【教育资料】20182019第一学期山东省实验中学高三一轮复习测试光学学习专用

2019-2019第一学期山东省实验中学高三一轮复习测试光学
一、单选题
1.氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Ha、、、，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃
迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定
A. 对应的前后能级之差最小
B. 同一介质对Ha的折射率最大
C. 同一介质中的传播速度最大
D. 用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能
2.下列现象中属于光的衍射现象的是（）
A. 光在光导纤维中传播
B. 马路积水上的油膜呈现彩色图样
C. 雨后天空的彩虹
D. 著名的泊松亮斑
3.半圆形玻璃砖横截面如图，AB为直径，O点为圆心。

在该界面内有a、b两束单色可见光从空气垂直
于AB射入玻璃砖，两入射点到O的距离相等。

两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则对a、b两束光描述不正确的是（）
A. 以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大
B. 在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大
C. 若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能
D. 分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大
4.关于光学原理的应用，下列说法中正确的是
A. 肥皂泡表面出现的彩色条纹是光的偏振现象
B. 电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来换频道的
C. 照相机镜头上的增透膜是利用光的干涉现象实现增透的
D. 任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应
5.如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的
是（）
A. 真空中，a光的波长小于b光的波长
B. 在三棱镜中a光传播速度小于b光传播速度
C. 在三棱镜中a光的折射率大于b光的折射率
D. a光的光子能量小于b光的光子能量
二、多选题
6.虹是由阳光射入雨滴时，经两次折射和一次反射而产生色散形成的。

现有白
光束L由图示方向射入雨滴（假设雨滴为球形），a、b是经两次折射和一次
全反射后的其中两条出射光线，下列说法中正确的是（）
A. 光线a在雨滴中的折射率较大
B. 光线b在雨滴中经历的时间较长
C. 调节入射角，经水滴折射、反射后，a、b光每次在射离水滴界面时一定
不可能发生全反射
D. 若用a光照射某光电管时产生光电流的遏止电压为，则当换用b光照
射时，遏止电压将大于
7.下列现象中说法正确的是（）
A. 雨后的彩虹是折射的色散现象
B. 全息照片的拍摄利用了光的偏振现象
C. 在杨氏双缝干涉实验中，如果仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变小
D. 玻璃中的气泡看起来特别明亮是全反射的结果
E. 光的衍射现象完全否定了光沿直线传播的结论
8.如图为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围为1.62ev～3.11ev，锌板的电子逸出功为3.34 eV，
已知普朗克常量h=6.63×10-34J•s。

下列说法正确的是
A. 用能量为的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B. 处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
C. 大量处于能级的氢原子向基态能级跃迁时，辐射的光子中有两种不同频率的光子可使锌板产
生光电效应现象
D. 大量处于能级的氢原子向能级跃迁时可以放出三种不同频率的光子，若让这三种不同频
率的光子通过同一双缝干涉实验装置，在光屏上相邻亮条纹间距最大的是从能级直接跃迁到能级的氢原子发出的光子
三、计算题
9.如图所示，一玻璃砖的截面为四分之一的圆弧ABO，C是圆弧面AB的中点，
一束单色光平行于BO边照射到圆弧面上的C点，光线在C点折射后照射到
AO边上的D点（图中未标出），OD问的距离为d，玻璃砖的折射率为，
光在真空中的传播速度为c，
①试判断折射光线照射到AO面上会不会发生全反射？
②求光从C到D传播的时间。

10.水平地面上放着的玻璃砖的横截面如图所示，OAB为半径R的圆，OBC为
直角三角形，∠C=30°，该玻璃砖的折射率n=．现有一细束光平行于地面射
到玻璃砖的AB面上，且该光束与水平地面的距离H=R．请画出该束光在玻璃砖中传播的光路图，并求该光束从玻璃砖射出时的折射角．（当入射光线发生折射时不考虑反射光线）
11.如图所示，由透明材料制成的一个截面为直角三角形的三棱镜ABC，有一单色光线
以45°角入射到AB界面上，折射角是30°，折射光线恰好在AC界面发生全反射．
①该三棱镜的折射率是多少？
②该三棱镜的顶角A是多大？
四、综合题
12.(1)如图1所示，t = 0时刻，与M点间的距离为10 m的波源O点由平衡位置开始上下振动，形成一列
沿直线OM传播的简谐横波。

