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- 2021-05-26 发布
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2020届一轮复习人教版 光学 电磁波 相对论 课时作业
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.电磁波的传播需要介质
B.电磁波同机械波一样能发生干涉、衍射、反射、折射等现象
C.波长不同的电磁波在本质上完全相同
D.真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的
E.若物体的能量增大,则它的质量增大
解析:A项,电磁波的传播不需要介质,可以在真空中传播,则A错误;B项,干涉、衍射、反射、折射等是一切波的特性,则B正确;C项,电磁波是横波,波长不同的电磁波在本质上完全相同,则C正确;D项,爱因斯坦相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中也都是相同,则D错误;E项,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可得,物体的能量增大,则它的质量增大,则E正确.故选B、C、E.
答案:BCE
2.[2019·吉林长春质检](多选)下列说法正确的是( )
A.电磁波和机械波一样依赖于介质传播
B.照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干涉现象
C.泊松亮斑是光的衍射现象,玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象
D.γ射线波长比X射线波长短
E.变化的磁场一定会产生变化的电场
解析:电磁波可以在真空中传播,A错误.均匀变化的磁场产生的电场是不变的,E错误.
答案:BCD
3.(多选)关于光的衍射现象,下面说法正确的是( )
A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B.白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明发生了衍射
D.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,不存在光的衍射
E.在单缝衍射中增大单缝到屏的距离,衍射条纹变宽
解析:单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹,A正确;白光的衍射图样是彩色条纹,故B错误;光照到不透明圆盘上,在其阴影处出现亮点,是衍射现象,故C正确;光的衍射现象只有明显与不明显之分,D项中屏上大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在光的衍射现象,D错误;与双缝干涉相似,增大单缝到屏的距离,衍射条纹变宽,故E正确.
答案:ACE
4.[2019·辽宁鞍山质检](多选)下列说法正确的是( )
A.光导纤维传递光信号是利用光的直线传播原理
B.色散现象表明白光是复色光
C.泊松亮斑是光的干涉现象
D.增透膜的厚度应为入射光在增透膜中波长的
E.光的偏振现象表明光是横波
解析:光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理,A错误.泊松亮斑是光的衍射现象,C错误.
答案:BDE
5.[2019·东北三校联考](多选)下列说法正确的是( )
A.波的传播过程中,质点的振动频率等于波源的振动频率
B.爱因斯坦狭义相对论指出,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
C.当某列声波产生多普勒效应时,相应声源的振动频率一定发生变化
D.物体做受迫振动时,驱动力的频率越高,受迫振动的物体振幅越大
E.X射线的频率比无线电波的频率高
解析:声波发生多普勒效应时,相应声源的振动频率不变,C错;物体做受迫振动时,驱动力的频率与物体的固有频率相同时,振幅最大,D错.
答案:ABE
6.(1)静电场可以用电场线和等势面形象描述。
a.请根据电场强度的定义和库仑定律推导出点电荷Q的场强表达式;
b.点电荷的电场线和等势面分布如图所示,等势面S₁、S₂到点电荷的距离分别为r₁、r₂。我们知道,电场线的疏密反映了空间区域电场强度的大小。请计算S₁、S₂上单位面积通过的电场线条数之比N1/N2。
(2)观测宇宙中辐射电磁波的天体,距离越远单位面积接收的电磁波功率越小,观测越困难。为了收集足够强的来自天体的电磁波,增大望远镜口径是提高天文观测能力的一条重要路径。2016年9月25日,世界上最大的单口径球面射电望远镜FAST在我国贵州落成启用,被誉为“中国天眼”。FAST直径为500 m,有效提高了人类观测宇宙的精度和范围。
a.设直径为100 m的望远镜能够接收到的来自某天体的电磁波功率为P₁,计算FAST能够接收到的来自该天体的电磁波功率P₂;
b.在宇宙大尺度上,天体的空间分布是均匀的,仅以辐射功率为P的同类天体为观测对象,设直径为100 m望远镜能够观测到的此类天体数目是N0,计算FAST能够观测到的此类天体数目N。
【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理(北京卷)
【答案】 (1)a. b.(2)a. b.
