光學(xué)原子物理綜合能力的培養(yǎng)

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1、第四部分： 光學(xué)、原子物理 （有關(guān)透鏡的知識(shí)點(diǎn)2003年高考不作要求） 一、知識(shí)結(jié)構(gòu) (一)光學(xué) 1.懂得光的直線傳播的性質(zhì)，并能據(jù)此解釋有關(guān)的自然現(xiàn)象。 2.掌握平面鏡成像的特點(diǎn)，并利用它解決實(shí)際問(wèn)題。 3.掌握光的折射規(guī)律及其應(yīng)用；了解全反射的條件及臨界角的計(jì)算，理解棱鏡的作用原理。 4.明確透鏡的成像原理和成像規(guī)律，能熟練應(yīng)用三條特殊光線的作用和物像的對(duì)應(yīng)關(guān)系作圖，正確理解放大率的概念和光路可逆的問(wèn)題。注意光斑和像的區(qū)別和聯(lián)系。 5.了解光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象及加強(qiáng)、減弱的條件。 6.掌握光的電磁學(xué)說(shuō)的內(nèi)容；明確不同電磁波產(chǎn)生的機(jī)理和各種射線的特點(diǎn)和

2、作用。理解光譜的概念和光譜分析的原理。 7.掌握光電效應(yīng)規(guī)律，理解光電效應(yīng)四個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，了解光的波粒二象性的含義。 (二)原子物理 1.掌握盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型及其意義。 2.了解玻爾的三個(gè)量子化假設(shè)。 3.掌握α、β、γ射線的本質(zhì)和本領(lǐng)。 4.了解放射性元素的半衰期及其應(yīng)用。 二、例題解析 例1 下列成像中，能滿足物像位置互換(即在成像處換上物體，則在原物體處一定成像)的是 ( ) A.平面鏡成像 B.置于空氣中的玻璃凹透鏡成像 C.置于空氣中的玻璃凸透鏡成實(shí)像 D

3、.置于空氣中的玻璃凸透鏡成虛像 【解析】由光路可逆原理，本題的正確選項(xiàng)是C 例2 在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，已畫好玻璃磚界面兩直線aa′與bb′后，不小心誤將玻璃磚向上稍平移了一點(diǎn)，如下圖左所示，若其它操作正確，則測(cè)得的折射率將 ( ) A.變大 B.變小 C.不變 D.變大、變小均有可能 【解析】要解決本題，一是需要對(duì)測(cè)折射率的原理有透徹的理解，二是要善于畫光路圖。 設(shè)P1、P2、P3、P4是正確操作所得到的四枚大頭針的位置，畫出光路圖后可知，即使玻璃磚向上平移一些，如上圖右所示，實(shí)際的入射角沒(méi)有改

4、變。實(shí)際的折射光線是O1O′1，而現(xiàn)在誤把O2O′2作為折射光線，由于O1O′1平行于O2O′2，所以折射角沒(méi)有改變，因此折射率不變。 例3 如右圖所示，折射率為n＝的液面上有一點(diǎn)光源S，發(fā)出一條光線，垂直地射到水平放置于液體中且距液面高度為h的平面鏡M的O點(diǎn)上，當(dāng)平面鏡繞垂直于紙面的軸O以角速度ω逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液面上的觀察者跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)液面上有一光斑掠過(guò)，且光斑到P點(diǎn)后立即消失，求： (1)光斑在這一過(guò)程的平均速度。 (2)光斑在P點(diǎn)即將消失時(shí)的瞬時(shí)速度。 【解析】光線垂直于液面入射，平面鏡水平放置時(shí)反射光線沿原路返回，平面鏡繞O逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)經(jīng)平面鏡的反射，

5、光開始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，液面上的觀察者能得到由液面折射出去的光線，則看到液面上的光斑，從P處向左再也看不到光斑，說(shuō)明從平面鏡反射P點(diǎn)的光線在液面產(chǎn)生全反射，根據(jù)在P處產(chǎn)生全反射條件得： ＝＝ sinθ＝，θ＝45 (1)因?yàn)棣龋?5，PA＝OA＝h，t＝＝ ＝＝ (2)光斑轉(zhuǎn)到P位置的速度是由光線的伸長(zhǎng)速度和光線的繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度合成的，光斑在P位置的線速度為2ωh，所以光斑沿液面向左的速度 v＝v線/cos45＝2ωh/cos45＝4ωh。 例4 如右圖為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)示意圖，其中①為 ，② ，核反應(yīng)方程為

