1、第四部分： 光学、原子物理（有关透镜的知识点 2003 年高考不作要求）一、知识结构(一)光学1.懂得光的直线传播的性质，并能据此解释有关的自然现象。2.掌握平面镜成像的特点，并利用它解决实际问题。3.掌握光的折射规律及其应用；了解全反射的条件及临界角的计算，理解棱镜的作用原理。4.明确透镜的成像原理和成像规律，能熟练应用三条特殊光线的作用和物像的对应关系作图，正确理解放大率的概念和光路可逆的问题。注意光斑和像的区别和联系。5.了解光的干涉现象和光的衍射现象及加强、减弱的条件。6.掌握光的电磁学说的内容；明确不同电磁波产生的机理和各种射线的特点和作用。理解光谱的概念和光谱分析的原理。7.掌握光
2、电效应规律，理解光电效应四个实验的结论，了解光的波粒二象性的含义。(二)原子物理1.掌握卢瑟福核式结构模型及其意义。2.了解玻尔的三个量子化假设。3.掌握 、 射线的本质和本领。4.了解放射性元素的半衰期及其应用。二、例题解析例 1 下列成像中，能满足物像位置互换(即在成像处换上物体，则在原物体处一定成像)的是 ( )A.平面镜成像 B.置于空气中的玻璃凹透镜成像C.置于空气中的玻璃凸透镜成实像 D.置于空气中的玻璃凸透镜成虚像【解析】由光路可逆原理，本题的正确选项是 C例 2 在“测定玻璃的折射率”实验中，已画好玻璃砖界面两直线 aa与 bb后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如下图左所示
3、，若其它操作正确，则测得的折射率将 ( )A.变大 B.变小 C.不变 D.变大、变小均有可能【解析】要解决本题，一是需要对测折射率的原理有透彻的理解，二是要善于画光路图。设 P1、P 2、P 3、P 4是正确操作所得到的四枚大头针的位置，画出光路图后可知，即使玻璃砖向上平移一些，如上图右所示，实际的入射角没有改变。实际的折射光线是O1O 1，而现在误把 O2O 2作为折射光线，由于 O1O 1平行于 O2O 2，所以折射角没有改变，因此折射率不变。例 3 如右图所示，折射率为 n 的液面上有一点光源2S，发出一条光线，垂直地射到水平放置于液体中且距液面高度为 h 的平面镜 M 的 O 点上，
4、当平面镜绕垂直于纸面的轴 O 以角速度 逆时针方向匀速转动时，液面上的观察者跟踪观察，发现液面上有一光斑掠过，且光斑到 P 点后立即消失，求：(1)光斑在这一过程的平均速度。(2)光斑在 P 点即将消失时的瞬时速度。【解析】光线垂直于液面入射，平面镜水平放置时反射光线沿原路返回，平面镜绕 O逆时针方向转动时经平面镜的反射，光开始逆时针转动，液面上的观察者能得到由液面折射出去的光线，则看到液面上的光斑，从 P 处向左再也看不到光斑，说明从平面镜反射 P点的光线在液面产生全反射，根据在 P 处产生全反射条件得： 90sin 12sin ，45(1)因为 45，PAOAh，t 8 V8 (2)光斑转
5、到 P 位置的速度是由光线的伸长速度和光线的绕 O 转动的线速度合成的，光斑在 P 位置的线速度为 2 h，所以光斑沿液面向左的速度vv 线 /cos452 h/cos454h。例 4 如右图为查德威克发现中子的实验示意图，其中为 ， ，核反应方程为 。【解析】有关原子物理的题目每年高考都有题，但以选择题和填空题为主，要求我们复习时注意有关的理论提出都是依据实验结果的，因此要注意每个理论的实验依据答案：中子流 质子流 94Be+ 42He 126C+ 10n。三、能力训练(一)选择题1.红色、绿色和黄色的三束平行光分别沿主光轴射向同一个玻璃凸透镜，通过透镜折射后会聚到主轴上，会聚点到光心的距离
