光,有时不发光
B.氢原子只能发出平行光
C.氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的
D.氢原子发出的光互相干涉的结果
解析本题考查玻尔原子理论.由玻尔原子理论知正确选项为C.
答案C
6.氢原子辐射出光子后,根据玻尔理论,下列说法中正确的是 ( )
A.电子绕核旋转的半径变小
B.氢原子的能量增加
C.氢原子的电势能增加
D.氢原子核外电子的速率增大
解析本题考查的是玻尔原子理论.氢原子辐射出光子后,根据玻尔理论,电子向低能级跃迁,电子绕核旋转的半径减小,由k,得v=,知电子速率增大.在此过程中库仑力做正功,电势能减少.故正确选项为A、D.
答案AD
7.下表给出了一些金属材料的逸出功.
材料
铯
钙
镁
铍
钛
逸出功（×10-19 J）
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
现用波长为400 nm的单色光照射上述材料,能产生光电效应的材料最多有几种 ( )
(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s)
A.2种 B.3种
C.4种 D.5种
解析本题考查光电效应.
(1)波长为400 nm的单色光光子的能量:
E=hν=h=6.63×10-34×J=4.95×10-19 J.
(2)只有光子的能量大于金属的逸出功,才能使金属发生光电效应,故光子只能使铯、钙发生光电效应,A正确.
答案A
8.物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝.实验表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识，其中正确的是 （ ）
A.曝光时间不长时，光的能量小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子
B.单个光子的运动没有确定的轨道
C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D.只有大量光子的行为才表现出波动性
解析本题考查光的本性.根据光的波粒二象性可知，B、C、D正确.
答案BCD
9.处于基态的氢原子的能量值是-13.6 eV，4种光子的能量值如下，其中有几种光子能使基态的氢原子电离 （ ）
A.10.2 eV B.13.6 eV
C.13.9 eV D.3.4 eV
解析本题考查氢原子跃迁、电离.
处于基态的氢原子要想电离，必须吸收大于或等于13.6 eV能量的光子，所以B、C正确.
答案BC
10.下表列出了几种不同物质在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长.根据表中数据可知,下列说法正确的是 ( )
质量(kg)
速度(m/s)
波长(m)
弹子球
2.0×10-2
1.0×10-2
3.3×10-30
电子(100 eV)
9.1×10-31
5.0×106
1.2×10-10
无线电波(1 MHz)
3.0×102
A.要检测弹子球的波动性几乎不可能
B.无线电波通常情况下只能表现出波动性
C.电子照射到金属晶体上才能观察到它的波动性
D.只有可见光才有波粒二象性
解析本题考查对波粒二象性的理解.由德布罗意波的波长知正确选项为A、B、C.
答案ABC
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.照射某种金属的光子能量为5 eV时,逸出的电子的最大初动能是1.5 eV.如果光子的能量为8 eV,则逸出的电子的能量为 eV.
解析本题考查光电效应方程的应用.由
Ek1=E1-W
Ek2=E2-W
得Ek2=Ek1+E2-E1
=1.5 eV+8 eV-5 eV=4.5 eV.
答案4.5
12.光具有波粒二象性，个别光子往往表现出 ，大量光子往往表现出 ；高频光子表现出的 较强，低频光子表现出的 较强；光在传播过程中显示 ，光与物质发生作用时显示 .
解析本题考查光的波粒二象性的表现形式.
个别光子往往表现出粒子性，大量光子往往表现出波动性；高频光子表现出的粒子性较强，低频光子表现出的波动性较强；光在传播过程中显示波动性，光与物质发生作用时显示粒子性.
答案粒子性波动性粒子性波动性波动性粒子性
13.波长在315~400 nm范围内的紫外线是地表生物所必需的,而波长在280~315 nm范围内的紫外线对于人类会造成危害.光子能量是4 eV的紫外线是属于上述两个波长范围中的 范围内的.用这种紫外线照射逸出功是7.6×10-19 J的银板 (填“能”或“不能”）放出光电子.（普朗克常量h=6.63×10-34 J·s）
解析本题考查紫外线的特点及光电效应产生的条件.光子的能量:E=4 eV=4×1.60×10-19 J=6.4×10-19 J
小于银的逸出功7.6×10-19 J,故不能使银产生光电效应，放不出光电子.
由E=hv=得
λ=m
=3.1×10-7 m=310 nm.
答案280~315 nm 不能
14.当前，世界女子百米赛跑的最好成绩是10秒77，这是由保加利亚的运动员拉洛娃创造的.若一同学的质量是60 kg，以世界女子百米赛跑冠军的速度奔跑，他的德布罗意波长是 m；可见光中最短的波是紫光光波，紫光波长是400 nm，那么紫光波长是这个同学德布罗意波长的 倍.
解析本题考查德布罗意波，并理解生活中通常物体没有表现出波动性的原因.该同学的速度：
v=m/s=9.29 m/s
该同学的德布罗意波长：
λ=m=1.19×10-36 m=1.19×10-27 nm
n===3.36×1029（倍）.
答案1.19×10-27 3.36×1029
15.氢原子从能级A跃迁到能级B时,辐射出波长为λ1的光子;从能级A跃迁到能级C时,辐射出波长为λ2的光子.若λ1＞λ2,则氢原子从能级B跃迁到能级C时,将 光子,光子的波长为 .
解析本题考查氢原子能级跃迁.
由题意知,氢原子从能级B跃迁到能级C时,辐射出光子.设光子的波长为λ
=EA-EB ①
=EA-EC ②
=EB-EC ③
由①②③得=-
λ=.
答案辐射
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.(9分)伦琴射线管中阳极与阴极间所加电压为3×104 V，求伦琴射线管中所发出的X射线的最短波长是多少.(电子电荷量e＝1.6×10-19 C，电子的初速度可认为等于零)
解析从阴极射出的电子经加速后射到阳极表面时具有的动能为
mv2=eU
设伦琴射线的最短波长为λ，则
hν=h=mv2
由以上两式解得
λ=m
=4.1×10-11 m.
答案4.1×10-11 m
17.(9分)已知某金属表面在波长为λ和2λ的单色光照射时,释放出的光电子的最大初动能分别为30 eV和10 eV.则能使此金属表面产生光电效应的入射光的极限波长是多少?
解析本题考查光电效应方程的应用.
E1=h-W
E2=h-W
W=h
由以上三式联立解得λ0=4λ.
答案 4λ
18.（10分）红宝石激光器发射的激光是一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲.现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt=1.0×10-11 s，波长为693.4 nm.问每列光脉冲的长度是多少？其中含有的光子数n是多少？
解析每列光脉冲的长度
L=cΔt=3×108×1.0×10-11 m
=3.0×10-3 m
每个光子的能量E1=h
每列光脉冲含有的光子数
n= =3.5×1017（个）.
答案3.0×10-3 m 3.5×1017个
19.(12分)现有1 200个氢原子被激发到量子数为4的能级上,若这些受激氢原子最后都回到基态,则在此过程中发出的光子总数是多少?假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子数的.
解析(1)由题中信息知,处在量子数为4的能级上的1 200个氢原子均分成三份:400个氢原子由第4能级直接跃迁到基态,发出400个能量最大的光子;400个氢原子由第4能级跃迁到第2能级,发出400个光子;400个氢原子由第4能级跃迁到第3能级,发出400个光子.此过程一共发出了1 200个光子.如左下图.
(2)处在量子数为3的能级上的400个氢原子又均分成2份:200个氢原子由第3能级直接跃迁到基态,发出200个光子;200个氢原子由第3能级跃迁到第2能级,发出200个光子.此过程一共发出了400个光子.如右上图.
(3)处在量子数为2的能级上的氢原子一共有600个,它们跃迁到基态发出600个光子.如右图.
(4)综合(1)(2)(3)知,此过程中发出的光子总数是2 200个.
答案2 200个
高三物理同步检测（十二）
第二十一章单元测试（B卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.入射光照射到金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,但频率保持不变,那么以下说法正确的是 ( )
A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加
B.逸出的光电子的最大初动能减少
C.单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少
D.有可能不再产生光电效应
解析本题考查光电效应的基本规律.
由光电效应的基本规律知,光的频率不变,逸出的光电子的最大初动能不变;入射光的强度减弱,单位时间内照射到金属上的光子数减少,因而单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少;只要入射光的频率大于金属的极限频率,就能产生光电效应,并且是瞬时的,不会因入射光的强度减弱而延长时间.ABD错,C对.
答案C
2.爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说.从科学研究的方法来说这不属于 ( )
A.等效代替 B.控制变量
C.科学假说 D.数学归纳
解析本题考查科学研究方法.爱因斯坦由光电效应的实验规律提出光子说,属于科学假说.光子说圆满地解释了光电效应的实验规律,后来的康普顿效应又无可辩驳地证明了光是一种粒子,光子说得到了验证,由假说上升为一种正确理论.
答案ABD
3.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 ( )
A.原子要吸收光子，电子的动能增加，原子的电势能增加
B.原子要放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少
C.原子要吸收光子，电子的动能增加，原子的电势能减少
D.原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增加
解析本题考查氢原子玻尔理论.电子从离核较近轨道跃迁到较远轨道，能量增加.由能量守恒知，原子要吸收光子，该过程中电子要克服库仑力做功，动能减少，原子的电势能增加.故正确选项为D.
答案D
4.氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光,那么氢原子从第5能级跃迁到第2能级可能发出 ( )
A.绿光 B.红光
C.黄光 D.紫光
解析本题考查玻尔理论.由于E5-E2＞E4-E2,所以该光子的能量比蓝光光子的能量大,放出的可能是紫光，D正确.
