（江苏版5年高考3年模拟a版）物理总复习专题十四光学、电磁波及相对论教师用书 17页

专题十四　光学、电磁波及相对论挖命题【考情探究】考点内容解读要求5年考情预测热度考题示例关联考点解法光的折射与全反射光的折射定律、折射率Ⅰ2014,12B(3)2015,12B(3)2017,12B(3)基本公式法★★★光的全反射、光导纤维Ⅰ★★★光的波动性光的干涉、衍射和偏振Ⅰ2014,12B(1)2016,12B(2)2016,12B(3)2018,12B(2)频率与波长的关系基本公式法★★★激光的特性及应用Ⅰ★☆☆电磁波、相对论电磁波谱、电磁波及其应用Ⅰ2018,12B(1)★☆☆狭义相对论的基本假设、狭义相对论时空观与经典时空观的区别Ⅰ★★☆同时的相对性、长度的相对性、质能关系Ⅰ2017,12B(1)2016,12B(1)★★★n分析解读　光学部分体现了几何光学和物理光学的基本规律和重要的研究方法,研究了光的传播、光的性质以及它们在科技生活中的应用。几何光学问题中正确作图是基础,结合规律和几何关系进行分析、解决问题是关键。物理光学中,应正确理解现象产生的原因和条件,并能运用其解决实际问题。电磁波、相对论部分应以课本为主,重点内容是以电磁波内容为背景的波的传播和能量辐射、相对论时空观、狭义相对论的两个基本假设、质能关系。【真题典例】破考点【考点集训】考点一　光的折射与全反射1.(2017江苏南京、盐城一模)(多选)下列事例哪些应用了光的全反射现象(　　)A.光导纤维通信B.用三棱镜观察太阳光谱C.用白光照肥皂膜看到彩色条纹D.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°答案　AD　2.[2018江苏南京调研,12B(3)]图示装置可用来测定水的折射率。当圆柱形容器内未装水时,从A点沿AB方向能看到对边上的点E;当容器内装满水时,仍沿AB方向看去,恰好看到底面直径CD上的点D。测得容器直径CD=12cm,高BC=16cm,DE=7cm。已知光在真空中的传播速度为c=3.0×108m/s,求:①水的折射率n;n②光在水中的传播速度v。答案　①43　②2.25×108m/s3.[2017江苏南通一模,12B(3)]如图所示,一段圆柱形光导纤维长L=20cm,圆形截面内芯直径d=4.0cm,内芯的折射率n1=1.73,外套的折射率n2=1.41,光从光导纤维的左端面直径的中点以入射角θ1=60°射入,经多次全反射后从右端面射出,不考虑光在右端面的反射,求:①光线从空气进入光导纤维的折射角θ2;②光在光导纤维中发生全反射的次数N。答案　①30°　②34.如图所示,玻璃棱镜ABC可以看成是由ABE、AEC两个直角三棱镜组成的,有关角度如图。一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AB面入射,在棱镜中的折射光线如图中ab所示,ab与AB面的夹角α=60°。已知光在真空中的速度c=3×108m/s,玻璃的折射率n=1.5。①求光在棱镜中的波长;②该束光能否从AC面射出?请通过计算说明。答案　①3.77×10-7m②光路如图所示,ab光线在AC面的入射角为45°该玻璃的临界角为C,则sinC=1n=11.5=0.67nsin45°>0.67故光线ab在AC面会发生全反射,不能从AC面射出考点二　光的波动性1.(2017江苏徐州、宿迁、淮阴、连云港模拟)(多选)下列说法正确的有(　　)A.光的偏振现象说明光是横波B.阳光下肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象C.受迫振动的频率与振动系统的固有频率有关D.变化的磁场一定产生变化的电场答案　AB　2.[2018江苏南京调研,12B(1)](多选)下列说法正确的是(　　)A.单缝衍射实验中,缝越宽,条纹越亮,衍射现象越明显B.光纤通信、医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理C.机械波传播过程中,某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离D.地球上的人看来,接近光速运动的飞船中的时钟变慢了答案　BD　3.[2018江苏百校联考,12B(1)](多选)在下面的几种说法中,对现象与规律的描述正确的有(　　)A.在不同的惯性参考系中,光在真空中的速度都是相同的B.光的干涉和衍射不仅说明了光具有波动性,还说明了光是横波C.当观察者远离波源运动时,接收到的波的频率减小,但波源自身的频率不变D.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场答案　AC　4.(2017江苏扬州中学开学考试)(多选)下列说法正确的是(　　)A.只有发生共振时,受迫振动的频率才等于驱动力的频率B.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度C.地球上接收到离地球远去的遥远星球发出的光的波长要变长D.全息照相利用了干涉原理答案　CD　考点三　电磁波、相对论n1.[2018江苏淮安调研,12B(1)]据报道,欧洲大型强子对撞机(LHC)已于2008年9月10日开启,并加速了第一批质子,该对撞机“开足马力”后能把数以百万计的粒子加速至光速的99.9%,粒子流每秒可在隧道内狂飙11245圈,单束粒子的能量可达7万亿电子伏特。下列说法正确的是(　　)A.如果继续对粒子进行加速,粒子的速度将能够达到光速B.如果继续对粒子进行加速,粒子的速度将能够超过光速C.粒子高速运动时的质量将大于静止时的质量D.粒子高速运动时的质量将小于静止时的质量答案　C　2.[2018江苏南通一模,12B(1)](多选)下列说法中符合实际的有(　　)A.电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机B.