2025光的物理試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（本題共5小題，每小題4分，共20分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題目要求）1.關(guān)于光的波動(dòng)性與粒子性，下列說法正確的是（）A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度成正比，說明光具有粒子性B.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，說明光具有波動(dòng)性C.康普頓效應(yīng)表明，光子與電子碰撞時(shí)動(dòng)量守恒但能量不守恒，體現(xiàn)光的粒子性D.光的偏振現(xiàn)象只能用粒子性解釋，與波動(dòng)性無關(guān)2.一束單色光從空氣（折射率n?=1.00）射入某種透明介質(zhì)（折射率n?=1.50），入射角為30°，則下列說法正確的是（）A.折射角為arcsin(1/3)，光在介質(zhì)中的傳播速度為2×10?m/sB.折射角為arcsin(3/2)，但由于n?>n?，不會(huì)發(fā)生全反射C.折射角為arcsin(1/3)，光在介質(zhì)中的波長(zhǎng)為真空中波長(zhǎng)的1.5倍D.若增大入射角至60°，折射角將超過90°，發(fā)生全反射3.用氦氖激光器（波長(zhǎng)λ=632.8nm）做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，雙縫間距d=0.2mm，雙縫到光屏的距離L=1.0m。則相鄰明條紋的間距約為（）A.3.16mmB.1.58mmC.6.33mmD.0.79mm4.自然光垂直入射到兩個(gè)偏振片上，第一個(gè)偏振片的透振方向與豎直方向成30°，第二個(gè)偏振片的透振方向與豎直方向成60°。則透過第二個(gè)偏振片的光強(qiáng)與入射自然光強(qiáng)的比值為（）A.1/8B.3/8C.1/4D.3/45.某金屬的逸出功為2.2eV，用波長(zhǎng)λ=400nm的光照射該金屬表面。已知普朗克常數(shù)h=6.63×10?3?J·s，光速c=3×10?m/s，電子電荷量e=1.6×10?1?C。則光電子的最大初動(dòng)能約為（）A.0.8eVB.1.2eVC.2.2eVD.3.0eV二、填空題（本題共5小題，每空3分，共30分）6.一束光從水中（n=1.33）射入空氣，發(fā)生全反射的臨界角為________（用反三角函數(shù)表示）。若光在水中的波長(zhǎng)為450nm，則其在真空中的波長(zhǎng)為________nm（保留三位有效數(shù)字）。7.用邁克爾遜干涉儀測(cè)量某種氣體的折射率時(shí)，當(dāng)氣體緩慢充入一臂的玻璃管（長(zhǎng)度L=10cm）中，觀察到干涉條紋移動(dòng)了50條。已知入射光波長(zhǎng)λ=589nm，則該氣體的折射率n=________（保留四位有效數(shù)字）。8.單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，若單縫寬度a=0.1mm，入射光波長(zhǎng)λ=500nm，透鏡焦距f=0.5m，則中央明紋的寬度為________mm（保留兩位小數(shù)）。9.激光的三大特性是________、________和高亮度。10.白光通過三棱鏡發(fā)生色散的根本原因是不同顏色的光在玻璃中的________不同，導(dǎo)致折射率不同。三、實(shí)驗(yàn)題（本題共2小題，共25分）11.（12分）某同學(xué)用插針法測(cè)量半圓形玻璃磚的折射率，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將玻璃磚平放在白紙上，畫出其圓心O和直徑AB（如圖1所示）；②在玻璃磚左側(cè)豎直插兩枚大頭針P?、P?，使P?、P?的連線過圓心O且與AB垂直；③在玻璃磚右側(cè)觀察P?、P?的像，插第三枚大頭針P?，使P?擋住P?、P?的像；④插第四枚大頭針P?，使P?擋住P?和P?、P?的像；⑤移去玻璃磚和大頭針，連接P?P?并延長(zhǎng)交AB于O點(diǎn)，測(cè)量入射角i和折射角r。（1）步驟②中，P?、P?的連線過圓心O的目的是________；（2）若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得入射角i=60°，折射角r=30°，則玻璃磚的折射率n=________；（3）若該同學(xué)在步驟③中，P?未與P?、P?的像完全重合，會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的折射率________（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。12.（13分）用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量單色光的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，已知雙縫間距d=0.3mm，雙縫到光屏的距離L=1.2m。實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)光源、單縫、雙縫和光屏共軸，使光屏上出現(xiàn)清晰的干涉條紋。