2020届高考物理总复习核心素养提升练四十二光的波动性电磁波相对论（含解析）新人教版
光的波动性 电磁波 相对论(45分钟 100分)一、选择题(本题共14小题，每小题6分，共84分，1题为单选题，2～14题为多选题)1.2017年11月10日上午，空军发言人表示，我国制造的首款具有“隐身能力”和强大攻击力的第五代作战飞机“歼20”(如图)列装部队后，已经开展编队训练。隐形飞机的原理是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识，判断下列说法中正确的是( )A.运用隐蔽色涂层，无论距你多近，即使你拿望远镜也不能看到它B.使用能吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现C.使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流D.主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现【解析】选B。隐形飞机的原理是在飞机制造过程中使用能吸收雷达电磁波的材料，使反射的雷达电磁波很弱，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，飞机在雷达屏幕上很难被发现，故B项正确。2.英国物理学家托马斯·杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观察到了光的干涉现象。图为实验装置简图，M为竖直线状光源，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏。现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，实验时正确的选择是( )A.N应选用遮光屏1 B.N应选用遮光屏3nC.O应选用遮光屏2D.O应选用遮光屏4【解析】选A、C。先通过单缝发生单缝衍射，再通过双缝，才能形成相干光发生双缝干涉，再根据像屏P上条纹分布可知，N应选用遮光屏1，O应选用遮光屏2，故A、C项正确，B、D项错误。3.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。则下列说法正确的是(设空气的折射率为1)( )A.x2
x1C.该矿泉水的折射率为D.该矿泉水的折射率为【解析】选A、C。把空气换成矿泉水后，根据v=λf可知，入射光的频率f不变，光在介质中的传播速度减小，波长减小。根据干涉的条纹间距公式Δx=λ可知，对同一个装置来说，波长减小，条纹间距减小，即x2m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用C.当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用D.通常由于物体的速度太小，质量的变化不能被我们感觉到，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化【解析】选C、D。公式中的m0是物体静止时的质量，故A项错误；在v远小于光速时，质量的变化不明显，经典力学依然成立，故B项错误，故C、D项正确。9.a、b两种不同波长的光，先后用同一装置在真空中做双缝干涉实验，得到两种干涉条纹，其中a光的条纹间距大于b光的条纹间距，则( )A.a光的波长小于b光的波长B.a光的频率小于b光的频率C.玻璃对a光的折射率比玻璃对b光的折射率小D.在玻璃中，a光的速度小于b光的速度E.从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角n【解析】选B、C、E。根据双缝干涉的条纹间距Δx=λ，可知，同一实验装置，间距越大，说明波长越长，即频率越小。根据题意，a光的波长长，频率小。故A项错误，B项正确；a光的频率小于b光的频率，由特殊值代入法，a光可看成红光，而b光可看成紫光，则有：玻璃对a光的折射率比玻璃对b光的折射率小，故C项正确；频率越小，介质对它的折射率越小，根据n=可知，在介质中的传播速度越大，即a光在介质中的传播速度要大，故D项错误；根据临界角的公式：sinC=可知，介质的折射率越小，则全反射的临界角越大，所以从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角，故E项正确。10.关于电磁波谱，下列说法正确的是( )A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线E.在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信【解析】选A、B、E。紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，故C项错误；在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，故D项错误。11.通过如图1所示的装置可研究光的干涉和衍射现象。从光源发出的光经过一缝板，在缝板后有一装有感光元件的光屏，通过信号转换，可在电脑上看到屏上的光强分布情况。图2分别显示出A光和B光通过同一缝板得到的光强分布情况。下列有关A、B两种色光的说法中正确的有( )A.光通过的可能是缝板上的单缝B.A光的波长比B光的波长长C.A光的频率比B光的频率大nD.A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中的传播速度E.A光比B光更容易发生衍射现象【解题指导】解答本题应注意以下三点：(1)干涉条纹和衍射条纹的异同点，干涉条纹间距相等，衍射条纹间距不等。(2)双缝干涉相邻两亮条纹间距与波长的关系式：Δx=λ，由间距可知频率的高低。(3)发生明显衍射现象的条件，波长越长的电磁波越容易发生衍射。【解析】选B、D、E。从光的强度分布可以看出，光屏上的光是等间距、等亮度的，所以光是通过双缝产生干涉现象，故A项错误；由图样可看出，A光的条纹间距大于B光的，由Δx=λ可知，A光的波长大于B光的波长，A光的频率小于B光的频率，故B项正确，C项错误；A光的频率小于B光的频率，则玻璃对A光的折射率小于对B光的折射率，所以A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中的传播速度，故D项正确；由于A光的波长较长，所以更容易发生明显的衍射现象，故E项正确。12.(2018·潍坊模拟)2018年央视春节晚会大量使用激光，为观众提供了一场视觉盛宴。下列关于光的应用说法正确的是( )A.光学镜头的增透膜是利用光的衍射原理B.全息照相主要是利用激光的相干性好的特点C.用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点D.用透明的标准平面样板检查平面的平整度是利用光的偏振E.光导纤维传递信息是利用了光的全反射【解析】选B、C、E。