上海市2011-2020年高考物理试卷分类汇编之15—光学（含答案及解析）

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上海市2011-2020年高考试卷分类汇编之15—
光学
（1）光的反射和折射
1.2016年上海卷2.一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时
（A）速度相同，波长相同 （B）速度不同，波长相同
（C）速度相同，频率相同 （D）速度不同，频率相同
【答案】D
【解析】不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速度减小。故选项D正确。
（2）光的干涉、衍射和偏振
2.2019年上海学业卷4．泊松亮斑是光的( )
（A）干涉现象，说明光有波动性 （B）衍射现象，说明光有波动性
（C）干涉现象，说明光有粒子性 （D）衍射现象，说明光有粒子性
答案： B
解析：泊松亮斑是光的衍射现象，选项AC错误；干涉和衍射是波的特征，故选项D错误，B正确。
3. 2011年上海卷21．如图，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑。这是光的 （填“干涉”、“衍射”或“直线传播”）现象，这一实验支持了光的 (填“波动说”、“微粒说”或“光子说”)。
答案：衍射，波动说。
解析：本题考查光的衍射现象。该图片中的亮斑为“泊松亮斑”，从图看亮条纹为从里向外越来越窄，越来越暗，为典型的衍射条纹，故这是光的衍射现象。光的衍射现象是光的波动性的独有特征，故该实验支持了光的波动说。
4.2014年物理上海卷26. (4分)如图，在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将 （选填：“增大”、“减小”或“不变”）；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有
在 情况下，光才可以看作是沿直线传播的。
【答案】减小；光的波长比障碍物小得多
【解析】根据条纹间距由d、L和波长决定可知，增加缝宽，可以使条纹间距离减小；光遇到障碍物时，当障碍物的尺寸与波长接近时，会发生明显的衍射现象，当障碍物较大时，光近似沿直线传播。
5. 2013年上海卷3．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的
A．传播速度不同 B．强度不同 C．振动方向不同 D．频率不同
答案：D
解析：白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的频率不同。
6.2020年上海卷9．观察光的衍射现象的实验装置如图所示，用红色激光照射时得到某衍射条纹。为减小条纹宽度，可（ ）
（A）减小单缝宽度
（B）改用绿色激光照射
（C）增大单缝与光屏的距离
（D）减小激光器与单缝的距离
答案：B
解析：光发生明显衍射的体积是障碍物或缝（孔）的大小可以跟波长相比较，波长越大，即条纹宽度越大。
A.减小单缝宽度，衍射越明显，条纹宽度越大，A错误；
B.改用波长小的激光照射，绿色激光的波长小于红色激光，条纹宽度减小，故B正确。
C.类似于光的干涉，增大单缝与光屏的距离，条纹宽度增大，C错误；
D. 减小激光器与单缝的距离，与条纹宽度无关，D错误。故选B。
7. 2012年上海卷2．下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则 （ ）
（A）甲为紫光的干涉图样 （B）乙为紫光的干涉图样
（C）丙为红光的干涉图样 （D）丁为红光的干涉图样
答案：B
解析：当单色光通过双缝时形成的干涉图样为等间距的，而通过单缝时的图案是中间宽两边窄的衍射图样，因此甲、乙为干涉图案；而丙、丁为衍射图案。并且红光的波长较长，干涉图样中，相邻条纹间距较大，而紫光的波长较短，干涉图样中相邻条纹间距较小，因此B选项正确。
8. 2017年上海市学业水平考试4. 用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为 （ ）
答案：B
9. 2018年上海市学业水平考试13.分别用红光和紫光照射同一双缝，保持其他条件不变，得到的干涉条纹间距较宽的是______光，当改用白光照射时，除中央亮条纹外，两侧的亮条纹是_____色的。
【答案】????红色?? 紫色?
