考点9 近代物理和光学—高考物理一轮复习考点创新题训练

这是一份考点9 近代物理和光学—高考物理一轮复习考点创新题训练，共14页。
A.方程中的X是电子，它是碳原子电离时产生的，是原子的组成部分
B.方程中的X是中子，来源于原子核
C.文物所埋藏的环境会影响的半衰期，进而对推算年代造成影响
D.若的质量分别是，则一个发生衰变释放的能量为
2.边长为1 m的正方形薄板水平放在深度为的水底，已知水对某单色光的折射率为，当正方形薄板的四条边上都放置发出该单色光的细灯带时，下列图形与在水面上方可观察到的水面发光部分形状相似的是( )
A.B.C.D.
3.“铯原子喷泉钟”是一种精密的计时器具，如图所示。其工作原理是将铯原子组成的气体引入到一个真空室中，用6束相互垂直的红外激光照射，使之相互靠近而呈球状，激光减慢了铯原子的运动速率。关闭其他激光束，仅打开最下方激光束，激光推动铯原子气团通过充满频率为f的微波的微波腔中，使部分铯原子吸收能量并发生能级跃迁。在重力作用下铯原子气团再次下降并通过微波腔，释放一定频率的电磁波。改变微波腔中微波的频率f，重复以上过程，直到得到一个最大的能量吸收率，此时的f为铯原子超精细结构的特定频率，利用此频率来定义“1秒”。下列说法正确的是( )
A.经过激光照射后的铯原子气团温度升高
B.激光能够推动铯原子气团体现了光的粒子性
C.铯原子释放能量是核外电子从低能级向高能级跃迁所致
D.铯原子的特定频率随着微波腔中微波频率的改变而变化
4.如图甲所示，玻璃球中有气泡时，气泡通常看起来特别明亮。将此现象简化为如图乙所示的模型，气泡球心和玻璃球球心重合，玻璃球的半径为R，气泡的半径为r，且。某一单色光照射到玻璃球表面的A点，经折射后照射在气泡表面的B点，此光线进入人眼后气泡看起来特别亮，若玻璃的折射率为，则下列说法正确的是( )
A.沿PA方向看过去，气泡特别亮B.沿CB方向看过去，气泡特别亮
C.光线在A点的入射角小于45°D.光线在B点的入射角不小于45°
5.一束光从O点射入三棱镜ABC中，这束光经折射后从AC边射出三束光，用三束光分别照射三块锌板，b光照射的锌板能使验电器指针张开一定角度，如图所示。则下列叙述正确的是( )
A.光照射的锌板也一定能使验电器指针张开一定的角度
B.用同一双缝干涉装置进行实验，b光产生的干涉条纹间距最大
C.a光在棱镜中的传播速度最小
D.入射光绕O点缓慢顺时针转动，出射方向改变，最先消失的一定是c光
6.一棱镜的横截面为如图所示的等腰三角形abc，一由两种光组成的细光束沿平行cb方向从ac边上靠近a点的位置射入棱镜，经棱镜折射后分成光束d和e。光束经过同一双缝干涉实验装置后光屏上的干涉条纹正确的是( )
A.B.C.D.
7.某药物在人体内被消除的过程与放射性元素衰变类似，具有“半衰期”。如图是某次测得的该药物在人体内的浓度C随时间t的变化图像，则时人体内该药物浓度为( )
A.B.C.D.