镜头镀膜增透是利用了光的薄膜干涉现象，减弱光的反射，从而增加透射能力，故A项错误；激光全息照相是利用了激光相干性好，获得两频率相同的光，从而进行光的干涉，故B项正确；用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点，故C项正确；用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，并不是光的偏振现象，故D项错误；光导纤维传递信息是利用了光的全反射，故E项正确。【加固训练】 下列说法正确的是( )A.肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象B.光纤通信、医用纤维式内窥镜及全息照相都是利用了光的全反射原理nC.泊松亮斑支持了光的波动说D.相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了E.含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可以发生色散【解析】选A、C、E。肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象，故A项正确；全息照相不是利用全反射，是和光的干涉有关的结果，故B项错误；泊松亮斑支持了光的波动说，故C项正确；相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上没有变扁，因为在高速运动方向上，长度才会变短的，故D项错误；多种颜色的光被分解为单色光的现象叫作光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可以将复合光进行分解，故E项正确。13.(2018·珠海模拟)如图所示，a、b和c都是厚度均匀的平行玻璃板，a和b、b和c之间的夹角都为β。一细光束由红光和蓝光组成，以入射角θ从O点射入a板，且射出c板后的两束单色光射在地面上P、Q两点，由此可知( )A.射出c板后的两束单色光与入射光平行B.射到P点的光在玻璃中的折射率较大C.射到P点的光在玻璃中的传播速度较大，波长较长D.若稍微增大入射角θ，光从b板上表面射入到其下表面时，在该界面上有可能发生全反射E.若射到P、Q两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象，则射到P点的光形成干涉条纹的间距小，这束光为蓝光【解析】选A、B、E。光线经过平行玻璃板时出射光线和入射光线平行，则最终从c板射出的两束单色光与入射光仍然平行，故A项正确；射到P点的光偏折程度比射到Q点的光偏折程度大，知射到P点的光在玻璃中的折射率较大，故B项正确；射到P点的光折射率较大，根据v=知，在玻璃中传播的速度较小，折射率大，则频率大，波长小，故C项错误；光从b板上表面射入到其下表面时的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性可知，n光线不可能在下表面上发生全反射，故D项错误；根据Δx=λ知，条纹间距较小的光波长小，则频率大，折射率大，偏折厉害，为射到P点的光，即蓝光，故E项正确。14.(2018·衡水模拟)关于机械波、电磁波和相对论的下列说法正确的是( )A.机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定B.假设火车以接近光速的速度通过站台，站台上的旅客观察到车上的乘客变矮了C.简谐机械波传播时单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列波的频率D.用光导纤维束传播图像信息利用了光的全反射E.在真空中传播的两列电磁波，频率大的波长短【解析】选C、D、E。机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关，电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，故A项错误；火车以接近光速的速度通过站台时，站台上的旅客观察到车上的乘客变瘦了，而不是变矮，故B项错误；简谐波的振动周期与传播周期相同，故单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列简谐波的频率，故C项正确；光导纤维束是用全反射来传输图像信息的，故D项正确；在真空中传播的两列电磁波，传播速度相同，由v==λf知，频率越大，波长越短，故E项正确。二、实验题(本题共2小题，共16分)15.(8分)(2018·太原模拟)在双缝干涉实验中，用波长为630nm的红光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。已知双缝到屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间距的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为_______mm。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的一项方法是_______(选填正确答案标号)。 A.增大双缝间距B.增大双缝到屏幕的距离C.将光源向远离双缝的位置移动D.将光源向靠近双缝的位置移动【解析】(1)由Δx=，可得d=，其中Δx=m=0.0021m，λ=630nm=6.30×10-7m，代入数据得d=3×10-4m=0.3mm。n(2)选B。由Δx=，可知增大两相邻亮条纹的间距Δx，可增大双缝到屏幕的距离L，可减小双缝的距离d，故A项错误，B项正确；或增大光的波长λ，但改变光源与双缝的距离不能改变Δx的大小，故C、D项错误。答案：0.3 B16.(8分)用氦氖激光器(发出红光)进行双缝干涉实验，已知双缝间的距离d=0.1mm，双缝到屏的距离L=6.0m，测得屏上干涉条纹中相邻两亮条纹的中心间距是3.8cm，如果将整个装置从空气中转入折射率为n=的水中，则红光在空气中的波长为_____m，红光在水中的波长为_______m，在水中进行双缝干涉实验时，测得屏上干涉条纹中相邻两亮条纹的中心间距为_______cm(结果均保留两位有效数字)。 【解析】由Δx=λ可以得出红光的波长为：λ=Δx=m≈6.3×10-7m；红光在水中的波长为：λ′=≈4.7×10-7m；屏上相邻两亮条纹的中心间距为：Δx=λ′=2.8cm。答案：6.3×10-7 4.7×10-7 2.8【加固训练】 (2018·济南模拟)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比Δx1_______Δx2(选填“>”“<”或“=”)。若实验中测得双缝到屏幕的距离为600mm，测得绿光的第1条亮条纹中心读数为x1=9.52mm，第4条亮条纹中心读数为x4=13.44mm，双缝之间的距离为0.25mm。则测得绿光的波长为_________nm(结果保留整数)。 n【解析】红光的波长大于绿光的波长，由公式Δx=λ，可知红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1>Δx2，d=0.25mm=0.25×10-3m，Δx=×10-3m≈1.3×10-3m，由公式Δx=λ得：λ==m≈0.542×10-6m=542nm。答案：> 542
