专题十五 光 电磁波 相对论.docx

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专题十五光电磁波相对论

专题十五　光　电磁波　相对论

挖命题

【考情探究】

考点

考向

5年考情

预测热度

考题示例

关联考点

学业水平

素养要素

光的折射

　全反射

对折射率和全反射的理解

2018课标Ⅰ,34

（1）,5分

三棱镜的应用

水平2

物理观念

★★★

2018课标Ⅱ,34

（2）,10分

全反射、光路图

水平3

科学思维

2017课标Ⅰ,34

（2）,10分

全反射、光路图

水平3

科学思维

2014山东理综,38

（2）

全反射、光路图

水平3

科学思维

对光的色散的理解

2015课标Ⅱ,34

（1）,5分

折射率

水平2

物理观念

光的波

动性

对光的干涉现象的理解

2015课标Ⅰ,34

（1）,5分

双缝干涉实验

水平2

物理观念

★★☆

对光的衍射现象的理解

对光的偏振现象的理解

电磁波　

相对论

电磁波的应用

2016课标Ⅱ,34

（1）,5分

电磁振荡

水平2

物理观念

★☆☆

电磁波的产生

相对论

分析解读　　本专题考查三方面内容:

①几何光学,结合半圆柱形介质、三棱镜、表面平行的介质等考查反射、折射、全反射,解决此类问题要掌握相关定律的内涵及入射角、反射角、临界角、偏向角等概念,熟练应用三角函数、正余弦定理及相似三角形等数学工具;②物理光学,主要涉及光的干涉和衍射,要熟记双缝干涉实验中的条纹间距公式,要注意理解概念和现象;③电磁波、相对论,以基本概念、规律的理解为主,多以选择题形式出现。

【真题典例】

破考点

【考点集训】

考点一　光的折射　全反射

1.实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式:

n=A+

+

其中A、B、C是正的常量。

太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。

则（　　）

A.屏上c处是紫光B.屏上d处是红光

C.屏上b处是紫光D.屏上a处是红光

答案　D　

2.（多选）固定的半圆形玻璃砖的横截面如图,O点为圆心,OO'为直径MN的垂线。

足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。

由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点,入射光线与OO'夹角θ较小时,光屏NQ区域出现两个光斑,逐渐增大θ角,当θ=α时,光屏NQ区域A光的光斑消失,继续增大θ角,当θ=β时,光屏NQ区域B光的光斑消失,则（　　）

A.玻璃砖对A光的折射率比对B光的大

B.A光在玻璃砖中传播速度比B光的大

C.α<θ<β时,光屏上只有1个光斑

D.β<θ<

时,光屏上只有1个光斑

答案　AD　

3.如图所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径。

来自B点的光线BM在M点射出,出射光线平行于AB,另一光线BN恰好在N点发生全反射。

已知∠ABM=30°,求

①玻璃的折射率。

②球心O到BN的距离。

答案　①

　②

R

考点二　光的波动性

4.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。

图甲是点燃的酒精灯（在灯芯上洒些盐）,图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈。

将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是（　　）

A.当金属线圈旋转30°时,干涉条纹同方向旋转30°

B.当金属线圈旋转45°时,干涉条纹同方向旋转90°

C.当金属线圈旋转60°时,干涉条纹同方向旋转30°

D.干涉条纹保持不变

答案　D　

5.（2017天津红桥八校联考,1）下列说法正确的是（　　）

A.光纤通信、全息照相都是利用了光的全反射原理

B.一个单摆在海平面上的振动周期为T,那么将其放在高山之巅,其振动周期一定变小

C.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变小

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

答案　C　

考点三　电磁波　相对论

6.（多选）下列关于电磁场的说法中正确的是（　　）

A.只要空间某处有变化的电场或磁场,就会在其周围产生电磁场,从而形成电磁波

B.任何变化的电场周围一定有磁场

C.振荡电场和振荡磁场交替产生,相互依存,形成不可分离的统一体,即电磁场

D.电磁波的理论在先,实验证明在后

答案　BCD　

7.对相对论的基础认识,下列说法正确的是（　　）

A.相对论认为:

真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的

B.爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量

C.在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的时钟与他观察到的地球上的时钟走得同样快

D.我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上长度变短了

答案　A　

炼技法

【方法集训】

方法1　光的折射、全反射问题的分析方法

1.（2017河北定州摸底,4,4分）自行车上的红色尾灯不仅是装饰品,也是夜间骑车的安全指示灯,它能把来自后面的光反射回去。

某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率n>

）组成,棱镜的横截面如图所示。

一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜,先后经过AC边和CB边反射后,从AB边的O'点射出,则出射光线是（　　）

A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②

C.平行于CB边的光线③D.平行于AB边的光线④

答案　B　

2.如图,三棱镜的横截面为直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°。

一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜,在AC边发生反射后从BC边的M点射出。

若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等,

（ⅰ）求三棱镜的折射率;

（ⅱ）在三棱镜的AC边是否有光线透出?

