N单元 光学 电磁波 相对论

N单元光学电磁波相对论N1光的传播18．N1 N2[2014·浙江卷] 关于下列光学现象，说法正确的是()A．水中蓝光的传播速度比红光快B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽18．CD[解析] 本题考查光速、光的全反射、折射、双缝干涉等知识．在同一种介质中，波长越短，波速越慢，故红光的传播速度比蓝光大，选项A错误；光从空气射向玻璃是从光疏介质射向光密介质，不能发生全反射，选项B错误；在岸边观察水中的鱼，由于光的折射，鱼的实际深度比看到的深度要深，选项C正确；在空气中红光的波长比蓝光要长，根据Δx＝ldλ可知红光的双缝干涉条纹间距大，选项D正确．8．N1 N2 N7[2014·天津卷] 一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a、b两束，如图所示，则a、b两束光()A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光长B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小D．若照射同一金属都能发生光电效应，b光照射时逸出的光电子最大初动能大8．AB[解析] 本题考查了光的折射率、全反射、双缝干涉及光电效应等知识点，根据图中光线的偏转角度可以判断出三棱镜对a光的折射率比b光的大，所以a光的频率大，在玻璃中速度小，通过玻璃所用的时间长，A正确；a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角，B正确；发生双缝干涉时相邻条纹间的距离公式Δx＝ldλ，由于b光的波长长，所以b光形成的相邻亮条纹间距大，C错误；由于a光的频率大于b光的频率，根据公式E k＝hν－W得出a光照射金属时逸出的光电子的最大初动能大，D错误．3．N1[2014·四川卷] 如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则()A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B．小球所发的光能从水面任何区域射出C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大3．D[解析] 光从水中进入空气，只要在没有发生全反射的区域，就可以看到光线射出，所以A、B错误；光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以C错误；由v＝cn得，光从水中进入空气后传播速度变大，所以D 正确．34．(2)N1一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R 的半圆，AB 为半圆的直径，O 为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n ＝ 2.(ⅰ)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB 上的最大宽度为多少？(ⅱ)一细束光线在O 点左侧与O 相距32R 处垂直于AB 从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置．(2)(ⅰ)2R (ⅱ)略[解析] 在O 点左侧，设从E 点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ，则OE 区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图所示，由全反射条件有sin θ＝1n① 由几何关系有OE ＝R sin θ②由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l ＝2OE ③联立①②③式，代入已知数据得 l ＝2R ④(ⅱ)设光线在距O 点32R 的C 点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系及①式和已知条件得 α＝60°>θ⑤光线在玻璃砖内会发生三次全反射．最后由G 点射出，如图所示，由反射定律和几何关系得OG ＝OC ＝32R ⑥ 射到G 点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C 点射出．13．N1[2014·福建卷Ⅰ] 如图， 一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是( )A BC D13．A [解析] 光线由空气沿半径射入玻璃砖时，传播方向不变，由玻璃砖射向空气时，在其分界面处当入射角大于或等于临界角时，会发生全反射现象，故A 项正确；光线由空气射向玻璃砖时，由于光线与分界面不垂直，所以除了有反射现象之外还应发生折射现象，其折射角小于入射角，故B 、D 项错误；光线由空气沿半径射入玻璃砖时，传播方向不变，由玻璃砖射向空气时，折射角应大于入射角，故C 项错误．