8.皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶因在阿秒脉冲光方面所作出的贡献获奖。电子在第一玻尔轨道上需要约150阿秒绕氢原子核运行一周，微观世界的时间尺度如图所示。光的周期由飞秒级到阿秒量级，则( )
A.波长变短B.频率变低C.光子动量变小D.光子能量不变
9.钚静止在磁感应强度为B的匀强磁场中A位置，如图所示，某瞬间发生α衰变并放出一个能量为的光子，产生的α粒子速度方向与磁场垂直.设衰变放出光子的动量忽略不计，释放的核能除外全部转化为新核和α粒子的动能.已知钚、稳态新核和α粒子的质量分别为和，真空中光速为c，则下列说法正确的是( )
A.新核、α粒子分别沿Ⅰ、Ⅱ圆周顺时针转动
B.原子核比新核结合得更牢固
C.新核的动能为
D.新核与α粒子的动能之比为
10.新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，如图所示，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。“环流三号”发生核聚变时的核反应方程，光速，则下列说法正确的是( )
A.新核X为
B.因为核聚变释放能量，根据可知核聚变后的总质量数减少
C.高温能使所有的原子核克服核力而聚变
D.一个和一个聚变时，质量亏损约为
11.大蓝闪蝶翅鳞微纳结构具备的先进光学系统，能为设计与制备新型光学隐身仿生材料提供启迪，图示为其翅鳞微纳结构的理想仿生模型，经鳞片双介质多层薄膜结构作用增强反射的特定波长可见光必须满足表达式，式中，为几丁质片层折射率、为环境介质层折射率，为几丁质片层厚度、为环境介质层厚度，分别为几丁质层折射角和环境介质层折射角。光垂直入射情况下，下列说法正确的是( )
A.介质层为空气时，增强反射光的波长约为468 nm
B.介质层为空气时，增强反射光的波长约为234 nm
C.介质层由空气变为水，增强反射光的波长增大
D.介质层由空气变为水，增强反射光的波长减小
12.如图，足够大的长方体透明砖中挖出一个半径为1 m的圆柱体空腔，纵截面如图所示，向空腔中注入少量水银充当平面镜，水银面没有没过圆心且水银面宽度也为1 m。现将水平入射的一细束激光从空腔上方缓慢移至下方。已知真空中的光速为，只考虑水银面的反射、透明砖的折射和全反射，不考虑射出空腔再返回来的光线。
（1）若过空腔圆心的一细束激光比未经过空腔的激光穿过整个透明砖的时间短，求该透明砖的折射率。
（2）若一细束激光由上到下单向移动的过程中，空腔内表面接收到2次激光的区域的长度为，求该透明砖的折射率。（取）
13.如图甲是某光电鼠标导光槽的结构侧面示意图，光电鼠标的原理是：发出红光的发光二极管可看成位于光学凸透镜焦点上的红光点光源，所以进入导光槽的所有的红光为平行光，平行光垂直进入透明介质内部，在分界面上发生全反射，反射的光在鼠标垫上发生漫反射，漫反射的一部分光再经过光学凸透镜会聚到光电传感器上，移动鼠标时，鼠标垫上的漫反射的光的强弱变化使得光电传感器检测到鼠标的移动。已知透明介质材料对红光的折射率，分界面与水平面的夹角为θ，介质的锯齿的宽度为d，锯齿边界彼此垂直。
（1）若，试分析垂直射入介质的光线能否在分界面上发生全反射。
（2）如图乙所示，若，某一条光线从某一锯齿的边沿即图中e点垂直介质射入介质中，在p点发生反射，从q点射出介质，已知e点到界面的垂直距离即e点到f点的距离也为d，试求光在介质中传播的时间t。
14.如图所示，一“蘑菇形”透明工件的顶部是半径为R的半球体，为工件的对称轴，是工件上关于轴对称的两点，两点到轴的距离均为，工件的底部涂有反射层，工件上最高点、最低点之间的距离为2R，一束单色光从A点平行对称轴射入工件，恰好从B点射出，光在真空中的传播速度为c，求：
（1）工件的折射率；
（2）光线从射入工件到射出工件的时间。
15.某种透明材料制成的“n”形光学元件截面，内部半圆柱槽的半径为R，其他尺寸如图所示。一束激光（纸面内）从P点由空气中射入光学元件，入射角度，光束经折射后恰好与内圆柱面相切于Q点。已知P点在直径的延长线上，真空中的光速为c。
（1）求此材料对该激光的折射率n和该激光从P到Q经历的时间t；
（2）若仅改变入射光的入射角，使折射光线恰好在内圆柱面上发生全反射，求对应的入射角α。
答案以及解析
1.答案：D
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，它是核反应产生的，来源于原子核，不是电离产生的，A、B错误；放射性元素的半衰期非常稳定，不受环境影响，C错误；根据质能方程可知，该反应释放的能量，D正确。
2.答案：B
解析：由于，则全反射临界角的正弦值，光从水底射向水面、恰在水面图形中心处发生全反射的光路图如图所示，有，因此观察到的图形中心完全发光，由折射定律分析可知四个角是弧形，ACD错误，B正确。
3.答案：B
解析：温度越高，分子（或原子）平均动能越大，由于激光使铯原子运动速率减小，故铯原子气团温度降低，A错误；激光光子碰撞铯原子，使铯原子减速，说明光子具有动量，体现了光的粒子性，B正确；铯原子的核外电子从高能级向低能级跃迁时释放能量，C错误；铯原子的特定频率是铯原子能级跃迁过程中吸收或释放的电磁波的频率，由铯原子的能级决定，与外界因素无关，D错误。
