1、 专题 14 光学 电磁波 相对论 1.2016全国卷 物理选修 34 如图 1，在注满水的游泳池的池底有一点光源 A，它到池边的水平距离为 3.0 m从点光源A 射向池边的光线 AB 与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为43.图 1(i)求池内的水深；(ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为 2.0 m当他看到正前下方的点光源 A 时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为 45.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留 1 位有效数字)解析：(i)如图，设到达池边的光线的入射角为 i，依题意，水的折射率 n43，光线的折射角90，由折射定律有 n
2、sin isin 由几何关系有 sin ill2h2 式中，l3 m，h 是池内水的深度，联立式并代入题给数据得 h 7 m2.6 m (ii)设此时救生员的眼睛到池边的距离为 x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为45.由折射定律有 nsin isin 式中，i是光线在水面的入射角设池底点光源 A 到水面入射点的水平距离为 a，由几何关系有 sin iaa2h2 xlah 式中 h2 m，联立式得 x37231 m0.7 m 22016全国卷 物理选修 34 如图 1所示，玻璃球冠的折射率为 3，其底面镀银，底面的半径是球半径的 32 倍；在过球心 O 且垂直于底面的平面(纸面)内，有一
3、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 点求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角 图 1 解析：设球半径为 R，球冠底面中心为 O，连接 OO，则 OOAB.令OAO，有 cos OAOA 32 RR 即30 由题意 MAAB 所以OAM60 设图中 N 点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示设光线在 M点的入射角为 i、折射角为 r，在 N 点的入射角为 i，反射角为 i，玻璃折射率为 n.由于OAM 为等边三角形，有 i60 由折射定律有 sin insin r 代入题给条件 n 3得 r30 作底面在 N 点的法线
4、 NE，由于 NEAM，有 i30 根据反射定律，有 i 30 连接 ON，由几何关系知MANMON，故有MNO60 由式得ENO30 于是ENO 为反射角，ON 为反射光线这一反射光线经球面再次折射后不改变方向所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为 180ENO150 3.2016天津卷 图 1是 a、b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则()图 1 A在同种均匀介质中，a 光的传播速度比 b 光的大 B从同种介质射入真空发生全反射时 a 光临界角大 C照射在同一金属板上发生光电效应时，a 光的饱和电流大 D若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生 a 光的
5、能级能量差大 答案：D 解析：从图中可以看出，a 光干涉条纹的间距比 b 光干涉条纹的间距要小，由于是在同一双缝干涉装置上形成的干涉图样，因此 a 光的波长小于 b 光的波长，a 光的频率大于 b 光的频率，a 光的折射率大于 b 光的折射率，所以在同种均匀介质中传播时，a 光的速度小于 b光的速度，A 错误；从同种介质射入真空发生全反射时，a 光的临界角小于 b 光的临界角，B错误；发生光电效应的光电流大小与光子的能量和光强有关，故无法判断饱和电流的大小，选项 C 错误；a 光的频率高，光子的能量大，故由氢原子能级跃迁产生这两种光时，产生 a光的能级能量差大，D 正确 42016江苏卷 B选
6、修 34(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，则两列光的_相同如图1所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在_(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹 图 1 答案：频率 C 解析：只有频率相同的两列波才可能发生干涉现象只有波峰与波谷相遇处才是振动减弱点，也就是出现暗条纹处 4.（2016 年上海卷 2 题 2 分）一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时（A）速度相同，波长相同 （B）速度不同，波长相同（C）速度相同，频率相同 （D）速度不同，频率相同
7、 答案：D 解析：不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式cvn可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速度减小。故选项 D 正确。5.（2016 年上海卷 2 题 2 分）各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是（A）射线、紫外线、可见光、红外线（B）射线、红外线、紫外线、可见光（C）紫外线、可见光、红外线、射线（D）红外线、可见光、紫外线、射线 答案：A 解析：在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、射线，所以选项 A 正确。6.（2016 年上海卷 9 题
8、3 分）在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则（A）中间条纹间距较两侧更宽（B）不同色光形成的条纹完全重合（C）双缝间距离越大条纹间距离也越大（D）遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹 答案：D 解析：据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项 A 错误；不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项 B 错误；据公式lxd 可知，双缝间距 d 越大，干涉条纹距离越小，故选项 C 错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项 D 正确。72016全国卷 物理选修 34 关于电磁波，下列说法正确的是 _ A电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B周期性
9、变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 答案：ABC 解析：电磁波在真空中传播速度不变，与频率无关，选项 A 正确；电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到，选项 B 正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项 C 正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项 D 错误；电磁波具有能量，电磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项 E 错误 8.