答案D
5.某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量.则激光器每秒发射的光子数为 ( )
A. B.
C. D.Phc
解析本题考查光子论及能量守恒.
由P·1=nh得n=
故正确选项为A.
答案A
6.一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示.已知金属板b有光电子放出，则可知 ( )
A.板a一定不放出光电子
B.板a不一定放出光电子
C.板c一定不放出光电子
D.板c一定放出光电子
解析介质对不同频率的色光折射率不同，频率越高折射率越大，通过三棱镜后偏折得越厉害.由题图可知，经玻璃三棱镜分别射向金属板a、b、c的三束光，频率依次升高.a、b、c是相同的金属板，发生光电效应的极限频率是相同的，b板有光电子放出时，说明金属的极限频率低于射向b板的光的频率，但不能确定其值是否也低于射向a板的光的频率，故c板一定有光电子放出，a板不一定有光电子放出.故正确选项为B、D.
答案BD
7.氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示.在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 （ ）
A.40.8 eV B.43.2 eV
C.51.0 eV D.54.4 eV
解析本题考查玻尔理论.
（1）由玻尔理论知，基态的氦离子要实现跃迁，入射光子的能量应该等于氦离子在某激发态与基态的能量差.
（2）氦离子在图示的各激发态与基态的能量差：
ΔE1=E∞-E1=0-(-54.4 eV)=54.4 eV
ΔE2=E4-E1=-3.4 eV-(54.4 eV)=51.0 eV
ΔE3=E3-E1=-6.0 eV-(-54.4 eV)=48.4 eV
ΔE4=E2-E1=-13.6 eV-(54.4 eV)=40.8 eV
可见，40.8 eV、51.0 eV、54.4 eV都能被基态氦离子吸收.
答案ACD
8.对光电效应的解释正确的是 （ ）
A.金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同
解析按照爱因斯坦的光子说，光子的能量是由光的频率决定的，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大.但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量.但电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，否则当光的频率低而照射时间足够长时，也会发生光电效应.电子从金属中逸出时，处在金属表面的电子向外逸出时克服原子核的引力所做的功最小，这个功称为逸出功.不同金属的逸出功不同.
答案BD
9.用电子显微镜观察一微生物的内部结构，需要把电子的德布罗意波长设定为λd，已知普朗克常量为h，电子的质量为m，电荷量为e，电子的初速度不计.则显微镜工作时电子的加速电压应是以下哪个值 （ ）
A. B.
C. D.
解析根据动能定理：eU=mv2=
所以p=,由德布罗意波长公式：
λd=,A正确.
答案A
10.如图是产生X射线的装置，叫做X射线管，图中的K是阴极，A是阳极.通电时，由阴极发出的电子，打在阳极上，从阳极上激发出X射线（也称X光）.设其中光子能量的最大值等于电子到达阳极时的动能.已知阴极与阳极之间的电势差U、普朗克常量h,电子电荷量e和光速c，则（设电子初速度为零） ( )
A.X射线是从对阴极A发出的
B.高压电源的a端为负极
C.X射线管发出的X光的最长波长为
D.X射线管发出的X光的最短波长为
解析X射线是从对阴极A发出的,A选项对.高压电源的a端是正极,B错.当电子的动能全部转化为X光的能量时，其波长最短，由eU=h得,λmin=，选项Ｄ对Ｃ错.故正确选项为A、D.
答案AD
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.根据玻尔理论,当原子跃迁时,若E初＞E终,则原子将产生 现象.基态氢原子的能量值是-13.6 eV,当一个氢原子由基态跃迁到量子数n=2的定态时需要吸收 eV的能量;如果向一个处于基态的氢原子提供8 eV的能量,氢原子的能级将 (填“跃迁”或“不跃迁”).
解析由玻尔理论知,氢原子由高能级向低能级跃迁时,将辐射出光子,产生发光现象;向处于基态的氢原子提供8 eV的能量，因不满足基态到n=2激发态的能量差,基态的氢原子将不吸收、不跃迁.
答案发光 10.2 不跃迁
12.人眼对绿光最敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒有6个光子射入瞳孔,眼睛就能觉察.普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3.0×108 m/s,则能觉察到绿光时眼睛所接收到的最小功率是 .
解析一个绿光子的能量:E=hv=,眼睛接收到的最小功率:
P最小=6E/（1 s）=
=W=2.3×10-18 W.
答案2.3×10-18 W
13.光电管是把光信号转变成电信号的核心器件.用频率为v的光照射光电管，发射的光电子的最大初动能为E，若改用频率为2v的光照射光电管，则发射的光电子的最大初动能为 .
解析本题考查光电效应方程.
设光电管所用金属材料的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程得：E=hv-W ①
=2hv-W ②
解①②组成的方程组得：=hv+E.
答案hv+E
14.如图所示,给出氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁时所辐射的光子频率最多有 种，其中最小的频率等于 Hz.(保留两位有效数字)
解析本题考查玻尔氢原子理论.由图知辐射的光子频率最多有6种，由E4-E3=hv
得最小频率为
v==Hz=1.0×1033 Hz.
答案6 1.0×1033
15.在光电效应实验中,如果实验仪器及线路完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是 .
解析本题考查光电效应实验.如果入射光的频率太小,不能产生光电效应,电路中无电流.即使产生了光电效应,若反向电压太大,仍然没有电流通过灵敏电流计.
答案入射光的频率太小或反向电压太大
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.(8分)已知处于基态的氢原子的电子轨道半径r=0.53×10-10 m,基态的能级值为E1=-13.6 eV.
(1)有一群氢原子处在量子数n=3的激发态,画一能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出几种光谱线.
(2)计算这几条光谱线中最短的波长.
解析(1)氢原子一共发出3种光谱线,如右图所示:
(2)从n=3的激发态跃迁到基态时,放出的光子能量最大,波长最短.
由E3-E1=得:
λ==m
=1.65×10-7 m=165 nm.
答案(1)如图 (2)165 nm
17.(8分)用波长λ=5×10-7 m的光照射一金属表面.已知其逸出功W=2 eV，需加怎样的电压才能把从阴极逸出的全部电子挡住而不致飞到阳极?
解析照射光的能量
E=hν=h
=6.63×10-34×J=2.5 eV
由爱因斯坦光电方程Ek=hv-W
得Ek=h-W=2.5 eV-2 eV=0.5 eV
要使光电子被挡住，则电子要克服电场力做功W电，W电＝Ek＝0.5 eV
所以应在阳极和阴极间加大于0.5 V的反向电压.
答案大于0.5 V
18.(10分)用波长为4×10-7 m的紫光照射某金属，发出的光电子垂直进入3×10-4 T的匀强磁场中，光电子所形成的圆轨道的最大半径为1.2 cm.(电子电荷量e＝1.6×10-19 C，质量m＝0.91×10-30 kg)求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)该金属发生光电效应的极限频率.
解析(1)由evmB=m，得vm=
则最大初动能为
Ek=mvm2==1.82×10-19 J.
(2)由Ek=h-W
W=hv0，得极限频率v0=-=4.74×1014 Hz.
答案(1)1.82×10-19 J (2)4.74×1014 Hz
19.（14分）五氧化二钽薄膜具有相当稳定的化学性质，很低的光学损耗.在硅太阳能表面镀上一层五氧化二钽薄膜（为增透膜，膜的厚度等于入射光在其中波长的），可以减少太阳光的反射，提高硅太阳能电池的效率.请根据表格中所给的数据，计算镀膜后，这种硅太阳能电池比镀膜前每秒多吸收了多少个光子.
镀膜前
镀膜后
开路电压
U1（mV）
短路电流
I1（mA）
膜厚d
(μm)
折射率n
开路电压
U2（mV）
短路电流
I2（mA）
520
100
0.663
2.35
525
130
解析本题是综合题，考查电功率、增透膜、光子等知识点.
由表中数据知，镀膜前后电池的最大功率分别如下：
P1=U1I1=520×10-3×100×10-3 W=5.2×10-2 W
P2=U2I2=525×10-3×130×10-3 W=6.825×10-2 W
镀膜后电池增加的功率：ΔP=P2-P1=1.625 W
设每秒钟多吸收的光子数为N，则：Nhv=N=ΔP
n==,λ0=nλ=4nd
故：N=
代入数据得：N=5.09×1017（个）.
答案5.09×1017个
高三物理同步检测（十五）
第二十二章单元测试（A卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.下列说法中正确的是 （ ）
A.玛丽·居里首先提出了原子的核式结构学说
B.卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说
C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
D.爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说
解析本题考查物理学史.由物理学史知，汤姆生发现了电子，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说，查德威克发现了中子，爱因斯坦提出了光子说.BCD正确，A错.
答案BCD
2.为强调物理学对当今社会的重要作用并纪念爱因斯坦，2004年6月，联合国第58次大会通过决议，确定2005年为“世界物理年”.爱因斯坦是继牛顿之后最伟大的科学家之一，他在1905年发表的五篇论文涉及了分子动理论、相对论和量子理论，为日后的诸多技术奠定了基础.关于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法正确的是 （ ）
A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能
C.一个质子和一个中子结合成氘核时释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损
D.E=mc2中的E是发生核反应时释放的核能
解析本题考查对爱因斯坦提出的质能方程的正确理解.
爱因斯坦认为，物体的质量和能量存在着简单的正比关系，在核反应中只有质量亏损所对应的能量才是释放的核能；反之，若一个核反应释放出了核能，则表明此过程一定出现了质量亏损.故A、B、C是正确的.
答案ABC
3.从原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是 （ ）
A.原子核中，有质子、中子，还有α粒子
B.原子核中，有质子、中子，还有β粒子
C.原子核中，有质子、中子，还有γ粒子
D.原子核中，只有质子和中子
解析本题考查原子核的组成.
