專題十五光學(xué)、電磁波與相對論初步【專題檢測】A組一、選擇題1.(2021屆四川四市診測)(多項選擇)關(guān)于電磁波,以下說法正確的選項是()A.電磁波在真空和介質(zhì)中的傳播速度相同B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波C.電磁波譜中的無線電波與可見光相比,更容易產(chǎn)生顯著的衍射現(xiàn)象D.電磁振蕩可以產(chǎn)生電磁波,假設(shè)波源的電磁振蕩停止,其發(fā)射到空間的電磁波隨即消失E.發(fā)射電磁波是為了用它傳遞某種信號,載有信號的電磁波可以在真空中傳輸也可以通過光纜傳輸答案BCE此題考查了電磁波傳播,表達了物理觀念中的能量要素。電磁波在真空中的傳播速度最大,在其他介質(zhì)中的傳播速度將變小,而且介質(zhì)的折射率越大,速度越小,選項A錯誤;根據(jù)電磁波知識知,選項B正確;波長越長的電磁波,波動性越顯著,干預(yù)、衍射現(xiàn)象越容易發(fā)生,無線電波的波長大于可見光的波長,選項C正確;當(dāng)發(fā)射電路的電磁振蕩停止了,只是不能產(chǎn)生新的電磁波,但已發(fā)出的電磁波不會立即消失,還要繼續(xù)傳播一段時間,選項D錯誤;電磁波可以通過電纜、光纜進行有線傳輸,也可以實現(xiàn)無線傳輸,電磁波的頻率越高,相同時間傳遞的信息量越大,光的頻率比無線電波的頻率高得多,因此光纜可以傳遞大量信息,選項E正確。2.(2021寧夏大學(xué)附屬中學(xué)一模,15)(多項選擇)如下圖,兩束單色光a、b從水下面射向A點,光線經(jīng)折射后合成一束光c,那么以下說法正確的選項是()A.用同一雙縫干預(yù)實驗裝置分別以a、b光做實驗,a光的干預(yù)條紋間距大于b光的干預(yù)條紋間距B.a光在水中的傳播速度比b光的快C.用a、b光分別做雙縫干預(yù)時它們的干預(yù)條紋寬度都是不均勻的D.在水中a光的臨界角大于b光的臨界角E.假設(shè)a光與b光以相同入射角從水射向空氣,在不斷增大入射角時水面上首先消失的是a光答案ABD由圖可知,單色光a偏折程度小于b的偏折程度,根據(jù)折射定律n=sinrsini知,水對a光的折射率小于水對b光的折射率,那么知a光的波長大,根據(jù)雙縫干預(yù)條紋的間距公式Δx=Ldλ可得,a光的干預(yù)條紋間距大于b光的干預(yù)條紋間距,故A正確;由v=cn,可知a光折射率小,那么傳播速度快,故B正確;兩光的干預(yù)條紋寬度都是均勻的,選項C錯誤;由全反射臨界角公式sinC=1n,知折射率n越大,臨界角C越小,那么知在水中a光的臨界角大于b光的臨界角,故D正確;假設(shè)a光與b光以相同入射角從水射向空氣,由于在水中a光的臨界角大于b光的臨界角,所以b光的入射角先到達臨界角,那么b光先發(fā)生全反射,首先消失的是b光,故E錯誤。應(yīng)選考查點光的折射、全反射溫馨提示解決此題的關(guān)鍵是通過光路圖比擬出折射率,從而得知頻率、波長等關(guān)系,知道偏折程度越大,折射率越大,在介質(zhì)中的速度越小,頻率越大,波長越小。3.[2021屆湖北鄂東南省級示范高中教育教學(xué)改革聯(lián)盟學(xué)校期中,17(1)](多項選擇)以下說法正確的選項是()A.全息照相主要是利用了光的衍射現(xiàn)象B.單反相機的增透膜利用了光的偏振現(xiàn)象C.用標(biāo)準平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用了光的干預(yù)D.用光導(dǎo)纖維傳輸信息是利用了光的全反射的原理E.醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀〞來進行手術(shù),主要是利用了激光的亮度高、能量大的特點答案CDE此題考查了光的干預(yù)、衍射以及全息照相等方面的內(nèi)容,表達了物理觀念中物質(zhì)觀念等要素。全息照相主要是利用了光的干預(yù)現(xiàn)象,故A錯誤;增透膜利用了光的干預(yù)原理,是利用膜的前后兩個外表產(chǎn)生的反射光,發(fā)生干預(yù)相消來增加透射的,故B錯誤;用標(biāo)準平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用了光的干預(yù),故C正確;用光導(dǎo)纖維傳輸信息是利用了光的全反射原理,故D正確;醫(yī)學(xué)上用激光做“光刀〞是利用了激光的亮度高、能量大的特點,故E正確。4.[2021湖北荊門模擬,34(1)](多項選擇)三束單色光a、b、c沿圖示方向射向圓形玻璃磚,經(jīng)兩次折射后變成復(fù)色光d,以下說法正確的選項是()A.b光的頻率比c光小B.