光 单元测试
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第十三章：光学部分 单元测试
时量：60分钟 满分：100分
一、本题共8小题，每小题5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5分，选不全的得3分，有选错或不选的得0分．
1.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，其影随鸢遂相
违，鸢东则影西，鸢西则影东.”意思说，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，影子与鹞鹰就作相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移动.这描述的是光的什么现象？ ( )
A.直线传播 B.折射现象 C.干涉现象 D.衍射现象
2.如图12-1所示，两块平面镜互相垂直放置，若把入射光线AB的入射角减小一较小的角度θ，则最后的反射光线CD的方向（ ）
A．不变
B．逆时针转过θ角
C．顺时针转过θ角
D．顺时针转过2θ角
3.水的折射率为n，距水面深h处有一个点光源，
岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为( )
A.2 h tan(arc sin) B.2 h tan(arc sin n)
C.2 h tan(arc cos) D.2 h cot(arc cos n)
4.在没有月光的夜间，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯（可看做光源），小鱼在水
中游动，小鸟在水面上方飞翔，设水中无杂质且水面平静，下面的说法中正确的是（ ）
A．小鱼向上方水面看去，看到水面到处都是亮的，但中部较暗
B．小鱼向上方水面看去，看到的是一个亮点，它的位置与鱼的位置无关
C．小鸟向下方水面看去，看到水面中部有一个圆形区域是亮的，周围是暗的
D．小鸟向下方水面看去，看到的是一个亮点，它的位置与鸟的位置有关
5.如图12-2所示,是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于轴等距
且平行的两束不同单色细光束，从玻璃射出后相交于下方的P点，由此可以得出的结论是（ ）
A.在玻璃中，A光比B光的速度小
B.玻璃对A光的折射率比对B光的折射率小
C.空气中，A光的波长比B光的波长长
D.A光的光子能量比B光的光子能量小
6.2003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
利用如图12-3所示的“托马斯·杨双缝干涉实验”装置 进行电子干涉的实验．从
辐射源射出的电子束经两个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
7．如图12-4所示，N为钨板，M为金属网，它们分别与电池两极相连，各电池的电动
势E和极性已在图中标出，钨的逸出功为4. 5 e V，现分别用能量不同的光子照射钨板（各光子的能量也已在图上标出），那么下列图中电子不能到达金属网的是（ ）
8.利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振
光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关.将θ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12-5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处光最强，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
的强度最大，偏振片B转过的角度等于θ
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光
的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ
二．本题共2小题，每小题10分，共20分．把答案填在相应的横线上或按题目要求做答．
9．某同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验，先
在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚
大头针P1和P2，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整
视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相
继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，
使P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位
置和圆柱形玻璃砖的边界如图12-6所示．
（1）在图上画出所需的光路．
（2）了测量出玻璃砖折射率，需要测量的物理量有 （要求在图上标出）．
（3）写出计算折射率的公式n= .
10．某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图12-7所示，激光器发出
一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，
感光片的位置上出现一排等距的亮线．
（1）这个现象说明激光具有 性．
（2）某同学在做“用双缝干涉测光的波
长”实验时，第一次分划板中心刻度线
对齐A条纹中心时如图12-10甲所示，游
标卡尺的示数如图丙所示；第二次分划板中
心刻度线对齐B条纹中心线时如图乙所示，
游标卡尺的读数如图丁所示．已知双缝间距
为0. 5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则
图丙中游标卡尺的示数为 mm．图12-7丁中游标卡尺的示数为 mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是 ，所测光波的波长为 m.（保留两位有效数字）
（3）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两条纹的距离将 .