原子核内只有质子和中子.原子核放出的α粒子是核内两个质子和两个中子结合形成的；放出的β粒子是核内的一个中子转变成一个质子时产生的；原子核发生α衰变或β衰变时处于激发态，向低能级跃迁时，将多余的能量以γ光子的形式辐射出去.只有D正确.
答案D
4.关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是 （ ）
A.α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强
B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力
C.γ射线一般是伴随着α或β射线产生的，它的穿透能力最强
D.γ射线是电磁波，它的穿透能力最强
解析本题考查三种射线的本质及特点.α射线是速度约为光速1/10的氦核流，由原子核中的两个质子和两个中子组成，穿透本领很弱，电离作用很强，故A错.β射线是速度接近光速的电子流，其实质是原子核中的一个中子变为质子，同时放出一个电子，贯穿本领很强，电离作用较弱，所以B错.γ射线是波长极短的电磁波，贯穿本领最强，电离作用很弱.对于同一个原子核，不可能同时发生α衰变和β衰变.放射性元素同时发出三种射线，是不同原子核同时衰变的结果.γ射线总是伴随着α射线或β射线而产生的，CD均对.
答案CD
5.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的，u夸克带电荷量为e，d夸克带电荷量为-e，e为元电荷.下列论断中可能正确的是 （ ）
A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
解析本题考查粒子的组成.质子带电荷量为2×e+(-e)=e，中子带电荷量为e+2×(-e)=0，故正确选项为B.
答案B
6.用中子轰击氧原子核的核反应方程式为+→+.对式中X、a、b的判断正确的是 （ ）
A.X代表中子，a=17,b=1
B.X代表电子，a=17,b=-1
C.X代表正电子,a=17,b=1
D.X代表质子，a=17,b=1
解析本题考查核反应方程.由质量数和电荷数守恒，得16+1=a 8=7+b得a=17 b=1
则X为正电子，正确选项为C.
答案C
7.下列说法正确的是 （ ）
A.+→+是聚变
B.+→++2是裂变
C.→+是α衰变
D.→+是裂变
解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变.衰变是指原子核放出α粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的C和D两选项.原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.裂变是重核分裂成质量较小的核，像B选项.聚变是轻核结合成质量较大的核，像A选项.由上述知D是错误的.
答案ABC
8.钍核经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则 （ ）
A.铅核的符号为，它比少8个中子
B.铅核的符号为，它比少16个中子
C.铅核的符号为，它比少16个中子
D.铅核的符号为，它比少12个中子
解析本题考查核反应方程.据质量数守恒、电荷数守恒可知铅核的电荷数是82，质量数是208，则钍核的衰变方程如下：→+6+4
钍核的中子数是232-90=142
铅核的中子数是208-82=126
铅核比钍核少的中子数是142-126=16.故C对.
答案C
9.核反应方程+→+是发现质子的核反应方程，关于这个方程，下列说法正确的是 （ ）
A.这个核反应方程是人类首次实现的原子核的人工转变
B.完成这个核反应方程实验的科学家是卢瑟福
C.这个核反应方程利用了放射源放出的β射线
D.这个核反应方程利用了放射源放出的α射线
解析1911年，卢瑟福利用放射源放出的α射线轰击氮原子核，产生了氧17和一个新发现的粒子——质子，这是人类首次实现的原子核的人工转变.故正确选项是ABD.
答案ABD
10.美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63（）和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能.下面有关该电池的说法正确的是 （ ）
A.镍63的衰变方程是→+
B.镍63的衰变方程是→+
C.外接负载时镍63的电势比铜片高
D.该电池内电流方向是从铜片到镍
解析本题考查β衰变和电流方向.
的衰变方程为→+，选项AB错.
电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流方向从铜片到镍片且镍片电势高，选项C、D对.故正确选项为CD.
答案CD
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.如图所示为云室内用α粒子轰击氮核生成一个新核放出一个质子的图.则发生核反应前α粒子的径迹是 ，核反应后生成的新核是 ，新核的径迹是 ，质子的径迹是，核反应方程是 .
解析本题考查α粒子轰击氮核生成一个氧核放出一个质子的实验.
b是核反应前α粒子的径迹；a是核反应后生成的新核的径迹，新核是氧核；c是质子的径迹.
核反应方程是：+→+.
答案b 氧核 a c +→+
12.完成下列核反应方程.
A.→+ .
B.+→ +.
C.+→ +.
D.+→++ .
解析本题考查核反应方程.
据质量数守恒、电荷数守恒知：
A：→+.
B：+→+.
C：+→+.
D：+→++2.
答案A： B： C： D：2
13.1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用放射源进行了实验验证.次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理奖. 的衰变方程是→++,其中是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可以认为是零. 的核外电子数为，在上述衰变方程中，衰变产物的质量数是，核电荷数是.
解析的核外电子数为27.
由质量数守恒，知的质量数为A=60
由核电荷数守恒，知的核电荷数为Z=27+1=28.
答案27 60 28
14.一个锂核（）受到一个质子的轰击，变成两个α粒子.已知氢原子的质量是1.673 6×10-27 kg，锂原子的质量是11.650 5×10-27 kg，氦原子的质量是6.646 6×10-27 kg，上述核反应的方程是 ，释放出的能量是 J.（保留三位有效数字）
解析本题考查核反应方程及质能方程
+→2
ΔE=Δmc2=2.78×10-12 J.
答案+→2 2.78×10-12
15.一瓶无害放射性同位素溶液，其半衰期为2天，测得每分钟衰变6×107次.今将这瓶溶液倒入一水库中，8天后认为溶液已均匀分布在水库中，取1 m3测得每分钟衰变20次，则该水库蓄水量为 m3.
解析本题考查放射性同位素的应用.
n==4
8天后每分钟放射次数为
N=()4N0=×6×107=×107
则水库蓄水量为
V==m3=1.875×105 m3.
答案1.875×105
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳能的来源.
（1）写出这个核反应方程；
（2）这一核反应放出的能量.
解析本题考查核聚变方程及释放核能的计算.
（1）根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为：4→+2.
（2）该反应过程中的质量亏损为：
Δm=4mH-(mHe+2me)=0.026 6 u
ΔE=Δm×c2=0.026 6×1.660 6×10-27×(3×108)2 J=3.98×10-12 J.
答案（1）4→+2 (2)3.98×10-12 J
17.（8分）2005年，是我国纪念抗日战争和世界反法西斯战争胜利60周年.1945年7月，在二战结束前夕，为了加速日本军国主义的灭亡进程，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹.落在日本广岛的原子弹，其爆炸力相当于2×104 t TNT爆炸的能量（约8.4×1013 J），由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？（已知裂变的核反应方程+→++3+201 MeV）
解析本题考查核裂变释放能量的计算.
（1）由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201 MeV的能量，1 mol铀核裂变放出的能量为：
ΔE1=6.02×1023×201 MeV=1.93×1013 J.
(2)1 mol铀核的质量为0.235 kg，则原子弹中铀核的质量为：m=×0.235 kg=×0.235 kg=1.02 kg.
答案1.02 kg
18.（12分）已经证实质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电荷量为e，下夸克带电荷量为-e,e为电子所带电荷量的大小.如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l,l=1.5×10-15 m.试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）.
解析（1）质子带电荷量为+e，所以它是由两个上夸克和一个下夸克组成的，由题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，如图所示.
（2）上夸克与上夸克之间的静电力为：
F1=k=
代入数值得：F1=46 N，为斥力.
（3）上夸克与下夸克之间的静电力为：
F2=k=
代入数值得：F2=23 N，为引力.
答案见解析.
19.（12分）科学家发现，太空中γ射线一般都是从很远的星体放射出来的.当γ射线爆发时，在数秒钟内所产生的能量，相当于太阳在过去一百亿年所发出的能量总和的一千倍左右，大致上等于太阳全部静质量所对应的能量的总和.科学家利用超级计算机对γ射线爆发的状态进行了模拟.经过模拟，发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍塌”过程，只有星球“坍塌”时，才可以发出这么巨大的能量.已知太阳光照射到地球上大约需要8 min.由此来估算：在宇宙中，一次γ射线爆发所放出的能量.（G=6.67×10-11 N·m2/kg2，结果保留两位有效数字）
解析已知地球绕太阳运动的周期为T=365×24×3 600 s，地球到太阳的距离为ct，而地球绕太阳近似地做匀速圆周运动.设地球质量为m，太阳质量为M太，则
=m()2·（ct）
即M太=
又据质能方程
E=M太·c2
所以E=c2=1.6×1043 J.
答案1.6×1043 J
高三物理同步检测（十六）
第二十二章单元测试（B卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1 .1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属于研究“两弹”的基本核反应方程式的是
（ ）
A.+→+
B. +→++10
C. →+
D. +→+
解析本题考查重核裂变和轻核聚变的核反应方程.“两弹”是指原子弹和氢弹，原理分别为重核裂变和轻核聚变，B为重核裂变方程之一，D为轻核聚变方程.故正确选项为BD.
答案BD
2.下图为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋（Po）放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a打击石蜡后会打出粒子流b，经研究知道 （ ）
A.a为质子，b为中子
B.a为γ射线，b为中子
C.a为中子，b为γ射线
D.a为中子，b为质子
解析本题考查查德威克发现中子的实验装置.选项D正确.
答案D
3.下列说法正确的是 （ ）
A.α射线和γ射线都是电磁波
B.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D.原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量总小于原核的质量
解析组成α射线的粒子是氦原子核，γ射线是高频电磁波，A错.β射线是原子的核内中子转变成质子时放出的电子流，B错.原子核衰变的半衰期由原子核本身决定，与它所处的物理、化学状态无关，C对.原子核经过衰变生成新核，因放出了粒子，所以质量减小，D对.