【解析】(1)a.在距Q为r的位置放一电荷量为q的检验电荷
根据库仑定律检验电荷受到的电场力
根据电场强度的定义
得
b.穿过每个面的电场线的总条数是相等的,若面积大,则单位面积上分担的条数就少,
故穿过两等势面单位面积上的电场线条数之比
(2)a.地球上不同望远镜观测同一天体,单位面积上接收的功率应该相同,因此
(2)a ; b.
点睛:本题是一道信息题,要读懂题目中所描述的物理情景,然后结合物理知识求解,在电场线条数一定的情况下,圆的半径越大,则单位面积上的条数就越少;同样要知道地球上不同望远镜观测同一天体,单位面积上接收的功率应该相同,要借助于这些条件处理问题。
7.如图,是一直角三棱镜的横截面,,,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?
【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理(全国II卷)
【答案】 (1)δ=60° (2)
【解析】(1)根据题意画出光路图,根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角;
(2)要保证在E点发生全反射,则在E点的入射角要大于等于临界角C
(ⅰ)光线在BC面上折射,由折射定律有
①
式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射,
(ⅱ)光线在AC面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有
⑦
式中C是全反射临界角,满足
⑧
由④⑦⑧式知,棱镜的折射率n的取值范围应为
⑨
故本题答案是:(1)δ=60° (2)
点睛:本题考查了几何光学,处理此类题的方法一般是正确画光路图利用几何关系求偏角,还要知道全发射的条件是什么。
8.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=2 cm,EF=1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)
【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理(全国III卷)
【答案】
【解析】试题分析 本题考查折射定律、光在三棱镜中传播及其相关的知识点。
解析过D点作AB边的发现,连接OD,则为O点发出的光纤在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为β,如图所示。根据折射定律有
由③④式和题给条件得
⑤
根据题给条件可知,为等腰三角形,有
⑥
由①②⑥式得
⑦
1.如图,一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面,得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ.下列有关这三束光的判斯正确的是 。(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.光束Ⅰ仍为复色光,光束Ⅱ、Ⅲ为单色光
B.在玻璃中的传播速度,光束Ⅱ比光束Ⅲ小
C.增大α角且α<90°,光束Ⅱ、Ⅲ会远离光束I
D.改变α角且α<90°,光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行
E.减小α角的大小,光束Ⅲ可能会在上表面发生全反射
【来源】【全国百强校】广西南宁第二中学2018届高三年级6月份考试物理试题
【答案】 ABD
【解析】A、由图可知光束I是反射光线,所以仍是复色光,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;
E、减小α角且α>0∘,根据折射定律,光线的折射角增大,根据光的可逆性,知光束Ⅲ不可能在上表面发生全发射,故E错误;
故选ABD。
【点睛】由图可知光束I是反射光线,而光束Ⅱ、Ⅲ是由于它们的折射率的不同,导致出现光线偏折分离.但根据光路可逆可知出射光线仍与入射光线平行。
2.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机械波和电磁波都必须依赖于介质才能够传送信息和能量
B.在同一介质中,波长越短的光,传播速度越小
C.在打磨精密光学平面时,可以利用干涉法检查平面的平整程度
D.光的偏振现象可以说明光是横波
E.狭义相对性原理指出,力学规律在任何参考系中都是相同的
【来源】湖北省武汉市华中师范大学第一附属中学2018届高三下学期5月押题考试理综物理试题
【答案】 BCD
D项:横波是指振动方向和传播方向垂直,纵波是振动方向和传播方向一样,偏振片原理是光的振动方向和偏振片的夹角不同透过率不同,故D正确;
E项:狭义相对性原理指出,力学规律在任何“惯性”参考系中都是相同的,故E错误。
点晴:同一频率的光在不同介质中,传播速度不同,但频率不变,而波长与波速成反比.传播的速度与折射率有关。
3.如图,空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置;一束由红蓝两种色光混合而成的细光束,从空气中以某一角度θ(0<θ<90°)入射到第一块玻璃板的上表面。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.在第一块玻璃板下表面一定有出射光
B.在第二块玻璃板下表面一定没有出射光
C.第二块玻璃板下表而的出射光方向一定与入射光方向平行
D.第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧
E.第一块玻璃板下表面的两条出射光线中蓝光一定在红光的右侧
