高考物理（江苏版）一轮讲义专题十六光学电磁波及相对论

专题十六光学电磁波及相对论【考纲解读】考点内容解读要求五年高考统计常考题型预测热度20132014201520162017光的折射与全反射光的折射定律折射率Ⅰ12B(3)12B(3)12B(3)计算题★★★光的全反射光导纤维Ⅰ12B(3)计算题★★★光的波动性光的干涉、衍射和偏振Ⅰ12B(1)12B(2)12B(3)选择题填空题计算题★★★激光的特性及其应用Ⅰ选择题★☆☆电磁波与相对论电磁波谱电磁波及其应用Ⅰ选择题★☆☆狭义相对论的基本假设狭义相对论时空观与经典时空观的区别Ⅰ选择题★★☆同时的相对性长度的相对性质能关系Ⅰ12B(2)12B(1)12B(1)选择题填空题★★★分析解读光学部分涉及几何光学和物理光学的基本规律和重要的研究方法,研究了光的传播、光的性质以及光在科技生活中的应用。几何光学中,正确作图是基础,结合规律和几何关系进行分析并解决问题。物理光学中,应正确理解产生现象的原因和条件,并能解决实际问题。电磁波与相对论部分应以课本为主,重点内容是:电磁波的应用;相对论时空观;狭义相对论的两个基本假设;质能关系。【命题探究】距Δx=QUOTEldλ第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L=10Δx代入数据得L=1.178×102m【五年高考】考点一光的折射与全反射1.[2017江苏单科,12B(3)]人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为2,且D=2R。求光线的会聚角α。(示意图未按比例画出)答案30°2.[2015江苏单科,12B(3)]人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30°,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n。答案44914(或3.[2014江苏单科,12B(3)]Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图如图所示。一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。答案见解析解析设光在鳞片中的折射角为γ,由折射定律有sini=nsinγ在鳞片中传播的路程l1=2dcosγ,传播速度v=QUOTEcn,传播时间t1=QUOTEl1v解得t1=2同理,在空气中的传播时间t2=2则t=t1+t2=2n24.[2013江苏单科,12B(3)]图为单反照相机取景器的示意图,ABCDE为五棱镜的一个截面,AB⊥BC。光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是多少?(计算结果可用三角函数表示)答案15.(2017北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光,则光束a可能是()A.红光 B.黄光C.绿光 D.紫光答案D6.(2017天津理综,2,6分)明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载:“凡宝石面凸,则光成一条,有数棱则必有一面五色”,表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b,下列说法正确的是()A.若增大入射角i,则b光先消失B.在该三棱镜中a光波长小于b光C.a光能发生偏振现象,b光不能发生D.若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应,则a光的遏止电压低答案D7.(2016四川理综,5,6分)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sinisinr图像如图乙所示。则()A.光由A经O到B,n=1.5B.光由B经O到A,n=1.5C.光由A经O到B,n=0.67D.光由B经O到A,n=0.67答案B8.[2016浙江自选,13(1),4分]如图所示的半圆形玻璃砖,圆心为O,半径为R,折射率为3。光由空气从A点垂直射入玻璃砖,OA=QUOTER2。则()A.该玻璃的临界角为45°B.光在玻璃砖中的传播速度为v=QUOTE32cC.光第一次射出玻璃砖的折射角为60°D.玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化答案C9.[2017课标Ⅰ,34(2),10分]如图,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。答案1.4310.[2017课标Ⅱ,34(2),10分]一直桶状容器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD'、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。答案1.5511.[2016课标Ⅲ,34(2),10分]如图,玻璃球冠的折射率为3,其底面镀银,底面的半径是球半径的QUOTE32;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点。求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角。答案150°考点二光的波动性1.[2014江苏单科,12B(1)]某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到(甲)图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如(乙)图所示。他改变的实验条件可能是()A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源答案B2.[2017课标Ⅱ,34(1),5分](多选)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是()A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动答案ACD3.(2017上海单科,4,3分)用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜,所观察到的干涉条纹为()答案B4.[2015浙江自选,13(1),4分]以下说法正确的是()A.真空中蓝光的波长比红光的波长长B.天空中的彩虹是由光干涉形成的C.光纤通信利用了光的全反射原理D.机械波在不同介质中传播,波长保持不变答案C5.[2015课标Ⅱ,34(1),5分](多选)如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线。则()A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距答案ABD6.(2014大纲全国,17,6分)在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589nm的光,在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm,则双缝的间距为()A.2.06×107m B.2.06×104mC.1.68×104m D.1.68×103m答案C7.(2014浙江理综,18,6分)(多选)关于下列光学现象,说法正确的是()A.水中蓝光的传播速度比红光快B.光从空气射入玻璃时可能发生全反射C.在岸边观察前方水中的一条鱼,鱼的实际深度比看到的要深D.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽答案CD考点三电磁波与相对论1.[2017江苏单科,12B(1)](多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有。

