2021新高考物理二輪復習專題限時集訓15光與電磁波

專題限時集訓(十五)(建議用時：40分鐘)1．(多選)(2019·山東青島模擬)關于光現(xiàn)象及其應用，下列說法正確的有()A．用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象B．光導纖維傳輸信號是利用光的干涉現(xiàn)象C．分別用藍光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實驗，用紅光時得到的條紋間距更寬D．玻璃內(nèi)氣泡看起來特別明亮，是因為光線從氣泡中射出的原因AC[用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的干涉，選項A正確；光導纖維傳輸信號是利用光的全反射現(xiàn)象，選項B錯誤；根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ知，同一裝置，波長越長條紋間距越寬，選項C正確；玻璃中的氣泡看起來特別明亮是因為光從玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，選項D錯誤。]2．(多選)下列有關敘述正確的是()A．第四代移動通信系統(tǒng)(4G)采用1880～2690MHz間的四個頻段，該電磁波信號的磁感應強度隨時間是非均勻變化的B．狹義相對論的時間效應，可通過衛(wèi)星上的時鐘與地面上的時鐘對比進行驗證，高速運行的衛(wèi)星上的人會認為地球上時鐘變快C．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D．向人體內(nèi)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受，測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法應用的是共振原理AC[第四代移動通信系統(tǒng)(4G)采用1880～2690MHz間的四個頻段，該電磁波信號的磁感應強度隨時間是周期性變化的，是非均勻變化的，故A正確；狹義相對論中有運動延遲效應，即“動鐘變慢”，高速運行的衛(wèi)星上的人會認為地面上的時鐘變慢，故B錯誤；單擺在周期性外力作用下做受迫振動，其振動周期由驅(qū)動力的周期決定，與單擺的固有周期無關，故與擺長無關，故C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，這種方法應用的是多普勒效應原理，故D錯誤。]3．如圖為俯視圖，光屏MN水平放置，半圓柱形玻璃磚放在水平面上，其平面部分ab與屏平行。由光源S發(fā)出的一束白光沿半徑方向射入玻璃磚，通過圓心O再射到屏上。在水平面內(nèi)繞過O點的豎直軸沿逆時針方向緩緩轉(zhuǎn)動玻璃磚，在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶。當玻璃磚轉(zhuǎn)動角度大于某一值時，屏上彩色光帶中的某種顏色的色光首先消失。下列說法正確的是()A．通過實驗說明，同種材料中各種色光的折射率不同，紅光折射率較大B．由n＝eq\f(c,v)可知，玻璃磚中紅光傳播速度較小C．由n＝eq\f(1,sinC)可知，紅光在ab界面發(fā)生全反射的臨界角較大D．轉(zhuǎn)動玻璃磚的過程中最先消失的是紅光C[實驗中紅光折射的程度最小，說明紅光的折射率小，選項A錯。由介質(zhì)中光速v＝eq\f(c,n)知紅光在玻璃中的傳播速度較大，選項B錯。由sinC＝eq\f(1,n)知紅光發(fā)生全反射的臨界角較大，紫光的臨界角最小，由發(fā)生全反射的條件知，最先消失的是紫光，選項C對、D錯。]4．(2020·濰坊市高三第一次模擬考試)一束復色光由空氣斜射向平行玻璃磚，入射角為θ，從另一側(cè)射出時分成a、b兩束單色光，如圖所示，下列說法正確的是()A．在該玻璃中a的傳播速度比b的小B．b比a更容易發(fā)生衍射C．增大θ(θ<90°)，a、b可能不會從另一側(cè)射出D．