图2为质点M的振动图象。

下列判断正确的是______。

(填正确答案标号。

)
A．波源O的振动周期为3 s
B．这列波的传播速度为2 m/s
C．t = 0时刻，波源O振动的方向沿y轴正方向
D．在0~9s时间内，这列波的传播距离为12 m
E．在0~9s时间内，质点M的路程为8 cm
(2)如图所示，在暗室中，一平行的圆柱（半径为R）单色激光束垂直射向半球形玻璃的水平平面AB
上，平面AB与水平地面间的高度差为2R。

若玻璃截面的圆心为O，圆半径为R，玻璃对激光的折射率为n，激光在真空中的速度大小为c，求：
①过圆心O的激光穿过玻璃所用的时间t；
②地面上光斑的面积S。

13.（1）．一列横波在某时刻的波形图像如图10所示，此时质点F的运动方向向下，则下列说法正确的
是（）
A．波水平向左传播
B．质点H与质点F的运动方向相同
C．质点C比质点B先回到平衡位置
D．此时刻质点C的加速度为零
E．质点D与质点F的运动方向相同
（2）．如图所示,一束光从空气沿与玻璃球水平直径成i=60°角的方向射入玻璃球。

已知光在空气中的传播速度为c,玻璃球的直径为d,折射率n =,不考虑光从玻璃球内射到玻璃球外时发生折射后的的反射。

求：
①在玻璃球内的折射光线与该玻璃球水平直径的夹角r
②光在玻璃球中的传播时间t
答案和解析
1.【答案】A
【解析】
【分析】
由波长与频率关系，可判定四条谱线的频率高低，从而确定其能量大小，再结合跃迁过程中，释放能量即为前后能级之差；由能量大小，来判定折射率的高低；再由，来确定传播速度的大小；最后依据入射光的频率不小于极限频率时，才会发生光电效应现象。

考查跃迁过程中能级的高低，掌握频率的大小与折射率的高低的关系，理解光电效应发生条件。

【解答】
A.四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，在真空中的波长由长到短，根据，可知，四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ的频率是由低到高，那么它们的能量也是由小到大，而△E=E m-E n=hγ，则Hα对应的前后能级之差最小，故A正确；
B.当在同一介质，由于Hδ能量最大，那么其的折射率也最大，而对Hα的折射率最小，故B错误；
C.在同一介质中，Hδ
的折射率最大，由可知，其传播速度最小，故C错误；
D.若用Hγ照射某一金属能发生光电效应，由于Hβ的能量小于Hγ，即Hβ的频率小于Hγ，依据光电效应发生条件，其入射频率不小于极限频率，则Hβ不一定能，故D错误。

故选A。

2.【答案】D
【解析】
解：A、光在光导纤维中传播，属于光的全反射，故A错误；
B、马路积水上的油膜呈现彩色图样，是因为日光照射在油膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，故B错误；
C、雨后天空出现彩虹属于光的折射现象，故C错误；
D、光线通过小圆盘，则会在屏上出现中心有亮斑，说明光线也偏离原来的直线方向传播，所以属于光的衍射，故D正确；
故选：D．
在天空出现彩虹种现象叫做光的色散现象；在光导纤维中传播，属于光的全反射；油膜呈现彩色图样属于光的干涉；泊松亮斑，是光的衍射现象，从而即可求解．
掌握折射现象、干涉现象和衍射现象的本质的不同是顺利解决此类题目的关键，同时掌握光的全反射，及光的折射与干涉的原理．
3.【答案】A
【解析】
【分析】
由图判断两种色光的入射角与在曲面边界的折射角的大小，应用折射定律判断折射率的大小关系；由折射率与速度的关系判断二者在介质中的速度大小；由频率与折射率的关系判断两光的频率大小，再由光电效应规律判断二者是否能产生光电效应；由双缝干涉相邻明纹间的距离判断得解。