【来源】【全国百强校】四川省成都市第七中学2018届高三热身考试理科综合物理试题
【答案】 ACD
4.利用下图装置研究双缝干涉现象并测量光的波长时,有下面几种说法其中正确的是 。(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.实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝
B.将滤光片由紫色的换成红色的,干涉条纹间距变宽
C.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽
D.测量过程中,把5个条纹间距数成6个,导致波长测量值偏小
E.去掉滤光片后,干涉现象消失
【来源】【全国百强校】福建省厦门市外国语学校2018届高三下学期5月适应性考试(最后压轴模拟)理综物理试题
【答案】 ABD
【解析】A. 实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝,故A正确;将滤光片由紫色的换成红色的,波长变长,根据干涉条纹间距公式知条纹间距变宽,故B正确;将单缝向双缝移动一小段距离后,条纹间距不变.故C错误.把5个条纹间距数成6个,则减小,根据,可知波长减小,故D正确;去掉滤光片,将出现彩色的干涉条纹.故E错误.故选ABD。
【点睛】解决本题的关键知道各种色光的波长大小,以及掌握双缝干涉条纹的间距公式,并能根据公式分析比较干涉条纹的间距变化.
5.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机械波和电磁波都必须依赖于介质才能够传送信息和能量
B.在同一介质中,波长越短的光,传播速度越小
C.在打磨精密光学平面时,可以利用干涉法检查平面的平整程度
D.光的偏振现象可以说明光是横波
E.狭义相对性原理指出,力学规律在任何参考系中都是相同的
【来源】湖北省华中师范大学第一附属中学2018届高三下学期5月押题考试理综物理试题
【答案】 BCD
点晴:本题要知道光的偏振现象说明光是一种横波,只有振动方向和偏振方向相同的波能通过,立体电影利用了光的偏振来工作的。
6.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.医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理
B鸣笛汽车驶近路人的过程中,路人听到的声波频率与波源相比增大
C.地面上的人观察在宇宙中高速飞行的飞船中的时钟变快
D.照相机镜头的偏振滤光片可使水下影像清晰
E无线网络信号能绕过障碍物传递到接收终端是利用了干涉原理
【来源】【全国百强校】湖南省长沙市长郡中学2018届高三高考模拟考试(二)理科综合物理试题
【答案】 ABD
【解析】医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理,A正确;当鸣笛汽车驶近路人的过程中,两者间距变小,则路人听到的声波频率与波源相比增加,B错误;在宇宙中高速飞行的飞船中的时钟变慢,C错误;照相机镜头的偏振滤光片,从而阻碍其它反射光的进入,使得所拍影像清晰,D正确;无线网络信号能绕过障碍物传递到接收终端,是利用了衍射原理,E错误.
7.如图所示为某种透明材料制成的一柱形棱镜的横裁面图,CD是半径为R的四分之一圆,圆心为O;光线从AB面上的M点入射,入射角为θ,光进入棱镜后恰好在BC面上的O点发生全反射,然后由CD面射出。已知OB段的长度为L,真空中的光速为c。求:
①透明材料的折射率n;
②该光在透明材料内传播的时间t。
【来源】【全国百强校】四川省双流中学2018届高三考前第二次模拟考试理综物理试题
【答案】 ① ②
【解析】①设光线在AB面的折射角为r,光路如图所示。
根据折射定律得:
点睛:1.分析全反射问题时,先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于临界角,若不符合全反射的条件,则再由折射定律和反射定律确定光的传播情况。
2.在处理光的折射和全反射类型的题目时,根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础,利用几何关系、折射定律是关键。
3.明确两介质折射率的大小关系:a.若光疏光密:定有反射、折射光线;b.若光密
光疏:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射。
8.由两种不同透明介质制成的直角三棱镜甲和乙,并排放在一起刚好构成一截面为正三角形的棱镜,甲的折射率为,一细光束由AB边的中点0斜射入棱镜甲,已知入射光线在AB边的入射角的正弦值为,经折射后该光束刚好在棱镜乙的AC边发生全反射,最后从BC边射出,已知真空中的光速为,AB边的长度为,求该细光束在棱镜中的传播时间。
【来源】【全国百强校】河北省衡水中学2018届高三自主复习作业箭在弦上物理试题(一)
【答案】
9.如图所示,△ABM为透明柱状介质的横截面,其中∠A=300。一束单色光从AM的中点P以一定的入射角入射,恰好能在AB边上发生全发射,且反射后的光线垂直BM边射出。已知BM边的长度为a,光在真空中的传播速度为c,求:
(i)该透明介质的折射率;
(ii)该单色光在透明介质中的传播时间。
【来源】【全国百强校】湖北省黄冈市黄冈中学2018届高三5月适应性考试理科综合物理试题
【答案】 (1) (2)
【解析】(i)单色光在透明介质中的传播路线如图所示
由几何关系可知,当单色光在AB边上刚好发生全反射时,其临界角为60o
由可得
带入数据可得
【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,画出光路图,运用几何知识结合解决这类问题.