三．本题共3个小题， 共32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．
11. （10分）如图12-8所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为又的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量e，求：
（1）从B板运动到A板所需时间最短的光电子，到达A板时的动能；
（2）光电子从B板运动到A板时所需的最长时间．
12. （10分）如图12-9所示，游泳池宽度L=15 m，水面离岸边的高度为0.5 m，在左岸边一标杆上装有一A灯，A灯距地面高0.5 m，在右岸边站立着一个人，E点为人眼的位置，人眼距地面离1. 5 m，若此人发现A灯经水反射所成的像与左岸水面下某处的B灯经折射后所成的像重合，已知水的折射率为1.3，则B灯在水面下多深处？（B灯在图中未画出）
13. （12分）在实验室做了一个这样的光学实验，即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡（紧靠暗箱的左内壁）、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片（紧靠暗箱的右内壁），整个装置如图12-10所示，小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在感光胶片上针头影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对感光胶片进行了光能量测量，得出每秒到达感光胶片的光能量是5×10-13J.假如起作用的光波波长约为500 nm，且当时实验测得暗箱的长度为1.2 m，若光子依次通过狭缝，普朗克常量h=6.63×10-34J·s．求：
（1）每秒钟到达感光胶片的光子数；
（2）光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离；
（3）根据第（2）问的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？请简要说明理由．
单元测试答案
1．A 2．A 3．A 4．BD 5．A 6．C 7．AD 8．ACD
9. （1）光路如图所示
（2）∠i和∠r
（3）
10. （1）相干
（2）11.4 16.7 ；减小测量的偶然误差（或提高实验的精确度）、6.6×10-7m
（3）变小
11. 【解析】（1）根据爱因斯坦光电效应方程EK= h—W，光子的频率为．所以，光电子的最大初动能为EK= －W，能以最短时间到达A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子，设到达A板的动能为EK1，由动能定理，得eU= EK1一EK，所以EK1 =eU＋－W．
（2）能以最长时间到达A板的光电子，是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子.
则 ， 得t=d
12. 【解析】如所示，图12-12设水面为CF,A到水面点C的距离为L1，B灯与水面点C之间的距离为L2，人眼到水面上点F之间的距离为L3，点C、D之间的距离为L4,由A灯光的反射
得
得 L4=5 m.
对B灯光的折射过程，
有
，
解得：L2=4.35m． 即灯在水面下4. 35 m深处．
13. 【解析】（1）设每秒到达感光胶片的光能量为E0，
对于 =500 nm的光子能量为E=h， ①
因此每秒达到感光胶片的光子数为 ②
由①、②式及代入数据 得 n=1.25×106（个）
（2）光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔
;相邻两光子间的平均距离为 S=c= 2.4×102 m
（3）由第（2）问的计算结果可知，两光子间距有2.4×102 m，而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1.2 m，所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动．这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作用产生的波动行为的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点.
图12-1
图12-2
图12-3
图12-4
A
P
B
S
O
图12-5
图12-6
图12-7
图12-8
图12-9
图12-10
图12-12
时量：60分钟 满分：100分
一、本题共8小题，每小题5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5分，选不全的得3分，有选错或不选的得0分．
1.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，其影随鸢遂相
违，鸢东则影西，鸢西则影东.”意思说，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，影子与鹞鹰就作相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移动.这描述的是光的什么现象？ ( )
A.直线传播 B.折射现象 C.干涉现象 D.衍射现象
2.如图12-1所示，两块平面镜互相垂直放置，若把入射光线AB的入射角减小一较小的角度θ，则最后的反射光线CD的方向（ ）
A．不变
B．逆时针转过θ角
C．顺时针转过θ角
D．顺时针转过2θ角
3.水的折射率为n，距水面深h处有一个点光源，
岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为( )
A.2 h tan(arc sin) B.2 h tan(arc sin n)
C.2 h tan(arc cos) D.2 h cot(arc cos n)
4.在没有月光的夜间，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯（可看做光源），小鱼在水
中游动，小鸟在水面上方飞翔，设水中无杂质且水面平静，下面的说法中正确的是（ ）
A．小鱼向上方水面看去，看到水面到处都是亮的，但中部较暗
B．小鱼向上方水面看去，看到的是一个亮点，它的位置与鱼的位置无关
C．小鸟向下方水面看去，看到水面中部有一个圆形区域是亮的，周围是暗的
D．小鸟向下方水面看去，看到的是一个亮点，它的位置与鸟的位置有关
5.如图12-2所示,是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于轴等距
且平行的两束不同单色细光束，从玻璃射出后相交于下方的P点，由此可以得出的结论是（ ）
A.在玻璃中，A光比B光的速度小
B.玻璃对A光的折射率比对B光的折射率小
C.空气中，A光的波长比B光的波长长
D.A光的光子能量比B光的光子能量小
6.2003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
利用如图12-3所示的“托马斯·杨双缝干涉实验”装置 进行电子干涉的实验．从
辐射源射出的电子束经两个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
7．如图12-4所示，N为钨板，M为金属网，它们分别与电池两极相连，各电池的电动
势E和极性已在图中标出，钨的逸出功为4. 5 e V，现分别用能量不同的光子照射钨板（各光子的能量也已在图上标出），那么下列图中电子不能到达金属网的是（ ）
8.利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振
光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关.将θ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12-5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处光最强，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
的强度最大，偏振片B转过的角度等于θ
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光
的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ
二．本题共2小题，每小题10分，共20分．把答案填在相应的横线上或按题目要求做答．
9．某同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验，先
在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚
大头针P1和P2，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整
视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相
继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，
使P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位
置和圆柱形玻璃砖的边界如图12-6所示．
（1）在图上画出所需的光路．
（2）了测量出玻璃砖折射率，需要测量的物理量有 （要求在图上标出）．
（3）写出计算折射率的公式n= .
