【物理】2018届二轮复习光、电磁波与相对论学案（全国通用）
第一部分 名师综述
综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。
考纲要求
（1）理解折射率的概念，掌握光的折射定律；掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算．
（2）理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件；理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件；知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用
（3）知道电磁波是横波；了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱；了解狭义相对论的基本假设和几个重要结论．
命题规律
（1）分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图，可能出现计算题和作图题。
（2）光的干涉、衍射和偏振部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，主要是以选择题和填空题为主
（3）电磁波和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，主要是以选择题为主
第二部分 知识背一背
(1)折射现象
①折射定律：．
②在光的折射现象中，光路是可逆的．
③折射率：定义式：；计算公式：，因为v
l)，内芯介质的折射率为kn。一束单色光从左侧端面的中心0点射入光纤，要使该光束以任意角度射入都能在内芯与外套的界面上发生全反射，求k的取值范围。
【答案】
【名师点睛】此题是对光的折射定律及全反射问题的考查；关键是能画出折射光路图，结合全反射公式及几何关系求解.
【例8】如图所示，一个透明的圆柱横截面的半径为R，折射率是，AB是一条直径，现有一束平行光沿AB方向射入圆柱体。若有一条光线经折射后恰经过B点，求：
A A
B A
O A
R A
（i）这条入射光线到AB的距离是多少？
（ii）这条入射光线在圆柱体中运动的时间是多少？
【答案】（i）；（ii）。
第四部分 基础练+测
1、【福建省三明市2016届普通高中毕业班5月质量检查理科综合】）下列说法正确的是。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个
得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A.偏振光可以是横波，也可以是纵波
B.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
C.光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
D.X射线在磁场中能偏转．穿透能力强，可用来进行人体透视
E声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率
【答案】BCE
【解析】
偏振是横波是特有现象，光的偏振现象说明光的横波，故A错误；照相机的镜头上的增透膜是光的干涉现象．照相机的镜头呈现淡紫色，因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光故，B正确；用光导纤维传播信号是利用了光的全反射，C正确；X射线穿透力较强，但它不带电，不能在磁场中偏转，故D错误；根据多普勒效应可知声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率，E正确；
【名师点睛】导纤维传播信号是利用光的全反射原理；光的偏振说明光的横波，反射光都是横波；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象；声源与观察者相对靠近，观察者所接收的频率大于声源发出的频率
2、【江苏省扬州市2015-2016学年度高三第四次模拟测试】下列说法中正确的是
A．变化的电场一定能够在其周围空间产生变化的磁场从而形成电磁波
B．当观察者向静止的声源运动时，接收到的声音的波长大于声源发出的波长
C．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
D．泊松亮斑是光的干涉现象，全息照相的拍摄利用了光的衍射原理
【答案】C
【解析】
【名师点睛】周期性变化的电场一定能够在其周围空间产生周期性变化的磁场；根据多普勒效应分析波的频率的变化；相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关；泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了光的干涉原理．
3、【江西省赣州市厚德外国语学校2017届高三上学期第一次月考物理试题】如图所示，MM
′是空气与某种介质的界面，一条光线从空气射入介质的光路如图所示，那么根据该光路图做出下列判断中正确的是( )
A．该介质的折射率为 B．光在介质中的传播速度c(c真空中光速)
C．光线从介质射向空气时有可能发生全反射 D．光线由介质射向空气时全反射的临界角大于45°
【答案】BCD
【解析】
4、【江西省赣州市厚德外国语学校2017届高三上学期第一次月考物理试题】一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的？（ ）
【答案】B
【解析】
因a光的频率小于b光的频率，则a光的折射率小于b光的折射率，射入玻璃后a光的折射角较大；两种光从玻璃中岀射时应该平行射出，故选B.