10.如图所示的圆柱形容器中盛满折射率n=2的某种透明液体,容器底部安装一块平面镜,容器直径L=2H,在圆心正上方高度h处有一点光源S,要使人从液体表面上任意位置处能够观察到点光源S发出的光,h应该满足什么条件?
【来源】【全国百强校】福建省厦门市外国语学校2018届高三下学期5月适应性考试(最后压轴模拟)理综物理试题
【答案】
【解析】要使人从液体表面上任意位置处能够观察到点光源S发出的光,点光源发出的光必须全部能折射进入空气中,根据对称性,作出点光源经平面镜所成的像.当光射向水面时,入射角应不大于临界角,光线才能射入空气中.由几何知识求出h应满足的条件.
点光源S通过平面镜所成像为,如图所示
要使人从液体表面上任意位置处能够观察到点光源S发出的光,即相当于像发出的光
则入射角i≤C ,C为全反射临界角,则有:
根据几何关系得:,且L=2H
解得:
故
【点睛】本题要利用对称性作出平面镜所成的像,点光源发出的光好像从虚像发出的.再根据临界角和几何知识求解h满足的条件.
11.如图所示,圆形的光学仪器(斜线阴影)内有一个半径为2R的圆形空腔,空腔左面侧壁上有一台激光器,可以沿空腔的直径方向发出在真空中速度为c的激光束。空腔中放置了一个比空腔略小(半径可视为2R)的折射率为2的透明圆柱状光学材料,光学材料的圆心在空腔的圆心O点,并且材料中被挖掉了一块半径为R的截面为半圆形的柱体(圆心和O点重合),挖掉的部分为真空。(反射与折射在同一界面时只考虑折射)
①求激光从发出到照射到空腔壁的时间。
②激光器始终开启,若光学材料围绕空腔圆心O点顺时针转 动900,空腔壁上能被激光照射到的圆弧长度为多少?(只考虑折射光线照射的圆弧长度)
【来源】湖北省黄冈中学2018届高三5月第三次模拟考试理综物理试题
【答案】 (1) (2)
(2)在O处,光从光密介质射入光疏介质,发生全反射的临界角为C,则sinC=1/n
解得C=300,
所以照射的弧长范围为
12.如图所示,宽度为的平行光束从空气中斜射到一平板玻璃的上表面,入射角i=60°,该光束由两种不同的单色光a和b组成,玻璃对两种单色光的折射率分别为,试求:
①两种单色光在玻璃中的传播时间之比;
②为使光从玻璃下表面出射时,两种光各自的光束不重叠,玻璃板的厚度d的最小值。
【来源】【全国百强校】江西省抚州市临川区第一中学2018届高三全真模拟考试理综物理试卷
【答案】 ① ②
(2)不出现重叠区域的临界情况如图所示,即需要满足:
解得,玻璃板的厚度d的最小值为:
故本题答案是:① ②
点睛:利用 求出折射角,并利用计算光在介质中传播的时间,正确画出光路图并利用几何关系找到符合条件的高度。