2．2014·洛阳名校联考下列说法中正确的是( )A ．当一列声波从空气中传入水中时波长一定会变长B ．在机械横波传播方向上的某个质点的振动速度就是波的传播速度C ．a 、b 两束光照射同一双缝干涉装置在屏上得到的干涉图样中，a 光的相邻亮条纹间距小于b 光的相邻亮条纹间距，则可以判断a 光的折射率比b 光的大D ．肥皂泡呈现彩色条纹是由光的折射现象造成的2．AC [解析] 声波从空气中传入水中时，频率不变，波速增大，由v ＝λf 得波长变长，选项A 正确；在机械横波传播方向上的某个质点的振动速度与波的传播速度是两个运动形式的速度，两者不存在联系，选项B 错误；a 光的相邻亮条纹间距小于b 光的相邻亮条纹间距，由Δx ＝l λd知，a 光的波长小，频率大，折射率大，选项C 正确；肥皂泡呈现彩色条纹是光的干涉现象，选项D 错误．3．2014·北京顺义统考两束不同频率的单色光a 、b 以相同的入射角从空气射入水中，发生了如图X28­1所示的折射现象(α>β)．下列说法中正确的是( )图X 28­1A ．光束b 的频率比光束a 的频率低B ．相同条件下b 光的双缝干涉条纹间距比a 光的大C ．光束b 在水中的传播速度比光束a 在水中的传播速度大D ．若a 光照射某金属能发生光电效应，则b 光照射该金属也能发生光电效应3．D [解析] 由折射定律sin i sin r＝n 知，b 光的折射角小，折射率大，频率高，波长小，选项A 、B 错误，选项D 正确；由v ＝c n知，b 光在玻璃里的速度小，选项C 错误．图X28­46．2014·焦作一模彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的．彩虹形成的示意图如图X28­4所示，一束白光L 由左侧射入水滴，a 、b 是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线(a 、b 是单色光)．下列关于a 光与b 光的说法中正确的是( )A ．水滴对a 光的折射率大于对b 光的折射率B ．a 光在水滴中的传播速度小于b 光在水滴中的传播速度C ．用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a 光相邻的亮条纹间距大于b 光的相邻亮条纹间距D ．a 、b 光在水滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要长E ．若a 、b 光在同一介质中，以相同的入射角由介质射向空气，若b 光能够发生全反射，则a 光也一定能够发生全反射6．ABE [解析] 进入水滴时，由折射定律sin i sin r＝n 知，a 光在水滴里的折射角小，折射率大，选项A 正确；由v ＝c n ，a 光在水滴里的速度小，选项B 正确；由C ＝arcsin 1n，a 光的临界角小，容易发生全发射，选项E 正确；a 光在水滴里的折射率大，频率大，波长小，由Δx ＝l λd，a 光的相邻亮条纹间距小于b 光的相邻亮条纹间距，选项C 错误；在真空和在水滴中，分别有c ＝λ0f 和v ＝λf ，则c v ＝λ0λ，故a 、b 光在水滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要短，选项D 错误．9．2014·湖北八校二模图X28­8为由某种透明材料做成的三棱镜的横截面，其形状是边长为a 的等边三角形．现用一束宽度为a 的单色平行光束以垂直于BC 面的方向入射到该三棱镜的AB 及AC 面上，结果所有从AB 、AC 面入射的光线进入后恰好全部直接到达BC 面．(1)求该材料对此平行光束的折射率．(2)这些到达BC 面的光线从BC 面射出后，如果照射到一块平行于BC 面的屏上形成光斑，则当屏到BC 面的距离d 满足什么条件时，此光斑分为两块？图X28­89．(1)3 (2)d ＞36a [解析] (1)从AB 面入射的光线，在棱镜中是平行于AC 面的，则光线进入AB 面时的入射角α、折射角β分别为α＝60°，β＝30°由折射定律知，该材料对此平行光束的折射率n ＝sin αsin β＝ 3. (2)如图所示，O 为BC 的中点，在B 点附近折射的光线从BC 面射出后与直线AO 交于D点，只要屏放得比D点远，光斑就会分成两块．由几何关系可得OD ＝36a 所以当屏到BC 面的距离d ＞36a 时，此光斑分为两块． 4．2014·福州质检ABCDE 为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB ⊥BC .由a 、b 两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB 射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC 射出，且在CD 、AE 边只有a 光射出，光路图如图G11­2所示．