本题主要考查光的折射、光的折射率与光速的关系、光电效应产生的条件、及双缝干涉的相邻明文间距的计算，较简单。

【解答】
A.由图可知，b光恰发生全反射，而两光在介质中的入射角相同，故由折射定律与全反射的临界角与折射率的关系可知，a光的折射率较小；故由折射定律可知，当二者以相同的入射角从空气斜射入水中时，由于b光的折射率大，故b折射角较小，A错误；
B.由折射率与光速的关系可知，由于a光的折射率较小，故在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大，B正确；
C.由于a光折射率小，故由折射率与频率的关系可知，a光的频率较小，若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能，C正确；
D.由双缝干涉相邻的亮条纹间距表达式：可知，波长长，则明纹间距大，而由于b光的频率较大，故波长较小，即a光的相邻亮条纹间距大，D正确。

由于选错误答案，故选A。

4.【答案】C
【解析】
【分析】
由偏振光的特点及薄膜干涉判断肥皂泡表面出现彩色条纹的原因；由红外线的特点判断电视机遥控器发出光线；由照相机镜头上设置增透膜的原因判断得解；由光电效应产生的条件判断是否任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应。

本题主要考查光的干涉现象及光电效应产生的条件，较简单。

【解答】
A.肥皂泡表面出现的彩色条纹是薄膜干涉现象，A错误；
B.电视机遥控器是利用红外线脉冲信号来换频道的，B错误；
C.由增透膜的作用可知，增透膜可使射到照相机镜头的光在膜的前后两表面反射，使反射光线干涉相互减弱，从而实现增透，C正确；
D.只有当入射到硅光电池上的光的频率超过硅光电池的极限频率时，才可使其产生光电效应现象，故D错误。

故选C。

5.【答案】D
【解析】解：AC、光从空气斜射向玻璃折射时，入射角相同，光线a对应的折射角较大，由折射定律可知，
在三棱镜中a光的折射率小于b光的折射率，则真空中a光的波长大于b光的波长，故AC错误；
B、光线a的折射率较小，即n a＜n b，根据v=分析知在该三棱镜中a光传播速度大于b光传播速度，故B错误；
D、光线a的折射率较小，频率较低。

根据E=hγ，则a光的光子能量较小，故D正确；
故选：D。

依据光的折射定律判定两光的折射率大小，就可知道频率和波长关系；根据v=分析光在三棱镜中速度大小。

由E=hγ分析光子能量的大小。

本题的关键依据光路图来判定光的折射率大小，然后根据折射率与其他量的关系来分析。

要知道光的频率越大，折射率越大。

6.【答案】AC
【解析】
解：画出光路图如图所示，
A、进入水滴时，a、b两种光的入射角i相等，而折射角r不等，且光线
a的折射角较小，根据折射率定义式n=，得到光线a折射率较大，
故A正确；
B、根据光速与折射率关系n=得到光线a在雨滴中的传播速度较小，
根据光路图可以看出a光经过的路程大，所以光线a在雨滴中经历的时间较长，故B错误；
C、调节入射角，无论入射角多大（由图可知入射角一定小于90°），经水滴折射后折射角总是小于临界角，则光线从水滴射向空气的入射角一定小于临界角，不可能发生全反射，故C正确；
D、根据eU c=E K=hν-W
逸出
可知，若用a光照射某光电管时产生光电流的遏止电压为U c，而a
光的折射率大、频率大，光子能量大，遏止电压大，则当换用b光照射时，遏止电压将小于U c，故D错误；
故选：AC。

根据光路图
得到两种光的折射率大小关系，根据光速与折射率关系得到两种光的速度的关系，
根据全反射的条件分析能否发生全反射，根据光电效应分析遏止电压的大小。

本题关键是结合光路图并根据折射率定义得到光线的折射率，并熟练掌握光速与折射率的关
系与临界角公式，画出光路图是关键。

7.【答案】ACD
【解析】
解：A、雨后的彩虹是折射的色散现象，故A正确；
B、全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，故B错误；
C、双缝干涉实验中，根据干涉条纹间距公式，△x=λ，若仅将入射光由红光改为紫光，即波长变小，则条纹间距变小，故C正确；
D、玻璃中的气泡看起来特别明亮，是由于光在玻璃中的气泡发生全反射形成的。