A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢答案AC2.[2016江苏单科,12B(1)]一艘太空飞船静止时的长度为30m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,下列说法正确的是。

A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c答案B3.[2013江苏单科,12B(2)]如图所示,两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L,则A测得两飞船间的距离(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号,A测得该信号的速度为。

答案大于c(或光速)4.[2016课标Ⅱ,34(1),5分](多选)关于电磁波,下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失答案ABC5.(2016北京理综,14,6分)下列说法正确的是()A.电磁波在真空中以光速c传播 B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播 D.光需要介质才能传播答案A6.(2014四川理综,2,6分)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是()A.电磁波不能产生衍射现象B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同答案C【三年模拟】A组2016—2018年模拟·基础题组考点一光的折射与全反射1.(2017江苏南京、盐城一模)(多选)下列事例哪些应用了光的全反射现象()A.光导纤维通信B.用三棱镜观察太阳光谱C.用白光照肥皂膜看到彩色条纹D.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°答案AD2.(2016江苏南京、盐城、连云港二模,12)(多选)两束不同频率的平行单色光a、b分别由水射入空气发生如图所示的折射现象(α<β),下列说法正确的是()A.随着a、b入射角度的逐渐增加,a先发生全反射B.水对a的折射率比水对b的折射率小C.a、b在水中的传播速度va>vbD.a、b入射角为0°时,没有光线射入空气中答案BC3.(2016江苏南京三模,12)如图所示,玻璃棱镜ABC可以看成是由ABE、AEC两个直角三棱镜组成的,有关角度如图。一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AB面入射,在棱镜中的折射光线如图中ab所示,ab与AB面的夹角α=60°。已知光在真空中的速度c=3×108m/s,玻璃的折射率n=1.5。①求光在棱镜中的波长。②该束光能否从AC面射出?请通过计算说明。答案①3.77×107m②见解析4.(人教选修34,十三—1—2,变式)一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上,球体由折射率为3的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如图所示。已知入射光线与桌面的距离为3R/2,求出射角θ。答案60°考点二光的波动性5.(2017江苏徐州、宿迁、淮阴、连云港11月模拟)(多选)下列说法正确的有()A.光的偏振现象说明光是横波B.阳光下肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象C.受迫振动的频率与振动系统的固有频率有关D.变化的磁场一定产生变化的电场答案AB6.(2017江苏扬州中学期中)已知双缝到光屏的距离L=500mm,双缝之间的距离d=0.50mm,单缝到双缝的距离s=100mm,测量单色光的波长实验中,测得第1条亮条纹与第8条亮条纹的中心之间的距离为4.48mm,则相邻亮条纹之间的距离Δx=mm;入射光的波长λ=m(结果保留两位有效数字)。

答案0.646.4×107考点三电磁波与相对论7.(2017江苏扬州中学开学考试)以下说法中正确的是()A.光的偏振现象说明光是一种纵波B.相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关C.麦克斯韦预言并用实验验证了电磁波的存在D.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光变为红光,则条纹间距变宽答案D8.(2017江苏扬州中学开学考试)(多选)甲乘客乘坐在接近光速的火车上,乙观察者站在铁轨附近的地面上,甲、乙两人手中各持一把沿火车前进方向放置的米尺。则下列说法正确的是()A.甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要长B.甲看到乙手中尺子长度比甲看到自己手中的尺子长度要短C.乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要长D.乙看到甲手中尺子长度比乙看到自己手中的尺子长度要短答案BD9.[2016江苏南京、盐城一模,12B(2)]如图所示,宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以速度u(u接近光速c)远离地球,飞船发出频率为ν的单色光。地面上的人接收到光的频率(选填“大于”、“等于”或“小于”)ν,看到宇宙飞船的宽度(选填“大于”、“等于”或“小于”)l。