6、分别是 f 红 、f 黄 、f 绿 ，则 ( )A.f 红 =f 绿 =f 黄 B.f 红 f 黄 f 绿C.f 绿 f 黄 f 红 D.f 红 f 绿 f 黄 2.如图所示，OO为透镜的主光轴，当将点光源置于 A 点时，其像位置在 B 点，则 ( )A.当将点光源置于 B 点时，则像必成在 A 点B.当将点光源置于 B 点时，则像一定不会成在 A 点C.该透镜是凸透镜D.该透镜是凹透镜3.如图所示，一条光线射到凸透镜上，某人画出了该光线经透镜折射后的光路，其中肯定不正确的是 ( )A.光线 B.光线C.光线 D.光线4.如图所示，a、b、c 是三块折射率不同的透明介质平板玻璃，彼此平行放置，
7、且有nan bn c,一束单色光线由空气中以入射角 i 射到介质 a 中，当光线由介质 c 射到空气中时，折射角为 r，则有( )A.ir B.i=r C.ir D.无法确定5.照相机的镜头相当于一个凸透镜，如果不慎在镜头上染上一个小墨点，则照出的相片上 ( )A.有一个放大的墨影 B.有一个缩小的墨影C.一片漆黑 D.基本正常6.一种电磁波入射到一个直径为 1m 的圆孔上，所观察到的衍射现象是明显的，这种波属于电磁波谱中的哪个区域 ( )A.r 射线 B.可见光 C.x 射线 D.无线电波7.肥皂泡呈现的彩色，露珠呈现的彩色，通过狭缝看到的白光光源的彩色条纹，它们分别属于 ( )A.光的色散
8、、干涉、衍射现象 B.光的干涉、色散、衍射现象C.光的干涉、衍射、色散现象 D.光的衍射、色散、干涉现象8.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度(如图)，这时 ( )A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电9.某单色光在真空中的波长为 ，光速为 c，普朗克常量为 h.现光以入射角 i 由真空射入水中，折射角为 r，则 ( )A.ir B.光在水中的波长为 1=(sini/sinr)C.每个光子在水中的能量 E=(hcsinr) /(sini)D.每个光子在水中
9、的能量 E=(hc)/10.右图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否平整的装置，检查中所观察到的干涉条纹如图乙所示，则 ( )A.产生干涉的两列光波分别是由 a 的上表面和 b 的下表面反射的B.产生干涉的两列光波分别是由 a 的下表面和 b 的上表面反射的C.被检查的玻璃表面有凸起D.被检查的玻璃表面有凹陷11.一束单色光照射到处于基态的一些氢原子上。氢原子吸收光子后能辐射出频率v1、v 2、v 3三种不同光子，且 v1v 2v3。则入射的单色光的频率是 ( )A.v1 B.v2 C.v3 D.v1+v2+v312.如图，在遮光板中央挖一圆洞，嵌入一块与圆洞等大的透镜，一束平行光垂直照射
10、到透镜上，在遮光板后与板平行的屏上呈现一个直径 2 倍于透镜直径的圆形光斑，若屏与遮光板相距为 d，则透镜的焦距的大小可能为 ( )A.d/4 B.d/3 C.d/2 D.d13.如图所示，在凸透镜主光轴上放一点光源 P 成像于 A 点，OPOA，A 处有垂直于主轴的平面镜，通过透镜的光经平面镜反射后 ( )A.可在 OP 之间成像B.可在 P 点成像C.向右移动透镜，可能在 P 点成像D.向左移动透镜，可能在 P 点成像14.下列斜述正确的是 ( )A.要使照像机底片上的人像大一些，必须把照像机移向被照人，且把暗箱拉长B.放映幻灯时，幻灯片总是倒立的C.用放大镜观察物体时，物距总小于焦距D.