a(chǎn)從該玻璃射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角比b的大D[由圖可看出，光線通過平行玻璃磚后，a光偏折程度較小，b光偏折程度較大，說明玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率，由v＝eq\f(c,n)可知，在該玻璃中a的傳播速度比b的大，故選項A錯誤；a光的折射率較小，頻率較低，波長較長，則a比b更容易發(fā)生衍射，故選項B錯誤；光射到玻璃磚下表面時的入射角等于在上表面的折射角，由光路可逆原理可知光一定能從下表面射出，故選項C錯誤；由sinC＝eq\f(1,n)可知，由于玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率，則a光發(fā)生全反射的臨界角更大，故選項D正確。]5．(2020·天津高考·T3)新冠肺炎疫情突發(fā)，中華兒女風雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長城。志愿者用非接觸式體溫測量儀，通過人體輻射的紅外線測量體溫，防控人員用紫外線燈在無人的環(huán)境下消殺病毒，為人民健康保駕護航。紅外線和紫外線相比較()A．紅外線的光子能量比紫外線的大B．真空中紅外線的波長比紫外線的長C．真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大D．紅外線能發(fā)生偏振現(xiàn)象，而紫外線不能B[根據(jù)電磁波譜可知，紅外線的頻率小于紫外線的頻率，真空中紅外線的波長大于紫外線的波長，由光子能量公式可知，紅外線光子能量小于紫外線光子能量，選項A錯誤，B正確；真空中任何光的傳播速度都相等，所以真空中紅外線的傳播速度等于紫外線的傳播速度，選項C錯誤；由于光是橫波，都能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，所以紅外線和紫外線都能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，選項D錯誤。]6．(原創(chuàng)題)一玻璃磚的橫截面為直角三角形ABC，如圖所示，∠ACB＝30°，∠A＝90°，斜邊邊長為L，玻璃磚的折射率為n＝eq\r(2)。有一束光線垂直照射到AB上的E點，E點是AB邊的中點，光在真空中的傳播速度為c，不考慮折射后的反射光線。(1)當光線到達BC時，判斷光線是否會從BC射出；(2)求光線在玻璃磚中傳播所用的時間。[解析](1)作出光線進入玻璃磚后剛到達BC上的O1處時的光路圖，如圖1所示。由幾何知識可知光線在BC上的入射角為α1＝60°，設光線在玻璃磚中發(fā)生全反射時的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,\r(2))，C＝45°α1＞45°，故光線會在BC上發(fā)生全反射，不會從BC射出。圖1圖2(2)作出光線第一次射到AC上的O2處的光路圖如圖2所示，根據(jù)幾何知識可知光線在AC上的入射角為α2＝90°－α1＝30°＜C即光線會從AC邊射入空氣中光在玻璃磚中的傳播速度為v＝eq\f(c,n)＝eq\f(c,\r(2))根據(jù)幾何知識可知光線在玻璃磚中通過的路程為s＝eq\x\to(EO1)＋eq\x\to(O1O2)＝eq\f(L,2)cos30°＋eq\f(L,4cos30°)＝eq\f(5\r(3),12)L故光線在玻璃磚中傳播所用的時間為t＝eq\f(s,v)＝eq\f(5\r(6)L,12c)[答案](1)不會(2)eq\f(5\r(6)L,12c)7．(原創(chuàng)題)(多選)如圖所示，三棱鏡的橫截面ABC為直角三角形，∠B＝90°，∠A＝30°。一束復色光從空氣射向BC上的E點，分成兩束光a、b后分別偏折到AB上的F、G點，光線EF平行于底邊AC。已知入射光與BC的夾角為θ＝45°，下列說法正確的是()A．三棱鏡對a光的折射率為eq\r(2)B．a(chǎn)光在F點能發(fā)生全反射C．b光發(fā)生全反射的臨界角比a光的小D．