2022新高考衡水名師原創(chuàng)物理專題卷

專題十五光學(xué)電磁波相對論簡介

1.關(guān)于光現(xiàn)象，下列說法正確的是（）

A.光由空氣進入水中，顏色不變，波長變短

B.電磁波必須依賴介質(zhì)才能向遠處傳播

C.只要光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)就有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象

D.介質(zhì)折射率越大,光發(fā)生全反射的臨界角越大

2.某地下工事壁距地面的厚度為“，為了從工事內(nèi)部更好地觀察外界的目

標，需在工事壁上開個豎直的圓柱形孔，并在孔內(nèi)嵌入折射率〃=石的玻璃

磚，如圖所示。要使工事內(nèi)部人員觀察到外界視野的最大張角為120。，則這

個圓柱形孔的直徑刀至少為（）

A存B當dC.6dD,國

3.如圖所示，一束復(fù)色光。斜射到某平行玻璃磚的上表面，結(jié)果從玻璃磚的下

表面射出兩束光h和c,下列說法正確的是（）

AMC兩束光可能不平行

B.在玻璃中b光的傳播速度比c光的小

C.用反。兩束光分別照射同一光電管廁b光對應(yīng)的遏止電壓比c光的小

D.若6光是氫原子從〃=4能級躍遷到〃=2能級時產(chǎn)生的，則C光可能是氫原子

從〃=3能級躍遷到〃=2能級時產(chǎn)生的

4.如圖所示,在玻璃磚上方S點發(fā)射出的一激光束從A點射入玻璃磚，光線與

玻璃磚上表面夾角為30。,光線射出玻璃磚后落在光屏上的尸點，玻璃磚厚度

”=2cm,光源到光屏的垂直距離％=12cm,已知尸點與S到光屏的垂足C間的

距離為116cm。則該玻璃磚的折射率為（）

D用

5.某學(xué)校探究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用48兩種顏色的激光以不同的角度同時

沿不同的半徑方向射入同一塊截面為半圓形的玻璃磚，光線都是由圓心。沿

OC方向射出，如圖所示。則下列說法正確的是（）

B

A.在同一雙縫干涉實驗裝置中,A光的條紋間距較大

B.A光穿過玻璃磚所需時間較短

C.若A光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則8光一定也能使其發(fā)生光電效應(yīng)

