2019高考物理二輪復習 專項攻關高分秘籍 專題16 光電磁波相對論學案.doc

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專題16 光電磁波相對論 分析近幾年的高考試題,在考查機械波的形成和傳播時,往往以考查振動圖像和波動圖像為主,主要涉及的知識點為波速、波長和頻率(周期)的關系,光學部分以考查光的折射定律和全反射等知識為主.高考命題形式通常為一選擇題(或填空題)加一個計算題,選擇題(或填空題)側(cè)重考查對機械波、機械振動、電磁波、相對論和光學知識的理解,計算題主要考查光的折射、全反射的綜合應用,也可能會考查振動和波的綜合應用.本章的復習要加強對機械波、電磁波及光學中基本概念及基本現(xiàn)象的復習,同時振動與波動綜合問題,光的折射、全反射的綜合計算題要加強規(guī)范訓練. 【備考建議】 【經(jīng)典例題】 考點一　光的折射定律 【典例1】(2016全國Ⅲ卷,34)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. 解析:設球半徑為R,球冠底面中心為O′,連接OO′,則OO′⊥AB,令∠OAO′=α,有 cos α== ① 由折射定律有sin i=nsin r ⑤ 代入題給條件n=得r=30 ⑥ 作底面在N點的法線NE,由NE∥AM,有i′=30 ⑦ 根據(jù)反射定律,有i ″=30 ⑧ 連接ON,由幾何關系知△MAN≌△MON, 故有∠MNO=60 ⑨ 由⑦⑨式得 ∠ENO=30 ⑩ 于是∠ENO為反射角,ON為反射光線,這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向,所以,經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角β為 β=180-∠ENO=150. 【典例2】(2018河南安陽檢測)如圖所示,真空中有一個半徑為R,質(zhì)量分布均勻的玻璃球,一細激光束在真空中沿直線AB傳播,激光束入射到玻璃球表面的B點經(jīng)折射進入小球,激光束在B點入射角i=60,并于玻璃球表面的C點經(jīng)折射又進入真空中(光線所在平面經(jīng)過球心).最后打在玻璃球右邊的豎直光屏上D點,已知玻璃球球心與D點的距離為d=R,∠BOC=120,光在真空中的速度為c. 求:(1)玻璃球?qū)υ摷す馐恼凵渎? (2) 激光束自B點運動至光屏的時間. 所以,激光束自B點運動至光屏的時間t=tBC+tCD=. 考點二 光的全反射 【典例3】(2018廣西桂林適應性考試)如圖所示,某種透明介質(zhì)的截面圖由直角三角形AOC和圓心為O、半徑為R的四分之一圓弧BC組成,其中∠A=60.一束單色光從D點垂直AB面射入透明介質(zhì)中,射到圓弧BC上時恰好發(fā)生全反射.已知D點與O點之間的距離為 ,光在真空中的傳播速度為c.求: (1)單色光在介質(zhì)中的傳播速度v; (2)單色光第一次射出介質(zhì)時折射角θ. 考點三 光的色散現(xiàn)象 【典例4】(2018四川遂寧外國語實驗學校月考)(多選)如圖所示,兩束單色光a,b從水下射向A點后,光線經(jīng)折射合成一束光c進入空氣,則下列說法中正確的是(　 　) A.a光的頻率比b光的頻率大 B.在水中a光的臨界角比b光的臨界角大 C.在水中a光的速度比b光的速度小 D.a光的波長比b光的波長大 E.b光的折射率比a光的折射率大 【典例5】(2018寧夏育才中學月考)(多選)如圖,在水中有一厚度不計的薄玻璃片制成的中空三棱鏡,里面是空氣,一束白光從棱鏡的左邊射入,從棱鏡的右邊射出時發(fā)生了色散,射出的可見光分布在a點和b點之間,則下列說法錯誤的是(　 　) A.從a點射出的是紅光,從b點射出的是紫光 B.從a點射出的是紫光,從b點射出的是紅光 C.從a點和b點射出的都是紅光,從ab中點射出的是紫光 D.從a點和b點射出的都是紫光,從ab中點射出的是紅光 E.光在ab面上不可能發(fā)生全反射 解析:此棱鏡對周圍介質(zhì)來說是光疏介質(zhì),故光在棱鏡中的折射角大于入射角,從棱鏡中射出時,入射角大于折射角.故光線從棱鏡中射出時光向頂角方向偏折,紫光折射率大,偏折程度大,故紫光從a點射出,紅光從b點射出,故ACD錯B對.光在ab面上是從光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)中傳播,不會發(fā)生全反射,故E對. 考點四 測定玻璃的折射率 【典例6】(2018四川彭州五校期中)利用“插針法”測定玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行.