高三物理（第03期）好題速遞分項解析匯編 專題15 光、電磁波、相對論（選修3-4）（含解析）

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專題15 光、電磁波、相對論（選修3-4） 一、選擇題 1．【2017安徽省黃山市屯溪一中高三第二次月考】（4分）下列說法正確的是___________（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得3分，選對3個得4分；每選錯1個扣2分，最低得分為0分） A．光波在介質(zhì)中傳播的速度與光的頻率無關(guān) B．雨后路面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干涉形成的 C．楊氏雙縫干涉實驗中，當兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時，紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍光干涉條紋的相鄰條紋間距小 D．光的偏振特征說明光是橫波 E．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 【答案】 BDE 考點：光的偏振、干涉、狹義相對論 【名師點睛】光的傳播速度由介質(zhì)的本身性質(zhì)與頻率共同決定；波的干涉是頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，而且振動加強的區(qū)域和振動減弱的區(qū)域相互隔開。這種現(xiàn)象叫做波的干涉。光的偏振振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯的標志。狹義相對論認為，在不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的。 2.【2017廣西省桂林市桂林中學高三10月月考】（5分）下列選項與多普勒效應有關(guān)的是　(　　) A．科學家用激光測量月球與地球間的距離 B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速 C．技術(shù)人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡 D．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度 E．科學家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠離地球的速度 【答案】BDE 考點：多普勒效應 【名師點睛】本題考查了多普勒效應的應用，是利用發(fā)射波與接受波間的波長變化（或者頻率變化）來判斷相對運動的情況。 3.【2017吉林省長春市高三質(zhì)量檢測】（5分）下列說法正確的是___________。（填正確答案標號，選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分；每選錯1個扣3分，最低得分為0） A、肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色的是光的色散現(xiàn)象，通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象 B、光纖通信，全息照相及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 C、做雙縫干涉實驗時，用綠光照射單縫，在光屏P上觀察到干涉條紋，用紅光替綠光照射單縫將得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣 D、相對論認為：豎直向上高速運動的球在水平方向上變扁了 E、在真空中傳播的電磁波，當它的頻率增加時，它的傳播速度不變，波長變短 【答案】ACE 【解析】全息照相不是利用全反射，是和光的干涉有關(guān)，選項B錯誤；由可知用紅光代替綠光，條紋間距變大，選項C正確；相對論認為：高速運動的物體在運動方向上，長度變短，選項D錯誤；在真空中傳播的電磁波，傳播速度不變，由v=λf得，頻率增加時，波長變短，選項E正確；故選ACE。 考點：光的衍射及干涉；相對論；電磁波 【名師點睛】考查光的衍射、干涉的區(qū)別，掌握光的全反射條件，注意在高速運動下，沿著運動方向長度才變短。 4.【2017河南省開封市高三上學期定位考試】（4分）關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是 。