则a 、b 两束光( )图G11­2A ．在真空中，a 光的传播速度比b 光的大B ．在棱镜内，a 光的传播速度比b 光的小C ．以相同的入射角从空气斜射入水中，b 光的折射角较小D ．分别通过同一双缝干涉装置，a 光的相邻亮条纹间距小4．C [解析] 所有光在真空中有相同的速度，选项A 错误；在CD 、AE 边只有a 光射出，b 光发生了全反射，说明b 光的临界角小，在五棱镜中的折射率大，由v ＝c n知，b 光在棱镜里的速度小，选项B 错误；由折射定律sin i sin r＝n 知，b 光的折射率大，折射角小，选项C 正确；a 光的频率小于b 光的频率，则a 光的波长大于b 光的波长，由Δx ＝l λd知， a 光的相邻亮条纹间距大于b 光的相邻亮条纹间距，选项D 错误．5．2014·贵州六校二联如图G11­3所示，实线为空气和水的分界面，一束蓝光从空气中的A 点沿AO 1方向(O 1点在分界面上，图中O 1点和入射光线都未画出)射向水中，折射后通过水中的B 点．图中O 点为A 、B 连线与分界面的交点．下列说法正确的是( )图G11­3A ．O 1点在O 点的右侧B ．蓝光从空气中射入水中时，速度变小C ．若沿AO 1方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B 点正下方的C 点D ．若沿AO 1方向射向水中的是一束红光，则折射光线有可能通过B 点正上方的D 点E ．若蓝光沿AO 方向射向水中，则折射光线有可能通过B 点正上方的D 点5．BCD [解析] 由折射定律sin i sin r＝n 知，蓝光从空气射向水中，入射角大，O 1点在O 点的左侧，选项A 错误；由v ＝c n知，蓝光进入水中的速度变小，选项B 正确；若沿AO 1方向射向水中的是—束紫光，紫光折射率大，折射角小，则折射光线有可能通过B 点正下方的C 点，选项C 正确；若沿AO 1方向射向水中的是—束红光，红光折射率小，折射角大，则折射光线有可能通过B 点正上方的D 点，选项D 正确；若蓝光沿AO 方向射向水中，则折射光线有可能通过B 点正下方的C 点，不可能通过B 点正上方的D 点，选项E 错误．10．2014·湖北八市联考如图G 11-8所示，在MN 的下方足够大的空间是玻璃介质，其折射率n ＝3，玻璃介质的上边界MN 是屏幕．玻璃中有一个正三角形空气泡，其边长l ＝40 cm ，顶点与屏幕接触于C 点，底边AB 与屏幕平行．一束激光a 垂直于AB 边射向AC 边的中点O ，结果在屏幕MN 上出现两个光斑．(1)求两个光斑之间的距离L.(2)若任意两束相同的激光同时垂直于AB 边向上射入空气泡，求屏幕上相距最远的两个光斑之间的距离．图G 11-810．(1)40 cm (2) 80 cm[解析] (1)画出光路图如图甲所示．在界面AC ，入射角i ＝60°，由折射定律sin i sin r＝n 解得折射角r ＝30° 由光的反射定律得反射角θ＝60°由几何关系得，△ODC 是边长为12l 的正三角形，△OEC 为等腰三角形，且CE ＝OC ＝l 2则两个光斑之间的距离L ＝DC ＋CE ＝40 cm.甲 乙(2)作出入射点在A 、B 的光线的光路图，如图乙所示，由图可得屏幕上相距最远的两个光斑之间的距离PQ ＝2l ＝80 cm.N2光的波动性18．N1 N2[2014·浙江卷] 关于下列光学现象，说法正确的是()A．水中蓝光的传播速度比红光快B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽18．CD[解析] 本题考查光速、光的全反射、折射、双缝干涉等知识．在同一种介质中，波长越短，波速越慢，故红光的传播速度比蓝光大，选项A错误；光从空气射向玻璃是从光疏介质射向光密介质，不能发生全反射，选项B错误；在岸边观察水中的鱼，由于光的折射，鱼的实际深度比看到的深度要深，选项C正确；在空气中红光的波长比蓝光要长，根据Δx＝ldλ可知红光的双缝干涉条纹间距大，选项D正确．8．N1 N2 N7[2014·天津卷] 一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a、b两束，如图所示，则a、b两束光()A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光长B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小D．若照射同一金属都能发生光电效应，b光照射时逸出的光电子最大初动能大8．AB[解析] 本题考查了光的折射率、全反射、双缝干涉及光电效应等知识点，根据图中光线的偏转角度可以判断出三棱镜对a光的折射率比b光的大，所以a光的频率大，在玻璃中速度小，通过玻璃所用的时间长，A正确；a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角，B正确；发生双缝干涉时相邻条纹间的距离公式Δx＝ldλ，由于b光的波长长，所以b光形成的相邻亮条纹间距大，C错误；由于a光的频率大于b光的频率，根据公式E k＝hν－W得出a光照射金属时逸出的光电子的最大初动能大，D错误．