故D正确；
E、虽然光的衍射，能绕过阻碍物继续传播，说明已偏离直线传播方向，但没有否定了光的直线传播的结论，只是为光的波动说提供了有力的证据。

故E错误；
故选：ACD。

雨后的彩虹是折射的色散现象；全息照片的拍摄利用了光的干涉原理；根据干涉条纹间距公式，△x=λ，求解即可；当光从光密介质射入光疏介质，入射角大于临界角时，光线全部反射回原
介质的现象叫全反射现象。

该题考查光的色散、偏振、干涉、衍射以及全反射等知识，属于对光的认识的基础知识，做好这一类的题目要注意在平时的学习过程中多加积累。

8.【答案】BC
【解析】
【分析】
用能量为11.0eV的光子照射，不能使基态的氢原子吸收的能量可以等于10.2eV；紫外线的光子能量大于3.11eV，判断n＝3能级的氢原子可以吸收紫外线后，能量是否大于0，即可知是否电离；使某金属板发生光电效应所需光子能量为3.34eV，计算大量处于n＝3能级的氢原子向基
态能级跃迁时放出三种频率光子的能量与3.34eV对
比即可；根据知在光屏上相邻亮
条纹间距最大时，入射光子的波长最大。

解决本题的关键知道什么是电离，以及能级的跃迁满足，注意吸收光子是向高能级
跃迁，释放光子是向低能级跃迁，同时掌握吸收或释放能量要正好等于能级之差，同时要注意
电子只能吸收恰好等于氢原子的能极差的光子，并注意一个氢原子与大量的氢原子区别。

【解答】
A.用能量为11.0eV的光子照射，不能使基态的氢原子吸收10.2eV的能量，故A错误；
B.紫外线光子的最小能量为3.11eV，处于n＝3能级的氢原子的电离能为1.51eV，故紫外线能
被n＝3能级的氢原子吸收，故B正确；
C.从n＝3能级跃迁到n=2释放的光子能量1.89ev，从n＝3能级跃迁到基态释放的光子能量
12.09ev，从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能量10.2ev；使某金属板发生光电效应所需光子
能量为3.34eV，故大量处于n＝3能级的氢原子向基态能级跃迁时，辐射的光子中有两种不同
频率的光子可使锌板产生光电效应，故C正确；
D.从n＝4能级跃迁到n＝3能级释放出的光子频率最小，波长最大，根据得，则从n＝
4能级跃迁到n＝3能级释放出的光子束对应的干涉条纹间距最大，故D错误。

故选BC。

9.【答案】解：①光传播的光路如图所示，根据光的折射定律有
由于C点是AB弧的中点，因此i=45°
求得r=30°，，
解得C=45°
根据几何关系可知，在C点的折射光线照射到AO面时入射角θ=15°＜45°
因此光线在AO面上不会发生全反射；
②设CD长为L，由正弦定理可知，α=45°
因此有
光从C到D传播的时间。

\答：①光线在AO面上不会发生全反射；
②光从C到D传播的时间为。

【解析】
①作出光路图，根据几何知识求出光线在AB圆弧面上的入射角和C点的折射角，根据全反射的条件即可判断；
②由几何关系求出光在玻璃砖中传播的距离，由速度时间关系求出光在玻璃砖中传播的时间。