答案CD
4.下图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是（ ）
解析α粒子在靠近金的原子核时，离核越近，所受库仑力越大，方向偏转越大，根据这个特点可以判断出只有A正确.
答案A
5.如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核反应后产生的两种粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可以判定 （ ）
A.原子核只可能发生β衰变
B.原子核可能发生α衰变或β衰变
C.原子核放出一个正电子
D.原子核放出一个中子
解析静止的核发生核反应的过程动量守恒，所以新核和新粒子的速度方向相反，又因为轨迹只有两个，是内切圆，所以放出的新粒子只有一个，且粒子带负电，是β粒子，故A正确.
答案A
6.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列结确的是 （ ）
A.铀238的衰变方程式为：→+
B. 和互为同位素
C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
解析本题考查铀238的知识.
铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确.
铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B正确.
核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确.
贫铀弹的穿甲能力很强， 是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错.
答案ABC
7.原子核的裂变和聚变都是人类利用原子核能的途径，我国已建设了秦山和大亚湾两座核电站，下面关于这两座核电站的说法中正确的是 （ ）
A.它们都是利用核裂变释放原子核能
B.它们都是利用核聚变释放原子核能
C.秦山核电站是利用核裂变释放原子核能，大亚湾核电站是利用核聚变释放原子核能
D.以上说法都不正确
解析本题考查核能的实际利用常识.
秦山核电站和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的能量，A正确.
答案A
8.最近一段时间，伊朗的“核危机”引起了全球瞩目，其焦点问题就伊朗核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时，还可以生产可供研制核武器的钚239（），这种可以由铀239（）经过n次β衰变而产生，则n的值是 （ ）
A.2 B.239
C.145 D.92
解析本题考查核反应方程.
铀239衰变成的核反应方程是：→+2
可见，n=2.
答案A
9.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是 （ ）
A.γ射线的贯穿作用
B.α射线的电离作用
C.β射线的贯穿作用
D.β射线的中和作用
解析本题考查三种射线的特点.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和.故正确选项为B.
答案B
10.质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是 （ ）
A.mα=2mp+2mn
B.mα＜2mp+2mn
C.mα＞2mp+2mn
D.以上关系都不对
解析本题考查质量亏损.两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损.故正确选项为B.
答案B
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.根据宇宙大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽现风采的时期.从大爆炸的瞬间产生夸克、轻子、胶子等粒子，到电子与原子核结合成原子，先后经历了四个时代，它们是： 、 、 、 .
解析根据宇宙大爆炸理论，“粒子家族”在大爆炸开始，到形成原子这105 s时间内，先后经历了强子时代、轻子时代、核合成时代、复合时代.
答案强子时代轻子时代核合成时代复合时代
12.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为ve+→+
已知的质量为36.956 58 u, 的质量为36.956 91 u, 的质量为0.000 55 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 .
解析上面核反应过程增加的质量：
Δm=36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u
应吸收的能量：
ΔE=Δmc2=0.000 88×931.5 MeV=0.82 MeV.
答案0.82 MeV
13.一个正电子和一个负电子相遇会发生湮灭而转化为一对光子，设正、负电子的质量均为m，普朗克常量为h，则这一对光子的频率为 .
解析本题考查质能方程及光子论.
2mc2=2hv则v=.
答案
14.已知质子的质量为1.007 227 u，中子的质量为1.008 665 u，它们结合成碳核的质量为12.000 000 u，放出的能量为 MeV.
解析本题考查质能方程.
ΔE=Δmc2=［6×(1.007 227+1.008 665)-12］×931.5 MeV=88.8 MeV.
答案88.8
15.一个中子和一个质子结合成氘核时要放出2.22 MeV的能量，这些能量以γ光子的形式辐射出来.这一过程的核反应方程是 ，质量亏损为 kg,此光子的波长为 m.
解析本题考查核反应方程及质量亏损.
核反应方程为+→+γ
由ΔE=Δmc2得Δm==4×10-30 kg
由ΔE=h得λ==5.6×10-13 m.
答案+→+γ 4×10-30 5.6×10-13
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）中子、质子、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的r射线照射静止氘核，使之分解.用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？
解析上述核反应方程是：r+→+
上述核反应因质量亏损放出的能量
ΔE=(mD-mp-mn)c2
质子和中子获得的总动能是：ΔE+E
所以中子的动能为：
Ekn=(ΔE+E)= ［(mD-mp-mn)c2+E］.
答案r+→+ ［(mD-mp-mn)c2+E］
17.（10分）放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.
（1）宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年.试写出此核反应方程.
（2）若测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？
解析本题考查核反应方程及它的实际应用.
（1）此衰变的核反应方程：+→+
→+.
（2）活体中的含量不变，生物死亡后，遗骸中的按其半衰期变化，设活体中的含量为N0，遗骸中的含量为N，由半衰期的定义得：N=(）N0即0.125=()
所以=3 t=3τ=17 190年.
答案（1）+→+ →+
（2）17 190
18.（10分）受中子轰击时会发生裂变，产生和，同时放出能量.已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV.
（1）写出核反应方程;
（2）现在要建设发电功率为5×105 kW的核电站，用作核燃料，假设核裂变释放的能量一半转化为电能，那么该核电站一天消耗多少千克？（阿伏加德罗常数取6.0×1023 mol-1）
解析（1）核反应方程+→++3+200 MeV.
（2）电站一天发出的电能E1=Pt ①
设每天消耗为m kg，核裂变释放的能量为
E2=m×103×6.0×1023×200×106×1.6×10-19/235 ②
由能量转化得E1=ηE2 ③
由①②③式得m=1.06 kg.
答案（1）+→++3+200 MeV
（2）1.06 kg
19.(12分)1920年，质子已被发现，英国物理学家卢瑟福曾预言可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子.1930年发现，在真空条件下用α射线轰击铍（）时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子.经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度vH和被打出的氮核的最大速度vN之比近似等于15∶2.若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可以为静止，碰撞过程中没有机械能的损失.已知氢核的质量MH与氮核的质量MN之比等于1∶14.
（1）写出α射线轰击铍核的核反应方程；
（2）试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射线是不带电的，但不是γ射线，而是由中子组成的.
解析（1）+→+
（2）由①可知，该射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电.
由②可知，该射线速度小于光速，所以它不是γ射线.
由③可知，由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明它们发生的是弹性正碰.设该粒子的质量为m，碰撞前速度为v0，与氢核碰撞后速度为v1，与氮核碰撞后速度为v2，则有
mv0=mv1+MHvH
mv02=mv12+MHvH2
解得vH=
同理得vN=
由题意知,
解得m=MH
即该粒子的质量与氢核（质子）的质量相近，因此这种粒子是中子.
答案（1）+→+ （2）略
高三物理同步检测(七)
第二十章单元测试(A卷)
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.下列现象中属于光的色散现象的是 （ ）
A.雨后美丽的彩虹
B.对着日光灯从夹紧的两铅笔的缝隙中看到的彩色条纹
C.阳光下肥皂泡膜上的彩色条纹
D.光通过三棱镜产生的彩色条纹
解析本题考查光的干涉、衍射和色散现象的理解与判断.雨后彩虹、光通过三棱镜后产生的彩色条纹均是光的色散现象；选项B中的彩色条纹是单缝衍射现象；阳光下肥皂泡膜上的彩色条纹是薄膜干涉现象.正确选项是AD.
答案AD
2.一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是 （ ）
A.各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B.各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C.各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D.上述说法都不正确
解析本题考查光的双缝干涉实验和条纹间距与波长的关系.
白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹.A正确.
答案A
3.用单色光通过小圆盘或小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到的衍射图样 （ ）
A.是中央均为暗点的同心圆条纹
B.是中央均为亮点的明暗间隔不均匀的同心圆条纹
C.是中央均为亮点的明暗间隔均匀的同心圆条纹
D.用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的
解析本题考查光的衍射.衍射条纹间距不相等，小孔或小圆盘发生光的衍射时，中央均为亮点，其中小圆盘衍射时中心所形成的亮点称为泊松亮斑.故正确选项为B.
答案B
4.在白炽灯的照射下,能从捏紧的两块玻璃板的表面看到彩色条纹;通过两根并在一起的铅笔狭缝去观察发光的白炽灯,也会看到彩色条纹.这两种现象 ( )
A.都是光的衍射现象
B.前者是光的色散现象,后者是光的衍射现象
C.前者是光的干涉现象,后者是光的衍射现象
D.都是光的波动性的表现
解析前者看到的彩色条纹是不同色光的干涉,而后者看到的彩色条纹是单缝衍射,干涉和衍射都是光的波动性的表现.
答案CD
5.关于激光，下列说法正确的是 （ ）
A.激光在自然界中普遍存在
B.激光是相干光
C.激光的平行度好
D.激光的亮度高
解析本题考查激光的特点.选项B、C、D所述为激光的三个特点，都是正确的；A是不正确的.
答案BCD
6.抽制细丝时可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同,则以下说法正确的是 ( )
A.这是利用光的干涉现象
B.这是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝粗了
D.如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝细了
解析本题考查光的衍射.
激光束通过细丝时,产生的条纹与单缝衍射的规律相同,是一种光的衍射现象.衍射条纹的宽窄与狭缝的宽窄有关,狭缝越窄,条纹越宽.B、D对.
答案BD
7.在防治“非典”期间,机场、车站等交通出入口使用了红外线热像仪.红外线热像仪通过红外线遥感,可检测出经过它时的发热病人,从而可以有效控制疫情的传播.关于红外线热像仪,下列说法中正确的是 ( )
A.选择红外线进行检测,主要是因为红外线光子能量小,可以节约能量
B.红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D.一切物体都能发射红外线,而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同
解析红外线热像仪是根据一切物体都发射红外线,并且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同成像的,D正确.
