2023版高三物理一輪復(fù)習(xí)專題14光學(xué)電磁波相對論（含2023年高考真題）

PAGEPAGE2專題14光學(xué)電磁波相對論1.[2022·全國卷Ⅰ][物理——選修3-4]如圖1-，在注滿水的游泳池的池底有一點光源A，它到池邊的水平距離為3.0m．從點光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角，水的折射率為eq\f(4,3).圖1-(i)求池內(nèi)的水深；(ii)一救生員坐在離池邊不遠(yuǎn)處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為2.0m．當(dāng)他看到正前下方的點光源A時，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45°.求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結(jié)果保存1位有效數(shù)字)．解析：(i)如圖，設(shè)到達(dá)池邊的光線的入射角為i，依題意，水的折射率n＝eq\f(4,3)，光線的折射角θ＝90°，由折射定律有nsini＝sinθ①由幾何關(guān)系有sini＝eq\f(l,\r(l2＋h2))②式中，l＝3m，h是池內(nèi)水的深度，聯(lián)立①②式并代入題給數(shù)據(jù)得h＝eq\r(7)m≈2.6m③(ii)設(shè)此時救生員的眼睛到池邊的距離為x.依題意，救生員的視線與豎直方向的夾角為θ′＝45°.由折射定律有nsini′＝sinθ′④式中，i′是光線在水面的入射角．設(shè)池底點光源A到水面入射點的水平距離為a，由幾何關(guān)系有sini′＝eq\f(a,\r(a2＋h2))⑤x＋l＝a＋h′⑥式中h′＝2m，聯(lián)立③④⑤⑥式得x＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3\r(\f(7,23))－1))m≈0.7m⑦2．[2022·全國卷Ⅲ][物理——選修3-4]如圖1-所示，玻璃球冠的折射率為eq\r(3)，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的eq\f(\r(3),2)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．圖1-解析：設(shè)球半徑為R，球冠底面中心為O′，連接OO′，那么OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有cosα＝eq\f(O′A,OA)＝eq\f(\f(\r(3),2)R,R)①即α＝30°②由題意MA⊥AB所以∠OAM＝60°設(shè)圖中N點為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點，所考慮的光線的光路圖如下圖．設(shè)光線在M點的入射角為i、折射角為r，在N點的入射角為i′，反射角為i″，玻璃折射率為n.由于△OAM為等邊三角形，有i＝60°④由折射定律有sini＝nsinr⑤代入題給條件n＝eq\r(3)得r＝30°⑥作底面在N點的法線NE，由于NE∥AM，有i′＝30°⑦根據(jù)反射定律，有i″＝30°⑧連接ON，由幾何關(guān)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°?3.[2022·天津卷]圖1-是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干預(yù)裝置后在屏上形成的干預(yù)圖樣，那么()圖1-A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的大B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時，a光的飽和電流大D．假設(shè)兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大答案：D解析：從圖中可以看出，a光干預(yù)條紋的間距比b光干預(yù)條紋的間距要小，由于是在同一雙縫干預(yù)裝置上形成的干預(yù)圖樣，因此a光的波長小于b光的波長，a光的頻率大于b光的頻率，a光的折射率大于b光的折射率，所以在同種均勻介質(zhì)中傳播時，a光的速度小于b光的速度，A錯誤；從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時，a光的臨界角小于b光的臨界角，B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的光電流大小與光子的能量和光強有關(guān)，故無法判斷飽和電流的大小，選項C錯誤；a光的頻率高，光子的能量大，故由氫原子能級躍遷產(chǎn)生這兩種光時，產(chǎn)生a光的能級能量差大，D正確．4．[2022·江蘇卷]B．[選修3-4](2)楊氏干預(yù)實驗證明光確實是一種波，一束單色光投射在兩條相距很近的狹縫上，兩狹縫就成了兩個光源，它們發(fā)出的光波滿足干預(yù)的必要條件，那么兩列光的________相同．如圖1-所示，在這兩列光波相遇的區(qū)域中，實線表示波峰，虛線表示波谷，如果放置光屏，在________(選填“A〞“B〞或“C〞)點會出現(xiàn)暗條紋．圖1-答案：頻率C解析：只有頻率相同的兩列波才可能發(fā)生干預(yù)現(xiàn)象．只有波峰與波谷相遇處才是振動減弱點，也就是出現(xiàn)暗條紋處．4.〔2022年上海卷2題2分〕一束單色光由空氣進入水中，那么該光在空氣和水中傳播時〔A〕速度相同，波長相同〔B〕速度不同，波長相同〔C〕速度相同，頻率相同〔D〕速度不同，頻率相同答案：D解析：不同的單色光頻率不相同，同一單色光在不同的介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，光的頻率不會發(fā)生改變；由公式可以判斷，水的折射率大于空氣的，所以該單色光進入水中后傳播速度減小。應(yīng)選項D正確。5.〔2022年上海卷2題2分〕各種不同頻率范圍的電磁波按頻率由大到小的排列順序是〔A〕γ射線、紫外線、可見光、紅外線〔B〕γ射線、紅外線、紫外線、可見光〔C〕紫外線、可見光、紅外線、γ射線〔D〕紅外線、可見光、紫外線、γ射線答案：A解析：在電磁波譜中，各電磁波按照頻率從小到大的排列順序是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、γ射線，所以選項A正確。