答案小于等于B组2016—2018年模拟·提升题组一、选择题(每题5分,共25分)1.[2018江苏南京高三9月调研,12B(1)](多选)下列说法正确的是()A.单缝衍射实验中,缝越宽,条纹越亮,衍射现象越明显B.光纤通信、医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理C.机械波传播过程中,某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离D.地球上的人看来,接近光速运动的飞船中的时钟变慢了答案BD2.[2018江苏高三12月联考,12B(1)](多选)在下面的几种说法中,对现象与规律的描述正确的有()A.在不同的惯性参考系中,光在真空中的速度都是相同的B.光的干涉和衍射不仅说明了光具有波动性,还说明了光是横波C.当观察者远离波源运动时,接收到的波的频率减小,但波源自身的频率不变D.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场答案AC3.(2017江苏扬州中学期中)(多选)在以下几种说法中,正确的是()A.单摆做简谐运动的回复力大小总是与偏离平衡位置的位移大小成正比B.在拍摄玻璃橱窗内物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度C.在太阳光照射下,水面上油膜出现彩色花纹是光的折射现象D.光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一答案AD4.(2017江苏扬州中学开学考试)(多选)下列说法正确的是()A.只有发生共振时,受迫振动的频率才等于驱动力的频率B.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度C.地球上接收到离地球远去的遥远星球发出的光的波长要变长D.全息照相利用了干涉原理答案CD5.[2016江苏扬州二模,12B(1)](多选)以下关于光的说法正确的是()A.光纤通信利用了全反射的原理B.无色肥皂液吹出的肥皂泡呈彩色是由于光照射时发生了薄膜干涉C.人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的偏振现象D.麦克斯韦提出光是一种电磁波并通过实验证实了电磁波的存在答案AB二、非选择题(第6、7题每题6分,第8、9题每题9分,共30分)6.[2017江苏南京、盐城一模,12B(2)]在用双缝干涉测量光的波长时,激光投射到两条相距为d的狭缝上,缝到屏的距离为l。屏上P点到两狭缝距离相等,该点出现(选填“亮”或“暗”)条纹,A、B两点分别为第5条和第10条亮纹的中心位置,它们间的距离为x,则激光的波长为。

答案亮QUOTExd5l7.[2016江苏苏锡常镇一模,12B(2)]如图甲所示,将激光笔发出的激光水平射向凹透镜中心经过凹透镜扩散后,变粗的激光正射到悬挂在针尖下方的小钢珠上,用光屏在小钢珠后方接收图样,屏上出现的图样如图乙所示,这是光的图样,该实验说明光具有。

答案衍射波动性8.[2018江苏南京高三9月调研,12B(3)]图示装置可用来测定水的折射率。当圆柱形容器内未装水时,从A点沿AB方向能看到对边上的点E;当容器内装满水时,仍沿AB方向看去,恰好看到底面直径CD上的点D。测得容器直径CD=12cm,高BC=16cm,DE=7cm。已知光在真空中的传播速度为c=3.0×108m/s,求:①水的折射率n;②光在水中的传播速度v。答案①QUOTE43②2.25×108m/s9.[2016苏北四市一模,12B(2)(3)](2)真空中一束波长为6×107m的可见光,频率为Hz,已知光在真空中的速度为3×108m/s。该光进入水中后,其波长与真空中的相比变(选填“长”或“短”)。

(3)可见光通信是利用LED灯的光线实现上网的新型高速数据传输技术。如图所示,ABCD是LED闪光灯的圆柱形封装玻璃体,其横截面的直径AB=d,厚度AD=QUOTE32d。LED灯(可视为点光源)固定在玻璃体CD面的圆心O。玻璃体的折射率为2,光在真空中的传播速度为c。求:①光在玻璃体中传播的速度;②光线OA在AB面发生折射时的折射角。答案(2)5×1014短(3)①QUOTE22c②45°C组2016—2018年模拟·方法题组方法1光的折射问题的分析1.[2018江苏高三12月联考,12B(2)]各种颜色的光通过玻璃棱镜后,发生色散时的偏折角度是不同的,其中紫光的偏折角度比红光的偏折角度大。因此,玻璃对紫光的折射率(填“大于”或“小于”)玻璃对红光的折射率;紫光在玻璃中的传播速度(填“大于”或“小于”)红光在同一玻璃中的传播速度。

答案大于小于2.[2017江苏三市二联,12B(3)]如图所示,一束光线从玻璃球的A点入射,入射角为60°,光线折射入球后,经过一次反射再折射到球外的光线恰好平行于入射光线。①求玻璃球的折射率;②在B点是否有光线折射出玻璃球?请写出证明过程。答案①3②见解析3.(2017江苏徐州、宿迁、淮阴、连云港11月模拟)如图所示,一束光以45°的入射角从AB面射入三棱镜中,棱镜的折射率n=2,光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s。求:①光在棱镜中的传播速度;②光在棱镜中的折射角。答案①2.1×108m/s②30°4.(2016江苏苏锡常镇二模,12)如图所示为直角三棱镜的截面图,一条光线平