1、专题十五 光学 电磁波 相对论简介考点57 光的折射 全反射 (2、5、10、16、17、20、21） 考点58 光的波动性 （1、3、4、7、11、12、15） 考点59 电磁波 相对论 （6、8、9、13、14） 考点60 实验二：测定玻璃的折射率 （18） 考点61 实验三：用双缝干涉测光的波长 （19） 第I卷（选择题 68分）一、选择题（本题共17个小题，每题4分，共68分。每题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分） 1 【宁夏罗平中学2017届高三12月适应性考试】 考点58 易光在科学技术、
2、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（ ）A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象D光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象E在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄2【2017年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷正式版）】考点57易如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光.如果光束b是蓝光，则光束a可能是（ ）A红光 B黄光 C绿光 D紫光3.【2017安徽省黄山市屯溪一中高三第二次月考】考点58 易下列说法正确的是 （
3、）A光波在介质中传播的速度与光的频率无关B雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的C杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小D光的偏振特征说明光是横波E狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的4.【河北省衡水中学2017届高三上学期四调考】 考点58 易光在科学技术、生产和生活有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是（ ）A在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象 B用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 D全息照相是利用光的干涉现象5.【20
4、17辽宁省本溪市高三联合模拟考试】考点57 易 如图所示，是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN是垂直于放置的光屏，沿方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P，根据该光路图，下列说法正确的是 （ ）A该玻璃体对A光的折射率比对B光的折射率小BA光的频率比B光的频率高C在该玻璃体中，A光比B光的波长长D在真空中，A光的波长比B光的波长EA光从空气进入该玻璃体后，其频率变高6.【广西桂林中学2017届高三12月月考】 考点59 易 关于下列光学现象，说法中正确的是（ ）A电磁波和其他可见光一样，也能产生衍射现象
5、B水中蓝光的传播速度比红光的慢C光的偏振现象说明光是纵波D分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽E一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹，是因为玻璃三棱镜吸收了白光中的一些色光7.【2017年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷正式版）】考点58中物理学原理在现代科技中有许多重要应用.例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航.如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝.两天线同时都发出波长为和的无线电波.飞机降落过程中，当接收到和的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道.下列说法正确的是（
6、 ）A天线发出的两种无线电波必须一样强B导航利用了与两种无线电波之间的干涉C两种无线电波在空间的强弱分布稳定D两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合8.【2017吉林省长春市高三质量检测】 考点59易下列说法正确的是（ ）A.肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色的是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象B.光纤通信，全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理C.做双缝干涉实验时，用绿光照射单缝，在光屏P上观察到干涉条纹，用红光替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样D.相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了E.在真空中传播的电磁波，当它的频
7、率增加时，它的传播速度不变，波长变短9.【2017河南省开封市高三上学期定位考试】 考点59中关于电磁波谱，下列说法中正确的是 （ ）AX射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变B射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是射线E在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信10.【2017浙江省名校协作体高三上学期联考】考点57 难某大学研制出了正六棱柱 “隐形衣”.有同学将正六棱柱放进装满水的透明鱼缸，向着棱的方向看，可以看到鱼缸另一侧大学的校徽；用一支铅笔穿过正六棱柱中心轴线的孔洞，再向棱方向观察，铅笔
8、插进孔洞的那段消失不见了（如图甲所示，图乙为光路说明图），关于此实验说法正确的是（ ）A隐形的原理是光发生了全反射 B光由水进入该介质，折射角大于入射角C隐形的原理是光被玻璃吸收了 D光在该介质中的传播的速度大于水中速度11. 【2017贵州省遵义市第四中学高三上学期第一次月考】考点58 中下列说法正确的是 （ ）A.只有横波才能产生干涉和衍射现象B.均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播就形成了电磁波C.泊松亮斑支持了光的波动说D.由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是绿光E.用同一实验装置观察，光的波长越大，光的双缝干涉条纹间距越大12. 【201
9、7河北省定州中学高三第二次月考】考点58中如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯.往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（ ）13. 【2017湖南省长沙市长郡中学高三摸底测试】 考点59 中下列说法中正确的是 （ ）A、光纤由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小B、在光的双缝干涉实验中，若入射光为白光，则在光屏上看到的是明暗相间的彩色条纹，中央为暗条纹C、在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显D、一束阳光通过三棱镜形成彩色光带，表明阳光是各种色光组成的复合光E、电磁波具有偏振现象14. 【2017四川省三台中
