1、专题十六 光电磁波与相对论备考篇【考情探究】课标解读考情分析备考指导考点内容光的折射与全反射1.理解光的折射定律。会测量材料的折射率。2.知道光的全反射现象及其产生的条件。由近几年考情分析可见,本专题主要考查光的折射、干涉和相对论等知识点,光的折射和相对论是考查的热点。考题形式多样,选择、填空、计算均有,难度中等。主要考查考生的科学推理素养。本专题的知识点特别多,因此复习时要主次分明,详略得当。对于光的折射定律的应用,画好光路图,利用几何知识找准关系是解决问题的关键;对于电磁波,要以麦克斯韦电磁场理论和电磁波谱为线,把各知识点串联起来,提高复习的效率。对于光的干涉、衍射、偏振现象,注意联系生活
2、中的实例进行理解。光的波动性1.观察光的干涉、衍射和偏振现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用。2.了解激光的特性。电磁波、相对论1.了解电磁波,知道电磁场的物质性。2.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。3.了解电磁振荡。4.知道电磁波的发射、传播和接收。5.认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。6.知道牛顿力学的局限性。初步了解相对论时空观。【真题探秘】基础篇【基础集训】考点一光的折射与全反射1.如图所示,一束光线从玻璃球的A点入射,入射角为60,光线折射入球后,经过一次反射再折射到球外的光线恰好平行于入射光线。(1)求玻璃球的折射率;(2)在B点是否
3、有光线折射出玻璃球?请写出证明过程。1.答案(1)3(2)有 证明略2.如图所示,一束光以45的入射角从AB面射入三棱镜中,棱镜的折射率n=2,光在真空中的传播速度c=3.0108m/s。求:(1)光在棱镜中的传播速度;(2)光在棱镜中的折射角。2.答案(1)2.1108m/s(2)30考点二光的波动性3.(多选)下列说法正确的有()A.光的偏振现象说明光是横波B.阳光下肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象C.受迫振动的频率与振动系统的固有频率有关D.变化的磁场一定产生变化的电场3.答案AB4.2018江苏南京调研,12B(1)(多选)下列说法正确的是()A.单缝衍射实验中,缝越宽,条纹越亮,衍射现象
4、越明显B.光纤通信、医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理C.机械波传播过程中,某质点在一个周期内向前移动一个波长的距离D.地球上的人看来,接近光速运动的飞船中的时钟变慢了4.答案BD5.(多选)下列说法正确的是()A.只有发生共振时,受迫振动的频率才等于驱动力的频率B.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度C.地球上接收到离地球远去的遥远星球发出的光的波长要变长D.全息照相利用了干涉原理5.答案CD考点三电磁波、相对论6.关于无线电波的发射和接收,下述说法中正确的是()A.为了将信号发射出去,先要进行调谐B.为了从各个电台发出的电磁波中将需要的选出来,就要进行调制
5、C.为了从高频电流中取出声音信号,就要进行调频D.以上说法都不对6.答案D7.(多选)下列关于电磁波谱各成员说法正确的是()A.最容易发生衍射现象的是无线电波B.紫外线有明显的热效应C.X射线穿透能力较强,所以可用来检查工件D.晴朗的天空看起来是蓝色,是光散射的结果7.答案ACD8.如图所示,沿铁路排列的A、B两电线杆正中间安装一闪光装置C,光信号到达A电线杆称为事件1,到达B电线杆称为事件2。则()A.在地面观察者看来,事件1比事件2先发生;在车厢中的观察者看来,事件1、2同时发生B.在地面观察者看来,事件1比事件2后发生;在车厢中的观察者看来,事件1、2同时发生C.在地面观察者看来,事件1
6、、2同时发生;在车厢中的观察者看来,事件2比事件1后发生D.在地面观察者看来,事件1、2同时发生;在车厢中的观察者看来,事件2比事件1先发生8.答案D综合篇【综合集训】拓展一光的干涉、衍射与偏振1.2018江苏南京、盐城一模联考,12B(1)(多选)如图所示的四种明暗相间条纹,是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样。图中黑色部分代表亮纹,下列四幅图中由红光形成的图样是()1.答案AD2.2018江苏如皋调研,12B(1)(多选)在研究材料A的热膨胀特性时,可采用如图所示的干涉实验法,A的上表面是一光滑平面,在A的上方放一个透明的平行板B,B与A上表面平
7、行,在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜。现在用波长为的单色光垂直照射,同时对A缓慢加热,在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为t1时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗;当温度升到t2时,亮度再一次回到最亮,则()A.出现最亮时,B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B.出现最亮时,B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强C.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加4D.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加22.答案BD3.(2020届江苏苏州月考,4)(多选)如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则()A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光
