2021届课标版高考物理一轮复习训练：专题十六 光学、电磁波、相对论简介

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AC=L,下列说法正确的是()
CO=1
3
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
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n a>n b>n c
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”).
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=√3m,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.
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
2
L,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
d
λ,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
d
λ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
2
c·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n a>n c,
有λa<λc,又Δx=L
d λ,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r a、r b,作出光路图如图所示,由几何知识知θ=2(r a-i),可求出折射角
r a=52.5°,则介质对a光的折射率n a=sin r a
sini =sin52.5°
sin30°
<sin60°
sin30°
=√3,根据几何关系可知a光的频率大于b光的频率,则
波长λa<λb,根据条纹间距公式Δx=L
d
λ,可知b光产生的相邻亮条纹间距大.
10.√7
2(2分)7a
2c
(2分)等于(1分)
解析:设该设备材料的折射率为n,L1在AD面上的折射角为α,则由折射定律知sin60°
sinα
=n.光线在AB面上恰好发生
全反射,则sin(90°-α)=1
n ,联立解得n=√7
2
.由几何关系可知,光从射入到第一次射出该设备所走过的路程为
s=2a
cosα=2an=√7a,光在介质中传播的速度v=c
n
,则需要的时间t=s
v
,解得t=7a
2c
.两束光发生干涉时,其频率相等,所以
若有另一束光L2能和L1发生干涉,则L2的频率等于f.
11.解析:(1)如图(a)所示,当光射到圆弧面上的入射角等于临界角时,刚好发生全反射,有sin θ=1
(2分)
n
解得θ=60°(1分)
根据几何关系得d=√3R
.(1分)
2
(2)如图(b)所示,当光射到圆弧面上的入射角很小时,设入射角为β,折射角为α,由折射
定律有n=sinα
(2分)
sinβ
在△OEF中,由正弦定理有。