在真空中,a光傳播速度比b、c大C.在玻璃磚中,a光傳播速度比b、c小D.a光的光子能量最小E.假設(shè)以a、b、c三種單色光分別用相同的裝置做“雙縫干預(yù)測定單色光的波長〞的實驗,那么a光觀察到的條紋間距最大答案ADE此題考查了光的折射和雙縫干預(yù)實驗,表達了科學(xué)思維中科學(xué)推理、模型建構(gòu)等要素。從光的偏折程度看,a光的偏折程度最小,c光最大,故a光的折射率最小,c光的折射率最大,那么a光的頻率最小,c光的頻率最大,b光的頻率比c光小,故A正確;任何單色光在真空中的傳播速度均為光速,故B錯誤;由光在介質(zhì)中的傳播速度v=cn可知,a光的折射率最小,在玻璃磚中傳播速度最大,故C錯誤;光子能量與光的頻率成正比,那么知a光的光子能量最小,故D正確;三種單色光中a光的波長最長,干預(yù)條紋間距與波長成正比,那么用同樣的裝置做雙縫干預(yù)實驗時,a光的干預(yù)條紋間距最大,故E5.[2021福建龍巖調(diào)研,34(1)](多項選擇)如下圖,a、b、c、d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干預(yù)或單縫衍射圖樣。分析各圖樣的特點得出的以下結(jié)論錯誤的選項是(所用干預(yù)、衍射儀器相同)()、b是光的干預(yù)圖樣、d是光的干預(yù)圖樣C.形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短D.形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短答案BCDa、b是干預(yù)圖樣,c、d是衍射圖樣,故A項正確,B項錯誤;由公式Δx=ldλ可知,干預(yù)條紋寬的入射光的波長長,所以形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長長,故C項錯誤;根據(jù)單縫衍射圖樣特點可知,形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長長,故D6.(2021江蘇常州月考,8)(多項選擇)如下圖,從點光源S發(fā)出的一細束白光以一定的角度入射到三棱鏡的外表,經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的a、b間形成一條彩色光帶。以下說法中正確的選項是()A.a側(cè)是紅色光,b側(cè)是紫色光B.在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長C.三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率D.三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率答案BC紅光的折射率小,所以偏折角小,故b側(cè)為紅色光,a側(cè)為紫色光,選項A錯誤;紅色光的波長比紫色光的波長大,即a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長,選項B正確;因為a光的偏折程度較大,那么折射率較大,即三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率,選項C正確;根據(jù)v=cn可知,在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率,選項D二、非選擇題7.(2021遼寧大連模擬,34)在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中,甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖①、②和③所示,其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚,乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚。他們的其他操作均正確,且均以aa'、bb'為界面畫光路圖。(1)甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比(填“偏大〞“偏小〞或“不變〞)。(2)乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比(填“偏大〞“偏小〞或“不變〞)。(3)丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比。