8、C.以SP为轴将B转过180后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90后,在P处将看到光亮3.答案BD拓展二对电磁波的进一步认识4.(2020届江苏无锡月考,5)关于电磁场理论,下列说法中正确的是()A.在电场的周围空间一定产生磁场B.任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场C.均匀变化的电场周围空间一定产生变化磁场D.振荡电场在周围空间产生变化的磁场4.答案D5.(2020届江苏南京月考,3)电磁波按照波长或频率的大小顺序进行排列,就是电磁波谱,电磁波的波长和频率不同,表现出来的特性也不同。关于电磁波,下列说法正确的是()A.不同波长的电磁波在真空的传播速度相等B.只有高温物体才辐射红外
9、线C.紫外线具有较强的穿透能力,医学上可以用来透视人体D.电磁波谱中最不容易发生明显衍射的是无线电波5.答案A应用篇应用一折射定律的应用【应用集训】1.(2020届江苏盐城月考,5)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中,发生了如图所示的折射现象()。下列结论中正确的是()A.光束a在水中的传播速度比光束b小B.水对光束a的折射率比对光束b的折射率小C.若分别用a、b两束光做双逢干涉实验,b光的干涉条纹较宽D.若分别让a、b两束光从水中射向空气发生全反射,则a光的临界角较小答案B2.(2019江苏常州月考,8)(多选)如图所示,从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经
10、过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的a、b间形成一条彩色光带。下列说法中正确的是()A.a侧是红色光,b侧是紫色光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D.三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率答案BC3.2019课标,34(2),10如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m。距水面4m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53(取sin53=0.8)。已知水的折射率为43。()求桅杆到P点的水平距离;()船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹
11、角为45时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。答案()7m()5.5m应用二双缝干涉规律的应用【应用集训】1.2018江苏南京月考,12B(1)(多选)某同学按实验装置安装好双缝干涉的相关仪器后,观察光的干涉现象,获得成功,若他在此基础上对仪器的安装做如下改动,还能使实验成功的是()A.将遮光筒内的光屏,向靠近双缝的方向移动少许,其他不动B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动C.将单缝向双缝移动少许,其他不动D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动答案ABC2.(2020届江苏淮安月考,7)(多选)如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一上表面水平的薄凸透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气
12、膜,让一束单波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的内疏外密的同心圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是()A.干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的答案AC3.(2020届江苏连云港高级中学月考,6)市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照射物品处产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀有一层折射率为n的
13、薄膜,这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以表示此红外线在真空中的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为()A./4B./2C./(4n)D./(2n)答案C创新篇【创新集训】1.如图,MN是竖直放置的长L=0.5m的平面镜,观察者在A处观察,有一小球从某处自由下落,小球下落的轨迹与平面镜相距d=0.25m,观察者能在镜中看到小球像的时间t=0.2s。已知观察的眼睛到镜面的距离s=0.5m,求小球从静止开始下落经多长时间,观察者才能在镜中看到小球的像。(取g=10m/s2)1.答案0.275s2.(2019江苏徐州第一高级中学月考,14)晴天晚上,人能看见卫星的条件是卫星被太阳照射且在
14、人的视野之内,一个可看成漫反射体的人造地球卫星的圆形轨道与赤道共面,卫星自西向东运动,春分期间太阳光垂直射向赤道,赤道上某处的人在日落后8小时在西边的地平线附近恰能看到卫星,之后卫星极快地变暗而看不到了,已知地球的半径R地=6.4106m,地面上的重力加速度为10m/s2。估算:(答案要求精确到两位有效数字)(1)卫星轨道离地面的高度;(2)卫星的线速度大小。2.答案(1)6.4106m(2)5.7103m/s3.如图所示,一小球A与一个白炽灯泡S紧靠在一起,小球在灯泡的右侧,小球可看成质点,灯泡可视为一点光源,P为一个竖直放置的屏幕,P与光源之间的距离为L,今将小球以水平速度v0向右抛出。(
15、1)试证明小球运动过程中(没有碰到屏幕)它在屏幕上的影子将沿屏幕向下做匀速运动。(2)求影子的运动速度。3.答案(1)见解析(2)gL2v0(1)如图所示,作出小球在t时刻形成影子的光路图。小球在运动过程中做平抛运动,由其运动规律可知:y=12gt2x=v0t由三角形相似可知:yh=xL联立以上三式可得:h=gLt2v0,式中,g、v0、L均为常量,表明影子的位移与运动的时间成正比,即影子沿屏幕向下做匀速运动。【五年高考】A组基础题组1.2018江苏单科,12B(1)(多选)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波()A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向