5、【陕西省西安中学2016届高三第一次仿真考试理科综合试题】如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO
方向射向一上、下表面平行且足够大的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，则（ ）
A、光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光，且三束光一定相互平行
B、增大角且，光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束Ⅰ
C、玻璃对光束Ⅲ的折射率大于对光束Ⅱ的折射率
D、减小角且，光束Ⅲ可能会由于全反射而从上表面消失
E、光束Ⅲ比光束Ⅱ更容易发生明显衍射
【答案】ABE
【解析】所有色光都能反射，反射角相同，则由图可知光束I是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的．根据光的可逆性，知两光速仍然平行射出，且光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；增大角且，即减小入射角，折射角随之减小，则光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束I，故B正确；由图知：光束进入玻璃砖时，光束Ⅱ的偏折程度大于比光束Ⅲ，根据折射定律可知，光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率，故C错误；减小角且，复色光沿PO方向射入玻璃砖，经过反射时，在上表面的入射角等于光束进入玻璃砖时的折射角．所以由光路可逆性原理可知，光束Ⅲ不会在上表面发生全反射，一定能从上表面射出，故D错误；光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的频率，光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，所以光束Ⅲ的波动性强，比光束II更容易发生明显衍射，故E正确。
【名师点睛】本题由于光线在玻璃中的折射率不同，可通过光的折射而产生了色散．要掌握光的反射定律、折射定律和光的全反射条件，熟练运用光路性原理分析光路。
6、【广东省湛江一中等“四校”2017届高三上学期第一次联考物理试题】(5分）下列说法中正确的是 （填正确答案标号，选对一个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错一个扣3分，最低分为0分）
A．交通警示灯选用红色是因为红光更容易穿透云雾烟尘
B．光在同一种介质中沿直线传播
C．用光导纤维束传输图象信息利用了光的全反射
D．让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置．形成的干涉条纹间距较大的是绿光
E．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是多普勒效应
【答案】ACD
7、【天津市南开区2016届高三下学期第一次模拟考试理科综合】在水下同一深度有两个不同颜色的点光源P、Q，在水面上P光出射光的区域大于Q光出射光的区域，以下说法正确的是
A．P光对水的折射率小于Q光对水的折射率
B．P光在水中的传播速度小于Q光在水中的传播速度
C．P光恰能使某金属发生光电效应，则Q光不能使该金属发生光电效应
D．用P和Q发出的光分别照射同一双缝干涉装置，P光条纹间距小于Q光条纹间距
【答案】A
【解析】
【名师点睛】此题考查了光的折射定律、光电效应、双缝干涉等知识；要知道在同一深度两光源发光的水面区域不同，从而确定它们的折射率．则可以假设P是红光，Q是紫光，所以利用红光 与紫光的特性做出判断.
8、【四川省成都市第七中学、嘉祥外国语学校2016届高三第二次模拟考试理综】半径为R的半圆柱形介质截面如图3所示，O为圆心，AB为直径，Q是半圆O上的一点，QO垂直于AB。相互平行的同种单色光a和b从不同位置进入介质，光线a沿直线射向O点，在O点恰好发生全反射，光线b从Q点射入介质，入射角为45°，b光经介质折射后交于直径AB上的P点，则P点距O点的距离为( )[来
图3
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
做折射光路如图所示：
光线a在AB面上发生全反射，根据得，C=45°，解得折射率n=2．根据折射定律知，，解得b光在半圆柱面上的折射角θ=30°，设P点距O为x，根据几何关系知，，解得．故A正确，B、C、D错误．故选A．
【名师点睛】本题是简单的几何光学问题，其基础是作出光路图，根据几何知识确定入射角与折射角，根据折射定律求解．
9、【四川省绵阳南山中学2016届高三下学期“绵阳三诊”热身考试理科综合】半径为R的半圆柱形介质截面如图所示，O为圆心，AB为直径，Q是半圆O上的一点，QO垂直于AB。相互平行的同种单色光a和b从不同位置进入介质，光线a沿直线射向O点，在O点恰好发生全反射，光线b从Q点射入介质，入射角为45°，b光经介质折射后交于直径AB上的P点，则P点距O点的距离为