根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度C.可见光和医院“B超”中的超声波在空气中的传播速度相同D.电磁波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象答案　BD　3.[2018江苏南通如皋调研,12B(2)]一艘太空飞船静止时的长度为30m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球,地球上的观测者测得该飞船的长度　　　　(选填“小于”、“等于”或“大于”)30m,飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度　　　　(选填“小于”、“等于”或“大于”)c。 答案　小于　等于炼技法【方法集训】方法1　几何光学与其他知识综合的分析方法1.[2017江苏三市二联,12B(3)]如图所示,一束光线从玻璃球的A点入射,入射角为60°,光线折射入球后,经过一次反射再折射到球外的光线恰好平行于入射光线。①求玻璃球的折射率;n②在B点是否有光线折射出玻璃球?请写出证明过程。答案　①3②设临界角为C由sinC=1n得sinC=13>12所以C>30°在B点的入射角为30°,小于临界角,即在B点会发生折射,有折射光线射出。2.(2017江苏徐州、宿迁、淮阴、连云港模拟)如图所示,一束光以45°的入射角从AB面射入三棱镜中,棱镜的折射率n=2,光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s。求:①光在棱镜中的传播速度;②光在棱镜中的折射角。答案　①2.1×108m/s　②30°方法2　双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法1.[2018江苏南京月考,12B(1)](多选)某同学按实验装置安装好双缝干涉的相关仪器后,观察光的干涉现象,获得成功,若他在此基础上对仪器的安装做如下改动,还能使实验成功的是(　　)A.将遮光筒内的光屏,向靠近双缝的方向移动少许,其他不动B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动C.将单缝向双缝移动少许,其他不动D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动答案　ABC　2.[2017江苏南京、盐城一模,12B(2)]在用双缝干涉测量光的波长时,激光投射到两条相距为d的狭缝上,缝到屏的距离为l。屏上P点到两狭缝距离相等,该点出现　　　　(选填“亮”或“暗”)条纹,A、B两点分别为第5条和第10条亮纹的中心位置,它们间的距离为x,则激光的波长为　　　　。 n答案　亮　xd5l过专题【五年高考】A组基础题组1.[2018江苏单科,12B(1)](多选)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波(　　)A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播D.在空气中的传播速度约为3×108m/s答案　AD　2.[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　3.[2016江苏单科,12B(1)]一艘太空飞船静止时的长度为30m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,下列说法正确的是　　　　。 A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c答案　B　n4.[2014江苏单科,12B(1)]某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到(甲)图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如(乙)图所示。他改变的实验条件可能是(　　)A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源答案　B　5.[2018江苏单科,12B(2)]两束单色光A、B的波长分别为λA、λB,且λA>λB,则　　　　(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大。用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到　　　　(选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大。 答案　A　A6.[2017江苏单科,12B(3)]人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为2,且D=2R。求光线的会聚角α。(示意图未按比例画出)答案　30°7.[2015江苏单科,12B(3)]人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30°,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n。答案　44914(或1.5)n8.[2014江苏单科,12B(3)]Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图如图所示。一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。