正確操作后,作出的光路圖及測出的相關角度如圖(a)所示. (1)此玻璃的折射率計算式為n=___________(用圖中的θ1,θ2表示); (2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減少誤差,應選用寬度　___________(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量. (3)甲同學在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa′和bb′后,不小心碰了玻璃磚使它向aa′方向平移了少許,如圖(b)所示.則他測出的折射率將______(選填“偏大”“偏小”或“不變”). (4)乙同學在畫界面時,不小心將兩界面aa′,bb′間距畫得比玻璃磚寬度大些,如圖(c)所示,則他測得的折射率____________(選填“偏大”“偏小”或“不變”). (4)如(乙)圖所示,實線表示實際的光路圖,而虛線是作圖時所采用的光路圖,可見,入射角沒有變化,折射角的測量值偏大,折射率測量值偏小. 考點五 光的干涉現(xiàn)象 【典例7】(2018湖北襄陽第二次適應性考試)(多選)如圖(甲)所示是用干涉法來檢查某塊厚玻璃板上表面是否平整的裝置,所用紅色光是用普通光源加紅色濾光片產(chǎn)生的,從上往下觀察到的干涉條紋如圖(乙)、(丙)所示,則下列判斷正確的是(　 　) A.若觀察到的條紋如圖(乙)所示,則說明厚玻璃板上表面是平整的 B.若觀察到的條紋如圖(丙)所示,則厚玻璃板上表面有下凹的位置 C.若觀察到的條紋如圖(丙)所示,則厚玻璃板上表面有上凸的位置 D.若是用黃色濾光片產(chǎn)生的黃色光做該實驗,則干涉條紋變密 E.若是用黃色濾光片產(chǎn)生的黃色光做該實驗,則干涉條紋變疏 考點六 光的衍射和偏振現(xiàn)象 【典例8】(2018上海虹口區(qū)期中)如圖為紅光、藍光分別通過單縫、雙縫所呈現(xiàn)的圖樣,則(　 　) A.甲為藍光的衍射圖樣 B.乙為紅光的干涉圖樣 C.丙為紅光的衍射圖樣 D.丁為藍光的干涉圖樣 解析:單縫衍射條紋是中間明亮且寬大,越向兩側(cè)寬度越小越暗,而波長越大,中央亮條紋越粗,故甲、乙是衍射圖樣,且甲為紅光的單縫衍射圖樣,乙為藍光的衍射圖樣,故A,B錯誤;雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,所有條紋寬度相同且等間距,故丙、丁是干涉圖樣,根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=λ可知波長λ越大,Δx越大,故丙為紅光的干涉圖樣,丁為藍光的干涉圖樣,故C錯誤,D正確. 【典例9】(2018四川綿陽南山中學月考)(多選)碳水化合物(糖)的含量是食品安全檢驗的一個重要的指標,可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度,從而鑒定含糖量.偏振光通過糖的水溶液后,偏振方向會相對傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α,這一角度α稱為“旋光度”,α的值只與糖溶液的濃度有關,將α的測量與標準值進行比較,就能確定被測樣品的含糖量.如圖所示,S是自然光源,A,B是偏振片,轉(zhuǎn)動B,使到達O處的光最強,然后將被測樣品P置于A,B之間,則下列說法正確的是(　 　) A.到達O處光的強度會明顯減弱 B.到達O處光的強度不會明顯減弱 C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光強度最大,偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于α D.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度,使得O處光強度最大,偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α 考點七 電磁波與相對論 【典例10】(2018安徽池州月考)(多選)下列說法正確的是( 　) A.變化的磁場產(chǎn)生變化的電場,變化的電場產(chǎn)生變化的磁場 B.電磁波的頻率與傳播介質(zhì)無關,等于激發(fā)電磁波的振蕩電流的頻率 C.電磁波能獨立存在 D.增大LC振蕩電路的C,可提高激發(fā)電磁波的頻率 E.