D.在該玻璃磚中A光的臨界角比B光的臨界角小

6.光導(dǎo)纖維由很細的內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳

播時在內(nèi)芯和外套的界面發(fā)生全反射，如圖所示。為了研究簡單，現(xiàn)設(shè)外

套為空氣，內(nèi)芯的折射率為〃，一束光線由空氣射入內(nèi)芯，在內(nèi)芯與空氣

的界面恰好發(fā)生全反射。若光速為L則光線通過邊長為L的光導(dǎo)纖維所

用的時間為（）

A.-B.—C.—L）.一

cccnc

7.如圖所示，三棱鏡的橫截面ABC為直角三角形，NA=90。,N8=30。,AC長為20

cm,三棱鏡材料的折射率為百，一束平行于底邊8c的單色光從AB邊上的

中點。射入此棱鏡，已知真空中光速為3.0x10*m/s。下列說法錯誤的是（）

A

Q

A.光束在三棱鏡里傳播的速度為Gxi（）81nzs

B.光束從AB邊射入的折射角為30。

C.光束能從BC邊射出

D.光束在三棱鏡里傳播的時間為1.5x10-9s

8.如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置,P是附有肥皂泡薄膜的鐵絲

圈,S是一點燃的酒精燈往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖象

應(yīng)是圖中的（）

A

ACT

D.0

9.如圖（甲）所示為雙縫干涉實驗的裝置示意圖,（乙）圖為用綠光進行實驗時,

在屏上觀察到的條紋情況,。為中央條紋,（丙）圖為換用另一顏色的單色光做

實驗時觀察到的條紋情況，能為中央亮條紋，則以下說法正確的是（）

nmiiE

（乙）

（甲）（丙）

A.（丙）圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長較長

B.（丙）圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長較長

C.（丙）圖可能為用紫光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紫光波長較短

D.（丙）圖可能為用紅光實驗產(chǎn)生的條紋，表明紅光波長較短

10.如圖所示，?！魇前雸A柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線，MN是垂直于

。。2放置的光屏。A、8是從。.軸上側(cè)。點射出的兩束不同的單色細光束，

從玻璃體右方射出后的光束可在屏上分別得到兩個光點P、。，P、Q與Q點

等距離。根據(jù)該光路圖，下列說法正確的是（）

A.A光的頻率比B光的頻率低

B.該玻璃體對A光的折射率比對B光的折射率大

C.玻璃體中，A光的傳播速度比8光的傳播速度小

D.48光通過同一單縫時，3光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象

11.觀察單縫衍射現(xiàn)象時，把縫寬由0.2mm逐漸增大到0.8mm,看到的現(xiàn)象是

（）

A.衍射條紋的間距逐漸變小,衍射現(xiàn)象逐漸不明顯

B彳打射條紋的間距逐漸變大彳濘射現(xiàn)象越來越明顯

C衍射條紋的間距不變，只是亮度增強

D.以上現(xiàn)象都不會發(fā)生

12.關(guān)于電磁波，下列說法正確的是（）

A.家用的太陽能熱水器主要利用的是太陽光中熱效應(yīng)最強的可見光

B.醫(yī)院用X射線進行人體檢查，是因為它是各種電磁波中穿透本領(lǐng)最強的

C.日光燈的鎮(zhèn)流器能使燈管中的稀薄汞蒸氣發(fā)出紅外線，使得燈管壁上的

熒光粉發(fā)光

D.無線電波的波長一定比可見光的波長長

13.各種不同頻率范圍的電磁波按頻率由大到小的排列順序是（）

A.y射線、紫外線、可見光、紅外線

B.y射線、紅外線、紫外線、可見光

C.紫外線、可見光、紅外線、丫射線

D.紅外線、可見光、紫外線、y射線

14.某種透明材料制成的空心球體外徑是內(nèi)徑的兩倍，其過球心的某截面（紙

面內(nèi)）如圖所示，一束單色光（紙面內(nèi)）從外球面上A點射入，入射角為45。時，

光束經(jīng)折射后恰好與內(nèi)球面相切于B點。已知真空中的光速為c,下列分析

判斷正確的是（）

A.該光在該透明材料中的傳播速度-0c

B.該光束從A點入射，入射角變?yōu)?，?30。時,恰好在內(nèi)球面上發(fā)生全反射

C.該光束從A點入射，入射角不論多大都不會在外球面上發(fā)生全反射

D.若用頻率更高的單色光照射，光在透明材料中的傳播速度可能為宣

15.如圖所示，真空中有一個半徑為R、質(zhì)量分布均勻的玻璃球.頻率為丫的

細光束在空中沿直線3c傳播，于C點經(jīng)折射進入玻璃球，并在玻璃球表面

的。點又經(jīng)折射進入真空中，已知“。。=120。，玻璃球?qū)υ摷す獾恼凵渎?/p>

為則下列說法中正確的是（設(shè)c為真空中的光速）（）

A.激光束的入射角a=60。

B.改變?nèi)肷浣莂的大小，細激光束可能在玻璃球的內(nèi)表面發(fā)生全反射

C.光在射入玻璃球后，光的頻率變小

D.此激光束在玻璃中的波長為學(xué)

3v

E.從C點射入玻璃球的激光束，在玻璃球中不經(jīng)反射傳播的最長時間為

2同

C

16.彩虹是由陽光進入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后離

開水滴時再折射一次形成的彩虹形成的.示意圖如圖所示，一束白光心由左

側(cè)射入水滴，。、人是白光射入水滴后經(jīng)過一次反射和兩次折射后的兩條出射

光線（小匕是單色光）.下列關(guān)于。光與力光的說法中正確的是（）

A.水滴對a光的折射率大于對b光的折射率

B.a光在水滴中的傳播速度小于b光在水滴中的傳播速度

C.用同一臺雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實驗，Q光相鄰的亮條紋間距大于b

光的相鄰亮條紋間距

DM〃光在水滴中傳播的波長都比各自在真空中傳播的波長要長

E.若。光在同一介質(zhì)中，以相同的入射角由介質(zhì)射向空氣，若人光能夠發(fā)

