专题十二光学与原子物理专题新.doc

专题十二：光学与原子物理专题
复习目标：
1、理解光的反射、折射、全反射及平面镜成像的规律。掌握折射定律及其计算以及全反射现象，根据光的传播基本规律能够画出几何光路图，能够解释常见的光现象和了解与人类生活很密切的光学器件的原理。
2、要以对光的本性的认识的发展史为主线，把光的波动说、电磁说 、粒子说等理论，把光的干涉、衍射、光电效应等现象和应用串联起来，形成知识结构。在理解的基础上记忆有关的实验现象，正确分析实验事件、条件和应用。重视对光的本性和几何光学知识相结合的考查。
3、掌握原子的核式结构理论、玻尔理论，质能方程及核反应方程，正确理解、深刻记忆有关的概念、规律和现象并弄清它们的来龙去脉 ，做到明辨是非。重视对α粒子散射实验，玻尔假设模型、天然放射现象与三种射线半衰期等细节内容的考查。

专题训练：

1、 我国南宋时期的程大昌在其所著的《演繁露》中叙述道： “凡风雨初霁（雨后初晴），或露之未（干），其余点缘于草木枝叶之末，日光入之；五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有所五色也。”这段文字记叙的是下列光的何种现象：
（ ） A、反射 B、色散 C、干涉 D、衍射
2、 用平面镜来观察身后的一个物体，要能看到物体完整的像，则镜面的长度至少应为物体高度的：
（ ） A、1/2倍 B、1/4倍 C、1倍 D、上述答案均不对
3、a、b两束平行单色光经玻璃三棱镜折射后沿如图方向射出，由此可以判断：
（ ）
A、空气中a的波长大于b的波长
B、玻璃中a的速度等于b的速度
C、空气中a的频率高于b的频率
D、从玻璃射向空气，a的临界角大于b的临界角
4、如图所示，一条光线从空气中垂直射到棱镜界面BC上，棱镜的折射率为,这条光线离开棱镜时与界面的夹角为： （ ）
A、30°
B、45°
C、60°
D、90°

5、现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1/（n-1）。 （ ）
A．2200 B.2000 C.1200 D.2400

6、发出白光的细线光源ab，长度为0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图，现考虑线光源ab发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以1表示红光成的像的长度，2表示蓝光成的像的长度，则 （ ）
A. 1<2<0 B. 1>2>0 C. 2>1>0 D. 2<1<0

7、元素A是X的同位素，它们分别进行如下衰变：ABC，XYZ,
则 （ ）
A. B和Y是同位素
B. B. C和Z是同位素
C. 上述诸元素的原子核中，Y的质子数最多
D. 上述诸元素中，B排在元素周期表的最前列

8、激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当与双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔△t的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔△t、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距△x。若所用的激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是 （ ）
A. v= B.v= C. v= D.v=

9、如图所示的装置可以测量棱镜的折射率，ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的另外两个锐角也是已知的，紧贴直角边AC是一块平面镜，一光线SO射到棱镜的AB面上，适当调整SO的方向，使从AB面射出的光线与SO重合，在这种情况下仅需要测出＿＿＿＿就可以算出棱镜的折射率。
写出计算射率的表达式n=＿＿＿＿＿＿。
式中表示量的符号的意义是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

10、虹霓是由空中的小水滴对日光的折射、色散、全反射的综合效应所形成的，通常可以看到两道弓形彩带，里面一道叫虹，比较明亮；外面一道叫霓，较为暗淡，如图（a）所示。

（1）虹是阳光在水滴内经二次折射、一次全反射形成的，如图（b）所示从内到外色序的排列是＿＿＿＿＿＿＿＿；
（2）霓是阳光在水滴内经二次折射、二次全反射形成的，如图（c）所示，从内到外色序的排列是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；

11、右图给出氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有________种，其中最小的频率等于______赫（保留两个数字）

12、某同学设计了一个测定激光波长的实验装置如图甲所示。激光器发出的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点，乙图中的黑点代表亮点的中心位置。
（1） 这个现象说明激光具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性。
0
5
10
0
5
10
15
mm
乙
感光片
遮光筒
双缝
激光器
甲
（2） 通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长。据资料介绍：如果双缝的缝间距为a，双缝到感光片的距离为L，感光片上相邻两光点间的距离为b，则光的波长λ=ab/L。该同学测得L=1．0000m，缝间距a=0．220mm，用带10分度游标的卡尺测感光片上的距离时，尺与点的中心位置如乙图所示。
乙图中第1到第4个光点的距离是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿mm。
实验中激光的波长λ=＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿m（保留两位有效数字）
（3）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

13、如图所示，透明介质球球心位于O，半径为R，光线DC平行于直径AOB射到介质的C点，DC与AB的距离H=R/2，若DC光线进入介质球后经一次反射再次回到介质球的界面时，从球内折射出的光线与入射光线平行，作出光路图，并算出介质的折射率。