答案D
8.市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处.这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线.用λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为 （ ）
A.λ/8 B.λ/4
C.λ/2 D.λ
解析本题考查薄膜干涉.要消除红外线的反射，必须使红外线在薄膜的两个面上反射光的路程差正好等于红外线半个波长λ/2的奇数倍，即Δs=(2k+1).其中Δs为光在薄膜两个面上反射的路程差，即Δs=2d，Δs的最小值为λ/2,则薄膜的最小厚度为λ/4.故正确选项为B.
答案B
9.日出和日落时,太阳看起来特别红,关于其原因的说法正确的是 ( )
A.红光沿直线传播
B.红光的波长最长
C.空气分子对红光散射得最少
D.红光的衍射现象最明显
解析太阳初升和西沉时,阳光通过比中午较厚的空气层.阳光通过空气时,空气分子对阳光有散射作用,空气分子对不同色光的散射作用是不同的,波长越短的色光受到的散射作用越大,紫、蓝等较短波长的色光,被空气分子散射得多,红光的波长最长,最容易发生衍射现象,被散射得也最少,所以射到地面来的红光最多,因此太阳看起来呈红色.
答案BCD
10.下列说法正确的是 （ ）
A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B.光的频率越大，波长越长
C.光的波长越长，光子的能量越大
D.光在介质中的传播速度是3.0×m/s
解析本题考查光的基本知识，A正确.
答案A
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.用包括红光、绿光、蓝光三种色光的复色光做双缝干涉实验,所产生的干涉条纹中,离中央亮纹最近的干涉条纹是 .
解析本题考查光的干涉.根据Δx=λ知,蓝光的波长最短,蓝光的条纹最窄,因而离中央亮纹最近的干涉条纹是蓝色条纹.
答案蓝色条纹
12.在硬纸板上开一个正方形小孔,让阳光透过小孔照射在地面上,随着正方形小孔的边长逐渐减小,地面上的光斑的形状依次是: 、 、 .对应这些光斑,产生的原因依次是: 、 、 .
解析本题考查光的直线传播和小孔衍射.
随着正方形小孔的边长逐渐减小,地面上的光斑的形状依次是:正方形、圆形、明暗相间的环形衍射条纹.产生的原因依次是:光的直线传播、光的直线传播(小孔成像)、光的衍射.
答案正方形 圆形 明、暗相间的环形衍射条纹 光的直线传播 光的直线传播(小孔成像) 光的衍射
13.有的眼镜、较精密的光学镜头的表面都镀有一层薄膜（常用氟化镁），叫增透膜，它能减少反射光，增加透射光.增透膜的原理是 .
解析本题考查薄膜干涉.
当薄膜的厚度是入射光在其中传播时波长的1/4时，在薄膜前后两个表面反射的两列光波恰好抵消.
答案光的干涉
14.“响尾蛇”导弹是一种被动制导的空对空导弹，它本身不发射电磁波，靠接收目标发射的电磁波来追踪攻击目标.它是靠探测敌方飞机发动机辐射的 来射向目标的.
解析本题考查红外线的实际应用.
答案红外线
15.某脉冲激光器的耗电功率为2×W，每秒钟输出10个光脉冲，每个脉冲持续的时间为s，携带的能量为0.2 J.该激光器将电能转化为激光能量的效率为 .
解析本题考查激光器的效率.
其效率为η=×100%=×100%=0.1%.
答案0.1%
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.(8分) 中国科学院上海光学精密机械研究所在一个不到10的光学平台上，在35 fs(fs是一种时间单位，读作飞秒.1 fs=s )的超短瞬间内获得了15×W的超强超短激光束．这一瞬时功率相当于全世界所有电网功率总量的数倍．据了解，自然界中类似的极端物理条件，只有在核爆中心、恒星内部以及黑洞边缘才能找到．在实验室中用人工手段获得这种条件，意味着人类在激光研究领域将进入一个前所未有的超强超快的境界．通过以上叙述，计算在这35 fs中所释放的激光能量是多少.
解析本题考查的是对激光能量高的理解.
E=Pt=15××35×J=0.525 J.
答案0.525 J
17.（10分）一个氦氖激光器能发出4.74×Hz的红光.求：
（1）它在真空中的波长.
（2）进入折射率为的透明介质中，这束激光的波长、波速又是多少？
解析由c=λf
得λ==m=6.3×m
在介质中的波速为
v=m/s=2.1×m/s
由v=f得在介质中的波长= =m=4.4×m.
答案（1）6.3×m
（2）4.4×m 2.1×m/s
18.（10分）在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离差Δx=0.6 μm,若分别用频率=5.0×Hz和=7.5×Hz的单色光垂直照射双缝，试通过计算说明P点出现明、暗条纹的情况.
解析= m=6×m
=1，即路程差等于一个波长,两列光波相互加强,此时P点出现亮纹
=m=4×m
=1.5，即路程差为1.5λ，两列光波相互抵消，此时P点出现暗纹.
答案频率为的光照射时出现亮条纹，频率为的光照射时出现暗条纹.
19.（12分）一束单色光，在真空中的波长是6.00×m，当它进入玻璃中传播时速度变为2.00×m/s，则该玻璃的折射率是多少？它在玻璃中的波长是多少？频率是多少？
解析本题考查介质折射率与速度的关系以及光由一种介质进入另一种介质时频率不变波长变.
玻璃的折射率：
n=c/v=(3.00×m/s)/(2.00×m/s)
=1.5
它在真空中的频率：
=c/
=(3.00×m/s)/（6.00×） m
=5.00×Hz
光由一种介质进入另一种介质时频率不变，v=
所以光在玻璃中的波长
λ=v/ν=v/=4.00×m.
答案1.5 4.00×m 5.00×Hz
高三物理同步检测(八)
第二十章单元测试（B卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.小朋友吹出的肥皂泡泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都有彩色花纹.这是下列哪种原因形成的 （ ）
A.光的色散 B.光的衍射
C.光的直线传播 D.光的干涉
解析本题考查光的干涉及与其他现象的区别.
以上现象都是干涉现象，即薄膜干涉.白光照射在肥皂泡膜、油膜表面，被薄膜前后两个表面反射的两列反射波叠加，形成干涉条纹.由于白光中的各色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，所以薄膜上就会出现彩色花纹.D正确.
答案D
2.下列有关光现象的说法中正确的是 ( )
A.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
B.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光改为黄光,则条纹间距变窄
C.光导纤维丝的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
D.光的偏振现象说明光是一种纵波
解析水面上油膜出现彩色条纹是光的干涉现象.在双缝干涉实验中,入射光波长变大,条纹间距变宽.光的偏振现象说明光是一种横波,只有C项的说法是正确的.
答案C
3.国家836计划中的一个重点项目中所研究的X光激光(频率范围很窄的高强度X射线)有着广泛的应用前景,用X光激光给细胞“照相”,以下激光的哪些特点属于次要因素 ( )
A.杀菌作用 B.化学作用
C.波长短 D.能量高
解析本题考查X光激光给细胞“照相”的原理.
细胞的“尺度”很小,用普通光照相,会发生明显衍射,图像不清晰;而X光波长很短,用它照相不会发生明显衍射,可以得到细胞的清晰照片.可见用X光激光给细胞“照相”,主要是利用了X光的波长很短,故A、B、D属于次要因素.
答案ABD
4.肥皂薄膜在阳光照射下可看到彩色花纹的原因是 ( )
A.薄膜对不同色光的折射率不同
B.薄膜对不同色光的反射方向不同
C.不同厚度的地方，薄膜吸收不同的色光
D.不同厚度的地方，某一波长的光从薄膜前、后表面反射的光互相叠加而产生的
解析本题考查光的薄膜干涉,故正确选项为D.
答案D
5. 2001年10月，我国进行了第三次大熊猫普查，首次使用了全球卫星定位系统和RS卫星红外遥感技术，详细调查了珍稀大熊猫的种群、数量、栖息地周边情况等.红外遥感利用了红外线的 （ ）
A.热效应 B.相干性
C.反射性能好 D.波长长、易衍射
解析红外遥感利用了红外线波长长，易绕过障碍物的特点.故正确选项为D.
答案D
6.用单色光做双缝干涉实验,在距离双缝l处,得到稳定的干涉图样.若使光屏在其附近前后移动,以下说法正确的是 ( )
A.将屏向前移动,干涉图样变得模糊不清
B.将屏向后移动,干涉图样变得模糊不清
C.只要屏移动,干涉图样就变得模糊不清
D.不论屏向前移动,还是向后移动,屏上均有清晰的干涉图样
解析本题考查光的干涉.光屏上得到干涉图样,是两列相干光叠加产生的.在光屏附近前后移动光屏,l变大或变小,屏上仍有清晰的干涉图样,由Δx=λ知,条纹间距变宽或变窄.
答案D
7. 在杨氏双缝干涉实验装置中，双缝的作用是 （ ）
A.遮住过于强烈的灯光
B.形成两个振动情况相同的光源
C.使白光变成单色光
D.使光发生折射
解析本题考查光的双缝干涉实验装置.双缝的作用是获得相干光源.故正确选项为B.
答案B
8 .如图所示，让自然光照射到P、Q两个偏振片上，当P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱 （ ）
A.0° B.30°
C.60° D.90°
解析本题考查光的偏振现象.由于光波是横波，所以当两偏振片透振方向夹角为90°时，透射光的强度最弱.故正确选项为D.