N3电磁场电磁波6．O1 N3 O2[2014·天津卷] 下列说法正确的是()A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同6．BD[解析] 本题是对玻尔理论、天然放射现象及多普勒效应等知识的考查，α粒子散射实验导致原子核式结构模型的建立，A错误；紫外线可以使荧光物质发光，B正确；天然放射现象中产生的γ射线在电场或磁场中不会发生偏转，C错误；观察者和波源发生相对运动时，观察者接收到的频率就会发生改变，D正确．2．N3，N4[2014·四川卷] 电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是()A．电磁波不能产生衍射现象B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同2．C[解析] 衍射现象是波的特有现象，A错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B错误；遥远天体和地球的距离发生变化时，遥远天体的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应，所以能测出遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的，即光速不变原理，D错误．6．2014·开封名校联考下列有关光纤及光纤通信的说法正确的是()A．光纤由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小B．光在光纤中的传输利用了全反射的原理C．光纤通信是一种以光波为传输介质的通信方式，光波按其波长长短，依次可分为红外线光、可见光和紫外线光，但红外线光和紫外线光属不可见光，它们都不可用来传输信息D．光波和无线电波同属电磁波，光波的频率比无线电波的频率低，波长比无线电波的波长大，在真空中传播的速度都约为3.0×108m/s6．B[解析] 光在光纤中的传输利用了光的全反射原理，内芯的折射率比外套的大，选项A错误，选项B正确；只要是光波，就能在光纤中传播，选项C错误；光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长小，选项D错误．N4相对论2．N3，N4[2014·四川卷] 电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是()A．电磁波不能产生衍射现象B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同2．C[解析] 衍射现象是波的特有现象，A错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B错误；遥远天体和地球的距离发生变化时，遥远天体的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应，所以能测出遥远天体相对地球的运动速度，C正确；光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的，即光速不变原理，D错误．4．2014·成都二诊下列说法正确的是()A．麦克斯韦预言了电磁波，且首次用实验证实了电磁波的存在B．红外线是一种频率比紫外线还高的电磁波C．在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后，来回抖动梳子能产生电磁波D．“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度明显变短4．C[解析] 麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项A错误；红外线的频率比紫外线低，选项B错误；在干燥环境下，用塑料梳子梳理头发后带电，来回抖动梳子能产生变化的电场，从而产生电磁波，选项C 正确；“和谐号”动车组高速行驶时，在地面上测得的其车厢长度将略微变短，选项D 错误．N5 实验：测玻璃砖的折射率N6 实验：用双缝干涉实验测量光的波长8．2014·北京东城联考用双缝干涉测光的波长，实验装置如图X28­7甲所示．已知单缝与双缝的距离L 1＝60 mm ，双缝与屏的距离L 2＝700 mm ，单缝宽d 1＝0.10 mm ，双缝间距d 2＝0.25 mm.用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的刻度．