（填正確答案標號，選對1個給2分，選對2個得3分，選對3個得4分，每選錯1個扣2分，最低得分0分） A．X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變 B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高 C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射 D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線 E．在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信 【答案】ABE 考點：電磁波譜 【名師點睛】對于電磁波譜中各種電磁波將產(chǎn)生的機理、波動性和粒子性的強弱順序要理解并掌握，并依據(jù)各自的用途用來解答本題. 5.【2017浙江省名校協(xié)作體高三上學期聯(lián)考】【加試題】某大學研制出了正六棱柱 “隱形衣”。有同學將正六棱柱放進裝滿水的透明魚缸，向著棱的方向看，可以看到魚缸另一側(cè)大學的?；?；用一支鉛筆穿過正六棱柱中心軸線的孔洞，再向棱方向觀察，鉛筆插進孔洞的那段消失不見了（如圖甲所示，圖乙為光路說明圖），關(guān)于此實驗說法正確的是 A．隱形的原理是光發(fā)生了全反射 B．光由水進入該介質(zhì)，折射角大于入射角 C．隱形的原理是光被玻璃吸收了 　 D．光在該介質(zhì)中的傳播的速度大于水中速度 【答案】BD 【解析】隱形的原理是光發(fā)生了折射，不是全反射，選項A錯誤；由光路圖可知光由水進入該介質(zhì)，折射角大于入射角，選項B正確；隱形的原理是光被玻璃折射后繞過了鉛筆，選項C錯誤；因光在該介質(zhì)中的折射角大于在水中的入射角，可知光在該介質(zhì)中的傳播的速度大于水中速度，選項D正確；故選BD. 考點：光的折射定律 6.【2017貴州省遵義市第四中學高三上學期第一次月考】(5分)下列說法正確的是 （填正確答案標號。選對1個給2分，選對2個給4分，選對3個給5分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分） A.只有橫波才能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象 B.均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場向外傳播就形成了電磁波 C.泊松亮斑支持了光的波動說 D.由紅光和綠光組成的一細光束從水中射向空氣，在不斷增大入射角時水面上首先消失的是綠光 E.用同一實驗裝置觀察，光的波長越大，光的雙縫干涉條紋間距越大 【答案】CDE 考點：波的干涉和衍射；電磁理論；全反射；雙縫干涉 【名師點睛】本題考查全反射條件，注意紅光與綠光的臨界角關(guān)系，理解波的干涉現(xiàn)象與條件，知道電磁波產(chǎn)生的原理，注意均勻變化與非均勻變化的區(qū)別，以及光的衍射現(xiàn)象的應用。 7.【2017河北省定州中學高三（高補班）上學期第二次月考】如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈.往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應是下圖中的（ ） 【答案】D 【解析】往火焰上灑些鹽后，酒精燈放出黃色的光線，當黃色的光線照射到肥皂膜上時從肥皂膜的前后兩個表面分別反射兩列光，這兩列光的頻率相同，故為相干光源，當光程差為波長的整數(shù)倍時呈現(xiàn)亮條紋，當光程差為半個波長的奇數(shù)倍時呈現(xiàn)暗條紋，由于重力的作用使下側(cè)的肥皂膜厚度比較大，而上側(cè)的比較薄，相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出現(xiàn)水平的明暗相間的干涉條紋，故D正確 考點：考查了光的干涉 【名師點睛】當光源發(fā)出的光照射到肥皂膜上時，從膜的前后兩面分別反射兩列光為相干光，當當光程差 為波長的整數(shù)倍時呈現(xiàn)亮條紋，當光程差為半個波長的奇數(shù)倍時呈現(xiàn)暗條紋．相同的高度肥皂膜的厚度相 同，故出現(xiàn)水平的明暗相間的干涉條紋． 8.【2017湖南省長沙市長郡中學高三摸底測試】下列說法中正確的是 。 