4.答案：D
解析：作出光线在玻璃球中的完整光路图，可知光线最终沿DQ方向射出玻璃球，故沿QD方向看去，人眼能完全接收到出射光线，气泡看起来特别亮，A、B错误；设光线从玻璃球进入空气的临界角为θ，则有，解得，因为光线在B点发生全反射，所以光线在B点的入射角不小于45°，设光线在A点发生折射的入射角为i、折射角为，若光线在B点恰好发生全反射，由正弦定理有，解得，由可得，因此光线在A点的入射角不小于45°，C错误，D正确。
5.答案：D
解析：由题图可知，c光的偏折程度最大，所以c光的折射率最大，则有，故，又，所以，b光照射锌板发生光电效应逸出光电子，则锌板带正电，验电器指针张开一定角度，则大于锌板的极限频率，又因为，所以大于锌板的极限频率，c光一定能使锌板产生光电效应，使验电器指针张开一定角度，但是不一定大于锌板的极限频率，所以a光不一定能使锌板产生光电效应，验电器指针不一定张开一定角度，A错误。用同一双缝干涉装置进行实验，a光波长最长，根据干涉条纹的间距公式，可知a光产生的干涉条纹的间距最大，B错误。光在介质中的传播速度，因为，所以a光在棱镜中的传播速度最大，C错误。全反射临界角的正弦值，因为，所以c光发生全反射的临界角最小，入射光绕O点缓慢顺时针转动时，AC面上的入射角增大，出射方向发生改变，c光先达到临界角，发生全反射，折射光线先消失，D正确。
6.答案：A
解析：第一步：结合题图分析光的折射率关系
入射点靠近a点时，ac边上的折射光将直接打到ab边上，由题图可知，d光在ab边上的入射位置在e光的上方，可知棱镜对e光的折射率大于对d光的折射率。
第二步：判断干涉条纹关系
d光的波长大于e光的，由双缝干涉条纹间距公式可知，同种光的干涉条纹间距相同，且d光的大于e光的，A正确。
7.答案：D
解析：药物的浓度在人体内减少一半的时间可认为是药物的“半衰期”，由题图可知，药物浓度从到所用的时间为，经历两个“半衰期”，即该药物的“半衰期”，则时人体内剩余的药物浓度为或，D正确。
8.答案：A
解析：由图可知光的周期由飞秒级到阿秒量级，周期变小，根据可知，频率变高，根据可知光子能量变大，则动量变大，根据可知波长变短，A正确。
9.答案：D
解析：由题意知，α衰变产生的新核和α粒子均带正电，由动量守恒定律得二者动量等大反向，再由得，α粒子电荷量少轨迹半径大，由左手定则得α粒子沿Ⅰ圆周逆时针转动，同理新核电荷量多轨迹半径小，则其沿Ⅱ圆周逆时针转动，故A错误；衰变释放核能，比结合能增大，所以新核更牢固，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知该α衰变释放核能，根据能量守恒定律得新核与α粒子的动能之和为，故C错误；新核与α粒子动量等大，由动量与动能关系可知，新核与α粒子的动能之比为，故D正确.
10.答案：D
解析：根据质量数守恒及电荷数守恒可得氘核和氚核聚变时的核反应方程为，新核X为，A错误；核聚变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，B错误；要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到以内，核力才能起作用，热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服核力而聚变，但不是能使所有的原子核克服核力而聚变，C错误；根据质能方程，代入数据得，D正确。
11.答案：AC
解析：在垂直入射情况下，光在几丁质层和环境介质层的折射角均为0°，介质层为空气时，介质层的折射率，结合题述可得，增强反射光的波长，A正确，B错误。介质层由空气变为水，介质层的折射率增大，结合公式可知，增强反射光的波长增大，C正确，D错误。
12.答案：（1）1.5
（2）
解析：（1）由题意可知
解得激光在透明砖中的速率
则透明砖的折射率。
（2）空腔内表面接收到的2次激光，一次来自光的折射，一次来自水银面的反射，作出临界光线如图所示，下方临界点为D，上方临界点为C，A点为与圆心O等高的一点，由题意可知，弧CD长，则，由几何知识可知，，，故激光在E点的折射角为75°，
，则激光在E点的入射角为30°，
由折射定律有。
13.答案：（1）能，分析过程见解析
（2）
解析：（1）若，设光在介质中的全反射临界角为C，则有
所以，即垂直射入介质的光在分界面上恰好发生全反射
（2）若，作出光路图如图所示，
由图可知
由几何关系得为等边三角形，所以
同理得
光在介质中的传播速度
所以光在介质中传播的时间
解得
14.答案：（1）（2）
解析：（1）光路如图所示，设A点处的入射角为α，折射角为β
由几何关系得①
由几何知识得②
由折射定律有③
解得④
（2）三角形为等边三角形，光在工件内的传播路程为
⑤
光在介质中的传播速度为⑥
光在工件中的传播时间为⑦
联立得⑧
15.答案：（1），（2）30°
解析：（1）光束经折射后恰好与内圆柱面相切于Q点，由题意可知，折射角为
根据
由几何关系可得
根据
从P到Q经历的时间
（2）如图所示
光束以入射角α由P点进入光学元件内折射到内圆面的C点，如果在C点发生全反射，则光束在球面上的入射角等于临界角C
由正弦定理有
即
解得
根据
解得