答案D
9.在杨氏双缝干涉实验装置中，用红光做实验，在屏上呈现明暗相间、间隔距离相等的红色干涉条纹．若将其中一条缝挡住，另一条缝仍然可以通过红光，那么在屏上将看到 （ ）
A.形状与原来一样的明暗相间、间距相等的红色条纹
B.形状与原来相似的明暗相间、间距相等的红色条纹，只是间距变窄了
C.形状与原来不同的明暗相间、间距不等的红色条纹
D.没有条纹，只是一片红光
解析本题考查双缝干涉与单缝衍射的区别.将一条缝挡住时，由双缝干涉变为单缝衍射，衍射条纹仍为明暗相间，但间距不相等.故正确选项为C.
答案C
10.X射线电子计算机体层摄影简称CT,由于诊断迅速、准确率高得到广泛的应用.CT机的扫描部分主要由X射线管和检测器组成.X射线贯穿人体经部分吸收后,为检测器所接收,检测器所接收的射线的强弱决定于人体截面的组织密度.检测器所测得的不同强度的信号经电子计算机处理后转换成图像,可在荧光屏上显示出来,也可用胶片拍摄出来.下图为X射线产生的原理图.下列说法正确的是 ( )
A.发现X射线的科学家是伦琴
B.X射线是对阴极上的原子的内层电子受激产生的
C.CT机诊断主要是利用了X射线穿透力强,能使胶片感光的特性
D.原理图中的电源1可用交流电源,电源2一定用高压直流电源
解析1985年德国物理学家伦琴发现了X射线.X射线是原子的内层电子受激产生的;CT机诊断主要是利用了X射线穿透力强,能使胶片感光的特性;电源1是灯丝电源,为灯丝提供电流,可以用直流电,也可以用交流电,电源2是用来提供加速电压的,所以一定要用高压直流电源.故A、B、C、D都是正确的.
答案ABCD
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11 .A、B两图是由单色光分别照射到圆孔所形成的图样.其中图A是光的 （填“干涉”或“衍射”）图样.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径 （填“大于”或“小于”）图B所对应的圆孔的孔径.
解析本题考查发生明显衍射的条件.A图为小孔衍射，B图为光的直线传播.
答案衍射 小于
12 .1800年英国物理学家赫歇尔用灵敏温度计研究光谱中各色光的热作用时，把温度计移至红光区域外侧，发现温度更高，说明这里存在射线，这就是红外线.它最显著的作用是
；它还可以用作 、 、 .
解析本题考查红外线的特点及应用.
答案热作用 红外线遥感 红外摄影 红外成像
13 .1801年德国物理学家里特发现了紫外线，从此紫外线得到了广泛的应用.促进人体合成维生素D是利用了紫外线的 ；验钞机能检验钞票的真伪是利用了紫外线的 ；医院里常把紫外线用来 .
解析本题考查紫外线的特点及应用.
答案化学作用 荧光效应 杀菌消毒
14.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，测量头如图所示，调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心,此时螺旋测微器的读数为 mm.转动手轮,使分划线向一侧移动到另一条亮条纹的中心位置,由螺旋测微器再读出一读数.若实验测得4条亮条纹中心间的距离Δx=0.960 mm,已知双缝间距d=1.5 mm,双缝到屏的距离L=1.00 m,则对应的光波波长为λ= mm.
解析(1)螺旋测微器的读数为1.179 mm.
(2)相邻两条亮(暗)纹间的距离:
Δ= mm=0.320 mm
λ= mm=4.8×mm.
答案1.179 4.8×
15.有些动物在夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰在夜间却有很好的视力，这是因为它对某种波段的光线产生视觉．根据热辐射理论，物体发出的光的最大波长与物体的绝对温度
T满足关系式T＝2.90×m·K.若猫头鹰的猎物——蛇在夜间体温为27 ℃，则它发出光的最大波长为 m，属于 波段．
解析由T=2.90×m·K
得==9.7×m
该波长属于红外线波段.
答案9.7× 红外线
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）要使某透镜能对在空气中波长为0.52 μm的黄绿光增透，至少要在镜面上涂厚度为多大的增透膜?（假定做这种膜的材料的折射率为1.3）
解析本题考查光的薄膜干涉.光波在膜中的波长为
=m=4.0×m
增透膜的厚度为
d=m=1.0×m.
答案1.0×m
17. （9分）用波长λ=0.51 μm的绿光做双缝干涉实验,测得相邻两条亮纹间的距离Δx=0.55 mm.若将整个装置放入折射率n=的水中,那么相邻两条亮纹间的距离是多大?
解析根据Δx=λ ①
在水中绿光的波长:
=λ
在水中相邻两条亮纹间的距离:
Δ= ②
由①②两式得: Δ= = =0.41 mm.
答案0.41 mm
18.（9分）金属钠蒸气发出的黄光，频率是5.1×Hz，它以45°的入射角由空气射入玻璃后，折射角是30°，那么它在玻璃中的传播速度和波长如何改变？改变了多少？
解析本题考查光由一种介质进入另一种介质时频率不变，波速、波长改变.玻璃的折射率：
n=sin/sin=sin45°/sin30°=1.4
光在玻璃中的传播速度
v=c/n=3.0×/1.4 m/s=2.1×m/s
可见光在玻璃中的传播速度减小，减小值
Δv=0.9×m/s
光在真空中的波长
=c/ν=3.0×/(5.1×) m
=5.9×m
光在玻璃中的波长：
λ=v/ν=2.1×/（5.1×） m
=4.1×m
光在玻璃中的波长减小，减小值
Δλ=1.8×m.
答案速度减小值Δv=0.9×m/s;波长减小值Δλ=1.8×m.
19.（14分）一般认为激光器发出的是频率为v的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的.激光频率v是它的中心频率，它所包含的频率范围是Δv（也称频率宽度）.如图所示，让单色光照射到薄膜表面a，一部分光从上表面反射回去（这部分光称为甲光），其余的光进入薄膜内部，其中的一小部分光从薄膜下表面b反射回来，再从上表面折射出去(这部分光称为乙光）.当甲、乙这两部分光相遇叠加而发生干涉，称为薄膜干涉.乙光与甲光相比，要在薄膜中多传播一小段时间Δt.理论和实践都证明,能观察到明显稳定的干涉现象的条件是:Δt的最大值Δ与Δv的乘积近似等于1,即只有满足Δ·Δv≈1才会观察到明显稳定的干涉现象.已知某红宝石激光器发出的激光频率v=4.32×Hz,它的频率宽度Δv=8.0×Hz.让这束激光由空气斜射到折射率n=2的液膜表面,入射光与液膜表面成45°角,如图所示.求：
（1）从O点射入薄膜中的光的传播速率；
（2）估算在如图所示的情景下，能观察到明显稳定干涉现象的液膜的最大厚度.
解析（1）由折射率n=得 ①
射入薄膜中的光的速率：
v==2.12×m/s. ②
（2）由光的折射定律得： ③
设乙光在薄膜中传播时间的最大值为Δ，对应的最大厚度为，则 ④
根据题中所给条件得：Δ·Δv=1 ⑤
由②③④⑤式得：=1.15×m.⑥
答案（1）2.12×m/s （2）1.15×m
高三物理同步检测(三)
第十九章单元测试(A卷)
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.关于点光源的说法正确的是 （ ）
A.夜间我们看到的恒星都可以看作点光源
B.发光的萤火虫一定能看作点光源
C.发光的白炽灯泡一定不能看作点光源
D.通常我们用日光灯做光学实验时，是把它看作点光源的
解析本题考查点光源模型.
点光源像质点一样是一个理想化模型，是把光源看作一个能发光的点.恒星离我们很远，可以看作点光源；萤火虫虽然小，但研究它自身大小范围内的光学问题时，不能看作点光源；研究的光学问题离灯泡很远时，可以把它看作点光源，但研究的光学问题离灯泡很近时，不能把灯泡看作点光源；通常我们用日光灯做光学实验时，是把它看作线光源的.故A正确.
答案A
2.关于光线的概念，下列正确的理解是 （ ）
A.光线是从光源直接发出的，是客观存在的
B.光线的作用类似于电场线，但前者是具体的，后者是抽象的
C.光线是用来表示光束传播方向的有向直线
D.光束是真实存在的,光线是人为画上的
解析本题考查对光线的理解.人们为了形象地研究电场，引入了电场线，但电场中并不真实存在“电场线”.同理，光线是人们为了研究光的传播而引入的物理模型，光在传播中并不存在“线”.光束是真实存在的，我们用光线表示光束时，光线的箭头表示光的传播方向.故正确选项为C、D.
答案CD
3.在我国古代学者沈括的著作《梦溪笔谈》中有如下记载：“若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东.”意思是说，若鹞鹰在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动；如鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰做相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移.这里描述的是光的 （ ）
A.直线传播现象 B.折射现象
C.干涉现象 D.衍射现象
解析本题考查光的直线传播及形成的现象.
前段鹞鹰的影子，是光沿直线传播形成的；后段所说的“影子”实际是鹞鹰经小孔所成的像，即小孔成像，这也是光直线传播形成的现象.故A正确.
答案A
4.傍晚，太阳从西边落下，在人们观察到日落的时刻（太阳刚落在地平线上），太阳的实际位置 （ ）
A.完全在地平线下方
B.完全在地平线上方
C.恰好落在地平线上
D.部分在地平线上方，部分在地平线下方
解析本题考查的是光线在大气层中的折射.由于太阳光从真空进入地球大气层时要发生折射，使我们看到的太阳位置比实际位置要高，因此当人们观察到太阳还在地平线上时，太阳的实际位置已在地平线以下.故正确选项为A.