6.〔2022年上海卷9題3分〕在雙縫干預(yù)實驗中，屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，那么〔A〕中間條紋間距較兩側(cè)更寬〔B〕不同色光形成的條紋完全重合〔C〕雙縫間距離越大條紋間距離也越大〔D〕遮住一條縫后屏上仍有明暗相間的條紋答案：D解析：據(jù)干預(yù)圖樣的特征可知，干預(yù)條紋特征是等間距、彼此平行，應(yīng)選項A錯誤；不同色光干預(yù)條紋分布位置不相同，因此選項B錯誤；據(jù)公式可知，雙縫間距d越大，干預(yù)條紋距離越小，應(yīng)選項C錯誤；遮住一條縫后，變成了單縫衍射，光的衍射也有衍射條紋，應(yīng)選項D正確。7．[2022·全國卷Ⅱ][物理——選修3-4]關(guān)于電磁波，以下說法正確的選項是________．A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度、磁感應(yīng)強度均垂直D．利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸E．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，假設(shè)波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失答案：ABC解析：電磁波在真空中傳播速度不變，與頻率無關(guān)，選項A正確；電磁波由周期性變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)得到，選項B正確；電磁波傳播方向與電場方向、磁場方向均垂直，選項C正確；光是一種電磁波，光可在光導(dǎo)纖維中傳播，選項D錯誤；電磁波具有能量，電磁振蕩停止后，已形成的電磁波仍會在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播，選項E錯誤．8.[2022·北京卷6分]以下說法正確的選項是()A．電磁波在真空中以光速c傳播B．在空氣中傳播的聲波是橫波C．聲波只能在空氣中傳播D．光需要介質(zhì)才能傳播答案：A解析：光波屬于電磁波，光波在真空中的速度也就是電磁波在真空中的速度，選項A正確．空氣中的聲波是振源的振動造成空氣密度的變化而產(chǎn)生的，它存在密部和疏部，屬于縱波，選項B不正確．聲波不僅僅能在空氣中傳播，在固體、液體中都可以傳播，選項C不正確．光波屬于電磁波，電磁波是通過電磁場的交替變化傳遞的，不需要介質(zhì)，選項D不正確．9.[2022·天津卷]我國成功研發(fā)的反隱身先進米波雷達(dá)堪稱隱身飛機的克星，它標(biāo)志著我國雷達(dá)研究又創(chuàng)新的里程碑，米波雷達(dá)發(fā)射無線電波的波長在1～10m范圍內(nèi)，那么對該無線電波的判斷正確的選項是()圖1-A．米波的頻率比厘米波頻率高B．和機械波一樣須靠介質(zhì)傳播C．同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象D．不可能產(chǎn)生干預(yù)和衍射現(xiàn)象答案：C解析：根據(jù)波速、波長與頻率的關(guān)系可知，波長越長的波，頻率越低，所以米波的頻率比厘米波的頻率低，A錯誤；米波和厘米波都是無線電波，傳播不需要介質(zhì)，B錯誤；無線電波同光波一樣能夠發(fā)生反射、干預(yù)和衍射現(xiàn)象，C正確，D錯誤．10．[2022·江蘇卷]B．[選修3-4](1)一艘太空飛船靜止時的長度為30m，它以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行經(jīng)過地球，以下說法正確的選項是________．A．飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30mB．地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30mC．飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于cD．地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c答案：B解析：根據(jù)狹義相對論，在靜止的觀察者看來，沿自身長度方向運動的桿縮短．而光速相對于任何慣性系來說總是不變，應(yīng)選B.11.[2022·四川卷5分]某同學(xué)通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n.如圖1-甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑．該同學(xué)測得多組入射角i和折射角r，作出sini-sinr圖像如圖乙所示．那么()圖1-A．光由A經(jīng)O到B，n＝1.5B．光由B經(jīng)O到A，n＝1.5C．光由A經(jīng)O到B，n＝0.67D．光由B經(jīng)O到A，n＝0.67答案：B解析：在此題中，介質(zhì)折射率為空氣中角度的正弦值和介質(zhì)中角度的正弦值之比，那么n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(0.9,0.6)＝1.5.又由于題目中所說的入射角為i，可以得出光線是從B經(jīng)O到A，應(yīng)選項B正確．12．[2022·江蘇卷]B．[選修3-4](3)在上述楊氏干預(yù)實驗中，假設(shè)單色光的波長λ＝5.89×10－7m，雙縫間的距離d＝1mm，雙縫到屏的距離l＝2m．求第1個亮條紋到第11個亮條紋的中心間距．解析：相鄰亮條紋的中心間距Δx＝eq\f(l,d)λ由題意知，亮條紋的數(shù)目n＝10那么L＝eq\f(nlλ,d)，代入數(shù)據(jù)得L＝1.78×10－2m.12.[2022·海南卷[物理——選修3-48分]〔2〕(8分)如圖，半徑為R的半球形玻璃體置于水平桌面上，半球的上外表水平，球面與桌面相切于A點。一細(xì)束單色光經(jīng)球心O從空氣中攝入玻璃體內(nèi)〔入射面即紙面〕，入射角為45°，出射光線射在桌面上B點處。測得AN之間的距離為.現(xiàn)將入射光束在紙面內(nèi)向左平移，求射入玻璃體的光線在球面上恰好發(fā)生全反射時，光束在上外表的