（25分）图1所示为杨氏双缝干涉实验的示意图，取纸面为yz平面。y、z轴的方向如图所示。线光源S通过z轴，双缝S₁、S₂对称分布在z轴两侧，它们以及屏P都垂直于纸面。双缝间的距离为d，光源S到双缝的距离为l，双缝到屏的距离为D，，。

　　1.从z轴上的线光源S出发经S₁、S₂不同路径到P0点的光程差为零，相干的结果产生一亮纹，称为零级亮纹。为了研究有一定宽度的扩展光源对于干涉条纹清晰度的影响，我们先研究位于轴外的线光源S′形成的另一套干涉条纹，S′位于垂直于z轴的方向上且与S平行，两者相距，则由线光源S′出发分别经S₁、S₂产生的零级亮纹，与P₀的距离

　　2.当光源宽度为的扩展光源时，可将扩展光源看作由一系列连续的、彼此独立的、非相干的线光源组成。这样，各线光源对应的干涉条纹将彼此错开，在屏上看到的将是这些干涉条纹的光强相加的结果，干涉条纹图像将趋于模糊，条纹的清晰度下降。假设扩展光源各处发出的光强相同、波长皆为。当增大导致零级亮纹的亮暗将完全不可分辨，则此时光源的宽度

　　3.在天文观测中，可用上述干涉原理来测量星体的微小角直径。遥远星体上每一点发出的光到达地球处都可视为平行光，从星体相对的两边缘点发来的两组平行光之间的夹角就是星体的角直径。遥远星体的角直径很小，为测量如些微小的角直径，迈克尔逊设计了测量干涉仪，其装置简化为图2所示。M1、M2、M3、M4是四个平面反射镜，它们两两平行，对称放置，与入射光（a、 a′）方向成45°角。S1和S2是一对小孔，它们之间的距离是d。M1和M2可以同步对称调节来改变其中心间的距离h。双孔屏到观察屏之间的距离是D。a、 a′和b、 b′分别是从星体上相对着的两边缘点发来的平行光束。设光线a、 a′垂直双孔屏和像屏，星光的波长是，试导出星体上角直径的计算式。

注：将星体作圆形扩展光源处理时，研究扩展光源的线度对于干涉条纹图像清晰度的影响会遇到数学困难，为简化讨论，本题拟将扩展光源作宽度为的矩形光源处理。

（25分）图1所示为杨氏双缝干涉实验的示意图，取纸面为yz平面。y、z轴的方向如图所示。线光源S通过z轴，双缝S₁、S₂对称分布在z轴两侧，它们以及屏P都垂直于纸面。双缝间的距离为d，光源S到双缝的距离为l，双缝到屏的距离为D，，。

　　1.从z轴上的线光源S出发经S₁、S₂不同路径到P0点的光程差为零，相干的结果产生一亮纹，称为零级亮纹。为了研究有一定宽度的扩展光源对于干涉条纹清晰度的影响，我们先研究位于轴外的线光源S′形成的另一套干涉条纹，S′位于垂直于z轴的方向上且与S平行，两者相距，则由线光源S′出发分别经S₁、S₂产生的零级亮纹，与P₀的距离

　　2.当光源宽度为的扩展光源时，可将扩展光源看作由一系列连续的、彼此独立的、非相干的线光源组成。这样，各线光源对应的干涉条纹将彼此错开，在屏上看到的将是这些干涉条纹的光强相加的结果，干涉条纹图像将趋于模糊，条纹的清晰度下降。假设扩展光源各处发出的光强相同、波长皆为。当增大导致零级亮纹的亮暗将完全不可分辨，则此时光源的宽度

　　3.在天文观测中，可用上述干涉原理来测量星体的微小角直径。遥远星体上每一点发出的光到达地球处都可视为平行光，从星体相对的两边缘点发来的两组平行光之间的夹角就是星体的角直径。遥远星体的角直径很小，为测量如些微小的角直径，迈克尔逊设计了测量干涉仪，其装置简化为图2所示。M1、M2、M3、M4是四个平面反射镜，它们两两平行，对称放置，与入射光（a、 a′）方向成45°角。S1和S2是一对小孔，它们之间的距离是d。M1和M2可以同步对称调节来改变其中心间的距离h。双孔屏到观察屏之间的距离是D。a、 a′和b、 b′分别是从星体上相对着的两边缘点发来的平行光束。设光线a、 a′垂直双孔屏和像屏，星光的波长是，试导出星体上角直径的计算式。

注：将星体作圆形扩展光源处理时，研究扩展光源的线度对于干涉条纹图像清晰度的影响会遇到数学困难，为简化讨论，本题拟将扩展光源作宽度为的矩形光源处理。

图1

图2

(选修模块3-4)

⑴香港中文大学第三任校长高锟荣获了2009年诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖委员会高度评价了高锟的贡献，评委会指出：高锟1966年发现如何通过光学玻璃纤维远距离传输光信号的工作，成为今日电话和高速互联网等现代通信网络运行的基石。下列关于“光纤”及原理的说法中，正确的是       