6、 。 【解析】有關(guān)原子物理的題目每年高考都有題，但以選擇題和填空題為主，要求我們復(fù)習(xí)時(shí)注意有關(guān)的理論提出都是依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的，因此要注意每個(gè)理論的實(shí)驗(yàn)依據(jù) 答案：中子流 質(zhì)子流 94Be+ 42He 126C+ 10n。 三、能力訓(xùn)練 (一)選擇題 1.紅色、綠色和黃色的三束平行光分別沿主光軸射向同一個(gè)玻璃凸透鏡，通過(guò)透鏡折射后會(huì)聚到主軸上，會(huì)聚點(diǎn)到光心的距離分別是f紅、f黃、f綠，則 ( ) A.f紅=f綠=f黃 B.f紅＜f黃＜f綠 C.f綠＜f黃＜f紅

7、 D.f紅＞f綠＞f黃 2.如圖所示，OO′為透鏡的主光軸，當(dāng)將點(diǎn)光源置于A點(diǎn)時(shí)，其像位置在B點(diǎn)，則 ( ) A.當(dāng)將點(diǎn)光源置于B點(diǎn)時(shí)，則像必成在A點(diǎn) B.當(dāng)將點(diǎn)光源置于B點(diǎn)時(shí)，則像一定不會(huì)成在A點(diǎn) C.該透鏡是凸透鏡 D.該透鏡是凹透鏡 3.如圖所示，一條光線射到凸透鏡上，某人畫出了該光線經(jīng)透鏡折射后的光路，其中肯定不正確的是 ( ) A.①光線 B.②光線 C.③光線 D.④光線 4.如圖所示，a、b、c是三塊折射率不同的透明介質(zhì)平板玻璃，彼此平行放置

8、，且有na＜nb＜nc,一束單色光線由空氣中以入射角i射到介質(zhì)a中，當(dāng)光線由介質(zhì)c射到空氣中時(shí)，折射角為r，則有 ( ) A.i＞r B.i=r C.i＜r D.無(wú)法確定 5.照相機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，如果不慎在鏡頭上染上一個(gè)小墨點(diǎn)，則照出的相片上 ( ) A.有一個(gè)放大的墨影 B.有一個(gè)縮小的墨影 C.一片漆黑 D.基本正常 6.一種電磁波入射到一個(gè)直徑為1m的圓孔上，所觀察到的衍

9、射現(xiàn)象是明顯的，這種波屬于電磁波譜中的哪個(gè)區(qū)域 ( ) A.r射線 B.可見光 C.x射線 D.無(wú)線電波 7.肥皂泡呈現(xiàn)的彩色，露珠呈現(xiàn)的彩色，通過(guò)狹縫看到的白光光源的彩色條紋，它們分別屬于 ( ) A.光的色散、干涉、衍射現(xiàn)象 B.光的干涉、色散、衍射現(xiàn)象 C.光的干涉、衍射、色散現(xiàn)象 D.光的衍射、色散、干涉現(xiàn)象 8.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開一個(gè)角度(如圖)，這時(shí)

10、 ( ) A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B.鋅板帶正電，指針帶正電 C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電 9.某單色光在真空中的波長(zhǎng)為λ，光速為c，普朗克常量為h.現(xiàn)光以入射角i由真空射入水中，折射角為r，則 ( ) A.i＜r B.光在水中的波長(zhǎng)為λ1=(sini/sinr)λ C.每個(gè)光子在水中的能量E=(hcsinr) /(λsini) D.每個(gè)光子在水中的能量E=(hc)/λ 10.右圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃的上表面是否平整的裝置，檢查中所觀察到的干涉條紋如圖乙所示，則 ( ) A

11、.產(chǎn)生干涉的兩列光波分別是由a的上表面和b的下表面反射的 B.產(chǎn)生干涉的兩列光波分別是由a的下表面和b的上表面反射的 C.被檢查的玻璃表面有凸起 D.被檢查的玻璃表面有凹陷 11.一束單色光照射到處于基態(tài)的一些氫原子上。氫原子吸收光子后能輻射出頻率v1、v2、v3三種不同光子，且v1＜v2＜v3。則入射的單色光的頻率是 ( ) A.v1 B.v2 C.v3 D.v1+v2+v3 12.如圖，在遮光板中央挖一圓洞，嵌入一塊與圓洞等大的透鏡，一束平行光垂直照射到透鏡上，在遮光板后與板平行的屏上呈現(xiàn)一個(gè)直徑2倍于透鏡直徑的圓形光斑，