10．某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图12-7所示，激光器发出
一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，
感光片的位置上出现一排等距的亮线．
（1）这个现象说明激光具有 性．
（2）某同学在做“用双缝干涉测光的波
长”实验时，第一次分划板中心刻度线
对齐A条纹中心时如图12-10甲所示，游
标卡尺的示数如图丙所示；第二次分划板中
心刻度线对齐B条纹中心线时如图乙所示，
游标卡尺的读数如图丁所示．已知双缝间距
为0. 5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则
图丙中游标卡尺的示数为 mm．图12-7丁中游标卡尺的示数为 mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是 ，所测光波的波长为 m.（保留两位有效数字）
（3）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两条纹的距离将 .
三．本题共3个小题， 共32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．
11. （10分）如图12-8所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为又的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量e，求：
（1）从B板运动到A板所需时间最短的光电子，到达A板时的动能；
（2）光电子从B板运动到A板时所需的最长时间．
12. （10分）如图12-9所示，游泳池宽度L=15 m，水面离岸边的高度为0.5 m，在左岸边一标杆上装有一A灯，A灯距地面高0.5 m，在右岸边站立着一个人，E点为人眼的位置，人眼距地面离1. 5 m，若此人发现A灯经水反射所成的像与左岸水面下某处的B灯经折射后所成的像重合，已知水的折射率为1.3，则B灯在水面下多深处？（B灯在图中未画出）
13. （12分）在实验室做了一个这样的光学实验，即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡（紧靠暗箱的左内壁）、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片（紧靠暗箱的右内壁），整个装置如图12-10所示，小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在感光胶片上针头影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对感光胶片进行了光能量测量，得出每秒到达感光胶片的光能量是5×10-13J.假如起作用的光波波长约为500 nm，且当时实验测得暗箱的长度为1.2 m，若光子依次通过狭缝，普朗克常量h=6.63×10-34J·s．求：
（1）每秒钟到达感光胶片的光子数；
（2）光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离；
（3）根据第（2）问的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？请简要说明理由．
单元测试答案
1．A 2．A 3．A 4．BD 5．A 6．C 7．AD 8．ACD
9. （1）光路如图所示
（2）∠i和∠r
（3）
10. （1）相干
（2）11.4 16.7 ；减小测量的偶然误差（或提高实验的精确度）、6.6×10-7m
（3）变小
11. 【解析】（1）根据爱因斯坦光电效应方程EK= h—W，光子的频率为．所以，光电子的最大初动能为EK= －W，能以最短时间到达A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子，设到达A板的动能为EK1，由动能定理，得eU= EK1一EK，所以EK1 =eU＋－W．
（2）能以最长时间到达A板的光电子，是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子.
则 ， 得t=d
12. 【解析】如所示，图12-12设水面为CF,A到水面点C的距离为L1，B灯与水面点C之间的距离为L2，人眼到水面上点F之间的距离为L3，点C、D之间的距离为L4,由A灯光的反射
得
得 L4=5 m.
对B灯光的折射过程，
有
，
解得：L2=4.35m． 即灯在水面下4. 35 m深处．
13. 【解析】（1）设每秒到达感光胶片的光能量为E0，
对于 =500 nm的光子能量为E=h， ①
因此每秒达到感光胶片的光子数为 ②
由①、②式及代入数据 得 n=1.25×106（个）
（2）光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔
;相邻两光子间的平均距离为 S=c= 2.4×102 m
（3）由第（2）问的计算结果可知，两光子间距有2.4×102 m，而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1.2 m，所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动．这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作用产生的波动行为的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点.
图12-1
图12-2
图12-3
图12-4
A
P
B
S
O
图12-5
图12-6
图12-7
图12-8
图12-9
图12-10
图12-12