答案(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變解析(1)用題圖①測定折射率時,測出的折射角偏大,折射率偏小;(2)用題圖②測定折射率時,只要操作正確,那么測得的折射率與真實值相同;(3)用題圖③測定折射率時,無法確定折射光線的折射角與真實值的大小關(guān)系,所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變。8.(2021湖南永州二模,20)如下圖為一個透明球體的橫截面,其半徑為R,AB是一豎直直徑,現(xiàn)有一束半徑為32R的圓環(huán)形平行細光沿AB方向射向球體(AB直徑為圓環(huán)中心軸線),所有光線經(jīng)折射后恰好經(jīng)過B點而在水平光屏上形成一圓亮環(huán),水平光屏到B點的距離為L=R,光在真空中的傳播速度為c,求(ⅰ)透明球體的折射率;(ⅱ)光從入射點傳播到光屏所用時間。答案(ⅰ)3(ⅱ)5解析(ⅰ)光路圖如下圖,由幾何關(guān)系可知,Rsinα=32R,即α=60由圖可知,α=2β,得β=30°由折射定律有n=sinαsin(ⅱ)光在透明球體中的速度為v=c光在透明球體中的傳播時間t1=2Rcos由折射定律知光線從B點出射后與豎直方向的夾角為α=60°所以光從透明球體出射后到光屏所用的時間t2=2Lc那么光從入射點傳播到光屏所用的時間為t=t1+t2=5思路分析解決幾何光學(xué)問題的關(guān)鍵是畫出光路圖,結(jié)合折射定律和幾何關(guān)系進行求解。(ⅰ)作出光路圖,由幾何關(guān)系求出入射角和折射角,根據(jù)折射定律求解折射率;(ⅱ)由v=cn求出光在透明球體中的速度,結(jié)合幾何關(guān)系求出光在透明球體中運行的位移,9.(2021安徽江南十校聯(lián)考)為了研究某種透明新材料的光學(xué)性質(zhì),將其壓制成半圓柱體,其截面如圖(a)所示。一束激光由真空沿半圓柱體的徑向與其底面過O點的法線成θ角射入,CD為光學(xué)傳感器,可以探測光的強度。從AB面反射回來的光強隨角θ變化的情況如圖(b)所示?，F(xiàn)在將這種新材料制成的一根光導(dǎo)纖維束彎成半圓形,暴露于空氣中(假設(shè)空氣中的折射率與真空相同),設(shè)半圓形外半徑為R,光導(dǎo)纖維束的半徑為r。求:(ⅰ)這種新材料的折射率;(ⅱ)用同種激光垂直于光導(dǎo)纖維束端面EF射入,假設(shè)該束激光不從光導(dǎo)纖維束側(cè)面外泄,那么彎成的半圓形半徑R與纖維束半徑r應(yīng)滿足的關(guān)系。答案見解析解析(ⅰ)由圖(b)可知,當(dāng)θ=53°時發(fā)生全反射n=1sinC=1sin53(ⅱ)如下圖,臨界條件為入射光在光導(dǎo)纖維外側(cè)面發(fā)生全反射,那么sinC=R解得R=10rB組一、選擇題1.(2021河北石家莊二模)(多項選擇)以下說法中正確的選項是()A.如圖甲所示,小球在傾角很小的光滑斜面上來回運動,小球做簡諧運動B.如圖乙所示,a是一束白光,射向半圓玻璃磚的圓心O,經(jīng)折射后發(fā)生色散,最左側(cè)為紫光,最右側(cè)為紅光C.如圖丙所示為雙縫干預(yù)示意圖,雙縫間距d越大,相鄰亮條紋的中心間距越大D.如圖丁所示為光導(dǎo)纖維示意圖,內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大E.如圖戊所示為單色光單縫衍射示意圖,如果換成白光,屏上得到的條紋是彩色的答案BDE小球在兩個斜面上來回滾動時,小球受到的力與位移不成正比,不屬于簡諧運動,故A錯誤;a是一束白光,射向半圓玻璃磚的圓心O,經(jīng)折射后發(fā)生色散,因為紫光的折射率大于紅光,因此最左側(cè)為紫光,最右側(cè)為紅光,所以B正確;根據(jù)雙縫干預(yù)相鄰兩亮條紋的中心間距公式Δx=Ldλ,雙縫間距d越大,相鄰亮條紋間距越小,故C錯誤;根據(jù)光的全反射條件可以知道,內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大,所以D正確;如果換成白光,因白光是各種色光組合而成的,波長不同,導(dǎo)致屏上得到的條紋間距不同,因此是彩色的,故E解題關(guān)鍵做簡諧運動的物體的回復(fù)力與物體的位移成正比,方向總是指向平衡位置;紫光的折射率大于紅光;學(xué)會運用雙縫干預(yù)相鄰兩亮條紋的中心間距公式Δx=Ldλ;明確全反射條件(光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì),且入射角不小于臨界角);2.[2021四川南充二模,34(1)](多項選擇)由a、b兩種單色光構(gòu)成復(fù)色光束從水中斜射入空氣中的光路圖如下圖,關(guān)于a、b兩種單色光,以下說法正確的選項是()A.a光的頻率小于b光的頻率B.