全国版2021高考物理一轮复习专题十六光学电磁波相对论简介精练含解析 6页

- 1 - 专题十六 光学、电磁波、相对论简介 一、选择题(共 8 小题,40 分) 1.[多选]下列关于电磁场的说法正确的是( ) 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,实践证明在后 2.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹,通过狭缝观察发光的白炽灯也 会看到彩色条纹,这两种现象( ) A.都是光的衍射现象 B.前者是光的衍射现象,后者是光的干涉现象 C.前者是光的干涉现象,后者是光的衍射现象 D.都是光的粒子性的表现 3.[多选]现有一三棱柱工件,由透明玻璃材料组成.如图所示,其截面 ABC 为直角三角形,∠ ACB=30°.现有一条光线沿着截面从 AC 边上的 O 点以 45°的入射角射入工件,折射后到达 BC 边发生全反射,垂直 AB 边射出.已知 CO=1 3AC=L,下列说法正确的是( ) A.光线在 AC 边的折射角为 30° B.该透明玻璃材料的折射率为 2 C.该光线在透明玻璃材料中发生全反射的临界角为 45° D.光线在 BC 边的入射角为 30° E.光线在工件中的传播时间为5 2L 2c 4.[多选]下列说法正确的是( ) A.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 B.在同一种介质中,不同频率的声波的传播速度不同 C.黄光的双缝干涉条纹间距可能小于蓝光的双缝干涉条纹间距 D.做简谐运动的物体,其振动能量与振幅有关 E.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用 5.[多选]下列说法正确的是( ) A.除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 B.机械波在给定的介质中传播时,振动的频率越高,则波传播速度越大 C.光速不变原理是指真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 D.两列波相叠加产生干涉现象,在干涉图样中,振动加强区域的质点,其位移始终保持最大;振 动减弱区域的质点,其位移始终保持最小 E.用绿光做双缝干涉实验,在光屏上呈现出明、暗相间的条纹,相邻两条明条纹间的距离为Δx, 如果只增大双缝到光屏之间的距离,Δx 将增大 - 2 - 6.[多选]下列说法正确的是( ) A.在真空中传播的电磁波,频率越大,波长越短 B.让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置,绿光形成的干涉条纹间距较大 C.光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理 D.要确定雷达和目标的距离需要直接测出电磁波从发射到被目标接收的时间 E.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加装一个偏振片,以减弱玻璃反射光的影响 7.[2019 东北师大附中等六校联考,多选]下列说法正确的是( ) A.根据光的折射定律,某种介质的折射率总等于入射角的正弦与折射角的正弦之比 B.当光射到两种不同介质的分界面时,光总会分为反射光和折射光 C.光的偏振现象说明光是横波 D.光发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同 E.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则相邻亮条纹间距变窄 8.[2019 辽宁沈阳第一次教学质量检测,多选]a、b、c 三条平行光线垂直于半圆柱体玻璃砖的 截面直径从空气射向玻璃砖,如图所示,光线 b 正好过圆心 O,光线 a、c 从光线 b 的两侧对称入 射,光线 a、c 从玻璃砖下表面进入空气后分别与光线 b 交于 P、Q 两点,则下列说法正确的是 ( ) A.