12、若屏與遮光板相距為d，則透鏡的焦距的大小可能為 ( ) A.d/4 B.d/3 C.d/2 D.d 13.如圖所示，在凸透鏡主光軸上放一點(diǎn)光源P成像于A點(diǎn)，OP＜OA，A處有垂直于主軸的平面鏡，通過(guò)透鏡的光經(jīng)平面鏡反射后 ( ) A.可在OP之間成像 B.可在P點(diǎn)成像 C.向右移動(dòng)透鏡，可能在P點(diǎn)成像 D.向左移動(dòng)透鏡，可能在P點(diǎn)成像 14.下列斜述正確的是 ( ) A.要使照像機(jī)底片上的人像大一些，必須把照像機(jī)移向被照人，且把暗箱拉長(zhǎng) B.放映幻燈時(shí)，幻燈片總是倒立的 C.用放大鏡觀察物體時(shí)，物

13、距總小于焦距 D.放大鏡是凸透鏡 15.如圖所示，兩束單色光a、b自空氣射入玻璃，經(jīng)折射形成復(fù)合光束c，則下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A.a光光子的能量比b光光子的能量大 B在空氣中，a光的波長(zhǎng)比b光的波長(zhǎng)短 C.在玻璃中，a光的光速小于b光的光速 D.玻璃對(duì)a光的臨界角大于對(duì)b光的臨界角 16.如圖所示，A是直徑為10cm的發(fā)光球，B是直徑為5cm的遮光圓板，C是光屏，三者中心共軸，AB相距200cm，當(dāng)B的本影在C上消失時(shí)，BC的距離及此時(shí)半影環(huán)的半徑分別是 ( ) A.100cm、10cm B.100cm、20cm C.

14、200cm、20cm D.200cm、10cm 17.可以用來(lái)說(shuō)明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是 ( ) A.光的色散和光的衍射 B.光的干涉和光電效應(yīng) C.連續(xù)光譜的產(chǎn)生和紅外線的熱作用 D.放射性現(xiàn)象和陰極射線 18.如圖所示，與主軸距離相等的單色光A和B，平行于主光軸射向凹透鏡，經(jīng)折射后其反向延長(zhǎng)線交于P點(diǎn)，由此可得出 ( ) A.A光在透鏡玻璃中的速度比B光小 B.透鏡玻璃對(duì)A光的折射率比B光小 C.在真空中B光的波長(zhǎng)比A光小 D.B光的光子能量比A光小 19.放射性元素的半衰期是指 ( ) A.原了核有

15、半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間 B.原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間的一半 C.原子核的核子數(shù)減少一半所需的時(shí)間 D.原子核的中子數(shù)減少一半所需的時(shí)間 20.如圖所示為發(fā)生月食時(shí)，太陽(yáng)光照射光線的示意圖，當(dāng)月球進(jìn)入圖中哪個(gè)區(qū)域時(shí)，在地球上處于夜晚地區(qū)的觀察者可以看到月食 ( ) A.全部進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ B.全部進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ和Ⅳ C.全部進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅲ D.部分進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ 21.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，同時(shí)放出γ光子，核反應(yīng)方程是11H+10n→21H+γ，以下說(shuō)法中正確的是 ( ) A.反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的總質(zhì)量

16、 B.反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變 C.由核子組成原子核一定向外釋放能量 D.光子所具有的能量為△mc2，△m為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，c為光速 22.如圖所示，是兩個(gè)同種玻璃制成的棱鏡，頂角α1略大于α2，兩束單色光A和B分別垂直入射于三棱鏡后，出射光線與第二界面的夾角β1=β2，則 ( ) A.A光束的頻率比B光束高 B.在棱鏡中A光束的波長(zhǎng)比B光束的短 C.在棱鏡中B光束的傳鏡速度比A光束的大 D.把兩束光由水中射向空氣，產(chǎn)生全反射，A光的臨界角比B的臨界角大 (二)填空題 1.現(xiàn)在，科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”。所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)