(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x 1＝________ mm ，对准第4条时读数x 2＝________ mm ，相邻两条亮纹间的距离Δx ＝________ mm.(2)计算波长的公式λ＝________；求得的波长值是________nm(保留三位有效数字)．丙图X28­78．(1)2.191 7.868 1.893 (2)d 2L 2Δx 676 [解析] (1)对准第1条时读数x 1＝(2＋0.01×19.1) mm ＝2.191 mm ，对准第4条时读数x 2＝(7.5＋0.01×36.8 )mm ＝7.868 mm ，相邻两条亮纹间的距离Δx ＝x 2－x 14－1≈1.893 mm. (2)由条纹间距Δx ＝l λd 可得计算波长的公式λ＝d 2Δx L 2，代入数据解得λ≈6.76×10－7 m ＝676 m.N7 光学综合11．【选修3－4】N7(1)(6分)[2014·重庆卷] 打磨某剖面如题11图1所示的宝石时，必须将OP 、OQ 边与轴线的夹角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范围内，才能使从MN 边垂直入射的光线在OP 边和OQ 边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP 边并反射到OQ 边后射向MN 边的情况)，则下列判断正确的是( )题11图1A ．若θ＞θ2，光线一定在OP 边发生全反射B ．若θ＞θ2，光线会从OQ 边射出C ．若θ＜θ1，光线会从OP 边射出D ．若θ＜θ1，光线会在OP 边发生全反射(2)(6分)一竖直悬挂的弹簧振子下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸．当振子上下振动时，以速率v 水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如题11图2所示的图像．y 1、y 2、x 0、2x 0为纸上印迹的位置坐标．由此图求振动的周期和振幅．题11图211．[答案] (1)D (2)2x 0v y 1－y 22本题第一问考查光的折射和全反射，第二问考查波的图像．[解析] (1)D(2)设周期为T ，振幅为A .由题图得T ＝2x 0v ，A ＝y 1－y 22. 8．N1 N2 N7[2014·天津卷] 一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a 、b 两束，如图所示，则a 、b 两束光( )A ．垂直穿过同一块平板玻璃，a 光所用的时间比b 光长B ．从同种介质射入真空发生全反射时，a 光临界角比b 光的小C ．分别通过同一双缝干涉装置，b 光形成的相邻亮条纹间距小D ．若照射同一金属都能发生光电效应，b 光照射时逸出的光电子最大初动能大8．AB [解析] 本题考查了光的折射率、全反射、双缝干涉及光电效应等知识点，根据图中光线的偏转角度可以判断出三棱镜对a 光的折射率比b 光的大，所以a 光的频率大，在玻璃中速度小，通过玻璃所用的时间长，A 正确；a 光发生全反射的临界角小于b 光发生全反射的临界角，B 正确；发生双缝干涉时相邻条纹间的距离公式Δx ＝ l dλ，由于b 光的波长长，所以b光形成的相邻亮条纹间距大，C错误；由于a光的频率大于b光的频率，根据公式E k＝hν－W得出a光照射金属时逸出的光电子的最大初动能大，D错误．17．N7[2014·全国卷] 在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为()A．2.06×10－7 m B．2.06×10－4 mC．1.68×10－4 m D．1.68×10－3 m17．C[解析] 本题考查双缝干涉条纹间距离公式．双缝干涉相邻条纹间距Δx＝ld λ，则d＝lΔxλ＝1.68×10－4 m，C正确．20．N7[2014·北京卷] 以往，已知材料的折射率都为正值(n>0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n<0) ，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足sin isin r＝n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n＝－1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是()A BC D20．B本题考查光的折射．是一道创新题，但本质上还是光的折射定律，本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”，无论是从光从空气射入介质，还是从介质射入空气，都要符合此规律，故A、D错误．折射率为－1，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，C错误，B正确．。