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1、光学和原子物理基本题型归类解析湖北省襄阳市第四中学 任建新 441021一、反射定律和平面镜成像特点的应用在反射现象中，（1）光路是可逆的；（2）镜面反射与漫反射均遵从反射定律；（3）解答光的反射及平面镜问题关键是根据题意，利用平面镜成像的对称性，画光路图，综合运用反射定律和几何关系列方程求解。例1 如图1所示，S为一在xy平面内的点光源，一平面镜垂直于xy平面放置，它与xy平面的交线为MN，MN与x轴的夹角=30。现保持S不动，令平面镜以速率v沿x轴正方向运动，则S经平面镜所成的像SxyO图1A以速率v沿x轴正方向运动B以速率v沿y轴正方向运动C以速率v沿像与S连线方向向S运动D以速率v沿像
2、与S连线方向向S运动解析 在平面镜沿x轴正方向运动的过程中，由于平面镜放置的角度不变，所以像物连线的方向也不变，像只能在连线上运动。把平面镜的运动沿垂直平面镜和平行平面镜的方向正交分解，可得出平面镜沿像物连线方向的运动速率为v/2，所以像向物的移动速率为v。【答案】D。图2例2 （2004年全国卷）M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图2所示。二人略错开，以便甲能看到乙的像。以l表示镜的长度，h表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l的最小值为A B C Dh解析 先根据平面镜成像的特点作出乙的全身像，设E点为甲的眼睛位置，要
3、使甲能看到乙的全身像，作出两条边缘光线的光路图，由几何知识，可得l=h/3。也可根据光路可逆性作图求解。【答案】A。二、折射定律、折射成像、全反射的临界角的应用在折射现象中，光路是可逆的，解答光的折射及折射成像问题关键是根据题意，画光路图，综合运用反射定律和几何关系列方程求解。全反射问题关键是牢记发生全反射的条件及临界角的表达式。ab水 图3【例3】发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图3所示。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l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则Al1l2
4、l2l0 Cl2l1l0 D.l2l1l0【解析】选取线光源下端b发出的靠近ab的一条光线，因蓝光的折射率比红光的大，在水面处折射后蓝光的偏折程度大，作出两条折射线的反向延长线分别交ab于两点，即红光和蓝光所成的b的像点，两像点均在b点的上方，且蓝光所成的像点在红光之上。【答案】D。【例4】已知介质对某单色光的临界角为，则A该介质对此单色光的折射率等于1/sinB此单色光在该介质中的传播速度等于c的sin倍C此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sin倍D此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的1/sin倍【解析】根据全反射的临界角定义：sin=，故n=，A对；由n=得v=csin，B对；而
5、=sin=0sin，0为光在真空中的波长，C项对；光的频率具有不变性，由光源决定，D错。【答案】ABC。三、光的本性与几何光学的综合应用熟记不同色光的频率、波长、波速、光子能量以及同种介质对各色光的折射率的关系，对七种色光：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫从左至右：nvE条纹间距d、粒子性增强、波动性减弱。白光abc图4【例5】如图4所示，一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中的a、b、c三种色光，并分别让这三种色光通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹，比较这三种色光的光子能量以及产生的干涉条纹间距大小，下面说法正确的是Aa的光子能量最大 Ba的光子能量最小Ca形成的干涉条纹间距最
6、大 Da形成的干涉条纹间距最小【解析】根据棱镜对三种色光的偏折程度知，c色光的频率最大，光子能量最大，形成的干涉条纹间距最小，a色光的频率最小，光子能量最小，形成的干涉条纹间距最大。【答案】BC。四、光电效应的规律及爱因斯坦光电效应方程对于此类问题的求解，关键是对光子说和光电效应规律的理解，同时要求知道光子和电子间相互作用时的一一对应关系和光强度与光子能量的关系，理解“入射光的强度”，指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子总能量。在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数。【例6】对光电效应的解释正确的是A金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子
7、，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同【解析】按照爱因斯坦的光子说，光子的能量是由光的频率决定的，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大。但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量。但电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，否则当光的频率低，而照射时间足够长，也会发
8、生光电效应。另外，金属的逸出功由金属的属性决定，不同金属的逸出功是不同的。【答案】BD。五、玻尔模型及能级解决此类问题关键是对原子能级理论和光子能量的计算的正确理解，同时，应当注意：原子从基态向激发态跃迁的过程中所吸收的能量或者从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程中辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差，即。【例7】若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形
9、成空位(被电离的电子称为内转换电子)。214Po的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E0=1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离。实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV。则可能发射的特征X射线的能量为A0.013MeV B0.017MeV C0.076MeV D0.093MeV【解析】214Po的原子核从某一激发态回到基态时，若将能量E0=1.416MeV交给K层电子时，使K层电子电离后形成空位，L层或M层电子跃迁到K层时发出X射线的能
10、量分别为E1=ELEK=1.3991.323=0.076MeV，E2=EMEK=1.4121.323=0.089MeV，若将能量E0=1.416MeV交给L层电子时，使L层电子电离后形成空位，M电子层跃迁到L层时发出X射线的能量为E3=EMEL=1.4121.399=0.013MeV。【答案】A、C。图10六、核反应与质能方程解决此类问题关键是对核反应方程的正确书写、粒子符号的识别以及质量亏损与质能方程的正确掌握。【例8】下面是一核反应方程H+HHe +X用c表示光速，则AX是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2BX是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2CX是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2DX是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2【答案】D。