11、放大镜是凸透镜15.如图所示，两束单色光 a、b 自空气射入玻璃，经折射形成复合光束 c，则下列说法中正确的是 ( )A.a 光光子的能量比 b 光光子的能量大B 在空气中，a 光的波长比 b 光的波长短C.在玻璃中，a 光的光速小于 b 光的光速D.玻璃对 a 光的临界角大于对 b 光的临界角16.如图所示，A 是直径为 10cm 的发光球，B 是直径为 5cm 的遮光圆板，C 是光屏，三者中心共轴，AB 相距 200cm，当 B 的本影在 C 上消失时，BC 的距离及此时半影环的半径分别是 ( )A.100cm、10cm B.100cm、20cmC.200cm、20cm D.200cm、1
12、0cm17.可以用来说明光具有波粒二象性的现象是 ( )A.光的色散和光的衍射B.光的干涉和光电效应C.连续光谱的产生和红外线的热作用D.放射性现象和阴极射线18.如图所示，与主轴距离相等的单色光 A 和 B，平行于主光轴射向凹透镜，经折射后其反向延长线交于 P 点，由此可得出 ( )A.A 光在透镜玻璃中的速度比 B 光小B.透镜玻璃对 A 光的折射率比 B 光小C.在真空中 B 光的波长比 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.原了核有半数发生衰变所用的时间B.原子核有半数发生衰变所需的时间的一半C.原子核的核子数减少一半所需的时间D.原子核的中子
13、数减少一半所需的时间20.如图所示为发生月食时，太阳光照射光线的示意图，当月球进入图中哪个区域时，在地球上处于夜晚地区的观察者可以看到月食 ( )A.全部进入区域B.全部进入区域和C.全部进入区域D.部分进入区域21.中子和质子结合成氘核，同时放出 光子，核反应方程是 11H+10n 21H+，以下说法中正确的是 ( )A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量B.反应前后质量数不变，因而质量不变C.由核子组成原子核一定向外释放能量D.光子所具有的能量为mc 2，m 为反应中的质量亏损，c 为光速22.如图所示，是两个同种玻璃制成的棱镜，顶角 1略大于 2，两束单色光 A 和 B分别
14、垂直入射于三棱镜后，出射光线与第二界面的夹角 1= 2，则 ( )A.A 光束的频率比 B 光束高B.在棱镜中 A 光束的波长比 B 光束的短C.在棱镜中 B 光束的传镜速度比 A 光束的大D.把两束光由水中射向空气，产生全反射，A 光的临界角比 B 的临界角大(二)填空题1.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同的电量，但电荷的符号相反，据此，若有反 粒子，它的质量数为 ，电荷数为 .2.已知每秒钟从太阳射到地球的辐射能为 1.4103J/m2,其中可见光部分约占 45%，假如认为可见光的波长约为 5500
15、，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地间距离.AR=1.51011m,普朗克常量 h=6.6310-34Js,由此可估算出太阳每秒钟辐射出的可见光的光子数约为 个。(取一位有效数字)3.在池塘水面下的一条鱼，当鱼看到很远处在池塘岸边坐着的一个渔夫时，鱼的视线和竖直方向的夹角大约是 .(已知水的折射率是 4/3)4.某同学在做测定玻璃折射率的实验，将玻璃砖放在白纸上，然后用笔直接贴着玻璃砖画出了两个界面，由于笔头较粗，使得画出的两个界面都向外出现了一小段距离，如图所示，之后，他没有移动玻璃砖，直接插针做完了实验，他实验结果测得的折射率将 .(填偏大，偏小，不变)5.在测定凸透镜焦距的实验中，试说明
16、发生以下现象的原因(1)在光具座上无论怎样移动小灯，光屏与透镜都找不到像，而且光屏上只有在靠近透镜时有光，原因是 .(2)在光具座上固定好灯与透镜位置后，无论怎样移动光屏，屏上始终有光，但不能成像，原因是 .(3)在光具座上固定好灯与透镜位置后，把光屏移到最远时，屏上才能出现非常模糊的像，原因是 .6.一对正、负电子相遇发生湮灭，转化为一对频率相同的光子，已知电子质量为0.9110-30kg,普朗克恒量 h=6.6310-34Js,那幺两个光子的频率为 .(三)论述和计算1.在广口瓶中盛满水，如图那样把直尺 AB 紧挨着广口瓶瓶口的 C 点竖直插入瓶内，这时，在直尺对面的 P 点观察水面，能同