本题主要是考查光的折射，解答此类问题的关键是画出光路图，根据折射定律和几何关系列方程联立求解。

10.【答案】解：如图所示，设入射光束与圆的交点为D，连接OD，OD为法线．过
D作DD′垂直于水平地面．设入射角和折射角分别为α、β．
又由△ODD′知，sinα=
由折射定律得=n=
解得β=45°
由几何关系知，光束在玻璃砖BC边的入射角为75°．
设玻璃的临界角为C，则sin C==＜，所以C＜=60°
即该光束在E点发生了全反射，到达AC边的F点时射出，由几何关系知F点的入射角r =45°
由n=，可知所求折射角i =60°
答：画出该束光在玻璃砖中传播的光路图如图，该光束从玻璃砖射出时的折射角是60°．
【解析】
通过几何关系求出光线在AB面上入射角的正弦，结合折射定律求出折射角，从而得出光线在玻璃砖水平面AB上的入射角，判断是否发生全反射，若发生全反射，结合几何关系和折射定
律求出光线从AC边射出时的折射角．
本题考查光的折射问题，关键要掌握全反射的条件和临界角公式．对数学几何能力的要求较高，平时需加强训练，提高解题能力，同时掌握光的折射定律，注意正确地作图．11.【答案】解：①光线在AB面上发生了折射，已知入射角i =45°，折射角r =30°，则三棱镜的折射率为：n===
②折射光线恰好在AC界面发生全反射，入射角等于临界角C，由sin C==，得临界角C =45°
由几何知识可得，三棱镜的顶角A =90°-30°-45°=15°．
答：
①该三棱镜的折射率是．
②该三棱镜的顶角A是15°．
【解析】
①光线在AB面上发生了折射，已知入射角和折射角，由折射定律求折射率．
②折射光线恰好在AC界面发生全反射，入射角等于临界角C，由sinC=求出临界角C，再结合几何知识求三棱镜的顶角A．
本题要理解临界角的物理意义及其公式．知道临界角其实也是入射角，对于同一介质它是特定的．当光垂直入射时，由于入射角为零，所以折射角也为零，由于已知折射率，当光再次入射时，由几何关系可知折射角角，最后由折射定律可求出三棱镜的顶角．
12.【答案】（1）BCE
（2）解：
（i）根据折射率与速度的关系：，激光穿过玻璃所用的时间为：，联立解得：；
（ii）设玻璃的临界角为，由临界角公式有：，根据几何关系有： –，地面上光斑的面积为：,解得：。

【解析】
（1）【分析】
本
题考查机械波特点。

由振动图像可知波的振动周期，由可求出波速。

所有质点的起振方向相同。

一个周期质点通过的路程为4A。

解题的关键是知道波的特点。

【解答】
A．由振动图像可知波的振动周期，波源O的振动周期为2s，故A错误；
B.当t=5s时，该波才传播到M点，这列波的传播速度，选项B正确；
C.质点的起振方向与波源质点的起振方向一致，在t=5s时，M点的起振方向沿y轴正方向，t=0时刻波源O振动的方向也是沿y轴正方向，选项C正确；
D.在0~9s时间内，这列波的传播距离：，选项D错误；
E.由图可知振幅A＝1cm，在0~9s时间内，质点M运动时间只有4s，即2T，质点M
的路程：
，故E正确。

故选BCE。

(2) 本题考查几何光学，解题的关键是画出光路图。

①画出光路图，由光速与折射率的关系解得光在介质中的传播速度，再由匀速运动解得过圆心O的激光穿过玻璃所用的时间；
②由光路图结合几何关系，根据光的折射、反射定律解得地面上光斑的面积。

13.【答案】（1）ACE
（2）解：①由折射定律得：
得r=30°，所以光线刚进入玻璃球时与直径AB的夹角为30°．
②光线进入玻璃球经一次反射运动路程
光在玻璃球中的速度
光线进入玻璃球运动时间。

【解析】
【分析】
简谐波横波在x轴上传播，此时质点F的运动方向向下，可运用波形平移法判断出波x轴负方向传播。

质点B此时的运动方向与F的运动方向相反，向上运动，而质点C向下运动，则C先回到平衡位置。

本题是波动图象中基本题，由质点的振动方向判断波的传播方向是基本功，要熟练掌握.。

【解答】
A.简谐波横波在x轴上传播，此时质点F的运动方向向下，由波形平移法可知，该波沿x轴向左传播。

故A正确。

B.H与F位于同一波谷的两侧，此刻速度方向相反，故B错误。

C.此时质点B向上运动，而质点C即将向下运动，直接回到平衡位置，则C先回到平衡位置。

故C正确。

D.质点C做简谐运动，此时刻的位移最大，由知，加速度最大。

故D错误。

E.质点D与质点F位于同一侧；运动方向相同；故E正确；
故选ACE。

（2）根据光的折射定律求出光在玻璃球中光线与AB的夹角，通过几何关系求出在玻璃球中的路程，根据求出光在玻璃球中的速度，从而求出光在玻璃球中传播的时间。

解决本题的关键掌握光的折射定律以及掌握光在介质中的速度与折射率的关系，结合几何知识进行解答.。