從同種介質(zhì)中斜射入空氣發(fā)生全反射時,a光的臨界角小于b光的臨界角C.在同種介質(zhì)中傳播,a光傳播速度大于b光的傳播速度D.相同條件的雙縫干預(yù)實驗中,a光的相鄰兩明條紋間距比b光的相鄰兩明條紋間距小E.通過同一狹縫,a光的衍射現(xiàn)象比b光的衍射現(xiàn)象更明顯答案ACE由圖可知,b光的折射角大于a光的折射角,b光的偏折程度大,根據(jù)折射定律可知,水對a光的折射率小于對b光的折射率,因此,a光的頻率小于b光的頻率,故A正確。a光的折射率小于b光的折射率,根據(jù)臨界角公式sinC=1n可知,a光的臨界角大于b光的臨界角,故B錯誤。a光的折射率小于b光的折射率,根據(jù)v=cn可知在同種介質(zhì)中傳播,a光傳播速度大于b光的傳播速度,故C正確。a光的頻率小于b光的頻率,那么a光的波長大于b光的波長。由于在相同的條件下,雙縫干預(yù)條紋間距與波長成正比,所以相同條件的雙縫干預(yù)實驗中,a光的相鄰兩明條紋間距比b光的相鄰兩明條紋間距大,故D錯誤。a光的波長大于b光的波長,a光的波動性強,通過同一狹縫,a光的衍射現(xiàn)象比b光的衍射現(xiàn)象更明顯,故思路點撥根據(jù)折射定律分析水對a光和b光折射率的大小關(guān)系,即可確定頻率和波長的大小關(guān)系。根據(jù)臨界角公式sinC=1n分析臨界角大小關(guān)系。由v=c解題關(guān)鍵此題是幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合。關(guān)鍵要掌握折射率與光的波長、頻率、臨界角、光速等量的關(guān)系,可結(jié)合光的色散、干預(yù)等實驗加強記憶。3.[2021湖北八校第一次聯(lián)考,34(1)](多項選擇)如下圖,一塊上、下外表平行的玻璃磚的厚度為l,玻璃磚的折射率n=3,假設(shè)光從上外表AB射入,入射角i=60°,在真空中的光速為c,那么()A.折射角γ=30°B.光在玻璃中傳播的時間為2C.光在玻璃中傳播的時間為2D.改變?nèi)肷浣莍,光在下外表CD可能發(fā)生全反射E.改變?nèi)肷浣莍,光一定能從CD面射出答案ACE由n=sinisinγ,得sinγ=sinin=sin60°3=12,得γ=30°,故A正確;光在玻璃中傳播的速度為v=cn,由幾何知識可知光在玻璃中傳播的路程為s=lcosγ,那么光在玻璃中傳播的時間為t=sv=nlccosγ=2lc,故B錯誤,C正確4.(2021屆江蘇常州月考,9)(多項選擇)如下圖,a、b和c都是厚度均勻的平行玻璃板,a和b、b和c之間的夾角都為β,一細光束由紅光和藍光組成,以入射角θ從O點射入a板,且射出c板后的兩束單色光射在地面上P、Q兩點,由此可知()A.射出c板后的兩束單色光與入射光平行B.射到P點的光在玻璃中的折射率較大B.射到P點的光在玻璃中的傳播速度較大,波長較大D.假設(shè)稍微增大入射角θ,光從b板上外表射入到其下外表時,在該界面上有可能發(fā)生全反射答案AB此題考查光的折射,主要考查考生的科學(xué)推理素養(yǎng)。光線經(jīng)過平行玻璃板時出射光線和入射光線平行,那么最終從c板射出的兩束單色光與入射光仍然平行,A正確;射到P點的光偏折程度比射到Q點的光偏折程度大,可知射到P點的光在玻璃中的折射率較大,B正確;射到P點的光折射率較大,根據(jù)v=cn知,在玻璃中的傳播速度較小,折射率大,那么頻率大,波長小,C錯誤;光從b板上外表射入到其下外表時的入射角等于射入上外表后的折射角,根據(jù)光路可逆性可知,光線不可能在下外表上發(fā)生全反射,D解題關(guān)鍵要掌握平行玻璃板的特點:光線經(jīng)過平行玻璃板時,出射光線和入射光線平行。牢記光譜的排序,知道頻率越大的光折射時的偏折程度越大。二、非選擇題5.(2021河北衡水中學(xué)十次模擬,34)如下圖,一束平行單色光照射到半圓形玻璃磚的平面上,入射光線的方向與玻璃磚平面成45°角,玻璃磚對該單色光的折射率為2,入射到A點的光線折射后,折射光線剛好射到圓弧的最低點B,照射到C點的光線折射后在圓弧面上的D點剛好發(fā)生全反射,半圓形玻璃磚的半徑為R,求:(1)在B點的光線反射與折射后,反射光線與折射光線間的夾角大小;(2)O、A間的距離及∠CDO各為多少?答案(1)105°(2)33R45解析(1)光線在玻璃磚平面上發(fā)生折射,設(shè)入射角為i,折射角為r,由折射定律可知n=sini求得sinr=sinin=12,那么在A點發(fā)生折射的光線在B點處發(fā)生反射和折射,反射角為30°,根據(jù)光路可逆可知,折射角為45°,因此反射光線和折射光線的夾角為180°-30°-45°=105°。(2)由幾何關(guān)系知,AO=Rtan30°=33由于