17、成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號(hào)相反，據(jù)此，若有反α粒子，它的質(zhì)量數(shù)為 ，電荷數(shù)為 . 2.已知每秒鐘從太陽(yáng)射到地球的輻射能為1.4103J/m2,其中可見光部分約占45%，假如認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)約為5500，太陽(yáng)向各個(gè)方向的輻射是均勻的，日地間距離R=1.51011m,普朗克常量h=6.6310-34Js,由此可估算出太陽(yáng)每秒鐘輻射出的可見光的光子數(shù)約為 個(gè)。(取一位有效數(shù)字) 3.在池塘水面下的一條魚，當(dāng)魚看到很遠(yuǎn)處在池塘岸邊坐著的一個(gè)漁夫時(shí)，魚的視線和豎直方向的夾角大約

18、是 .(已知水的折射率是4/3) 4.某同學(xué)在做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，將玻璃磚放在白紙上，然后用筆直接貼著玻璃磚畫出了兩個(gè)界面，由于筆頭較粗，使得畫出的兩個(gè)界面都向外出現(xiàn)了一小段距離，如圖所示，之后，他沒(méi)有移動(dòng)玻璃磚，直接插針做完了實(shí)驗(yàn)，他實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)得的折射率將 .(填偏大，偏小，不變) 5.在測(cè)定凸透鏡焦距的實(shí)驗(yàn)中，試說(shuō)明發(fā)生以下現(xiàn)象的原因 (1)在光具座上無(wú)論怎樣移動(dòng)小燈，光屏與透鏡都找不到像，而且光屏上只有在靠近透鏡時(shí)有光，原因是 . (2)在光具座上固定好燈與透鏡位置后，無(wú)論怎樣移動(dòng)光屏，屏上始終有光，但

19、不能成像，原因是 . (3)在光具座上固定好燈與透鏡位置后，把光屏移到最遠(yuǎn)時(shí)，屏上才能出現(xiàn)非常模糊的像，原因是 . 6.一對(duì)正、負(fù)電子相遇發(fā)生湮滅，轉(zhuǎn)化為一對(duì)頻率相同的光子，已知電子質(zhì)量為0.9110-30kg,普朗克恒量h=6.6310-34Js,那幺兩個(gè)光子的頻率為 . (三)論述和計(jì)算 1.在廣口瓶中盛滿水，如圖那樣把直尺AB緊挨著廣口瓶瓶口的C點(diǎn)豎直插入瓶?jī)?nèi)，這時(shí)，在直尺對(duì)面的P點(diǎn)觀察水面，能同時(shí)看到直尺在水中的部分和露出水面的部分在水中的像，讀出你看到的直尺水下部分最低點(diǎn)的刻度S1以及跟這個(gè)刻度相重合

20、的水上部分的刻度S2的像S′2，量出廣口瓶的瓶口內(nèi)徑d，就能算出水的折射率。這是為什么?請(qǐng)列出計(jì)算折射率的公式。 2.某金屬在一束黃光的照射下正好有電子逸出，則在下述情況下逸出電子的多少和電子的最大初動(dòng)能有什么變化? (1)增大光強(qiáng)而不改變光的頻率。 (2)用一束強(qiáng)度更大的紅光代替黃光。 (3)用一束強(qiáng)度比黃光小得多的紫光代替黃光。 3.如圖所示，AB為平面向下放置的平面鏡，CD為擋光板，人的眼睛在E點(diǎn)，請(qǐng)作出眼睛通過(guò)平面鏡反射能看到的擋光板右側(cè)的地面范圍。 4.如圖所示，游泳池寬度L=15m，左岸邊一標(biāo)桿上裝有一A

21、燈，A燈高0.5m，在右岸邊站立著一人，E點(diǎn)為人眼的位置，人的眼高為1.5m，水面離岸邊的高度為0.5m，此人發(fā)現(xiàn)A燈經(jīng)水面反射所成的像與左岸水面下某處的B燈經(jīng)折射后所成的像重合，已知水的折射率為1.3，試求B燈在水面下多深處?(B燈在圖中未畫出) 5.將焦距為f的凸透鏡切成上下兩半，沿主光軸拉開距離f，如右圖所示，點(diǎn)光源S置于透鏡主軸上離左邊半個(gè)透鏡f處。該裝置可演示兩束光的干涉現(xiàn)象，請(qǐng)畫出點(diǎn)光源S經(jīng)上下兩半透鏡后的光束，并用斜線畫出兩束光發(fā)生干涉的區(qū)域。 6.氫原子的核外電子質(zhì)量為m，電量為-e，在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為r1，試回答下列問(wèn)