写出分析过程。

（不考虑多次反射）

答案　（ⅰ）

　（ⅱ）没有光线透出;分析过程见解析

解析　（ⅱ）设在N点的入射角为i″,由几何关系得i″=60°⑩

此三棱镜的全反射临界角满足nsinθC=1

由⑨⑩

式得

i″>θC

此光线在N点发生全反射,三棱镜的AC边没有光线透出。

方法2　双缝干涉的分析

3.（2017四川昌隆联考,9,4分）（多选）下列关于光的说法中正确的是（　　）

A.雨后彩虹是太阳光入射到水滴中发生全反射形成的

B.“和谐号”动车组高速行驶时,地面上测得其车厢长度将明显变短

C.在双缝干涉实验中,用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距

D.白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的,其原因是不同色光的波长不同

E.光从一种介质进入另一种介质发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同

答案　CDE　

4.（多选）双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。

屏上O点距双缝S1和S2的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。

如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是（　　）

A.O点是红光的亮条纹

B.O点不是蓝光的亮条纹

C.红光的第一条亮条纹在P点的上方

D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方

E.蓝光的第一条亮条纹在P点的下方

答案　ACE　

过专题

【五年高考】

A组　基础题组

1.（2018北京理综,15,6分）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A.干涉条纹消失

B.彩色条纹中的红色条纹消失

C.中央条纹变成暗条纹

D.中央条纹变成红色

答案　D　

2.[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　ABC　

3.（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　D　

4.（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　D　

5.[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　AC　

6.[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　ACD　

7.[2018课标Ⅰ,34

（1）,5分]如图,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°。

一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为　　　　。

若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角　　　　（填“小于”“等于”或“大于”）60°。

答案　

　大于　

8.[2015课标Ⅰ,34

（1）,5分]在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1　　　　Δx2（填“>”、“=”或“<”）。

若实验中红光的波长为630nm,双缝与屏幕的距离为1.00m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,则双缝之间的距离为　　　　mm。

答案　>（2分）　0.300（3分）

9.[2018课标Ⅱ,34

（2）,10分]如图,△ABC是一直角三棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=60°。

一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。

EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点。

不计多次反射。

（ⅰ）求出射光相对于D点的入射光的偏角;

（ⅱ）为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?

答案　（ⅰ）60°　（ⅱ）

≤n<2

10.[2018课标Ⅲ,34

（2）,10分]如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”（图中O点）,然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。

D位于AB边上,过D点做AC边的垂线交AC于F。

该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE=2cm,EF=1cm。

求三棱镜的折射率。

（不考虑光线在三棱镜中的反射）

答案　

11.[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　1.43

B组　提升题组

1.[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　ABD　

2.（2015安徽理综,18,6分）如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。

当出射角i'和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。

已知棱镜顶角为α,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为（　　）

A.

B.

C.

D.

答案　A　

3.[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　1.55

4.[2017课标Ⅲ,34

（2）,10分]如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO'表示光轴（过球心O与半球底面垂直的直线）。

已知玻璃的折射率为1.5。

现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。

求

（ⅰ）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;

（ⅱ）距光轴

的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。

答案　（ⅰ）

R　（ⅱ）

R（或2.74R）

5.[2016课标Ⅲ,34

（2）,10分]如图,玻璃球冠的折射率为

其底面镀银,底面的半径是球半径的

;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°

6.[2016课标Ⅰ,34

（2）,10分]如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0m。

从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为

。

（ⅰ）求池内的水深;

（ⅱ）一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0m。

当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。

求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）。

答案　（ⅰ）2.6m　（ⅱ）0.7m

7.[2014课标Ⅰ,34

（2）,9分]一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图所示。

玻璃的折射率为n=

。

（ⅰ）一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都能从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少?