17、时看到直尺在水中的部分和露出水面的部分在水中的像，读出你看到的直尺水下部分最低点的刻度 S1以及跟这个刻度相重合的水上部分的刻度 S2的像 S 2，量出广口瓶的瓶口内径 d，就能算出水的折射率。这是为什么?请列出计算折射率的公式。2.某金属在一束黄光的照射下正好有电子逸出，则在下述情况下逸出电子的多少和电子的最大初动能有什么变化?(1)增大光强而不改变光的频率。(2)用一束强度更大的红光代替黄光。(3)用一束强度比黄光小得多的紫光代替黄光。3.如图所示，AB 为平面向下放置的平面镜，CD 为挡光板，人的眼睛在 E 点，请作出眼睛通过平面镜反射能看到的挡光板右侧的地面范围。4.如图所示，游泳池宽
18、度 L=15m，左岸边一标杆上装有一 A 灯，A 灯高 0.5m，在右岸边站立着一人，E 点为人眼的位置，人的眼高为 1.5m，水面离岸边的高度为 0.5m，此人发现 A 灯经水面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，试求 B 灯在水面下多深处?(B 灯在图中未画出)5.将焦距为 f 的凸透镜切成上下两半，沿主光轴拉开距离 f，如右图所示，点光源 S 置于透镜主轴上离左边半个透镜 f 处。该装置可演示两束光的干涉现象，请画出点光源 S 经上下两半透镜后的光束，并用斜线画出两束光发生干涉的区域。6.氢原子的核外电子质量为 m，电量为-e，在离核最近
19、的轨道上运动，轨道半径为r1 ，试回答下列问题：(1)电子运动的动能 EK是多少?(2)电子绕核运动的频率是多少?(3)电子绕核在如图所示 xy 平面上，沿 ABCD 方向转动，电子转动相当于环形电流，则此电流的方向如何?电流强度多大?7.如图所示，M 为水平放置的一块平面镜，AB 为平面镜上方一个短尺，PQ 为一个跟平面镜面垂直的竖线，由于平面镜上某区间贴着不透光的纸，使人眼只能在竖直的 S1至 S2之间通过平面镜看到短尺，请用作图法找出平面镜上用不透光纸遮住的部分，并写出作图步骤。8.如图所示，一个三棱镜的横截面是直角三角形，且A=30,= ,把此棱镜放在真空中，一束平行单色光斜射向 AC
20、 面AD32C的 DC 部分，经棱镜后垂直于 AB 面射出，棱镜材料的折射率为 .2(1)求光线从棱镜内射向真空时的临界角。(2)在图中画出从 DC 部分射入，最后垂直于 AB 面射出的一条光线的光路图(不要求画出此光线在 AB 面的反射线)，并计算此光线在 DC 面上的入射角。9.氢原子核外电子的电量为 e，它绕核运动的最小轨道半径为 r0，试求出电子绕核做圆周运动时的动能，以及电子所在轨道处的电场强度的大小。若已知电子质量为 m，则电子绕核运动的向心加速度为多大?能力训练参考答案(一)选择题1.C 2.B、D 3.A、B、D 4.B 5.D 6.D 7.B 8.B 9.BD 10.BD 1
21、1.C 12.BD 13.BCD 14.ABCD 15.D 16.D 17.B 18.AD 19.A 20.AD 21.ACD 22.D(二)填空题1.4 2 2.51044个 3.49 4.偏小 5.(1)灯、屏、透镜三者不同轴；(2)uf；(3)灯虽位于 1 倍焦距之外，但太靠近焦点，成像太远 6.1.2 2010H2(三)论述和计算1.解这个问题需要将光的反射与折射知识结合起来，在本题中，S 2是 S2经水面反射后所成的像，而看到的直尺在水面下最低点的刻度实际上已经是最低点 S1经水面折射后所成的像。两刻度重合，实际上是 S2发出的光线经 D 点反射后的反射光线与 S1发出的光线在D 点
22、折射后的折射光线重合，因此眼睛看起来就会觉得这两个刻度重合。设 S1与 S0之间的距离为 l1,S2与 S0之间的距离为 l2.sini= ,sinr= ,21dl1dl= ,n= = .risnirs2l2.正好有电子逸出，说明此种黄光的频率恰好为该种金属的极限频率。(1)增大光强而不改变光的频率，意味着单位时间内入射光子数增加而每个光子的能量不变，因此光电子的最大初动能不变，但逸出的光电子数目增加。(2)用一束强度更大的红光来代替黄光，红光光子的频率小于该金属的极限频率，所以无光电子逸出。(3)用强度比黄光小得多的紫光代替黄光，虽然单位时间里射向金属的光子数比原来减少，但每个紫光光子的能量比黄光光子的能量大，因此，光电子的最大初动能增大，但是单位时间里逸出的光电子的数目减少(注意：即使紫光的强度与黄光的强度相同，单位时间里射向金属的光子数应是黄光多，紫光少，因为每个紫光光子的能量比每个黄光光子的能量大)。3.略 4.4.35m 5.略6.(1)根据牛顿第二定律 k =m 12rev电子的动能 E K= mv2= 1k(2)电子绕核运动的频率 f= =1rv e13mrk(3)此环形电流的方向为顺时针电流强度 I= =ef=Te213mrk7.略 8.(1)45 (2)459.Ek= 、E=k 、a=02re0202rke