答案　设光在鳞片中的折射角为γ,由折射定律有sini=nsinγ在鳞片中传播的路程l1=2dcosγ,传播速度v=cn,传播时间t1=l1v解得t1=2n2dcn2-sin2i同理,在空气中的传播时间t2=2hccosi则t=t1+t2=2n2dcn2-sin2i+2hccosi考查点　本题考查光的折射定律、光速与折射率的关系等知识,属于较难题。知识拓展　蝴蝶翅膀在阳光的照射下之所以呈现出五彩缤纷的光芒,是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。9.[2016江苏单科,12B(2)(3)](2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波。一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们发出的光波满足干涉的必要条件,即两列光的　　　　相同。如图所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷,如果放置光屏,在　　　　(选填“A”、“B”或“C”)点会出现暗条纹。 (3)在上述杨氏干涉实验中,若单色光的波长λ=5.89×10-7m,双缝间的距离d=1mm,双缝到屏的距离l=2m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。答案　(2)频率　C　(3)1.178×10-2mB组题升题组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(　　)nA.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.(2014大纲全国,17,6分)在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589nm的光,在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm,则双缝的间距为(　　)A.2.06×10-7mB.2.06×10-4mC.1.68×10-4mD.1.68×10-3m答案　C　3.[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　3　大于　C组教师专用题组1.[2011江苏单科,12B(1)]如图所示,沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶,当铁塔B发出一个闪光,列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是(　　)nA.同时被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮D.无法判断答案　C　2.[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　3.[2013江苏单科,12B(2)]如图所示,两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L,则A测得两飞船间的距离　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号,A测得该信号的速度为　　　　。 答案　大于　c(或光速)4.[2013江苏单科,12B(3)]图为单反照相机取景器的示意图,ABCDE为五棱镜的一个截面,AB⊥BC。光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是多少?(计算结果可用三角函数表示)答案　1sin22.5°n5.[2012江苏单科,12B(1)(2)](1)如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是　　　　。 A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变(2)“测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时,要使它　。 如图所示是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a'是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n=　　　　。(计算结果保留两位有效数字) 答案　(1)C　(2)挡住C及A、B的像　1.8(1.6~1.9都算对)6.[2011江苏单科,12B(2)]一束光从空气射向折射率为3的某种介质,若反射光线与折射光线垂直,则入射角为　　　　。真空中的光速为c,则光在该介质中的传播速度为　　　　。 答案　60°　33c7.[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。n答案　1.43【三年模拟】一、选择题(每题5分,共35分)1.[2019届江苏扬州月考,12B(1)]下列说法中正确的是(　　)A.水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色,这是光的干涉现象B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,并通过实验加以证实C.某种介质中振源振动得越快,机械波传播得就越快D.运动物体速度可以大于真空中的光速答案　A　2.(2018江苏徐州月考)两束平行的光斜射到平行玻璃砖,经玻璃砖折射后如图所示,则关于这两束光的说法中正确的是(　　)A.玻璃对A光的折射率比玻璃对B光的折射率小B.A光在水中的传播速度比B光在水中的传播速度小C.从玻璃砖下表面射出的两束光可能不平行D.若分别用这两束光用同一装置做双缝干涉实验,则A光在光屏上形成的条纹间距大答案　B　3.