A、光纖由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的小 B、在光的雙縫干涉實驗中，若入射光為白光，則在光屏上看到的是明暗相間的彩色條紋，中央為暗條紋 C、在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下，衍射現(xiàn)象不明顯 D、一束陽光通過三棱鏡形成彩色光帶，表明光是各種色光組成的復合光 E、電磁波具有偏振現(xiàn)象 【答案】CDE 考點：電磁波；全反射；光的干涉 【名師點睛】發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的尺寸比光的波長小得多，光導纖維內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大；本題考查了光學的基礎知識，難度不大，在學習選修內(nèi)容時要全面掌握各知識點。 9.【2017四川省三臺中學高三上學期第二次月考】下列說法正確的是_________（填正確的答案標號，選對一個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分，沒錯選1個扣3分，最低得分為零分） A．如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置的位移大小的平方根成正比，且總是指向平衡位置，質(zhì)點的運動就是簡諧運動 B．含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散，光在干涉、衍射及折射時都可以發(fā)生色散 C．向人體發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法熟稱“彩超” D．狹義相對論表明物體運動時的質(zhì)量總是要小于其靜止時的質(zhì)量 E．泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射 【答案】BCE 【解析】如果質(zhì)點所受的力與它偏離平衡位置的位移大小成正比，且力與位移的方向總是相反的，質(zhì)點的運動就是簡諧運動，選項A錯誤；含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散，光在干涉、衍射及折射時都可以發(fā)生色散，選項B正確；向人體發(fā)射頻率已知的超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法是根據(jù)多普勒效應原理，俗稱“彩超”，選項C正確；根據(jù)狹義相對論公式，當物體的速度較大時，物體運動時的質(zhì)量總是要大于其靜止時的質(zhì)量，選項D錯誤；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，玻璃中的氣泡看起來特別明亮是光的全反射，選項E正確；故選BCE. 考點：簡諧振動；光的色散；多普勒選項；相對論；光的衍射及全反射 【名師點睛】此題考查了選修3-4中的幾個簡單的知識點，如簡諧振動、光的色散、多普勒選項俠義相對論、光的衍射及全反射等知識；關(guān)鍵是要多看書，加強記憶，都是基本的概念，比較簡單. 10.【2017河北省定州中學高三上學期第二次月考】下列說法正確的是____。（選對一個給2分，選對兩個給4分，選對3個給5分，每錯選一個扣3分，最低得0分） A．在干涉現(xiàn)象中，振動加強點的位移總比減弱點的位移要大 B．單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期與單擺的擺長無關(guān) C．變化的電場能在其周圍空間產(chǎn)生磁場 D．拍攝玻璃廚窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度 E．地面附近有一高速水平飛過的火箭，地面上的人觀察到的火箭長度要比火箭上的人觀察到的要短一些 【答案】BCE 考點：受迫振動、麥克斯韋電磁場理論、光的偏振現(xiàn)象、長度的相對性 【名師點睛】本題考查了受迫振動、麥克斯韋電磁場理論、光的偏振現(xiàn)象、長度的相對性等；知識點多，難度小，關(guān)鍵是多看書，記住相關(guān)知識點．要理解振動加強或減弱是“振幅”增大了或減小了，而位移是周期性變化的。 2、 非選擇題 1.【2017廣西省桂林市桂林中學高三10月月考】（10分）一玻璃立方體中心有一點狀光源。今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜，以致從光源發(fā)出的光線只經(jīng)過一次折射不能透出立方體。