（1）若測(cè)得第1條明紋與第6條明紋的中心間距為11.5mm，則相鄰明紋間距Δx=________mm；（2）根據(jù)公式λ=________（用Δx、d、L表示），計(jì)算得單色光的波長(zhǎng)λ=________nm（保留三位有效數(shù)字）；（3）若實(shí)驗(yàn)中誤將雙縫間距記為0.25mm（實(shí)際為0.3mm），則測(cè)得的波長(zhǎng)會(huì)________（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。四、計(jì)算題（本題共3小題，共25分）13.（8分）如圖3所示，一光纖由內(nèi)芯（折射率n?=1.50）和包層（折射率n?=1.45）組成，光從空氣（n?=1.00）以入射角θ?射入內(nèi)芯，經(jīng)多次全反射沿光纖傳播。求光在光纖內(nèi)發(fā)生全反射的最大入射角θ?_max（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。14.（9分）肥皂膜（n=1.33）豎直放置時(shí)，在波長(zhǎng)λ=630nm的單色光垂直照射下，觀察到膜的頂部（厚度接近0）為暗紋，第3條亮紋出現(xiàn)在膜的某位置。求該位置肥皂膜的厚度（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。15.（8分）用頻率為ν=6.0×101?Hz的光照射某金屬表面，測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能為1.2eV；若改用頻率為ν'=8.0×101?Hz的光照射，求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能（結(jié)果保留一位小數(shù)，已知h=4.14×10?1?eV·s）。答案與解析一、單項(xiàng)選擇題1.B解析：光電效應(yīng)中，光電子最大初動(dòng)能與入射光頻率成正比（愛因斯坦光電效應(yīng)方程），與強(qiáng)度無關(guān)，A錯(cuò)誤；雙縫干涉是波動(dòng)性的典型證據(jù)，B正確；康普頓效應(yīng)中動(dòng)量和能量均守恒，C錯(cuò)誤；偏振是橫波特性，屬于波動(dòng)性，D錯(cuò)誤。2.A解析：由折射定律n?sinθ?=n?sinθ?，得sinθ?=sin30°/1.5=1/3，θ?=arcsin(1/3)，光在介質(zhì)中速度v=c/n?=2×10?m/s，A正確；n?>n?時(shí)，全反射發(fā)生在光從介質(zhì)射向空氣時(shí)，B錯(cuò)誤；介質(zhì)中波長(zhǎng)λ'=λ?/n?，為真空中的2/3，C錯(cuò)誤；增大入射角至60°，sinθ?=sin60°/1.5≈0.577<1，不會(huì)全反射，D錯(cuò)誤。3.A解析：雙縫干涉條紋間距Δx=Lλ/d=1.0×632.8×10??/(0.2×10?3)=3.164×10?3m≈3.16mm，選A。4.B解析：自然光通過第一個(gè)偏振片后光強(qiáng)為I?/2，與第二個(gè)偏振片夾角θ=60°-30°=30°，透過第二個(gè)偏振片的光強(qiáng)I=(I?/2)cos230°=(I?/2)×(3/4)=3I?/8，比值為3/8，選B。5.A解析：光子能量E=hc/λ=6.63×10?3?×3×10?/(400×10??)=4.97×10?1?J≈3.11eV，最大初動(dòng)能E_k=E-W=3.11eV-2.2eV≈0.9eV（近似后選A）。二、填空題6.arcsin(1/1.33)（或arcsin(3/4)）；598解析：臨界角sinC=n?/n?=1/1.33，故C=arcsin(1/1.33)；真空中波長(zhǎng)λ?=λ×n=450×1.33≈598nm。7.1.0003解析：氣體充入后，光程差變化為2(n-1)L=ΔNλ（往返兩次），解得n=1+ΔNλ/(2L)=1+50×589×10??/(2×0.1)=1.0002945≈1.0003。8.5.00解析：中央明紋寬度Δx=2fλ/a=2×0.5×500×10??/(0.1×10?3)=5×10?3m=5.00mm。9.方向性好；相干性好解析：激光的三大特性為方向性好、相干性好、高亮度。10.傳播速度解析：色散的根本原因是不同色光在介質(zhì)中速度不同，導(dǎo)致折射率n=c/v不同。三、實(shí)驗(yàn)題11.（1）確保入射光沿半徑方向，折射光不發(fā)生偏折（或使入射角為光線與法線的夾角）；（2）√3（或1.732）；（3）偏大解析：（1）過圓心的連線為法線，確保入射角為光線與法線的夾角；（2）n=sini/sinr=sin60°/sin30°=√3；（3）P?未完全重合時(shí)，折射角r測(cè)量值偏小，n=sini/sinr會(huì)偏大。12.（1）2.3；（2）Δx·d/L；575；（3）偏大解析：（1）第1到第6條間距為5個(gè)Δx，故Δx=11.5/5=2.3mm；（2）λ=Δx·d/L=2.3×10?3×0.3×10?3/1.2=5.75×10??m=575nm；（3）d測(cè)量值偏小，λ計(jì)算值偏大。四、計(jì)算題13.解：光在內(nèi)芯與包層界面發(fā)生全反射的條件為sinθ?≥n?/n?=1.45/1.50≈0.9667，故θ?≥arcsin(0.9667)≈75°。由折射定律n?sinθ?=n?sin(90°-θ?)=n?cosθ?，當(dāng)θ?取最小值75°時(shí)，cosθ?=cos75°≈0.2588，則sinθ?_max=n?cosθ?/n?=1.50×0.2588≈0.3882，θ?_max≈22.82°。14.解：肥皂膜頂部厚度接近0時(shí)，上下表面反射光的光程差為λ/2（半波損失），故為暗紋，符合題意。亮紋條件為2nd+λ/2=kλ（k=1,2,3…），第3條亮紋對(duì)應(yīng)k=3，則2nd=(3-1/2)λ=2.5λ，d=2.5λ/(2n)=2.5×630×