2017年高考题和高考模拟题物理分项版汇编专题14 光学 电磁波 相对论

2017年高考题和高考模拟题物理分项版汇编专题14 光学 电磁波 相对论

‎ 专题14 光学 电磁波 相对论 ‎1.[2016·全国卷Ⅰ] [物理——选修34]‎ 如图1，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为.‎ 图1‎ ‎(i)求池内的水深；‎ ‎(ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)．‎ 解析： (i)如图，设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率n＝，光线的折射角θ＝90°，由折射定律有 nsin i＝sin θ　①‎ 由几何关系有 sin i＝　②‎ 式中，l＝3 m，h是池内水的深度，联立①②式并代入题给数据得 h＝ m≈2.6 m　③‎ ‎(ii)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′‎ ‎＝45°.由折射定律有 nsin i′＝sin θ′　④‎ 式中，i′是光线在水面的入射角．设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a，由几何关系有 sin i′＝　⑤‎ x＋l＝a＋h′　⑥‎ 式中h′＝2 m，联立③④⑤⑥式得 x＝ m≈0.7 m　⑦‎ ‎2．[2016·全国卷Ⅲ] [物理——选修34]‎ 如图1所示，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点．求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角．‎ 图1‎ 解析：设球半径为R，球冠底面中心为O′，连接OO′，则OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有 cos α＝＝　①‎ 即α＝30°　②‎ 由题意MA⊥AB 所以∠OAM＝60°‎ 设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示．设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i′，反射角为i ″，玻璃折射率为n.由于△OAM为等边三角形，有 i＝60°　④‎ 由折射定律有sin i＝nsin r　⑤‎ 代入题给条件n＝得r＝30°　⑥‎ 作底面在N点的法线NE，由于NE∥AM，有i′＝30°　⑦‎ 根据反射定律，有i ″＝30°　⑧‎ 连接ON，由几何关系知△MAN≌△MON，故有∠MNO＝60°⑨‎ 由⑦⑨式得∠ENO＝30°　⑩‎ 于是∠ENO为反射角，ON为反射光线．这一反射光线经球面再次折射后不改变方向．所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为 β＝180°－∠ENO＝150°　⑪‎ ‎3.[2016·天津卷] 图1是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则(　　)‎ 图1‎ A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大 答案：D　‎ 解析： 从图中可以看出，a光干涉条纹的间距比b光干涉条纹的间距要小，由于是在同一双缝干涉装置上形成的干涉图样，因此a光的波长小于b光的波长，a光的频率大于b光的频率，a光的折射率大于b光的折射率，所以在同种均匀介质中传播时，a光的速度小于b光的速度，A错误；从同种介质射入真空发生全反射时，a光的临界角小于b 光的临界角，B错误；发生光电效应的光电流大小与光子的能量和光强有关，故无法判断饱和电流的大小，选项C错误；a光的频率高，光子的能量大，故由氢原子能级跃迁产生这两种光时，产生a光的能级能量差大，D正确．‎ ‎4．[2016·江苏卷] ‎ B．[选修34]‎ ‎(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，则两列光的________相同．如图1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．‎ 图1‎ 答案：频率　C 解析：只有频率相同的两列波才可能发生干涉现象．只有波峰与波谷相遇处才是振动减弱点，也就是出现暗条纹处．‎ ‎4.（2016年上海卷2题2分）一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时 ‎（A）速度相同，波长相同 （B）速度不同，波长相同 ‎（C）速度相同，频率相同 （D）速度不同，频率相同 答案：D 解析：不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速度减小。故选项D正确。‎ ‎5.（2016年上海卷2题2分）各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是 ‎（A）γ射线、紫外线、可见光、红外线 ‎（B）γ射线、红外线、紫外线、可见光 ‎（C）紫外线、可见光、红外线、γ射线 ‎（D）红外线、可见光、紫外线、γ射线 答案：A 解析：在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、γ射线，所以选项A正确。‎ ‎6.（2016年上海卷9题3分）在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则 ‎（A）中间条纹间距较两侧更宽 ‎（B）不同色光形成的条纹完全重合 ‎（C）双缝间距离越大条纹间距离也越大 ‎（D）遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹 答案：D 解析：据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项A错误；不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项B错误；据公式可知，双缝间距d越大，干涉条纹距离越小，故选项C错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项D正确。‎ ‎7．[2016·全国卷Ⅱ] [物理——选修34]‎ 关于电磁波，下列说法正确的是 ________．‎ A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 答案：ABC ‎ 解析：电磁波在真空中传播速度不变，与频率无关，选项A正确；电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到，选项B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D错误；电磁波具有能量，电磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项E错误．‎ ‎8.[2016·北京卷6分] 下列说法正确的是(　　)‎ A．电磁波在真空中以光速c传播 B．在空气中传播的声波是横波 C．声波只能在空气中传播 D．光需要介质才能传播 答案：A　‎ 解析： 光波属于电磁波，光波在真空中的速度也就是电磁波在真空中的速度，选项A正确．空气中的声波是振源的振动造成空气密度的变化而产生的，它存在密部和疏部，属于纵波，选项B不正确．声波不仅仅能在空气中传播，在固体、液体中都可以传播，选项C不正确．光波属于电磁波，电磁波是通过电磁场的交替变化传递的，不需要介质，选项D不正确．‎ ‎9.[2016·天津卷] 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(　　)‎ 图1‎ 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 答案：C　‎ 解析： 根据波速、波长与频率的关系可知，波长越长的波，频率越低，所以米波的频率比厘米波的频率低，A错误；米波和厘米波都是无线电波，传播不需要介质，B错误；无线电波同光波一样能够发生反射、干涉和衍射现象，C正确，D错误．‎ ‎10．[2016·江苏卷] ‎ B．[选修34]‎ ‎(1)一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，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30 m B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D．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　‎ 解析：根据狭义相对论，在静止的观察者看来，沿自身长度方向运动的杆缩短．而光速相对于任何惯性系来说总是不变，故选B.‎ ‎11.[2016·四川卷5分] 某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图1甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sin isin r图像如图乙所示．则(　　)‎ 图1‎ A．光由A经O到B，n＝1.5‎ B．光由B经O到A，n＝1.5‎ C．光由A经O到B，n＝0.67‎ D．光由B经O到A，n＝0.67‎ 答案：B　‎ 解析： 在本题中，介质折射率为空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比，则n＝＝＝1.5.又由于题目中所说的入射角为i，可以得出光线是从B经O到A，故选项B正确．‎ ‎12．[2016·江苏卷] ‎ B．[选修34]‎ ‎ (3)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．‎ 解析： 相邻亮条纹的中心间距Δx＝λ 由题意知，亮条纹的数目n＝10‎ 则L＝，代入数据得L＝1.78×10－2 m.‎ ‎12.[2016·海南卷 [物理——选修348分]‎ ‎（2）(8分)如图，半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中摄入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为45°，出射光线射在桌面上B点处。测得AN之间的距离为 ‎ .现将入射光束在纸面内向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到O点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。‎ 解析：当光线经球心O入射时，光路图如图（a）所示。设玻璃的折射率为n，由折射定律有 n=①‎ 式中，入射角i=45°，γ为折射角。‎ ‎△OAB为直角三角形，因此sin γ=②‎ 发生全反射时，临界角C满足sin C=③‎ 在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图（b）所示。设此时光线入射点为E，折射光线射到玻璃体球面的D点。由题意有∠EDO=C④‎ 在△EDO内，根据正弦定理有⑤‎ 联立以上各式并利用题给条件得OE=R⑥‎