14、如图所示，一不透明的圆柱形容器内装满折射率n =的透明液体，容器底部正中央O点处有一点光源S，平面镜MN与底面成45°角放置，若容器高为2dm，底边半径为（1+）dm，OM = 1dm，在容器中央正上方1 dm 处水平放置一足够长的刻度尺，求光源 S 发出的光线经平面镜反射后，照射到刻度尺的长度。（不考虑容器侧壁和液面的反射）
15、一种用于激光治疗的氦分子激光器，输出337.1nm 波长的激光，激光脉冲的时间约为10 -9s，输出脉冲时的功率为106W，每秒输出的脉冲个数是100个。
（1）这种激光的频率是多少？属于电磁波谱中的哪个波段？
（2）这种激光器的平均输出功率是多少？

16、1905年爱因斯坦提出了著名的质能关系式：E=mc2，其中E是能量，单位为焦耳(J);m是质量，单位是千克（kg）；c为光速，单位是米/秒（m/s），质能关系式说明了质量与能量的对应关系，当质量发生变化时，能量也将发生变化，若质量变化为△ m时，对应的能量变化为 △E，则根据质能关系式有△E =△mc2。
太阳等恒星不断向外辐射能量，是以内部质量的减少为代价的，在太阳内部进行着四个氢核转变成一个氦核的核聚变反应，发生核聚变反应时释放出一定的能量，并伴随着一定质量的减少，研究表明，1kg氢聚变时发生的质量减少为7×10-3kg，由于只有太阳核心区的高温才足以使氢核产生聚变反应，所以处于太阳核心区的氢才是可利用的，太阳质量为2.0×1030kg，太阳核心区氢的质量约占太阳质量的十分之一，太阳每秒钟向太空辐射4.0×1026J 能量，问：
（1）太阳每年因向外辐射能量而减少的质量约为多少千克？
（2）太阳已发光了50亿年，估算太阳还能发光多少年？

μA
k

17、图中光电管阴极用极限波长为5000埃的钠制成，现用波长3000埃的光照射阴极，当光电管加正向电压为2．1伏时测得饱和光电流植是0．56微安，求：（1）每秒钟阴极发射的光电子数；（2）光电子到达阳极时的最大动能；（3）变阻器滑动头C与中心固定头O之间电压多大时，微安表读数为零，这时C在O点哪一侧？

P
o
h
M
V0
S
3m
1m
18、如图所示，P为一面高墙，M为高h=0.8m的矮墙，S为一点光源，三者水平距离如图所示，S以速度V0=10m/s竖直向上抛出，求在落回地面前，矮墙在高墙上的影子消失的时间(g=10m/s2)

专题预测：
1、 已知铍核和一个α粒子结合成一个碳核，同时放出5.6兆电子伏的能量。（１）若放出的能量是γ光子，此光子在真空中的波长为多少？（２）若铍核和α粒子共130克，刚好完全反应，那么共放出多少能量？（3）质量亏损共多少千克？

2、半径为R的透明薄圆柱体，割去1/4，如图所示，一束平行光与OA、OB成450角射到OA、OB面上，透明体的折射率为，光由透明体射向空气发生全反射的临界角为450。若进入透明体的光线射到曲面上，在有折射光线的情况下，不考虑反射光线，则光线从透明体的哪个部分射出，画出射出透明体的光线的光路图。

参考答案：
1、 B； 2、D； 3、AD； 4、BD； 5、A； 6、D； 7、BCD； 8、B； 9、入射角i；n=sin i/sin∠A；i为入射角，∠A为三角形中A点的顶角，大角等于折射角； 10、（1）紫到红；（2）红到紫； 11、 6 1.6×；
12、（1）波动性； （2）8.6；6.3×１０－７；（３）变小
1３、解：光路如图，光线经反射后到达介质与空气的界面时，入射角i’=r ，由折射定律可得折射角r’= i，折射光线PQ与入射光线DC平行，则∠POA=∠COA=i
sin i= H/R =R/2R = /2
i=600，折射角r = i/2 = 300
sin r= 1/2
折射率 sin i/ sinr =

1４、解：作图找出发光点S在平面镜中的像点S’，连接S’M延长交直尺于H点，MH沿竖直方向，连接S’P，在RtΔPR S’中，R S’=dm ， PR=3 dm ， ∴∠ r =300 由折射定律可得：sin i/sin r = n 解得sin i = /2 ，∠i = 450 ，刻度尺上被照亮的范围QH = 1 dm+ dm = （1+）dm
1５、 解：（1）f= c/λ= 3×108 / 337.1×10-9 HZ=8.9×1014 HZ ，属于紫外线 （2）=100×10-9×106W= 0.1W
1６、解：（1）太阳每年向外辐射的能量为：△E= 4.0×1026×3600×24×365≈1.26×1034J太阳每年损失的质量为：△m=△E/c2 = 1.26×1034/9×1016 = 1.4×1017 Kg
(2）太阳中可利用的氢质量为：MH = M/10 = 2.0×1030 /10 = 2.9×1029 Kg
上述氢全部发生聚变将减少的质量为：△M=7×10-3MH = 7×10-3×2.0×1029=1.4×1027 Kg
太阳的发光时间为：T=△M / △m =1.4×1027 /1.4×1017 =1010年(=100亿年)
太阳还能发光 100亿年—50亿年=50亿年
17、（1）３.5×1012个； (2)3.7575ev； (3)1.6575V； 右；
18、1．2S
专题预测：
1、 总质量亏损：△m= 2×10-3Kg
2、 以OB为起点，逆时针旋转，在75 0＜θ1＜120 0和150 0＜θ＜195 0范围内被照亮

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