生全反射，則。光也一定能夠發(fā)生全反射

17.關(guān)于下列各圖中的物理現(xiàn)象，說法正確的是（）

A.圖甲中，光滑圓弧面上的小球從最低點移開一小段距離后，以最低點為

平衡位置左右運動。若更換質(zhì)量稍大的小球，其他條件不變，其從最高點

運動到最低點的時間減小

B.圖乙中，水波傳播的過程中，遇到由兩個擋板組成的狹縫，狹縫越小,

水波越容易繞到擋板后面繼續(xù)傳播

C.圖丙中，波源固定、頻率相同的兩列水波在水面上相遇，水面上出現(xiàn)的

一條條相對平靜的區(qū)域和激烈振動的區(qū)域，它們在水面上的位置是穩(wěn)定不

變的

D.圖丁所示的電磁波譜，波譜的一端是波長很長的電磁波，如無線電波。

波譜的另一端是波長很短的電磁波，如a射線、P射線、y射線

18.某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度

尺，圓規(guī)，筆，白紙。

(1)下列哪些措施能夠提高實驗準確程度o

A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚

B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚

C.選用粗的大頭針完成實驗

D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些

(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭

針扎下的孔洞如圖所示，其中實驗操作正確的是。

(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入

射點。為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于48點，再過人8點

作法線NN，的垂線，垂足分別為C、。點，如圖所示，則玻璃的折射率〃=

o(用圖中線段的字母表示)

19.在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，將實驗器材按要求安裝在光具座

上,如圖甲所示。在實驗前已獲知的數(shù)據(jù)有:雙縫的間距為”=。5mm,雙縫到屏

的距離為乙=65。。111。

圖丙

(1)分別選用紅色濾光片和藍色濾光片做實驗，得到的干涉圖樣是如下四幅

圖中的兩幅,其中用紅色濾光片做實驗得到的干涉圖樣是_______；

11111!1■

linnmi

(2)一同學(xué)用某種單色光照射雙縫得到的干涉圖樣如圖乙所示，分劃板在圖

乙中A位置時游標卡尺讀數(shù)為11.1mm,在B位置時游標卡尺的示數(shù)如圖丙

所示，則在B位置時游標卡尺的讀數(shù)為mm,單色光的波長為

m;(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)另一同學(xué)按實驗要求安裝好器材后，觀察到明顯的干涉現(xiàn)象，若他對實驗

裝置改動后，在屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加，此改動可

能是_______O

A.僅將濾光片移至單縫和雙縫之間B.僅將單縫向遠離雙縫

方向移動少許

C.僅將單縫與雙縫的位置互換D.僅將紅色濾芯光片換成綠色濾芯光片

20.(1)有一列沿％軸傳播的簡諧橫波，在某一時刻它的波形圖如圖甲所示,

M和N是這列簡諧橫波上的兩個質(zhì)點，從該時刻起某同學(xué)記錄下了質(zhì)點N

在一段時間內(nèi)的振動圖象，如圖乙所示。則下列說法正確的是_______0

A.該列簡諧橫波正以1.0m/s的速度沿入軸負方向傳播

B.圖甲所示時刻M和N兩質(zhì)點的速度都為零

C.M和N兩質(zhì)點的振動方向始終相反

D.當f=6s時質(zhì)點M距離其平衡位置最遠，且加速度最大

E.在2s內(nèi)質(zhì)點N向左移動了2.0m

(2)一玻璃磚的橫截面為直角三角形A8C,如圖所示，4c8=30。,4=90。，

斜邊邊長為L玻璃磚的折射率為〃=&。有一束光線垂直照射到A8上的E

點，七點是A8邊的中點，光在真空中的傳播速度為C,光發(fā)生折射時不考

慮反射光線。

(i)當光線到達BC時，判斷光線是否會從8c射出;