改變LC振蕩電路中的L,C可改變激發(fā)電磁波的頻率 解析:均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,而非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場,故A錯誤;電磁波的頻率與傳播介質(zhì)無關,等于激發(fā)電磁波的振蕩電流的頻率,故選項B正確;電磁波是變化的電磁場在空間的傳播,不依賴物質(zhì),故C正確;根據(jù)f= 1/[2π √(LC)],可知,增大電容C,則振蕩電路的頻率減小,故D錯誤,E正確. 考點八 用雙縫干涉測量光的波長 【典例11】(2018天津靜海五校期末)在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中,實驗裝置如圖(甲)所示. (1)以線狀白熾燈為光源,對實驗裝置進行了調(diào)節(jié)并觀察實驗現(xiàn)象后,總結(jié)出以下幾點,你認為正確的是　　 　　. A.狹縫和光源必須平行放置 B.各元件的中心可以不在遮光筒的軸線上 C.雙縫間距離越大呈現(xiàn)的干涉條紋越密 D.若將濾光片移走則無干涉現(xiàn)象產(chǎn)生 (2)當測量頭中的分劃板中心刻線對齊A條紋中心時,游標卡尺的示數(shù)如圖(乙)(c)所示,第二次分劃板中心刻線對齊B條紋中心時,游標卡尺的示數(shù)如圖(乙)(d)所示.已知雙縫間距為0.5 mm,從雙縫到屏的距離為1 m,則圖(乙)(d)中游標卡尺示數(shù)為　　　 　 mm.所測光波的波長為　　　　 m.(保留兩位有效數(shù)字) (3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,如圖(丙)所示.則在這種情況下來測量干涉條紋的間距Δx時,測量值　　 　　實際值.(填“大于”“小于”或“等于”) 解析:(1)在用狹縫觀察以線狀白熾燈為光源的光的干涉現(xiàn)象時狹縫必須與燈絲平行,這時干涉條紋與狹縫平行,狹縫與燈絲垂直時觀察不到明顯的干涉條紋.故A正確;各元件的中心必須在遮光筒的軸線上,B錯誤.由Δx= λ可知,條紋間距疏密程度與雙縫間距有關,雙縫間距離越大,條紋間距越小,呈現(xiàn)的干涉條紋越密,故C正確.去掉濾光片后,白光透過雙縫,白光由七種色光組成,其波長不一樣,則條紋間距不同,則形成彩色條紋,故D錯誤. 解析: (3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,條紋間距測量值Δx偏大,根據(jù)干涉條紋的間距公式為Δx=λ,波長測量值也偏大. 【走進高考】 1．用雙縫干涉實驗裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后 A. 干涉條紋消失 B. 彩色條紋中的紅色條紋消失 C. 中央條紋變成暗條紋 D. 中央條紋變成紅色 【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（北京卷） 2．氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線，都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定 A. 對應的前后能級之差最小 B. 同一介質(zhì)對的折射率最大 C. 同一介質(zhì)中的傳播速度最大 D. 用照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則也一定能 【來源】2018年全國普通高等學校招生同一考試理科綜合物理試題（天津卷） 3．（多選）梳子在梳頭后帶上電荷，搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波．該電磁波______． A. 是橫波 B. 不能在真空中傳播 C. 只能沿著梳子搖動的方向傳播 D. 在空氣中的傳播速度約為3108 m/ s 【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（江蘇卷） 4．兩束單色光A、B的波長分別為、，且>，則______（選填“A”或“B”）在水中發(fā)生全反射時的臨界角較大．用同一裝置進行楊氏雙縫干涉實驗時，可以觀察到______（選填“A”或“B”）產(chǎn)生的條紋間距較大． 【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（江蘇卷） 5．