22、題： (1)電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能EK是多少? (2)電子繞核運(yùn)動(dòng)的頻率是多少? (3)電子繞核在如圖所示xy平面上，沿A→B→C→D方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電子轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于環(huán)形電流，則此電流的方向如何?電流強(qiáng)度多大? 7.如圖所示，M為水平放置的一塊平面鏡，AB為平面鏡上方一個(gè)短尺，PQ為一個(gè)跟平面鏡面垂直的豎線，由于平面鏡上某區(qū)間貼著不透光的紙，使人眼只能在豎直的S1至S2之間通過(guò)平面鏡看到短尺，請(qǐng)用作圖法找出平面鏡上用不透光紙遮住的部分，并寫出作圖步驟。 8.如圖所示，一個(gè)三棱鏡的橫截面是直角三角形，且∠A=30, =,把此棱鏡放在真空中，一束平行單色光斜射向AC

23、面的DC部分，經(jīng)棱鏡后垂直于AB面射出，棱鏡材料的折射率為. (1)求光線從棱鏡內(nèi)射向真空時(shí)的臨界角。 (2)在圖中畫出從DC部分射入，最后垂直于AB面射出的一條光線的光路圖(不要求畫出此光線在AB面的反射線)，并計(jì)算此光線在DC面上的入射角。 9.氫原子核外電子的電量為e，它繞核運(yùn)動(dòng)的最小軌道半徑為r0，試求出電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能，以及電子所在軌道處的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。若已知電子質(zhì)量為m，則電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心加速度為多大?  能力訓(xùn)練參考答案 (一)選擇題 1.C 2.B、D 3.A、B、D 4.B 5.D 6.D 7.B 8.B

24、 9.BD 10.BD 11.C 12.BD 13.BCD 14.ABCD 15.D 16.D 17.B 18.AD 19.A 20.AD 21.ACD 22.D (二)填空題 1.4 2 2.51044個(gè) 3.49 4.偏小 5.(1)燈、屏、透鏡三者不同軸；(2)u＜f；(3)燈雖位于1倍焦距之外，但太靠近焦點(diǎn)，成像太遠(yuǎn) 6.1.22010H2 (三)論述和計(jì)算 1.解這個(gè)問(wèn)題需要將光的反射與折射知識(shí)結(jié)合起來(lái)，在本題中，S′2是S2經(jīng)水面反射后所成的像，而看到的直尺在水面下最低點(diǎn)的刻度實(shí)際上已經(jīng)是最低點(diǎn)S1經(jīng)水面折射后所成的像。兩刻度重

25、合，實(shí)際上是S2發(fā)出的光線經(jīng)D點(diǎn)反射后的反射光線與S1發(fā)出的光線在D點(diǎn)折射后的折射光線重合，因此眼睛看起來(lái)就會(huì)覺得這兩個(gè)刻度重合。 設(shè)S1與S0之間的距離為l1,S2與S0之間的距離為l2. sini=,sinr=, =,n== . 2.正好有電子逸出，說(shuō)明此種黃光的頻率恰好為該種金屬的極限頻率。 (1)增大光強(qiáng)而不改變光的頻率，意味著單位時(shí)間內(nèi)入射光子數(shù)增加而每個(gè)光子的能量不變，因此光電子的最大初動(dòng)能不變，但逸出的光電子數(shù)目增加。 (2)用一束強(qiáng)度更大的紅光來(lái)代替黃光，紅光光子的頻率小于該金屬的極限頻率，所以無(wú)光電子逸出。 (3)用強(qiáng)度比黃光小得多的紫光代替黃光，雖然單位時(shí)間里射向金屬的光子數(shù)比原來(lái)減少，但每個(gè)紫光光子的能量比黃光光子的能量大，因此，光電子的最大初動(dòng)能增大，但是單位時(shí)間里逸出的光電子的數(shù)目減少(注意：即使紫光的強(qiáng)度與黃光的強(qiáng)度相同，單位時(shí)間里射向金屬的光子數(shù)應(yīng)是黃光多，紫光少，因?yàn)槊總€(gè)紫光光子的能量比每個(gè)黃光光子的能量大)。 3.略 4.4.35m 5.略 6.(1)根據(jù)牛頓第二定律 k=m ∴電子的動(dòng)能 EK=mv2= (2)電子繞核運(yùn)動(dòng)的頻率 f== (3)此環(huán)形電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針 電流強(qiáng)度I==ef= 7.略 8.(1)45 (2)45 9.Ek=、E=k、a=