已知該玻璃的折射率為，求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值。 【答案】 設線段OA在立方體上表面的投影長為RA，由幾何關(guān)系有 ③ 式中a為玻璃立方體的邊長.由①②③式得 ④ 由題給數(shù)據(jù)得 ⑤ 由題意，上表面所鍍的面積最小的不透明薄膜應是以RA為半徑的圓.所求的鍍膜面積S′與玻璃立方體的表面積S之比為 ⑥ 由⑤⑥得 ⑦ 考點：光的折射定律 【名師點睛】此題是對光的折射定律及全反射問題的考查；解決本題的關(guān)鍵是畫出光路圖，確定臨界情況，根據(jù)折射定律，通過幾何關(guān)系進行求解。 2.【2017貴州省凱里市第一中學高三上學期第四次模擬】（9分）一玻璃立方體中心有一點狀光源。今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜，以致從光源發(fā)出的光線只經(jīng)過一次折射不能透出立方體。已知該玻璃的折射率為，求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值。 【答案】 【解析】如圖，考慮從玻璃立方體中心O點發(fā)出的一條光線，假設它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射。根據(jù)折射定律有 （1分） ① 式中，n是玻璃的折射率，入射角等于θ，α是折射角。 考點：光的折射定律、全反射。 3.【2017貴州省遵義市第四中學高三上學期第二次月考】（10分）如圖，三角形ABC為某透明介質(zhì)的橫截面，O為BC邊的中點，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線自O以角i入射，第一次到達AB邊恰好發(fā)生全反射。已知θ＝15，BC邊長為2L，該介質(zhì)的折射率為。求： (ⅰ)入射角i; (ⅱ)從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時間 (設光在真空中的速度為C，可能用到：sin 75＝或tan 15＝2－） 【答案】（i）45 (ⅱ) 【解析】（i）根據(jù)全反射規(guī)律可知，光線在AB面上P點的入射角等于臨界角C，由折射定律得 …① 代入數(shù)據(jù)得 C=45…② 考點：光的折射定律；全反射 【名師點睛】解決本題的關(guān)鍵是掌握全反射的條件和臨界角公式，正確畫出光路圖，再結(jié)合數(shù)學知識和折射定律進行研究。 4.【2017寧夏銀川一中高三上學期第二次月考】如圖所示，真空有一個下表面鍍反射膜的平行玻璃磚，其折射率，一束單色光與界面成角斜射到玻璃磚表面上，最后在玻璃磚的右側(cè)豎直平面光屏上出現(xiàn)兩個光點A和B，A和B相距h=4.0cm。已知光在真空中的傳播速度。 ①畫出光路圖； ②求玻璃磚的厚度。 【答案】①光路如圖所示 ② 【解析】①光路如圖所示 ② 設第一次折射的入射角為，折射角為 由折射定律： 解得： 由幾何關(guān)系： 代入數(shù)據(jù)得： 考點：光的折射定律 【名師點睛】此題是兩次折射的問題，要根據(jù)折射定律和反射定律作出光路圖．根據(jù)光路可逆原理和光的反射定律可以推導出出射光線是平行的。 5.【2017山西省臨汾市第一中學高三10月月考】水平地面上放著的玻璃磚的橫截面如圖所示，OAB為半徑為R的的圓，OBC為直角三角形，，該玻璃磚的折射率?，F(xiàn)有一細束光平行于地面射到玻璃磚的AB面上，且該光束與水平地面的距離。請畫出該束光的玻璃磚中傳播的光路圖，并求該光束從玻璃磚射出時的折射角。（當入射光線發(fā)生折射時不考慮反射光線） 【答案】 由幾何關(guān)系知，光束在玻璃磚BC邊的入射角為． 設玻璃的臨界角為C，則，所以 即該光束在E點發(fā)生了全反射，到達AC邊的F點時射出，由幾何關(guān)系知F點的入射角 由，可知所求折射角 。 考點：光的折射定律 【名師點睛】本題考查光的折射問題，關(guān)鍵要掌握全反射的條件和臨界角公式．對數(shù)學幾何能力的要求較高，平時需加強訓練，提高解題能力，同時掌握光的折射定律，注意正確地作圖。 6.【2017四川省成都市樹德中學高三10月月考】如圖，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的倍；在過球心O且垂直于底面的平面（紙面）內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點，該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點。