答案A
5.光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强.2008年北京奥运会将全部使用光纤通信,为各项比赛提供清晰可靠的服务.光导纤维由内芯和包层两层介质组成.下列说法正确的是( )
A.光纤通信依据的原理是光的全反射
B.内芯和包层的折射率相同
C.内芯比包层的折射率大
D.包层比内芯的折射率大
解析本题考查光的全反射的应用.光纤通信依据的原理是光的全反射.A对.为了使光在光纤内以全反射的方式传播,内芯的折射率应该比包层大,C对.
答案AC
6.在水中同一深度并排放着红、蓝、紫三种颜色的球，若在水面正上方俯视这三个球，感觉最浅的是 （ ）
A.紫色球 B.蓝色球
C.红色球 D.三个球同样深
解析本题考查的是光的折射的一个推论，即视深公式.在视深公式h′=hn中，h′为看到的深度，h为实际深度，n为折射率，因为水对紫光的折射率最大，所以看到最浅的是紫色球,故正确选项为A.
答案A
7.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯的构造如图所示.下面说法中正确的是 （ ）
A.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
B.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
C.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
D.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
解析本题考查全反射在生活中的应用.光线应该从右边入射，在左边两个直角边上连续发生两次全反射，利用全反射棱镜的原理使入射光线偏折180°.所以正确选项为C.
答案C
8.两种单色光由玻璃射向空气时发生了全反射,临界角分别为、,且>.、分别表示玻璃对这两种单色光的折射率,、分别表示这两种单色光在玻璃中的传播速度,则
( )
A. <,< B. <,>
C. >,< D. >,>
解析本题考查折射率与临界角、折射率与传播速度的关系.根据:sinθ=,n=.因>,故<;
又v=,<,所以>.只有B正确.
答案B
9.一束白光通过三棱镜后发生了色散现象,如图所示.下列说法正确的是 ( )
A.玻璃对红光的折射率最小,红光的偏折角最小
B.玻璃对紫光的折射率最小,紫光的偏折角最小
C.红光在玻璃中的传播速度比紫光大
D.屏幕上各色光在光谱上由上到下的排列顺序为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
解析本题考查介质对不同色光的折射率不同及不同色光在同一介质中的传播速度不同.实验表明,A、D正确,B错.根据v=知,C正确.
答案ACD
10.如左下图所示，AB为一块透明的光学材料左侧的端面，建立直角坐标系如右下图，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小.现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是右下图中的 （ ）
解析本题考查光的折射及全反射和微元思想.如图所示，由于该材料折射率由下向上均匀减小，可以设想将它分割成折射率不同的薄层.光线射到相邻两层的界面时，射入上一层后折射角大于入射角，光线偏离法线.到达更上层的界面时，入射角更大，当入射角达到临界角时发生全反射，光线开始向下射去,直到从该材料中射出.故正确选项为D.
答案D
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.在“测定玻璃折射率”的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示.当光线是由空气射入玻璃砖时，则和中为入射角的是 ；当光线由玻璃砖射入空气时，临界角的正弦值是 ；从图线可知玻璃砖的折射率是 .
解析本题考查测定玻璃折射率实验数据的处理及临界角的概念.
比的正弦值大，所以为入射角.由图线知玻璃砖的折射率为n==1.50
则临界角的正弦值为sinC==0.67.
答案 0.67 1.50
12.如图所示,a、b两束平行单色光从空气射入水中时,发生了折射现象.由光路图可以看出,a光的折射率比b光 ,a光在水中的传播速度比b光 .若两平行光束由水射向空气,随着入射角的增大, 光先发生全反射.
解析本题考查折射率、临界角及折射率与速度的关系.
由图可知,a光的折射角大,a光的折射率比b光小,故a光在水中的传播速度比b光大;由sinC=知,b光的折射率大,临界角小,故随着入射角的增大,b光先发生全反射.
答案小 大 b
13 .1027 m这个距离通常称为 ，它是人类所能观察到的宇宙的最大半径.若一光线刚进入哈勃太空望远镜的视野，则它传播到太空望远镜处约用 年.
解析本题考查哈勃太空望远镜的作用和光的传播速度.
答案哈勃半径1×
14.一束光从某介质射向真空，当入射角为θ时，折射光恰好消失.已知光在真空中的传播速度为c,则此光在该介质中的传播速度为 .
解析本题考查临界角及折射率.
由临界角的概念，知sinθ=
又n=
由以上两式解得，此光在介质中的传播速度为
v=csinθ.
答案csinθ
15.古希腊某地理学家通过长期观测，发现6月21日正午时刻，在北半球A城阳光与铅直方向成7.5°角下射，而在A城正南方，与A城地面距离为L的B城，阳光恰好沿铅直方向下射.射到地球上的太阳光可视为平行光.据此他估算出了地球的半径.试写出估算地球半径的表达式R= .
解析本题设计新颖，灵活考查了光的直线传播.关键是作出示意图，示意图如图所示.
由题意得
L=2πR×
可得R=.
答案
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）在一个半径为r的圆形轻木塞中心插一大头针，然后把它倒放在液体中，调节大头针插入的深度，当针头在水面下深度为d时，观察者不论在液面上方何处，都刚好看不到液体下方的大头针.求液体的折射率.
解析本题考查光的全反射.观察者在水面上任何位置都刚好看不到水下的大头针，说明由针头射出的光线，恰好在水面与木塞的边缘处发生全反射.
由题意作出光路图如图所示，这时入射角等于临界角，由几何关系可得
sinC=
又sinC=
由以上两式解得液体的折射率为n=.
答案
17.(10分)如图所示,一等腰直角三棱镜放在真空中,斜边BC=d,一束单色光以60°的入射角从AB侧面的中点入射,折射后从侧面AC折射出.已知三棱镜的折射率n=,单色光在真空中的光速为c,求此单色光通过三棱镜的时间.
解析本题考查光的折射.
(1)单色光在AB面上发生折射,光路如图.
根据折射定律:n=,n=
由以上两式得:α=45°.
(2)因α=45°,故光在棱镜内传播的路径DE与BC平行,且DE=BC=d.
(3)光在棱镜中的速度:v==
所以,t==.
答案
18.（10分）（激光液面控制仪）如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度.如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到点，则液面是升高了还是降低了？变化了多少？
解析本题考查学生利用所学知识解决实际问题的能力.
因反射的光点B右移到，所以液面降低.
但因入射的激光束方向不变，所以液面降低后的入射角不变，光路图如图.由几何关系知，四边形OMB是平行四边形，OM=B=s,三角形NO是直角三角形.
设液面降低的高度是h，则
h=NO·coti=·coti=
即液面降低的高度是scoti/2.
答案降低scoti/2
19.（12分）为从军事工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形孔,如图所示.设工事壁厚d=34.64 cm，孔的宽度L=20 cm，孔内嵌入折射率n=的玻璃砖.
（1）嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？
（2）要想使外界180°范围内的景物全被观察到，应嵌入多大折射率的玻璃砖？
解析本题为光的折射和全反射在军事上的应用，应作出光路图，利用光学规律和几何关系解答.
（1）光路图如图所示，由折射定律得
n=
由几何关系得sin=
由以上两式解得=60°=30°
则视野的最大张角为θ=2=120°.
(2)为使外界180°范围内的景物全被观察到，则当=90°时, =30°应是光线在该玻璃砖中的临界角,即sin30°=
解得玻璃砖的折射率应为=2.
答案（1）120° (2)2
高三物理同步检测(四)
第十九章单元测试（B卷）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.
1.假设在地球表面不存在大气层，那么白昼时间将会 （ ）
A.变长 B.变短
C.不变 D.无法确定
解析本题考查太阳光线在大气层中的折射.由于地球大气层对太阳光线的折射，当人们看到太阳位于地平线上时，太阳的实际位置在地平线以下，因此假设地球表面不存在大气层时，白昼时间将会变短.故正确选项为B.
答案B
2.关于日食和月食,以下说法正确的是 ( )
A.在月球的本影区里能看到日全食
B.在月球的半影区里能看到日偏食
C.在月球进入地球的半影区时,可看到月偏食
D.在月球全部进入地球的本影区时,可看到月全食
解析本题考查日食和月食形成的原因.
从图甲可以看出,在月球的本影区①里,太阳的光线不能到达,故在①区里可以看到日全食;在月球的半影区②里,有部分太阳光线到达,故在半影区②里可以看到日偏食,A、B项是正确的.在月球的半影区③里,只有太阳边缘的光线能射到,故在③区里能看到日环食.由图乙可以看到,当月球进入地球的半影区a、c时,由于仍有部分光线射到整个月球,整个月球仍是亮的,故在地球上不会看到月食,只有当月球一部分进入地球的本影区b时,才可看到月偏食.在月球全部进入地球的本影区时,才可看到月全食,C错D对.
答案ABD
3.对下列自然现象描述正确的是 （ ）
A.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中.同样，在沙漠中也能观察到同样的现象
B.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影.同样，在海面上也能观察到同样的现象
C.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影
D.在海面上，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中
解析本题考查两种不同的全反射现象.
夏天海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也大，远处景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以至于发生全反射.人们逆着光线看去，就会看到远处景物悬在空中.夏天沙漠里接近沙面的空气温度高，因而密度比上层的小，折射率也小，远处景物射向地面的光线进入折射率小的下层热空气层时被折射，入射角不断增大，也能发生全反射.人们逆着反射的光线看去,就会看到远处景物的倒影.故C正确.
答案C
4.如图所示，一细束红光与一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一点M.若用和分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是 （ ）
A. ＜，a为蓝光，b为红光
B. >，a为蓝光，b为红光
C.a光在玻璃中的传播速度比b光大
D.a光在玻璃中的传播速度比b光小
解析本题考查光的折射.由光路图可知,a光线经三棱镜折射后的偏折角大,因此a光的折射率较大,所以a光为蓝光,b光为红光, <,A正确.根据v=,a光的折射率比b光大,所以a光在玻璃中的传播速度比b光小,故D正确.