A．R B．R C．R D．R
【答案】A
【解析】
【名师点睛】本题是简单的几何光学问题，其基础是作出光路图，根据几何知识确定入射角与折射角，根据折射定律求解。
10、【河北省邯郸市第一中学2016届高三第十次研究性考试】如图所示，上、下表面平行的玻璃砖置于空气中，一束复色光斜射到上表面，穿过玻璃后从下表面射出，分成两束单色光，下列说法中正确的是（ ）
A、两束单色光相互平行
B、光在玻璃中的传播速度大于光
C、在玻璃中光全反射的临界角小于光
D、用同一双缝干涉装置进行实验光的条纹间距小于光
【答案】ACD
【解析】
【名师点睛】此题关键要理解玻璃砖的光学特性，知道光线通过平板玻璃后，其侧移与折射率有关，同样条件下折射率越大，侧移越大。
11、【黑龙江省哈尔滨市第六中学2016届高三下学期第二次模拟】如图所示，一束截面为圆形（半径为）的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面，经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区，屏幕S至球心距离为，不考虑光的干涉和衍射，试问：
①若玻璃半球对紫色光的折射率为，请你求出圆形亮区的半径。
②若将题干中紫光改为白光，在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色？
【答案】（1）；（2）紫色
【解析】
（1）如图，紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E到亮区中心G的距离就是所求最大半径．设紫光临界角为C，由全反射的知识得：，又：，，，，
所以有。
（2）紫色。当平行光从玻璃中射向空气时，由于紫光的折射率的最大，则临界角最小，所以首先发生全反射，因此出射光线与屏幕的交点最远．故圆形亮区的最外侧是紫光。
【名师点睛】本题考查光的折射．关键是作出光路图，根据几何知识求出入射角与折射角，知道折射率和临界角的关系，了解各种色光的波长和折射率的关系。
12、【内蒙古杭锦后旗奋斗中学2017届高三上学期入学摸底考试理科综合】如图所示，直角棱镜ABC置于空气中，∠A=30°，AB边长为2a。一束单色光从D点垂直于BC边射入棱镜，在AC边上的E点恰好发生一次全反射后，从AB边中点F处射出。已知真空中光速为c。求：①棱镜的折射率n；②单色光通过棱镜的时间t。
A
B
C
30°
F
E
D
【答案】CD
13、【广西陆川县中学2017届高三8月月考理科综合物理试题】半径为R的半圆柱形玻璃砖的截面如图所示，O为圆心，光线I沿半径方向从a点射入玻璃砖后，恰好在O点发生全反射，另一条光线II平行于光线I从最高点b射入玻璃砖后，在底边MN上的d点射出，若测得Od=，求该玻璃砖的折射率。
【答案】
【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律、临界角公式、光速公式，运用几何知识结合解决这类问题．
14、【兰州市第一中学2017届高三上学期期中考试】（10分）如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入。已知棱镜的折射率n＝，AB＝BC＝8 cm，OA＝2 cm，∠OAB＝60°。
①求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向。
②第一次的出射点距C多远。
【答案】①光线第一次从CD边射出与CD边成45°斜向左下方 ②
15、【河北省衡水中学2017届高三上学期期中考试】（6分）图示为用玻璃做成的一块棱镜的截面图，其中ABCD是矩形，OCD是半径为R的四分之一圆弧，圆心为O．一条光线从AB面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点，光路图如图所示，求：
① 求该棱镜的折射率n；
② 求光线在该棱镜中传播的速度大小（已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s）．
【答案】①②×108 m/s
16、【内蒙古鄂尔多斯市一中2017届高三上学期第四次月考】（10分）如图，将半径为R的透明半球体放在水平桌面上方，O为球心，直径恰好水平，轴线OO'垂直于水平桌面．位于O点正上方某一高度处的点光源S发出一束与OO'，夹角θ=60°的单色光射向半球体上的A点，光线通过半球体后刚好垂直射到桌面上的B点，已知，光在真空中传播速度为c，不考虑半球体内光的反射，求：
（i）透明半球对该单色光的折射率n； （ii）该光在半球体内传播的时间。
【答案】（i） （ii）
【解析】 （i）光从光源S射出经半球体到达水平桌面的光路如图．
光由空气射向半球体，由折射定律，有
在△OCD中，sin∠COD=
得：γ=∠COD=60°