如圖，△ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，∠A=30，一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上的D點射出，其折射角為60，則玻璃對紅光的折射率為_____。若改用藍光沿同一路徑入射，則光線在D點射出時的折射射角______（“小于”“等于”或“大于”）60。 【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（新課標I卷） 6．下列說法正確的是（ ） A. 紅光的折射率比紫光的折射率大 B. 光從空氣射入介質(zhì)后，光的頻率發(fā)生改變 C. 綠光比紅光更容易發(fā)生全反射 D. 在同一介質(zhì)中傳播時，藍光比紅光的傳播速率大 7．a(chǎn)、b兩種色光以相同的入射角從某種介質(zhì)射向真空，光路如圖所示，則以下敘述正確的是（）。 A. a光的全反射臨界角小于b光的全反射臨界角 B. 用同一干涉裝置可看到a光的干涉條紋間距比b光寬 C. 在該介質(zhì)中a光的傳播速度小于b光的傳播速度 D. 如果b光能使某種金屬發(fā)生光電效應，a光也一定能使該金屬發(fā)生光電效應 8物體放在凸透鏡的主軸上，且物距大于焦距，用紅、紫、白三種光照射物體，在鏡另一側(cè)的一個可動光屏上分別形成清晰的像，則下列說法中正確的是 A. 紅光照射成的像最大 B. 紫光照射成的像最大 C. 白光照射成的像最大 D. 用白光照射成的像最清晰 9．把物體和光屏的位置固定，在兩者的正中間放一個透鏡，這時光屏上出現(xiàn)一個清晰的像，若再移動透鏡到某一位置時，則光屏上 A. 還可以出現(xiàn)一個縮小的像 B. 還可以出現(xiàn)一個放大的像 C. 先后出現(xiàn)一個縮小的像和放大的像 D. 不再出現(xiàn)像 10．如圖所示，任意一條光線射向夾角為的兩平面鏡的相對鏡面上，相繼經(jīng)兩鏡面反射后，最后射出線與最初入射線的方向間夾角應為 A. B. 2 C. 3 D. 4 11．人們對光的認識經(jīng)歷了一個漫長的過程，下列有關對光的闡述中正確的是（ ） A. 當一束光射到兩種介質(zhì)的分界面上時，一定會同時發(fā)生反射和折射現(xiàn)象 B. 光在水中的傳播速度可能大于光在真空中的速度 C. 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波 D. 光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光是一種縱波 12．一束單色光從空氣射向某種介質(zhì)的表面，光路如圖所示，則該介質(zhì)的折射率約為(　　) A. 1.50 B. 1.41 C. 0.71 D. 0.67 13．如圖所示，一束復色光通過三棱鏡后分解成兩束單色光 a、b，用這兩束單色光 a、b 分別照射同一光電管，下列說法正確的是（ ） A. 若 a 光恰能發(fā)生光電效應，則 b 光一定不能發(fā)生光電效應 B. 若 b 光恰能發(fā)生光電效應，則 a 光可能發(fā)生光電效應 C. 若 a、b 光都能發(fā)生光電效應，則 a 光的飽和電流小 D. 若 a、b 光都能發(fā)生光電效應，則 a 光的遏制電壓低 14．水平放置的三棱鏡截面如圖所示，∠A = 90，∠B = 60，AB=10cm。一束豎直向下的光束從AB邊中點D入射，折射光經(jīng)過三棱鏡BC邊反射后，從AC邊上的E點垂直射出。已知真空中的光速m/s，求： ①三棱鏡的折射率； ②光在三棱鏡中從D到E所用的時間。 15．如圖所示為一直角三棱鏡的截面，∠B＝90，∠A＝60，現(xiàn)有一束單色光垂直照射到AC面上，從O點進入，經(jīng)AB面反射，在BC面上折射光線與入射光線的偏向角為30。 ①求棱鏡對光的折射率； ②證明光在AB面上會發(fā)生全反射。 16．圖示是一透明的圓柱體的橫截面，其半徑R＝20cm，折射率為，AB是一條直徑，今有一束平行光沿AB方向射向圓柱體，試求： ①光在圓柱體中的傳播速度； ②距離直線AB多遠的入射光線，折射后恰經(jīng)過B點. 17．如圖所示，橫截面為半圓形的某種透明柱體介質(zhì)，截面ABC的半徑R=10 cm，直徑AB與水平屏幕MN垂直并與A點接觸。由紅光和紫光兩種單色光組成的復色光沿半徑方向射向圓心O，已知該介質(zhì)對紅光和紫光的折射率分別為, 。 (i)求紅光和紫光在介質(zhì)中傳播的速度比； (ii)若逐漸增大復色光在O點的入射角，使AB面上剛好只有一種色光射出，求此時入射角的大小及屏幕上兩個亮斑的距離。 1.【答案】 D 點睛：本題考查了光的干涉現(xiàn)象，注意只有頻率相同、振動相同的兩列波才能形成穩(wěn)定的干涉圖像，同時要掌握哪些點是振動加強點，哪些點是振動減弱點。 