(H)求光線在玻璃磚中傳播所用的時間。

參考答案

1.答案：A

解析：波的頻率由波源決定，光從空氣進入水中，頻率/不變，波速丫變

小，由v=/L/得，波長；I變小，所以A正確；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，B

錯誤；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時.，才有可能發(fā)生全反射，由sinC△可

n

知，折射率〃越大，臨界角C越小，C、D錯誤。

2.答案：A

解析：〃=包￡=⑺，由題意可知，.60。，siny」，又如一〒、，可得人更"，

sin/2J:+/3

圓柱形孔的直徑至少為O

3

3.答案：C

解析：根據(jù)光的折射定律，可知出射光線一定相互平行,A錯誤;根據(jù)偏移程

度可知玻璃對c光的折射率大于對b光的，根據(jù)公式八:可知在玻璃磚中b

光的傳播速度大于c光的,B錯誤;根據(jù)玻璃對c光的折射率大于對b光的，

可知C光的頻率高于Z?光的，結(jié)合光電效應(yīng)中的公式線=6-唯和i4=0-線，

可知h光對應(yīng)的遏止電壓比C光的小,C正確;根據(jù)玻爾原子模型的頻率條件

公式和=幻-耳,以及c光的頻率高于b光的，可知D錯誤。

4.答案:B

解析：設(shè)激光束在A點的入射角為a,折射角為以由題可知a=60。,由題意畫

出光路圖如圖所示,由幾何關(guān)系有0=(人一/)tana+dtan夕，代入數(shù)據(jù)解得

tanp考，由ta但舞=就令邛，解得si加浮,根據(jù)光的折射定律有

〃"焉=者=1,選項B正確。

7

解析：根據(jù)折射定律及題圖知A光的折射率大，即A光頻率大,波長短，由雙

縫干涉條紋間距公式?=宗知A光的條紋間距較小,A錯誤;光在介質(zhì)中的傳

播速度為v=3可見在玻璃磚中4光的速度比B光的小，所以A光穿過玻璃磚

所需時間較長,B錯誤;因A光光子的能量大于B光光子的能量，若A光能使

某金屬原子發(fā)生光電效應(yīng)，則3光不一定使其發(fā)生光電效應(yīng),C錯誤;A光折射

率大,由臨界角公式sinc=：可知人光臨界角較小,D正確。

6.答案：C

解析：一束光線由空氣射入內(nèi)芯，在內(nèi)芯與空氣的界面恰好發(fā)生全反射，設(shè)臨

界角為C,則光的傳播方向與光導(dǎo)纖維的方向之間的夾角為：90。-C,光通過

長度為L的光導(dǎo)纖維時的路程為：S=T―-=-^

cos(90°-C)sinC

光導(dǎo)纖維的折射率為”,則光在光導(dǎo)纖維中的傳播速度：

又由于：〃=—二

sinC

L

所以光的傳播的時間：/=工=配￡=退

v￡c

n

故選：C

7.答案：C

解析：該光束在三棱鏡里傳播的速度為1=￡=后義10丁防A正確；作出光路

n

圖如圖所示，由折射定律〃=電叱，解得「=30。，B正確；由臨界角公式知

smr

sinC」=W<g,得C<60。，光束到達邊時，由幾何關(guān)系可知入射角

。=60。>0,光束將發(fā)生全反射，所以光束不能從BC邊射出，C錯誤；由兒

何關(guān)系N8OO=NC￡>E=30。，^c=20cm,則%=%=10Gcm,%=58cm,故光束

在三棱鏡里傳播的時間，=%產(chǎn)=15、10-建，D正確。

8.答案：D

解析：鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線

上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得

到加強，那么這一水平線上同一厚度處光波會加強，所以干涉條紋應(yīng)

是基本水平的。

9.答案：A

解析：根據(jù)雙縫干涉圖樣的特點，入射光的波長越長，同一裝置產(chǎn)生的雙縫干

涉圖樣中條紋的間距就越大，由題意可確定另一種顏色的單色光比綠光的

波長長，因此B、C、D錯,A對。

10.答案：A

解析：本題考查光的折射和光的衍射。如圖所示，分別作出兩條入射光線

在折射位置的法線，可知光線A的入射角小于光線8的入射角，而兩者的折

射角相等，根據(jù)折射定律，玻璃體對A光的折射率小于對B光的折射率，

而同一種介質(zhì)對頻率高的光線折射率較大，故A項正確，B項錯誤；根據(jù)

介質(zhì)對光線的折射率與光速的關(guān)系〃=￡,可知在介質(zhì)中傳播速度大的光線

V

其折射率小，故C項錯誤；根據(jù)公式c=w可知，真空中A光的波長大于B

光的波長，故A、B光通過同一單縫時，A光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，D項

錯誤

11.答案：A

解析：觀察衍射圖樣發(fā)現(xiàn)：狹縫的寬度逐漸變小，衍射現(xiàn)象越明顯，

衍射條紋間距變大。本題是縫寬增大，所以選項A正確。

12.答案：D

解析：太陽光中熱效應(yīng)最強的是紅外線，選項A錯誤；丫射線的穿透本領(lǐng)

比X射線的要強，選項B錯誤；紫外線具有熒光效應(yīng)，可使燈管壁上的熒

光粉發(fā)光，選項C錯誤；無線電波的波長比可見光的波長長，選項D正確。

13.答案：A

解析：在電磁波譜中，各電磁波按照頻率從小到大的排列順序是:無線電

波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、y射線，所以選項A正確。

14.答案：BC

解析：光束經(jīng)折射后到達內(nèi)球面上B點恰好與內(nèi)球面相切，由題意知,入射角

—5。浙射角滿足si”=等=；,根據(jù)折射定律得〃=罌=夜，該束單色光在該

透明材料中的傳播速度八合云,選項A錯誤;光束從A點入射，入射角為,時

光束經(jīng)折射到達內(nèi)球面上的C點，如圖所示，恰好發(fā)生全反射，由sin"CA='