10、2016北京卷 6 分 下列说法正确的是()A电磁波在真空中以光速 c 传播 B在空气中传播的声波是横波 C声波只能在空气中传播 D光需要介质才能传播 答案：A 解析：光波属于电磁波，光波在真空中的速度也就是电磁波在真空中的速度，选项 A 正确空气中的声波是振源的振动造成空气密度的变化而产生的，它存在密部和疏部，属于纵波，选项 B 不正确声波不仅仅能在空气中传播，在固体、液体中都可以传播，选项 C 不正确光波属于电磁波，电磁波是通过电磁场的交替变化传递的，不需要介质，选项 D 不正确 9.2016天津卷 我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米
11、波雷达发射无线电波的波长在 110 m 范围内，则对该无线电波的判断正确的是()图 1 A米波的频率比厘米波频率高 B和机械波一样须靠介质传播 C同光波一样会发生反射现象 D不可能产生干涉和衍射现象 答案：C 解析：根据波速、波长与频率的关系可知，波长越长的波，频率越低，所以米波的频率比厘米波的频率低，A 错误；米波和厘米波都是无线电波，传播不需要介质，B 错误；无线电波同光波一样能够发生反射、干涉和衍射现象，C 正确，D 错误 102016江苏卷 B选修 34(1)一艘太空飞船静止时的长度为 30 m，它以 0.6c(c 为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是_ A飞船上的观
12、测者测得该飞船的长度小于 30 m B地球上的观测者测得该飞船的长度小于 30 m C飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于 c D地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于 c 答案：B 解析：根据狭义相对论，在静止的观察者看来，沿自身长度方向运动的杆缩短而光速相对于任何惯性系来说总是不变，故选 B.11.2016四川卷 5 分 某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率 n.如图 1甲所示，O是圆心，MN 是法线，AO、BO 分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径该同学测得多组入射角 i 和折射角 r，作出 sin isin r 图像如图乙所示则()图 1 A光由 A 经 O
13、 到 B，n1.5 B光由 B 经 O 到 A，n1.5 C光由 A 经 O 到 B，n0.67 D光由 B 经 O 到 A，n0.67 答案：B 解析：在本题中，介质折射率为空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比，则 nsin rsin i0.90.61.5.又由于题目中所说的入射角为 i，可以得出光线是从 B 经 O 到 A，故选项B 正确 122016江苏卷 B选修 34 (3)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.89107 m，双缝间的距离 d1 mm，双缝到屏的距离 l2 m求第 1 个亮条纹到第 11 个亮条纹的中心间距 解析：相邻亮条纹的中心间距xld 由题意知，亮条纹的
14、数目 n10 则 Lnld，代入数据得 L1.78102 m.12.2016海南卷 物理选修 348 分（2）(8 分)如图，半径为 R 的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面相切于 A 点。一细束单色光经球心 O 从空气中摄入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为 45，出射光线射在桌面上 B 点处。测得 AN 之间的距离为 2R .现将入射光束在纸面内向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到 O点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。解析：当光线经球心 O 入射时，光路图如图（a）所示。设玻璃的折射率为 n，由折射定律有 n=sinsini 式中，入射角 i=45，为折射角。OAB 为直角三角形，因此 sin=22ABOAAB 发生全反射时，临界角 C 满足 sin C=1n 在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图（b）所示。设此时光线入射点为 E，折射光线射到玻璃体球面的 D 点。由题意有EDO=C 在EDO 内，根据正弦定理有 sin(90)sinODOEC 联立以上各式并利用题给条件得 OE=22R