玻璃对三种光的折射率关系为 na>nb>nc B.玻璃对 a 光的折射率大于对 c 光的折射率 C.在相同条件下进行双缝干涉实验,a 光的相邻亮条纹间距比 c 光的窄 D.a、c 光分别从某种介质射入空气中,c 光发生全反射时临界角较小 E.a 光比 c 光穿过该半圆柱体玻璃砖所需的时间长 二、非选择题(共 7 小题,60 分) 9.[5 分]如图所示,水池内水面下方有一球状气泡,一束含有 a、b 两种单色光的细 光束从水中射入气泡,A 为入射点,之后 a、b 光分别从 C 点、D 点射出气泡.已知 光束在 A 点的入射角 i=30°,a 光经过气泡偏转后偏向角θ=45°,则介质对 a 光 的折射率 3(选填“大于”“小于”或“等于”),若 a、b 两单色光分别 通过同一双缝干涉装置,则 (选填“a”或“b”)光在屏上产生的条纹间 距大. 10.[5 分]如图所示,透明设备放置在真空环境中,其截面 ABCD 为矩形,AB=2AD=2a,频率为 f 的 光 L1 入射到上表面时与 AD 的夹角为 30°,折射到 AB 面上时恰好发生全反射,则该设备材料的 折射率为 ;若真空中的光速为 c,则光从射入到第一次射出该设备需要的时间 为 ;若有另一束光 L2 能和 L1 发生干涉,则 L2 的频率 f(选填“大 于”“等于”或“小于”). - 3 - 11.[2020 河北唐山摸底,10 分]如图所示,透明的柱形元件的横截面是半径为 R 的四分之一圆, 圆心为 O,以 O 为原点建立直角坐标系 xOy.一束单色光平行于 x 轴射入该元件,入射点的坐标 为(0,d),单色光对此元件的折射率为 n=2 3 3 . (1)当 d 多大时,该单色光在圆弧面上恰好发生全反射? (2)当 d→0 时,求该单色光照射到 x 轴上的位置到圆心 O 的距离.(不考虑单色光经圆弧面反射 后的情况.θ很小时,sin θ≈θ) 12.[2020 陕西百校第一次联考,10 分]某工件由同种透明玻璃材料制成的三棱柱和四分之一圆 柱两个部分组成,其截面如图,该玻璃材料的折射率为 n= 2.△ABF 为直角三角形,∠ABF=30°, FDE 为四分之一圆,半径为 R, FE 贴紧 AF.一束单色平行光沿着截面方向从 AB 边射入工件后垂 直 FE 进入四分之一圆. (1)求该平行光进入 AB 界面时的入射角θ; (2)若要使到达 FD 面的光线都能从 FD 面直接折射岀来,该四分之一圆至少要沿 AF 方向向上移 动多大距离? 13.[10 分]平静的湖面下方 A 点与湖面间的距离为 d,A 点处有一个绿色点光源,在 A 点的正上 空 B 处看来,此点光源在水下 A'点处,已知 A'与湖面间的距离为 h.求: (1)水对绿光的折射率 n; (2)在 B 处看到的湖面上出现的绿色圆面的半径 r. 14.[10 分]如图所示,一透明玻璃砖的横截面为半圆,半径 R= 3 m,有一束宽度为 3R 的光对称地照射在圆弧上,玻璃砖折射率 n= 3.不考虑光的多次反射,光在真空 中的传播速度 c=3×108 m/s.求底边有光射出部分的长度及该光线在玻璃砖中传播 的最长时间. - 4 - 15.[2020 湖北部分重点中学起点考试,10 分]如图所示,一透明介质的横截面为等腰梯形,∠ BAD=∠CDA=120°,BA、AD、DC 三边长度均为 L=( 3+1) cm.一束平行于 BC 边的单色光从 AB 面 折射进入该介质,介质对该单色光的折射率为 n= 6+ 2 2 (临界角为 C=31.2°). 已知 sin 15°= 6- 2 4 ,cos 15°= 6+ 2 4 . (1)求光线在 AB 面发生折射时的折射角α; (2)现在只考虑经 DC 面反射后直接到达 BC 面上的光线,求 BC 面上的光线覆 盖的长度 x. 1.BCD 振荡电场和振荡磁场交替产生,形成电磁波,A 错误,C 正确;变化的电场一定产生磁 场,B 正确;麦克斯韦预言电磁波存在,赫兹进行验证,D 正确. 2.C 前者两玻璃板间形成空气薄膜,光照射在空气薄膜上、下表面的反射光发生干涉,产生了 彩色干涉条纹.