（ⅱ）一细束光线在O点左侧与O相距

R处垂直于AB从下方入射,求此光线从玻璃砖射出点的位置。

答案　（ⅰ）

R　（ⅱ）见解析

解析　（ⅱ）设光线在距O点

R的C点射入后,在上表面的入射角为α,由几何关系及①式和已知条件得

α=60°>θ⑤

光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图。

由反射定律和几何关系得

OG=OC=

R⑥

射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出。

8.[2014山东理综,38

（2）]如图,三角形ABC为某透明介质的横截面,O为BC边的中点,位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射,第一次到达AB边恰好发生全反射。

已知θ=15°,BC边长为2L,该介质的折射率为

。

求:

（ⅰ）入射角i;

（ⅱ）从入射到发生第一次全反射所用的时间（设光在真空中的速度为c,可能用到:

sin75°=

或tan15°=2-

）。

答案　（ⅰ）45°　（ⅱ）

L

C组　教师专用题组

1.[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

。

光由空气从A点垂直射入玻璃砖,OA=

。

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=

c

C.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　C　

2.（2013大纲全国,14,6分）下列现象中,属于光的衍射的是（　　）

A.雨后天空出现彩虹

B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹

C.海市蜃楼现象

D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹

答案　B　

3.[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　C　

4.（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　

5.（2015福建理综,13,6分）如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则（　　）

A.λa<λb,na>nbB.λa>λb,na

C.λa<λb,naλb,na>nb

答案　B　

6.[2015重庆理综,11

（1）,6分]虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。

两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示。

M、N、P、Q点的颜色分别为（　　）

A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫

C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红

答案　A　

7.（2015四川理综,3,6分）直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图。

a、b光相比（　　）

A.玻璃对a光的折射率较大

B.玻璃对a光的临界角较小

C.b光在玻璃中的传播速度较小

D.b光在玻璃中的传播时间较短

答案　C　

8.（2014四川理综,3,6分）如图所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球。

则（　　）

A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球

B.小球所发的光能从水面任何区域射出

C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大

D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大

答案　D　

9.[2014重庆理综,11

（1）,6分]打磨某剖面如图所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1<θ<θ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光线,在OP边和OQ边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况）,则下列判断正确的是（　　）

A.若θ>θ2,光线一定在OP边发生全反射

B.若θ>θ2,光线会从OQ边射出

C.若θ<θ1,光线会从OP边射出

D.若θ<θ1,光线会在OP边发生全反射

答案　D　

10.（2013浙江理综,16,6分）与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的。

小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是（　　）

A.地球上有人用红色激光照射月球

B.太阳照射到地球的红光反射到月球

C.太阳光中的红光经地球大气层折射到月球

D.太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹

答案　C　

11.（2013四川理综,1,6分）下列关于电磁波的说法,正确的是（　　）

A.电磁波只能在真空中传播

B.电场随时间变化时一定产生电磁波

C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波

D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在

答案　C　

12.（2013四川理综,3,6分）光射到两种不同介质的分界面,分析其后的传播情形可知（　　）

A.折射现象的出现说明光是纵波

B.光总会分为反射光和折射光

C.折射光与入射光的传播方向总是不同的

D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同

答案　D　

13.（2013四川理综,4,6分）迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住,绕恒星“Gliese581”运行的行星“Gl-581c”却很值得我们期待。

该行星的温度在0℃到40℃之间、质量是地球的6倍、直径是地球的1.5倍、公转周期为13个地球日。

“Gliese581”的质量是太阳质量的0.31倍。

设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体,绕其中心天体做匀速圆周运动,则（　　）

A.在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同

B.如果人到了该行星,其体重是地球上的2

倍

C.该行星与“Gliese581”的距离是日地距离的

倍

D.由于该行星公转速率比地球大,地球上的米尺如果被带上该行星,其长度一定会变短

答案　B　

14.（2013浙江理综,14,6分）关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是（　　）

A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息

B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波

C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同

D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同

答案　B　

15.（2016天津理综,1,6分）我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。

米波雷达发射无线电波的波长在1~10m范围内,则对该无线电波的判断正确的是（　　）

A.米波的频率比厘米波频率高

B.和机械波一样须靠介质传播

C.同光波一样会发生反射现象

D.不可能产生干涉和衍射现象

答案　C　

16.（2016天津理综,6,6分）（多选）物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得正确的科学认知,推动物理学的发展。

下列说法符合事实的是（　　）

A.赫兹通过一系列实验,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论

B.查德威克用α粒子轰击

N获得反冲核

O,发现了中子

C.贝克勒尔发现的天然放射性现象,说明原子核有复杂结构

D.卢瑟福通过对阴极射线的研究,提出了原子核式结构模型

答案　AC　

17.（2014北京理综,20,6分）以往,已知材料的折射率都为正值（n>0）。

现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值（n<0）,称为负折射率材料。

位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足

=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。

现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。

若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（　　）

答案　B