[2018江苏宿迁月考,12B(1)]抽制细丝时可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度窄缝的规律相同,则下列描述正确的是(　　)①这是利用光的干涉现象n②这是利用光的衍射现象③如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了④如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了A.①③B.②④C.①④D.②③答案　B　4.[2018江苏苏州摸底,12B(1)]如图所示,两束单色光a、b从水面下射向A点,光线经折射后合成一束光c,则下列说法不正确的是(　　)A.用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距B.a光比b光更容易发生衍射现象C.在水中a光的速度比b光的速度小D.在水中a光的临界角大于b光的临界角答案　C　5.[2018江苏南京、盐城一模联考,12B(1)](多选)如图所示的四种明暗相间条纹,是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样。图中黑色部分代表亮纹,下列四幅图中由红光形成的图样是(　　)答案　AD　6.[2018江苏如皋调研,12B(1)](多选)在研究材料A的热膨胀特性时,可采用如图所示的干涉实验法,A的上表面是一光滑平面,在A的上方放一个透明的平行板B,B与A上表面平行,在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜。现在用波长为λ的单色光垂直照射,同时对A缓慢加热,在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为t1时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗;当温度升到t2时,亮度再一次回到最亮,则(　　)nA.出现最亮时,B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B.出现最亮时,B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强C.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加λ4D.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加λ2答案　BD　7.(2018江苏苏锡常镇二模,12B)(多选)关于下列四幅图的说法,正确的是　　　　。 A.图甲中C摆开始振动后,A、B、D三个摆中B摆的振幅最大B.图乙为两列水波在水槽中产生的干涉图样,这两列水波的频率一定相同C.图丙是两种光现象图样,上方为光的干涉条纹,下方为光的衍射条纹D.图丁中飞快行驶的火车车厢中央发出一闪光,地面上的人认为光同时到达前后壁答案　BC　二、非选择题(共40分)8.(4分)[2018江苏百校联考,12B(2)]各种颜色的光通过玻璃棱镜后,发生色散时的偏折角度是不同的,其中紫光的偏折角度比红光的偏折角度大。因此,玻璃对紫光的折射率　　　　(填“大于”或“小于”)玻璃对红光的折射率;紫光在玻璃中的传播速度　　　　(填“大于”或“小于”)红光在同一玻璃中的传播速度。 答案　大于　小于9.(4分)(2018江苏盐城三模,12B)如图所示,宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以0.9c(c为真空中的光速)远离地球,地球上的人看到宇宙飞船宽度　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)l。飞船和地面上各有一只铯原子钟,地球上的人观察到　　　　　　(填“飞船上钟较快”“地面上钟较快”或“两只钟一样快”)。 n答案　等于　地面上钟较快10.(11分)[2018江苏南通二模,12B(2)(3)](2)地球上A、B两地相距为L0,若飞船以接近光速的速度v经过A飞向B,在地面上的人看来飞船经过t1时间从A到达B,在飞船内宇航员看来飞船经过t2时间从A到达B,则t1　　　　t2(选填“>”、“=”或“<”);在飞船内宇航员看来A、B两地相距为L,则L　　　　L0(选填“>”、“=”或“<”)。 (3)如图所示,折射率为n的光导管弯成半圆弧形,横截面直径为d,一束光从光导管左端A垂直于端面射入,光能无损失地从右端面B全部射出,求:①光在光导管中的速度v;②半圆弧形的半径R应满足的条件。答案　(2)>　<　(3)①cn　②R≥dn-111.(10分)[2018江苏如皋调研,12B(3)]如图所示,一根长直棒AB竖直地插入水平池底,水深a=0.8m,棒露出水面部分的长度b=0.6m,太阳光斜射到水面上,与水面夹角α=37°,已知水的折射率n=43,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:①太阳光射入水中的折射角β;②棒在池底的影长l。答案　①37°　②1.4mn12.(11分)(2019届江苏百校联考,12B)如图所示,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点作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点作AB边的垂线交直线DF于E;DE=2cm,EF=1cm。不考虑光线在三棱镜中的反射。则:①画出光路图;②求三棱镜的折射率。答案　①光路图如图所示。②如图所示,α为O点发出的光线在D点的入射角,β为折射角。根据折射定律有n=sinβsinα由几何关系可知β=60°,α=30°解得n=3