而后者从狭缝观察发光的白炽灯得到的彩色条纹是光的衍射现象,C 选 项正确. 3.ACE 画出光路图如图,由图中几何关系可知光线在 AC 边的折射角为 30°,选项 A 正确;折射 定律 n=sini sinr,i=45°,由几何关系知 r=30°,可得 n= 2,选项 B 错误;由 sin C=1 n可得,全反 射临界角为 C=45°,选项 C 正确;根据图中几何关系可知,光线在 BC 边的入射角为 i'=60°,选 项 D 错误;根据几何关系可知 OD=L,DE=3 2L,光在工件中的传播速度 v=c n,则光在工件中的传播时 间为 t=5 2L 2c ,选项 E 正确. 4.ADE 干涉和衍射现象是波特有的现象,机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象,A 正确; 在同一种介质中,不同频率的声波的传播速度相同,B错误;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=L dλ, 且黄光的波长比蓝光的大,可知黄光的双缝干涉条纹间距大于蓝光的双缝干涉条纹间距,C 错 误;做简谐运动的物体其振动能量可由振幅来反映,D 正确;机械波的频率、波长和波速三者满 足关系 v=λf,对电磁波也适用,E 正确. 5.ACE 经过反射或折射的光都是偏振光,所以除了光源直接发出的光以外,我们通常看到的 绝大部分光都是偏振光,A 正确;机械波在给定的介质中传播时,波速一定,与振动的频率无 关,B 错误;真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,C 正确;两列波相叠加产生干涉现 - 5 - 象,在干涉图样中,振动加强区域的质点,其位移并不是始终保持最大,有时处于波峰,有时处 于平衡位置,有时处于波谷,振动减弱区域的质点,其位移也不是始终保持最小,D 错误;根据 Δx=L dλ知,当只增大双缝到光屏之间的距离 L 时,Δx 将增大,E 正确. 6.ABE 在真空中传播的不同频率的电磁波,传播速度均为 c,由 c=λf 可知,频率越大,波长越 短,选项 A 正确;让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置,因绿光的波长大,因此绿光形成的干涉 条纹间距较大,选项 B 正确;全息照相不是利用光的全反射原理,用的是光的干涉原理,选项 C 错误;雷达测距利用了电磁波的反射原理,雷达和目标的距离 s=1 2c·Δt,需直接测出的是电磁 波从发射到接收到反射回来电磁波的时间间隔Δt,选项 D 错误;加装偏振片的作用是减弱玻璃 反射光的影响,选项 E 正确. 7.CDE 只有当光从真空射入介质发生折射时,介质的折射率才等于入射角的正弦与折射角的 正弦之比,A 错误;当光从光密介质进入光疏介质,入射角大于或等于临界角时,会发生全反射, 只有反射光,没有折射光,B 错误;只有横波才能产生偏振现象,故光的偏振现象说明光是横 波,C 正确;由公式 n=c v=sini sinr可知,发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同,折射率不 同,D 正确;由公式Δx=λL d 可知,干涉条纹的间距与入射光的波长成正比,即入射光由红光改为 绿光时,干涉图样中的相邻亮条纹间距一定变窄,E 正确. 8.BCE 光路偏折的角度越大,该光的折射率越大,但 b 光沿直线传播,无法判断其折射率,A 错 误,B 正确;由 na>nc,有λa<λc,又Δx=L dλ,可知光的频率越大,波长越短,相邻亮条纹间距越 窄,C 正确;由 sin C=1 n可得 a 光的折射率大,临界角小,D 错误;由 v=c n得 a 光在玻璃砖中的速度 小,从光路图可知 a 光在玻璃砖中的路程长,所以 a 光在玻璃砖中的传播时间长,E 正确. 9.小于(2 分) b(3 分) 解析:光束在 A 点的入射角为 i,折射角分别为 ra、rb,作出光路图如图所示,由几何知识知 θ=2(ra-i),可求出折射角 ra=52.5°,则介质对 a 光的折射率 na=sin ra sini =sin52.5° sin30°