知血4=45。,由正弦定理得總解得sin/CA。邛，由折射定律

smZCAusinAAC(J4

得”;解得，”=30。,選項B正確;光束從A點入射，是從光疏介質(zhì)射入

光密介質(zhì)，不會發(fā)生全反射，其他情況下，光束在外球面上的入射角都不會超

過臨界角,因此入射角不論多大，都不會在外球面上發(fā)生全反射，選項c正確;

若用頻率更高的單色光照射，折射率增大，光在透明材料中的傳播速度小于

君，選項D錯誤。

17.答案：ADE

解析：本題考查光的折射、全反射等.由幾何知識知，激光束在。點的折射

角為r=30。，據(jù)人黑，解得。=60。，A項正確；無論怎樣改變?nèi)肷浣莂的

大小，激光束在。點的入射角一定會等于C點的折射角，不可能大于臨界

角，故激光束不可能在玻璃球的內(nèi)表面發(fā)生全反射，B項錯誤；光的頻率

由光源決定，由空氣射入玻璃，頻率不變，C項錯誤；激光束在玻璃中的

傳播度為v=：=5，由咤加，可得人竺，D項正確；當激光束沿玻璃球的

n753v

直徑方向射入時，路程最長，傳播時間也最長為f=型=冬回，E項正確.

VC

18.答案:ABE

解析：本題考查折射率、雙縫干涉、全反射等.以相同的入射角進入水滴，

a光在水滴里的折射角小，由折射定律罌=〃知，a光折射率大，A項正確;

由丫=￡知，“光在水滴里的速度小，B項正確；由C=arcsin，知，a光的臨界

nn

角小，容易發(fā)生全發(fā)射，E項正確；。光在水滴里的折射率大，頻率大，波

長小，由■=勺，“光的相鄰亮條紋間距小于力光的相鄰亮條紋間距，C項錯

誤；在真空和在水滴中，分別有。=4/和口=打，則￡=，，故〃、占光在水滴

中傳播的波長都比各自在真空中傳播的波長要短，D項錯誤.

19.答案：BC

解析：圖甲中，小球的運動與單擺類似，運動周期與質(zhì)量無關(guān)，A選項錯

誤。狹縫越小，衍射現(xiàn)象越明顯，水波越容易繞過障礙物繼續(xù)傳播，B選

項正確。兩列相位差不變、頻率相同的水波發(fā)生干涉時，振動加強點始終

振動加強，振動減弱點始終振動減弱，故C選項正確。a射線、0射線是高

速粒子流，不是電磁波，故D選項錯誤。

18.答案：(1)A、D(2)D(3)亳

DD

解析：(1)采用插針法測定玻璃的折射率的時候，應(yīng)選定光學(xué)表面間距大

一些的玻璃磚，這樣光路圖會更加清晰，減小誤差，同時兩枚大頭針的距

離盡量大一些，保證光線的準確度，因此A、D正確；光學(xué)表面是否平行

不影響該實驗的準確度，因此B錯誤；應(yīng)選用細的大頭針，因此C錯誤。

(2)根據(jù)光的折射定律可知當選用平行的玻璃磚時出射光和入射光應(yīng)是平

行光，又發(fā)生了折射，因此出射光的出射點應(yīng)相比大射光的延長線向左平

移，因此D正確，A、B、C錯誤。

(3)由折射定律可知折射率n=*就,sin40C=9,

sinZ-DUUK

sinZBOD=翼，聯(lián)立解得〃=募。

19.答案：(1)A

(2)15.6；6.43X10-7

⑶D

解析：(1)干涉圖樣應(yīng)是間距相等明暗相間的條紋，由于紅光的波長比藍光的

波長長，根據(jù)原=宗可知,紅光的干涉圖樣的條紋間距更大,A正確。

⑵根據(jù)游標卡尺讀數(shù)規(guī)則知讀數(shù)為15mm+6x0/mm=15.6mm；根據(jù)條紋間距公

式=＞可知,得波長N.Ax,由題圖乙可知,48之間共有7個條紋間距，故

相鄰兩條亮條紋中心間的距離以=*1L1mmiO