2021届人教版高考物理一轮总复习练习(39) 光的波动性 电磁波 相对论

[39]第4讲光的波动性电磁波相对论
一、单项选择题：在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1．(2020·北京大兴区月考)目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年全面进入5G时代。

届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。

5G(即第五代移动通信技术)采用3 300～5 000 MHz频段，相比于现有的4G(即第四代移动通信技术，1 880～2 635 MHz频段)技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。

5G信号与4G信号相比，下列说法正确的是(C) A．5G信号在真空中的传播速度更快
B．5G信号是横波，4G信号是纵波
C．5G信号粒子性更显著
D．5G信号更容易发生明显衍射
[解析]任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，传播速度相同，A错误；电磁波均为横波，B错误；5G信号的频率更高，则其粒子性显著，C正确；因5G信号的频率更高，则波长更小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，D错误。

2．(2019·四川南充月考)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。

米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是(C)
A．米波的频率比厘米波频率高
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
[解析]从名称上可判断，米波的波长大于厘米波的波长，由波长与频率、波速关系式λ＝c/f可知，米波的频率小于厘米波的频率，选项A错误；无线电波是电磁波，可以在真空中传播，选项B错误；无线电波同光波一样会发生反射现象，可以产生干涉和衍射现象，选项C正确，D错误。

3．(2019·江西临川月考)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，在它们中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，亮度再一次达到最亮，则(D)
A．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相抵消
C．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加λ
4
D．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加λ
2
[解析]本题考查薄膜干涉问题。

B板最亮时，是B板下表面的反射光与A上表面的反射光发生干涉，叠加后加强，故A、B错误；温度从t1升到t2的过程中，亮度由最亮变暗又变到最亮，当路程差(即薄膜厚度的2倍)等于半波长的偶数倍，出现明条纹，知路程差减小
λ，薄膜厚度减小λ
2，则A的高度增加λ
2，故D正确，C错误。

二、多项选择题：在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的。

4．(2020·黑龙江哈尔滨三中一模)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波。

该电磁波是(AB)
A．是横波
B．是由于电荷运动产生的
C．不能在真空中传播
D．只能沿着梳子摇动的方向传播
[解析]本题考查电磁波的性质。

根据电磁波的特点可知，电磁波为横波，故A正确；梳子带电后摇动梳子，电荷运动形成电流，电流产生磁场从而形成电磁波，故B正确；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故C错误；电磁波产生后，可以沿任意方向传播，故D错误。

5．(2019·河南信阳高级中学质检)下列说法正确的是(BC)
A．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场
B．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
C．电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来换频道的
D．在杨氏双缝干涉实验中，用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距相等的条纹
[解析]本题考查电磁波、全息照相原理等。

变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，故A错
误；全息照相的拍摄根据激光的相干性好的特点，利用了光的干涉原理，故B正确；电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来换频道的，故C正确；用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，不能发生干涉现象而会发生单缝衍射现象，屏上出现中间宽、两侧窄，间距越来越大的衍射条纹，故D错误。

6．(2020·山东济宁一模)下列判断正确的是(BCD)
A．机械波既有横波也有纵波，而电磁波只有纵波
B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C．介质中质点振动的周期一定和相应的波的周期相等
D．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
[解析]本题考查对机械波和电磁波的认识与辨析。

机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有横波，故A错误；干涉和衍射是波的特有性质，机械波和电磁波均有波动性，都能产生干涉和衍射现象，故B正确；波在传播过程中，介质中质点在波源驱动力作用下做受迫振动，振动周期都等于波的振动周期，故C正确；机械波的频率、波长和波速三者满足的关系v＝λf适用于一切波，对电磁波也适用，故D正确。

7．(2019·青海调研)一平行板电容器与一自感线圈组成振荡电路，要使此振荡电路的周期变大，以下措施中正确的是(AC)
A．减小电容器两极板间的距离
B．减少线圈的匝数
C．增大电容器两极板间的正对面积
D．减小电容器两极板间距离的同时减少线圈的匝数
[解析]由于振荡电路的周期T＝2πLC，所以要想增大周期可以增大电容和自感系数，减小电容器两极板间的距离会增大电容，周期变大，A正确；减少线圈的匝数可减小自感系数，周期变小，B错误；增大电容器两极板间的正对面积会增大电容，则周期变大，C正确；减小电容器两极板间的距离的同时，增大线圈的匝数，C和L都增大，则周期增大，D项错误。

8．(2019·成都摸底)下列说法中正确的是(AC)
A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定
大于b 束光在水珠中传播的速度
B ．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i 逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb ′面射出
C ．图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离L ，两相邻亮条纹间距离将减小
D ．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
[解析] 甲图中a 束光折射角大，折射率小，根据v ＝c n
，a 束光在水珠中的传播速度大，选项A 正确；乙图中，光束在aa ′面的折射角等于在bb ′面的入射角，只要入射角i <90°，bb ′面的入射角就小于临界角，就不会发生全反射，选项B 错误；丙图中，根据光的干涉
条纹公式Δx ＝L d
λ，减小屏到挡板间的距离L 时两相邻亮条纹间距离将减小，选项C 正确；丁图中的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的，选项D 错误。