a(chǎn)、b光用同一種裝置做雙縫干涉實驗時，a光產(chǎn)生的條紋間距更寬AB[a光在BC界面的入射角i＝45°，折射角r＝30°，根據(jù)折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，A正確；a光在AB界面的入射角為i′＝60°，而a光發(fā)生全反射的臨界角C的正弦值sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，則C＝45°，i′＞C，所以a光在F點能發(fā)生全反射，B正確；由幾何關系知，a光在三棱鏡中的偏折程度比b光的大，則三棱鏡對a光的折射率大于對b光的折射率，則由sinC＝eq\f(1,n)可知b光發(fā)生全反射的臨界角大于a光發(fā)生全反射的臨界角，C錯誤；由三棱鏡對a光的折射率大于對b光的折射率知，a光的波長比b光的短，由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，a光的干涉條紋間距小于b光的，D錯誤。]8．(2020·7月浙江高考·T13)如圖所示，圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上，光線從P點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射；當入射角θ＝60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c，則()A．玻璃磚的折射率為1.5B．OP之間的距離為eq\f(\r(2),2)RC．光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為eq\f(\r(3),3)cD．光從玻璃到空氣的臨界角為30°C[設P點到O點的距離為x，光線從P垂直入射，在圓形界面發(fā)生全反射，可知sinC＝eq\f(x,R)＝eq\f(1,n)；當入射角為60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行，說明光線從圓形表面中點射出，設光線從P點射入發(fā)生折射后的折射角為α，由幾何知識可知，sinα＝eq\f(x,\r(x2＋R2))，由折射定律有n＝eq\f(sin60°,sinα)，解得x＝eq\f(\r(3),3)R，n＝eq\r(3)，A、B項錯誤；臨界角C＝arcsineq\f(\r(3),3)≠30°，D項錯誤；又由n＝eq\f(c,v)?v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c，C項正確。]9．(2020·濟南市高三5月模擬)光刻機是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設備，光刻機的曝光波長越短，分辨率越高。“浸沒式光刻”是一種通過在光刻膠和投影物鏡之間加入浸沒液體，從而減小曝光波長、提高分辨率的技術，如圖所示，若浸沒液體的折射率為1.44，當不加液體時光刻膠的曝光波長為193nm，則加上液體時光刻膠的曝光波長約變?yōu)?)A．161nmB．134nmC．93nmD．65nmB[在不加液體時光刻膠的曝光波長λ0＝193nm，而λ0＝eq\f(c,f)，光進入折射率為n＝1.44的液體，在液體中傳播的速度為v＝eq\f(c,n)，加上液體后光刻膠的曝光波長λ＝eq\f(v,f)，聯(lián)立解得λ＝eq\f(λ0,n)≈134nm，B正確。]10．如圖所示是一束由紅光和藍光組成的復色光從空氣沿半徑方向射入半圓形玻璃磚界面發(fā)生反射和折射的光路圖，其中OA、OB為復色光，OC為單色光，下列說法正確的是()A．OC為藍光B．保持入射光不變，繞O點順時針轉(zhuǎn)動玻璃磚，OC會逐漸消失C．保持入射光不變，繞O點逆時針轉(zhuǎn)動玻璃磚，OC會逆時針轉(zhuǎn)動D．若將復色光沿CO射向玻璃磚，有可能不會出現(xiàn)折射光B[光線發(fā)生反射時，反射角等于入射角，反射光線、折射光線分布于法線兩側(cè)，得到AO為入射光線，OB為反射光線，OC為折射光線，又OC為單色光，說明有一種光已經(jīng)發(fā)生了全反射，根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)，知折射率大的光的全反射臨界角小，因此藍光先發(fā)生全反射，OC為紅光，A錯；繞O點順時針轉(zhuǎn)動玻璃磚，入射角增大，紅光也會逐漸達到臨界角，OC會逐漸消失，B對；由eq\f(sini,sinr)＝n得，sini＝nsinr，當r減小Δr時，sini′＝nsin(r－Δr)，i－i′＞Δr，則OC順時針轉(zhuǎn)動，C錯；光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時不會發(fā)生全反射，因此一定會有折射光線，D錯。]