高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题17光、电磁波与相对论含解析

高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题17光、电磁波与相对论含解析

专题 17 光、电磁波与相对论 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： n 2 1 sin sin   ． ②在光的折射现象中，光路是可逆的． ③折射率：定义式： 2 1 sin sin  n ；计算公式： v cn  ，因为 vl)， 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】1 2k  【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 3 ，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： （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） R2 3 ；（ii） 3Rt C  。 A B O R 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 2 2 B．光在介质中的传播速度 2 3 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 090  ，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 00  ，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 90   ，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 0＞ ，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 A. 3 3 R B. 2 2 R C. 3 2 R D. 1 2 R 【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 1sinC n  得，C=45°，解得折射率 n=2．根据折射定律知， sin 45 2sin   ，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， tan30 = x R  ，解得 3 3x R ．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 图 3 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． 3 3 R B． 2 2 R C． 3 2 R D．1 2 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 a b、 两束单色光， 下列说法中正确的是（ ） A、 a b、 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 1R m ）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  2 1D m  ，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 2n  ，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）1m ；（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： 1sinC n  ，又： AB Rsi RnC n   ， 2 1R nOB RcosC n   ， 2 • 1 BF AB tanC R n n    ， 2 1 nRGF D OB BF D n       （ ） ， GE GF AB FB  所以有 2• 1 1r GE AB D n nR mGF FB       。 （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。 【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= 4 R ， 求该玻璃砖的折射率。 【答案】 2.03 A B C 30° F E D 【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 sin sin in r  、临界角公式 1sinC n  、光速公式 cv n  ，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＝ 2，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 mGC 3 34 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】① 6 2 ② 6 ×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 3' 2O B  ，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） 3 （ii） R c 【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 sin sinn   在△OCD 中，sin∠COD= 3 2 得：γ=∠COD=60°