9．(2020·河北衡水中学质检)如图所示用a 、b 两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。

现让a 、b 两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是( AD )
[解析] 根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx ＝L d
λ可知，a 光的波长大，则同一介质对a 光的折射率小，对b 光的折射率大。

根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a 光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a 光应在右侧，故A 正确；B 错误；
由sin C ＝1n
分析可知，a 光的临界角较大，当光从棱镜射入空气中时，若b 不发生全反射，能射出棱镜，则a 光一定也不发生全反射，故C 错误；当光从棱镜射入空气中时，若a 不发生全反射，能射出棱镜，b 光可能发生全反射不从棱镜射出，此图是可能的，故D 正确。

10．(2020·辽宁六校协作体联考)△OMN 为玻璃三棱镜的横截面，ON ＝OM ，a 、b 两束
可见单色光关于OO ′对称，从空气垂直射入棱镜侧面MN ，在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射的情况如图所示，则下列说法正确的是( AC )
A ．在玻璃砖中，a 光束的折射率小于b 光束的折射率
B ．在玻璃砖中，a 光束的传播速度小于b 光束的传播速度
C ．若a 、b 两光束从玻璃砖中射向空气，则b 光束的临界角比a 光束的临界角小
D ．用同样的装置做双缝干涉实验，a 光束的条纹间距小
[解析] a 、b 两光束在侧面OM 、ON 上的入射角相同，但是b 光发生全反射，说明b
光的临界角小于a 光的临界角，根据sin C ＝1n
知，a 光的折射率小，故A 、C 正确；根据v ＝c n
知，a 光的折射率小，则a 光束在棱镜中的传播速度大，故B 错误；a 光的折射率小，波长长，根据双缝干涉实验，相邻两个亮条纹或暗条纹的间距公式Δx ＝L d
λ知，a 光的双缝干涉条纹间距大，故D 错误。

三、非选择题
11．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距d ＝0.2 mm 的双缝屏。

从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l ＝700 mm 。

然后，接通电源使光源正常工作。

(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度。

某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x 1＝1.16 mm ；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x 2＝15.02 mm 。

(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx ＝2.31 mm ；这种
色光的波长λ＝660 nm 。

[解析] (1)由游标尺的读数规则可知：x 2＝(15.0＋1×0.02) mm ＝15.02 mm 。

(2)题图乙(a)中暗条纹与题图丙(a)中暗条纹间的间隔为6个，故Δx ＝x 2－x 16
＝2.31 mm ；由Δx ＝l d λ可知λ＝d ·Δx l
＝660 nm 。

12．雷达测距防撞控制系统(Distronic ，简称DTR)是用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备。

某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1.0×10－
4 s ，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图甲所示，A 脉冲为发射波，B 脉冲为目标反射波，经t ＝170 s 后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示，则该飞机的飞行速度约为多少？
[答案] 306 m/s
[解析] 由图示信息知，比较远时，脉冲波显示的距离为
s ＝ct 2＝3×108×4×10－
4
2
m ＝6×104 m 当到达正上方后，距离为
s ′＝ct ′2＝3×108×2×10－4
2
m ＝3×104 m 由于开始时飞机在斜上方，后来飞机到达正上方，所以该飞机的速度为
v ＝(6×104)2－(3×104)2170
m/s ≈306 m/s 。

13．如图所示，在双缝干涉实验中，S 1和S 2为双缝，P 是光屏上的一点，已知P 点与S 1、S 2的距离之差为2.1×10－6 m ，分别用A 、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P 点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A 光在折射率为n ＝1.5的介质中波长为4×10－
7 m ；
(2)已知B 光在某种介质中波长为3.15×10－7 m ，当B 光从这种介质射向空气时，临界角为37°；
(3)若让A 光照射S 1，B 光照射S 2，试分析光屏上能观察到的现象。

[答案] (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析
[解析] (1)设A 光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n ＝λ1λ2
，得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m ＝6×10－
7 m 。

路程差Δr ＝2.1×10－6 m
所以N 1＝Δr λ1＝2.1×10－6
6×10－7
＝3.5 从S 1和S 2到P 点的路程差是波长λ1的3.5倍，即λ12
的7倍，所以P 点为暗条纹。

(2)根据临界角与折射率的关系sin C ＝1n
得 n ＝1sin 37°＝53
由此可知，B 光在空气中的波长为
λ′1＝nλ2′＝53
×3.15×10－7 m ＝5.25×10－7 m 故N 2＝Δr λ1′＝2.1×10－65.25×10－7
＝4 可见路程差为波长的整数倍，则用B 光做光源，P 点为亮条纹。

(3)若让A 光和B 光分别照射S 1和S 2，因为A 光和B 光的频率不同，所以不能发生干涉，在屏上不会出现干涉条纹，但在光屏上仍能观察到亮光。