11．某透明介質(zhì)的橫截面如圖所示，APE是半徑為R的eq\f(1,4)圓弧，OBDE為正方形，P點到AB面的距離L＝eq\f(R,2)。現(xiàn)有一單色細光束沿PO方向射入透明介質(zhì)，射到AB面時恰好發(fā)生全反射。光在真空中的速度為c，求：(1)該光從透明介質(zhì)BD面上的Q點射出時，折射角θ的正弦值；(2)該光第一次從P點傳播到Q點的時間t。[解析](1)該光在透明介質(zhì)中傳播的光路如圖所示：設光射到AB面發(fā)生全反射的臨界角為C，透明介質(zhì)對該光的折射率為n，則有：sinC＝eq\f(1,n)又：sin(90°－C)＝eq\f(L,R)，i＝90°－C由光的折射定律有：eq\f(sinθ,sini)＝n聯(lián)立解得：sinθ＝eq\f(\r(3),3)。(2)該光第一次從P點傳播到Q點的路程：x＝R＋eq\f(R,sinC)該光第一次從P點傳播到Q點的時間：t＝eq\f(x,v)其中v＝eq\f(c,n)解得：t＝eq\f(22＋\r(3)R,3c)。[答案](1)eq\f(\r(3),3)(2)eq\f(22＋\r(3)R,3c)12．如圖所示，一束截面為圓形(半徑R＝1cm)的平行復色光垂直射向一玻璃半球的面。經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個圓形彩色亮區(qū)。已知玻璃半球的半徑也為R。屏幕S至球心的距離為d＝4cm。不考慮光的干涉和衍射，試問：(ⅰ)在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的最外側(cè)是什么顏色？(ⅱ)若玻璃半球?qū)A形亮區(qū)最外側(cè)單色光的折射率為n＝eq\r(3)，求屏幕S上圓形亮區(qū)的最大半徑。(結(jié)果可保留根號)[解析](ⅰ)復色光與半球形玻璃面的下表面相垂直，方向不變，但是在上面的圓弧面會發(fā)生偏折，紫光的折射率最大，臨界角最小，偏折能力最強，所以紫光偏折的最多，因此最外側(cè)是紫色。(ⅱ)如圖所示，紫光剛要發(fā)生全反射時的臨界光線射在屏幕S上的點D到亮區(qū)中心E的距離r就是所求最大半徑。設紫光臨界角為C，由全反射的知識：sinC＝eq\f(1,n)所以cosC＝eq\f(\r(n2－1),n)tanC＝eq\f(1,\r(n2－1))eq\x\to(OB)＝eq\f(R,cosC)＝eq\f(nR,\r(n2－1))r＝eq\f(d－\x\to(OB),tanC)＝deq\r(n2－1)－nR代入數(shù)據(jù)得：r＝(4eq\r(2)－eq\r(3))cm。[答案](ⅰ)紫色(ⅱ)(4eq\r(2)－eq\r(3))cm13．(2020·全國卷Ⅱ·T34(2))直角棱鏡的折射率n＝1.5，其橫截面如圖所示，圖中∠C＝90°，∠A＝30°。截面內(nèi)一細束與BC邊平行的光線，從棱鏡AB邊上的D點射入，經(jīng)折射后射到BC邊上。(ⅰ)光線在BC邊上是否會發(fā)生全反射？說明理由；(ⅱ)不考慮多次反射，求從AC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。[解析](ⅰ)如圖，設光線在D點的入射角為i，折射角為r。折射光線射到BC邊上的E點。設光線在E點的入射角為θ，由幾何關系，有θ＝90°－(30°－r)＞60° ①根據(jù)題給數(shù)據(jù)得sinθ＞sin60°＞eq\f(1,n) ②即θ大于全反射臨界角，因此光線在E點發(fā)生全反射。(ⅱ)設光線在AC邊上的F點射出棱鏡，光線的入射角為i′，折射角為r′，由幾何關系、反射定律及折射定律，有i＝30° ③i′＝90°－θ ④sini＝nsinr ⑤nsin