16、传播D.在空气中的传播速度约为3108m/s1.答案AD2.2017江苏单科,12B(1)(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有()A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢2.答案AC3.2016江苏单科,12B(1)一艘太空飞船静止时的长度为30m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,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30mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC.飞船上的观测者
17、测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c3.答案B4.2014江苏单科,12B(1)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到(甲)图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如(乙)图所示。他改变的实验条件可能是()A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源4.答案B5.2018江苏单科,12B(2)两束单色光A、B的波长分别为A、B,且AB,则(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大。用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到(选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大。5.
18、答案AA6.2017江苏单科,12B(3)人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为2,且D=2R。求光线的会聚角。(示意图未按比例画出)6.答案307.2015江苏单科,12B(3)人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n。7.答案44914(或1.5)8.2019江苏单科,13B(2)(3)(2)将两支铅笔并排放在一起,中间留
19、一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。(3)如图所示,某L形透明材料的折射率n=2。现沿AB方向切去一角,AB与水平方向的夹角为。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气,求的最大值。8.答案(2)衍射接近(3)609.2016江苏单科,12B(2)(3)(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,即两列光的相同。如图所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚
20、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。(3)在上述杨氏干涉实验中,若单色光的波长=5.8910-7m,双缝间的距离d=1mm,双缝到屏的距离l=2m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。9.答案(2)频率C(3)1.17810-2mB组综合题组1.2015课标,34(1),5分(多选)如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为,经折射后射出a、b两束光线。则()A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使角逐渐变大,则
21、折射光线a首先消失E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距1.答案ABD2.2018课标,34(1),5分如图,ABC为一玻璃三棱镜的横截面,A=30。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60,则玻璃对红光的折射率为。若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角(填“小于”“等于”或“大于”)60。2.答案3大于3.2014江苏单科,12B(3)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图如图。一束光以入射角i从a点入射,经过折射
22、和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。3.答案2n2dcn2-sin2i+2hccosi4.2019课标,34(2)如图,直角三角形ABC为一棱镜的横截面,A=90,B=30。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜,然后垂直于AC边射出。()求棱镜的折射率;()保持AB边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。4.答案()3()3-22C组教师专用题组1.2017课标,34(1),5分(多选)在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干