答案AD
5.用薄玻璃片制成一个密闭而中空的三棱镜放入水中,当一束白光从其一个侧面斜射入并通过三棱镜时,下述正确的是 ( )
A.各色光都向顶角偏折
B.各色光都向底角偏折
C.紫光的偏向角比红光小
D.紫光的偏向角比红光大
解析光在两介质中传播发生折射时,如果从光密介质传到光疏介质,入射角小于折射角;如果从光疏介质传到光密介质,入射角大于折射角.所以可判断出在水中光通过中空三棱镜后,各色光都向顶角偏折,并且紫光的偏向角最大,所以A、D正确.
答案AD
6.潜水员在折射率为的海水下h深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上的一个圆形面积为S的区域内.关于圆面积S和深度h的关系，正确的说法是 （ ）
A.S与水深h成正比
B.S与水深h成反比
C.S与水深h的平方成正比
D.S与水深h的平方成反比
解析本题考查光的全反射.由题意可知最大入射角为90°，此时折射角等于临界角，
sinC=
则∠C=45°
如图所示，可知R=h
所以S=π=π.
由上式可知正确选项为C.
答案C
7.用相同玻璃制成的厚度为a的正方体A和半径为r=a的半球体B放在报纸上,半球体的凸面向上.从正上方分别观察A、B中心处报纸上的文字,下面的观察记录,哪一项是正确的 ( )
A.A中的字比B中的高
B.B中的字比A中的高
C.A、B中的字一样高
D.无法比较
解析本题考查折射成像.光路图如图所示.图甲中的字P发出的光线PD垂直界面射出,方向不变;光线PC射出时,偏离了原来的方向,两条折射光线反向延长线的交点,就是人眼看到的字的位置.所以A中看到的字比实际位置高.B中的字P发出的光线都沿半径方向,即沿法线方向射出,传播方向不变,故在B中看到的字位置不变.A对.
答案A
8.公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯.在晚上观察不同颜色的彩灯的深度和水面上被照亮的面积，下列说法正确的是 （ ）
A.红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小
B.红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小
C.红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大
D.红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大
解析本题考查视深及光的全反射.设彩灯深度为h，色光折射率为n，则视深为=,由于红光折射率最小，所以红灯看起来较深.恰好发生全反射时的光路如图所示，由sinC=知，红光的临界角C最大，则红灯照亮的水面半径R=htanC最大，所以红灯照亮的水面面积S=π也最大.故正确选项为D.
答案D
9.一束复色光由空气射到一块平行玻璃砖上,经两次折射后分成两束单色光a、b.已知a光在玻璃中的传播速度比b光大,则下列哪个光路图是正确的 ( )
解析本题考查介质对不同色光的折射率不同、不同色光在同种介质中的传播速度不同及偏折角不同.
因为a光在玻璃中的传播速度比b光大,由n=知,a光的折射率比b光小,故a光比b光的折射角大;光线通过平行玻璃砖时,只发生侧移,但传播方向不变,即a、b两束单色光都与入射的复色光平行,故B正确.
答案B
10.如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足 （ ）
A.折射率必须大于
B.折射率必须小于
C.折射率可取大于1的任意值
D.无论折射率是多大都不可能
解析本题考查光的折射及全反射.光路图如图所示，从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，和都必须小于临界角C，即＜C, ＜C,而+=90°，故C＞45°，则折射率n=1/sinC＜.故正确选项为B.
答案B
第Ⅱ卷(非选择题共60分)
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上或按题目要求作图.
11.公路交通标志牌是由基板和附着在基板上的反光膜组成,反光膜一般由镀在玻璃微珠上的银层组成,夜间能将汽车射来的灯光反射回去,使司机看清交通标志.交通标志牌的结构示意图如下,这种交通标志牌的原理是 .
解析本题考查光的反射的应用.
光线透过保护层折射进入玻璃珠,进入玻璃珠的光线在镀银的反光层上反射后,再从玻璃珠折射出来,出射光线便沿原来的入射方向返回,光路图如右图所示.可见,这种交通标志牌的原理是光的反射.
答案光的反射
12.如图所示是一块用折射率n=2的玻璃制成的透明体的横截面，ab是半径为R的圆弧，ac边与bc边垂直，∠aOc=60°.当一束平行黄色光垂直照到ac上时，ab部分的外表面只有一部分是黄亮的，其余是暗的.那么黄亮部分的弧长为.
解析假定光线MN射到ab界面上时恰好发生了全反射，则MN上方的光线一定在界面ab上发生了全反射，因此只有射到界面Nb上的光线才能射出玻璃，界面Nb部分是亮的.由sinC=1/n得∠C=30°
由几何关系知θ=30°，所以弧Nb的长度：
s=30°/360°×2πR=πR/6
所以黄亮部分的弧长是πR/6.
答案
13.一半圆形玻璃砖，玻璃的折射率为3，AB为其直径，长度为D，O为圆心，一束宽度恰等于玻璃砖半径的单色平行光束垂直于AB从空气射入玻璃砖，其中心光线P通过O点，如图所示.M、N为光束边界光线.则M、N射出玻璃砖后的相交点距O点的距离为 .
解析本题考查光的折射.光路如图所示.由几何关系知,边界光线在圆形界面上的入射角=arcsin=arcsin=30°，由折射定律n=
得sin=nsin=
则折射角=60°
则O=2×cot=32D.
答案32D
14.在日落很久以后，常能在高空中看到明亮的人造卫星.有一颗在地球赤道上方飞行的人造卫星，日落2 h后仍能在正上方看到它，它的最低高度（地球半径为6.38×m)为 .
解析本题考查光的直线传播.若在地球北极上俯视，将看到地球做逆时针方向转动.如图所示，把人造地球卫星画在地球背光一侧上方，使它恰好被掠过地球表面的阳光照亮.从图可见，α角即为日落后地球转过的角度，h为最低高度
α=×360°=30°
h=R(-1)=6.38××(-1) m=9.9×m.
答案9.9×m
15.某同学在测一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上画一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合.在玻璃一侧竖直插两枚大头针和,在另一侧按正确方法再插两枚大头针和，移去大头针和圆形玻璃后，得图如下：
（1）从和一侧观察时，、、、应满足的关系为 ；
（2）完成光路图，并标明入射光线、玻璃内传播的光线、出射光线；
（3）用α和β表示出光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角，并用它们表示出玻璃的折射率为 .
解析（1）从和一侧观察，、和、的像应在一条直线上.
（2）连接、作为入射光线，延长至玻璃界面为入射点M；连接、作为出射光线，反向延长至玻璃界面为出射点N；连接M、N即为玻璃内传播的光线.
（3）连接O、N所作的直线是过出射点N点的界面法线，则入射角α和折射角β如图所示.由折射定律得：n=.
答案（1）、和、的像在一条直线上
（2）略
（3）
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.(8分)如右图所示,平面镜MN绕垂直于纸面的轴以角速度ω= rad/s匀速转动,AB为一段圆心在O点的圆弧形屏幕,弦角∠AOB=60°.有一束来自频闪光源的平行光束通过狭缝S射向平面镜MN上的O点,已知光源每秒闪动12次,则屏幕AB上每秒内出现的光斑次数最多是多少?
解析本题考查光的反射.
(1)平面镜转过θ角时,反射光线转过2θ角,故反射光线转过60°所用的时间:
t==s=0.25 s.
(2)在0.25 s的时间内屏幕AB上出现的光斑次数:n=ft=12×0.25个=3个.
(3)若第一个光斑恰好出现在A点,则在0.25 s的时间里,屏幕AB上最多可出现4个光斑,这也是屏幕AB上每秒内出现的最多光斑数.
答案4个
17.（10分）湖边有一高塔，两同学不登塔而估测出了塔高.他们有两只小船、几只浮标和长卷尺.请简述他们的测量原理、步骤和需要测量的物理量，并用所测的物理量表示塔高.
解析本题考查学生利用所学知识解决实际问题的能力.根据平面镜成像原理，甲同学划到湖内适当位置，立于船内目观湖内塔的倒影，并通知乙同学在塔影顶端水面位置放置一浮标.两同学协作测出甲同学的眼睛到水面的距离、甲同学到浮标的距离、浮标到塔底的距离.设塔高为（光路图如图），由几何关系得：/=/，=/.故塔高为：/.
答案原理略塔高为/
18.（10分）光导纤维长l，其折射率为n，光从一个端面进入，从另一端面射出，光在光纤中运动的最长时间是多少？
解析光在光导纤维内是以全反射的方式传播的，每次的入射角都大于或等于临界角，但等于临界角时路程最大，时间最长，如图所示.
由几何关系知：sinC= Δs=nΔl
设光经N次全反射从另一个端面射出，则总路程为s.
s=(N+1)Δs=(N+1)nΔl=n(N+1)Δl=nl
光在玻璃中的传播速度v=
光在玻璃中传播的时间t==.
答案
19.（12分）雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象.在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路.一束细光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心O到入射光线的垂直距离为d.水的折射率为n.
(1)在图上画出该束光线射入水珠内，经一次反射后，又从水珠中射出的光路图；
(2)求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角度.
解析本题考查光的折射.
（1）光路如图所示.
（2）以、表示入射角、折射角，由折射定律得
sin=nsin
Δ、Δ、Δ表示每一次偏转的角度.由反射定律、折射定律和几何关系可知sin=
Δ=-
Δ=π-2
Δ=-
由以上各式解得Δ=arcsin-arcsin
Δ=π-2arcsin
Δ=arcsin-arcsin.
答案（1）图略.
（2）arcsin-arcsinπ-2arcsin
arcsin-arcsin