求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角。 【答案】 設圖中N點為光線在球冠內(nèi)地面上的反射點，光路圖如圖所示． 設光線在M點的入射角為i，折射角為r，在N點的入射角為，反射角為，玻璃的折射率為n． 由于為等邊三角形，所以入射角…④ 由折射定律得：…⑤ 代入數(shù)據(jù)得：…⑥ 作N點的法線NE，由于NE∥MA，所以…⑦ 由反射定律得：…⑧ 連接ON，由幾何關(guān)系可知，則…⑨ 由⑦⑨式可得 所以為反射角，ON為反射光線．由于這一反射光線垂直球面，所以經(jīng)球面再次折射后不改變方向． 所以，該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角為． 考點：考查了光的折射 【名師點睛】解決光學問題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式，運用幾何知識結(jié)合解決這類問題． 7.【2017河南省開封市高三上學期定位考試】（8分）如圖所示，橫截面為矩形ABCD的玻璃磚豎直放置在水平面上，其厚度為d，AD面鍍有水銀。用一束與BC成450角的細激光向下照射在BC面上，在水平面上出現(xiàn)兩個光斑，距離為，求玻璃磚的折射率。 【答案】 【解析】作出光路圖，由光的反射定律和光路圖可逆性可知，反射光線和OH與FG平行，且OH與水平面的夾角為45． 則得 OF=GH= IE=OF= ，則α=300 由折射定律得 考點：光的折射定律 【名師點睛】本題考查光的折射定律，關(guān)鍵作出逃跑圖，運用數(shù)學幾何知識求折射角，需加強這類題型的訓練。 8.【2017甘肅省蘭州第一中學高三9月月考】（4分）如圖，某種復合光經(jīng)過半圓形的玻璃磚后分成a、b兩束，其中光束a與法線的夾角為60，光束b與法線的夾角為45，則玻璃對a、b兩種光的折射率之比na∶nb=　　 　??；若a、b兩種光在這種玻璃中的波長之比為:，現(xiàn)用同一雙縫干涉裝置分別測量a、b兩種光的波長，則得到的相鄰亮條紋間距之比為Δxa∶Δxb=　　　　。 【答案】 ；3∶2 考點：光的折射定律；雙縫干涉 【名師點睛】此題是對光的折射定律及雙縫干涉的考查；關(guān)鍵是知道光的折射定律的表達式以及雙縫干涉的條紋間距的表達式，注意表達式中的λ是真空中的波長. 9.【2017貴州省遵義市第四中學高三上學期第一次月考】(10分)如圖所示，一個半徑為R的半圓透明球體放置在水平面上，一束光從A點垂直直徑射入球體。已知，該球體對光的折射率為。求： ①畫出光通過半圓透明球體的光路圖； ②若光在真空中的傳播速度為c，請推導出光在半圓透明球體內(nèi)傳播所需時間t的表達式（用c，R表示）。 【答案】①光路如圖；② ②由幾何關(guān)系可得，光在半圓透明球體內(nèi)傳播距離為 s=3R 光在半圓透明球體內(nèi)傳播速度 則光在半圓透明球體內(nèi)傳播所需時間 考點：光的折射定律；全反射 【名師點睛】本題要熟練掌握光的折射定律和全反射條件，解題的關(guān)鍵是作出光路圖，結(jié)合幾何知識，即可研究這類問題。 10.【2017河北省衡水中學高三摸底聯(lián)考】如圖所示，MN為豎直放置的光屏，光屏的左側(cè)有半徑為R、折射率為的透明半球體，O為球心，軸線OA垂直于光屏，O至光屏的距離，一細束單色光垂直射向半球體的平面，在平面的入射為B，，求： ①光線從透明半球體射出時，出射光線偏離原方向的角度； ②光線在光屏形成的光斑到A點的距離。 【答案】①；② 考點：光的折射定律 【名師點睛】根據(jù)數(shù)學上正弦定理和折射定律分別列式，得到，即可求得出射光線偏離原方向的角度；光線在光屏形成的光斑到A點的距離；解決本題的關(guān)鍵作出光路圖，靈活運用數(shù)學知識，結(jié)合折射定律進行求解。 11.【2017寧夏育才中學高三第二次月考】(9分)有一玻璃半球，右側(cè)面鍍銀，光源S在其對稱軸PO上(O為球心)，且PO水平，如圖所示。從光源S發(fā)出的一束細光射到半球面上，其中一部分光經(jīng)球面反射后恰能豎直向上傳播，另一部分光經(jīng)過折射進入玻璃半球內(nèi)，經(jīng)右側(cè)鍍銀面反射恰能沿原路返回。若球面半徑為R，玻璃折射率為，求光源S與球心O之間的距離為多大？ 【答案】R 考點：光的折射定律 【名師點睛】處理幾何光學相關(guān)的問題，關(guān)鍵是作出光路圖，一定要用直尺準確作圖，然后根據(jù)幾何圖形的特點求角或者線段的長度。