23、涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是()A.改用红色激光B.改用蓝色激光C.减小双缝间距D.将屏幕向远离双缝的位置移动E.将光源向远离双缝的位置移动答案ACD2.2013江苏单科,12B(2)如图所示,两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L,则A测得两飞船间的距离(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号,A测得该信号的速度为。答案大于c(或光速)3.2013江苏单科,12B(3)图为单反照相机取景器的示意图,ABCDE为五棱镜的一个截面,ABBC。光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两
24、次反射的入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是多少?(计算结果可用三角函数表示)答案1sin22.54.2012江苏单科,12B(1)(2)(1)如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是。A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变(2)“测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时,要使它。如图所示是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两
25、个边。根据该图可算得玻璃的折射率n=。(计算结果保留两位有效数字)答案(1)C(2)挡住C及A、B的像1.8(1.61.9都算对)5.2017课标,34(2),10分如图,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。答案1.43【三年模拟】时间:30分钟分值45分一、单项选择题(每小题3分,共15分)1.(2019江苏常州期中,4)电磁波已成为现代生活中不可缺少的信息传递方式,
26、比较手机信号、激光信号和电视机遥控器信号在真空中的传播速度,下列说法正确的是()A.手机信号的传播速度最小B.激光信号的传播速度最小C.电视遥控器信号的传播速度最小D.三种信号的传播速度相同1.答案D2.(2020届江苏无锡期中,3)如图所示,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为a、b,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则()A.anbB.ab,nab,nab,nanb2.答案C3.(2020届江苏苏州调研,3)下列关于光的说法中正确的是()A.托马斯杨通过光的单缝衍射实验,证明了光是一种波B.日落时分,在岸上拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振光片可以使影
27、象更清晰C.马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的衍射现象D.照相机镜头表面涂上增透膜,以增强透射光的强度,是应用了光的全反射现象3.答案B4.(2019江苏扬州中学开学考试,4)目前雷达发出的电磁波频率多在200MHz1000MHz的范围内,下列关于雷达和电磁波的说法正确的是()A.真空中,上述频率范围内的电磁波的波长在30m到150m之间B.电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的C.波长越短的电磁波,越容易绕过障碍物,便于远距离传播D.测出电磁波从发射到接收的时间,就可以确定发射点到障碍物的距离4.答案D5.(2019江苏扬州中学四模,7)下列说法中正确的是()A.真空中的光速与光源的运动有关B
28、.X射线是比紫外线频率低的电磁波C.机械波和电磁波本质上不相同,但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象D.在“用单摆测定重力加速度”的实验中,为使实验结果较为准确,应在小球摆动到最高点时开始计数5.答案C二、多项选择题(每小题4分,共16分)6.(2019江苏南通等七市三调)下列说法中正确的有()A.汽车减震系统的固有周期远大于外界冲击力的周期B.照相机镜头涂有增透膜,各种颜色的可见光能几乎全部透过镜头C.观看3D电影时,观众戴的偏振眼镜两个镜片的偏振方向相平行D.车站行李安检机采用X射线检查,X射线穿透能力比紫外线强6.答案AD7.(2019江苏南京三模)下列说法正确的是()A.共享单车是
29、“新四大发明”之一。手机和互联网、互联网和单车之间都是通过红外线传递信息的B.我国新型隐形战机J-20由于使用了吸收雷达电磁波材料,在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱,因此很难被发现C.发生沙尘暴时能见度只有几十米,天空变黄发暗,这是由于发生沙尘暴时只有波长较大的一部分光能到达地面D.当声源相对于观察者运动时,观察者听到的声音的音调一定变高7.答案BC8.(2019江苏宿迁期中,6)在照相机镜头上常涂有增透膜,关于增透膜的说法正确的是()A.增透膜的厚度为绿光在真空中波长的1/4B.增透膜的厚度为绿光在增透膜中波长的1/4C.绿光从增透膜前、后表面反射的反射光互相抵消D.绿光从增透膜前、后表
30、面反射的反射光互相叠加使绿光振动加强8.答案BC9.(2020届江苏常州月考,9)如图所示,a、b和c都是厚度均匀的平行玻璃板,a和b、b和c之间的夹角都为,一细光束由红光和蓝光组成,以入射角从O点射入a板,且射出c板后的两束单色光射在地面上P、Q两点,由此可知()A.射出c板后的两束单色光与入射光平行B.射到P点的光在玻璃中的折射率较大B.射到P点的光在玻璃中的传播速度较大,波长较大D.若稍微增大入射角,光从b板上表面射入到其下表面时,在该界面上有可能发生全反射7.答案AB三、非选择题(共14分)10.(14分)(2020届江苏淮安月考,15)如图,玻璃球冠的半径为R,折射率为3,其底面镀银,底面半径是球半径的32,在过球心O且垂直底面的平面(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:()该光线在底面发生反射的N点(未画出)到A点的距离;()该光线从球面射出的位置与入射点M的距离。10.答案()33R()2R