2.【答案】 A 【解析】根據(jù)分析前后能級差的大??；根據(jù)折射率與頻率的關系分析折射率的大小；根據(jù)判斷傳播速度的大??；根據(jù)發(fā)生光電效應現(xiàn)象的條件是入射光的頻率大于該光的極限頻率判斷是否會發(fā)生光電效應． 波長越大，頻率越小，故的頻率最小，根據(jù)可知對應的能量最小，根據(jù)可知對應的前后能級之差最小，A正確；的頻率最小，同一介質(zhì)對應的折射率最小，根據(jù)可知的傳播速度最大，BC錯誤；的波長小于的波長，故的頻率大于的頻率，若用照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則不一定能，D錯誤． 【點睛】光的波長越大，頻率越小，同一介質(zhì)對其的折射率越小，光子的能量越小． 3【答案】 AD 【解析】搖動的梳子在空中產(chǎn)生電磁波，電磁波是橫波，選項A正確；電磁波能在真空中傳播，選項B錯誤；電磁波傳播的方向與振動方向垂直，選項C錯誤；電磁波在空氣中傳播的速度約為光速，選項D正確。 4【答案】 A A 5【答案】 大于 6【答案】 C 7【答案】 B 【解析】b光的偏折程度大于a光，則b光的折射率大于a光，根據(jù)sinC=知，a光的全反射臨界角大于b光全反射臨界角．故A錯誤．因為a光的折射率小，則a光的波長大，根據(jù)△x＝λ知，則a光的干涉條紋間距寬．故B正確．根據(jù)得，a光的折射率小，則a光在介質(zhì)中的傳播速度大于b光．故C錯誤．a(chǎn)光的折射率小，則a光的頻率小，b光能使某金屬發(fā)生光電效應，a光不一定能使該金屬發(fā)生光電效應．故D錯誤．故選B． 點睛：解決本題的突破口，比較出兩光的折射率大小，從而得出頻率、波長、臨界角、在介質(zhì)中的波速等大小關系． 8【答案】 A 【解析】因紅光的折射率最小，則經(jīng)透鏡折射后的焦距最長，即物體更靠近紅光的焦點位置，則所成的像最大，故選項A正確，BC錯誤；因白光是復色光，各種顏色的光成像的位置不重合，則圖像最不清晰，選項D錯誤；故選A. 9【答案】 D 10【答案】 B 【解析】由圖可知，光線經(jīng)兩面鏡反射后的光線如圖所示，夾角為i，由幾何關系可知，∠i=∠CAB+∠ABC；作出兩次反射的法線，如圖所示，則有：∠CAB+∠ABC=Φ；則可知i=2Φ，故B正確，ACD錯誤．故選B． 點睛：本題考查光的反射定律的應用，要注意光學問題作出光路路再根據(jù)幾何關系求解是解題的關鍵． 11【答案】 C 【解析】若光在界面上發(fā)生全反射現(xiàn)象，則沒有折射現(xiàn)象發(fā)生，A錯誤；光在真空中的傳播速度最大，在水中的傳播速度小于在真空中的傳播速度，B錯誤；偏振是橫波的特點，光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，C正確；光的干涉和衍射現(xiàn)象僅說明光具有波動性，D錯誤． 12【答案】 B 【解析】由題單色光從空氣射向該介質(zhì)時，入射角i=45，折射角r=30，則該介質(zhì)的折射率為，故選B． 點睛：折射率公式是幾何光學基本知識，要注意適用的條件是光從真空射入介質(zhì)發(fā)生折射． 13【答案】 D 點睛：本題關鍵依據(jù)光路圖來判定光的折射率大小，然后根據(jù)折射率定義公式比較折射率大小，學會判定頻率高低的方法，同時掌握光電效應方程，及遏止電壓與最大初動能的關系． 14【答案】（1）（2） 【解析】（1）光在三棱鏡中傳播光路如圖所示，由幾何關系可得， 由折射定律 所以 （2）光在玻璃中的速度為 由幾何關系得 所以 15【答案】 ① ②見解析 【解析】試題分析：①光經(jīng)AB面反射，在BC面上的折射與反射光路如圖所示， 即60＞C，因此光線在AB面上會發(fā)生全反射 考點：光的折射定律；全反射 【名師點睛】本題是幾何光學問題，作出光路圖是解題的關鍵之處，再運用幾何知識求出入射角、折射角，即能很容易解決此類問題。 16【答案】 ①；②10cm 【解析】試題分析： ①光在圓柱體中的傳播速度 ②設光線PC經(jīng)折射后經(jīng)過B點，光路圖如圖所示 由折射定律有：① 又由幾何關系有：② 解①②得 光線PC離直線AB的距離CD=Rsinα＝10cm 則距離直線AB10cm的入射光線經(jīng)折射后能到達B點 考點：光的折射定律 17【答案】(1) (2) i＝45， (2)增加入射角，紫光先發(fā)生全反射，其折射光線消失， 設紫光的臨界角C， 有： 所以 C=450 此時入射角 光路如圖