A．光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点

B．光纤通信、全息照相、数码相机及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理

C．实用光导纤维是由内芯和外套两层组成。内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

D．当今，在信号的传输领域中，光纤电缆（“光缆”）已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”，成为传播信息的主要工具，是互联网的骨架，并已联接到普通社区。

⑵如图所示，一弹簧振子在MN间沿光滑水平杆做简谐运动，坐标原点O为平衡位置，MN=8cm．从小球经过图中N点时开始计时，到第一次经过O点的时间为0.2s，则小球的振动周期为        s，振动方程的表达式为x=        cm；

⑶下列说法中正确的是          

A．雷达是利用声波的反射来测定物体的位置

B．调谐是电磁波发射的过程，调制是电磁波接收的过程

C．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则相邻干涉条纹间距变窄

D．考虑相对论效应，一沿自身长度方向高速运动的杆长总比静止时的杆长短

 【选做题】请从A、B和C三小题中选定两小题作答，并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑．如都作答，则按A、B两小题评分．

A.（选修模块3-3）（12分）

⑴下列说法正确的是(        )

A.在一定条件下，物体的温度可以降到0K；

B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功；

C.任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小；

D.系统对外做功16J，向外放热12J，则系统内能减少4J。

⑵ 对于一定质量的理想气体，下列说法中正确的是(         )

A、保持压强不变，同时升高温度并减小体积；

B、保持温度不变，同时增加体积并减小压强；

C、保持体积不变，同时增加压强并降低温度；

D、保持体积和压强不变，降低温度；

⑶某地区强风速为14m/s，空气的密度为1.3kg/m³，若通过截面积为400m²的风能全部用于使风力发电机转动，且风能的20%转化为电能，求该风力发电机的电功率（结果保留两位有效数字）。

B.（选修模块3-4）（12分）

（1）下列说法中正确的是(        )

A.两列机械波发生干涉现象，振动加强的点位移总是最大；

B.产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动；

C．如图为一列沿x轴正方向传播的简谐波在t=0时刻的波形图，已知波速为10m/s，则图中x=4m处的P质点振动方程为；

D．狭义相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中总是相同的。

(2)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光(        )

 A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大；

 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较小；

 C.从该玻璃射向空气发生全反射时，红光临界角较大；

 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大。

⑶一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30^o，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内，一条光线以45^o的入射角从AC边的中点M射入棱镜，求射出点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。

C．（选修模块3-5）（12分）

⑴下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是            

A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性

B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分

C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象

D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性

⑵氢原子的能级如图所示．有一群处于n=4能级的氢原子，

这群氢原子能发出       种谱线，发出的光子照射某金

属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于

     eV．

⑶近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它

利用的核反应方程是→．若和

迎面碰撞，初速度大小分别为v₁、v₂，、、He、的质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄，反应后He的速度大小为v₃，方向与的运动方向相同，求中子的速度

(选取m的运动方向为正方向，不计释放的光子的动量，不考虑相对论效应)．

 【选做题】请从A、B和C三小题中选定两小题作答，并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑．如都作答，则按A、B两小题评分．

A.（选修模块3-3）（12分）

⑴下列说法正确的是(       )

A.在一定条件下，物体的温度可以降到0K；

B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功；

C.任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小；

D.系统对外做功16J，向外放热12J，则系统内能减少4J。

⑵ 对于一定质量的理想气体，下列说法中正确的是(        )

A、保持压强不变，同时升高温度并减小体积；

B、保持温度不变，同时增加体积并减小压强；

C、保持体积不变，同时增加压强并降低温度；

D、保持体积和压强不变，降低温度；

⑶某地区强风速为14m/s，空气的密度为1.3kg/m³，若通过截面积为400m²的风能全部用于使风力发电机转动，且风能的20%转化为电能，求该风力发电机的电功率（结果保留两位有效数字）。

B.（选修模块3-4）（12分）

（1）下列说法中正确的是(        )

A.两列机械波发生干涉现象，振动加强的点位移总是最大；

B.产生多普勒效应的原因是观察者和波源之间发生了相对运动；

C．如图为一列沿x轴正方向传播的简谐波在t=0时刻的波形图，已知波速为10m/s，则图中x=4m处的P质点振动方程为；

D．狭义相对论认为真空中的光速在不同的惯性参考系中总是相同的。

(2)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光(       )

 A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大；

 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较小；

 C.从该玻璃射向空气发生全反射时，红光临界角较大；

 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大。

⑶一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30^o，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内，一条光线以45^o的入射角从AC边的中点M射入棱镜，求射出点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。

C．（选修模块3-5）（12分）

⑴下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是            

A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性

B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分

C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象

D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性

⑵氢原子的能级如图所示．有一群处于n=4能级的氢原子，

这群氢原子能发出       种谱线，发出的光子照射某金

属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于

     eV．

⑶近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它

利用的核反应方程是→．若和

迎面碰撞，初速度大小分别为v₁、v₂，、、He、的质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄，反应后He的速度大小为v₃，方向与的运动方向相同，求中子的速度

(选取m的运动方向为正方向，不计释放的光子的动量，不考虑相对论效应)．