【解析】红光的波长大于紫光，根据双缝干涉条纹间距公式可知，红光的干涉条纹间距较宽；当改用白光照射时，除中央亮条纹外，两侧的亮条纹是紫色的。
（3）光电效应
10.2017年上海市学业水平考试2．光子的能量与其（ ）
（A）频率成正比 （B）波长成正比 （C）速度成正比 （D）速度平方成正比
答案：A
11. 2013年上海卷2．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时
A．锌板带负电 B．有正离子从锌板逸出
C．有电子从锌板逸出 D．锌板会吸附空气中的正离子
答案：C
解析：当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确ABD错误。
12. 2014年物理上海卷6.在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是 （ ）
A．光电效应是瞬时发生的
B．所有金属都存在极限颇率
C．光电流随着入射光增强而变大
D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大
【答案】C
【解析】光具有波粒二象性，即既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误。
13. 2013年上海卷17．某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，该激光器发出的
A．是紫外线 B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1016个
答案：BD
解析：由于激光波长大于可见光波长，所以该激光器发出的是红外线，选项B正确A错误。
由E=hc/λ可得光子能量约为E=6.63×10-34×3×108÷(1.5×10-6)J=1.3×10-19J，选项C错误。
光子数约为每秒为n=P/E=3.8×1016个，选项D正确。
14. 2012年上海卷1．在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的 （ ）
（A）频率 （B）强度 （C）照射时间 （D）光子数目
答案：A
解析：根据爱因斯坦的光电效应方程：，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与其它无关。而光照强度，照射时间及光子数目与逸出的光电子数量有关。
15.2011年上海卷3．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（ ）
A．改用频率更小的紫外线照射 B．改用X射线照射
C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间
答案：B
解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A错；与光照射时间无关，D错；与光强度无关，C错；X射线的频率比紫外线频率较高，故B对。
16. 2012年上海卷4．根据爱因斯坦的“光子说”可知 （ ）
（A）“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” （B）光的波长越大，光子的能量越小
（C）一束单色光的能量可以连续变化 （D）只有光子数很多时，光才具有粒子性
答案：B
解析：爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份的，不连续的，它并不否定光的波动性，而牛顿的“微粒说”与波动说是对立的，因此A不对
在爱因斯坦的“光子说”中，光子的能量，可知波长越长，光子的能量越小，因此B正确。
某一单色光，波长恒定，光子的能量也是恒定的，因此C不对
大量光子表现为波动性，而少数光子才表现为粒子性，因此D不对。
17.2015年上海卷11．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料 （ D ）
（A）仅钠能产生光电子
（B）仅钠、铜能产生光电子
（C）仅铜、铂能产生光电子
（D）都能产生光电子
解析：根据爱因斯坦光电效应方程可知，只有照射光的波长小于某金属的极限波长，才有光电子逸出，从光的强度图线可知，该光源发出的光的波长含有小于100nm的光，小于钠、铜、铂三钟材料的极限波长，都能产生光电子，故D正确，A、B、C错误。
18.2019年上海学业卷20．如图，光滑轨道abc固定在竖直平面内，c点与粗糙水平轨道cd相切，一质量为m的小球A从高H1静止落下，在b处与一质量为m的滑块B相撞后小球A静止，小球A的动能全部传递给滑块B，随后滑块B从c处运动到d处且bd高H2，滑块B通过在cd段所用时间为t。求：
（1）cd处的动摩擦因数μ；
（2）若将此过程类比为光电效应的过程，则：A为_________；?B为__________；分析说明：_____________类比为极限频率ν0。
答案：（1） （2）光子， 光电子， H2
解析：?（1）由A球运动到b处的机械能为：???E=mgH1
然后将这部分能量传递给B，设B球在c处的速度为v，则由机械能守恒定律可知，
（2）光电效应现象是指：当一定频率的光照射到金属表面时，能使金属中的电子从表面逸出的现象，逸出的电子叫做光电子。只有当照射光子的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应。
将方程与光电效应方程 类比可知：
A为光子，B为光电子， H2类比为极限频率ν0。
（4）光的波粒二象性
19.2015年上海卷10．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明 （ C ）
（A）光的本质是波
（B）光的本质是粒子
（C）光的能量在胶片上分布不均匀
（D）光到达胶片上不同位置的概率相同
解析： 用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分而不均匀，故C正确，D错误。
20.2011年上海卷 17．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则
A．图像(a)表明光具有粒子性
B．图像(c)表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
答案：ABD
解析：本题考查双缝干涉实验及光的波粒二象性。光子较少时，极其微弱的可见光光子的落点位置具有不确定性，故（a）图说明光具有粒子性，A对；光照时间的增加，光子落在亮条纹区域的概念明显较大，双缝干涉条纹越来越清晰，故（c）具有波动性，B对；显然光子落在亮条纹上的概念较大，该实验也说明光是一种概率波，D对。
（5）用双缝干涉测光的波长
21.2016年上海卷9.在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则
（A）中间条纹间距较两侧更宽
（B）不同色光形成的条纹完全重合
（C）双缝间距离越大条纹间距离也越大
（D）遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹
【答案】D
【解析】据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项A错误；不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项B错误；据公式可知，双缝间距d越大，干涉条纹距离越小，故选项C错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项D正确。
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