10、学高三上学期第二次月考】考点59 中下列说法正确的是（ ）A如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小的平方根成正比，且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动B含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可以发生色散C向人体发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法俗称“彩超”D狭义相对论表明物体运动时的质量总是要小于其静止时的质量E泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射15. 【2017河北省定州中学高三上学期第二次月考】 考点58 中下列说法正确的是（ ）A在干涉现象中，振动加
11、强点的位移总比减弱点的位移要大B单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关C变化的电场能在其周围空间产生磁场D拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度E地面附近有一高速水平飞过的火箭，地面上的人观察到的火箭长度要比火箭上的人观察到的要短一些16.【贵州省铜仁市第一中学2017届高三上学期第三次月考理科】考点57 中如图所示，两束单色光a、b从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光c，则下列说法正确的是（） A用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距Ba比b更容易发生衍射现象C在水中a光的速度比b光的速度小D
12、在水中a光的临界角大于b光的临界角E若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是a光17.【2017年全国普通高等学校招生统一考试物理（天津卷正式版）】考点57 中明代学者方以智在阳燧倒影中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是（ ）A若增大入射角i，则b光先消失B在该三棱镜中a光波长小于b光Ca光能发生偏振现象，b光不能发生D若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低第II卷（非选择题 42分）二、非选择题（共4
13、小题 ，共42分，按题目要求作答，计算题应写出必要的文字说明、方程式和重要步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）18（9分）【2017浙江省绍兴市高三学考选考科目适应性考试】考点60中在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中，玻璃砖的ab边与边相互平行，边与边不平行，某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线边与，如图所示.（1） 实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针和以确定入射光线AO，接着，眼睛应在玻璃砖的 （选填“同一侧”、“另一侧”）观察所插的两枚大头针和，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线.（2）实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一
14、视线上？（填“是”或“否”）（3）下列操作可以减小实验误差的是（填字母代号）（ ）A适当增大大头针、的间距B选择玻璃砖相互平行的、边来测量C选用尽可能细的笔画线D使AO的入射角接近于19. （9分）【江西省赣州市厚德外国语学校2017届高三上学期第一次月考物理试题】考点61中在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汗的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图所示的方法，让激光束通过自制的双缝(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距_(填“越大”或“越小”)；(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距_(“越大”或
15、“越小”)；(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时_(“大”或“小”)；(4)实验观察到光屏上呈现明暗相间的条纹，试运用波动理论对明纹的形成予以解释答：_ 20 (6分) 【2017广东省广州市高三模拟考试】考点57 中 一竖直放置的玻璃圆柱体底面中心有一点状光源S.圆柱体高度为l，底面半径为2l，其圆周侧面和下表面镀上了不透明吸光材料，以致光源发出的光线只能从上表面射出已知该玻璃的折射率为，求上表面透光的光斑面积大小.21 （18分）【四川省成都市龙泉第二中学2017届高三12月月考】考点57 难
16、如图，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面（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.求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.参考答案1.【答案】CDE考点：光的干涉和衍射；全反射；双缝干涉【名师点睛】解答本题应掌握光的折射、全反射及干涉等在生产生活中的应用；人类对于光学的研究及应用非常广泛，在学习中要注意掌握不同现象在生产生活中的应用.2.【答案】D【解析】根据题意作出完整光路图，如下图所示，a光进入玻璃砖时光线偏折角较大，根据光的折射定律可知玻璃砖对a光的折射率较大，因此a光的频率应
17、高于b光，故选项D正确.3.【答案】 BDE考点：光的偏振、干涉、狭义相对论【名师点睛】光的传播速度由介质的本身性质与频率共同决定；波的干涉是频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开.这种现象叫做波的干涉.光的偏振振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志.狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的.4.【答案】CD【解析】在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，故A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光折射现象，故B错误光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故C正
18、确；全息照相是利用光的干涉现象，选项D正确；故选CD.考点：光的干涉和衍射；全反射【名师点睛】本题属于基础题，要了解光的各种现象，以及各种现象在生产和生活中的运用，注意掌握光的全反射条件，理解光的干涉与衍射区别，5.【答案】ACD【名师点睛】解决本题的突破口在于通过光的偏折程度比较光的折射率，知道折射率、频率、波长以及光在介质中的速度等大小关系6.【答案】ABD考点：衍射现象、双缝干涉、光的折射【名师点睛】本题主要考查了衍射现象、双缝干涉、光的折射.所有电磁波在真空中的速度均相同，均为光速；因为蓝光的折射率大于红光的折射率，由可知蓝光的传播速度与红光的速度大小关系；根据可明确干涉条纹与波长间的
19、关系；明确光的色散的原理7.【答案】C【解析】两波需频率相同才能相干，但强弱不一定相同，故选项A错误；由于两无线电波波源对称分布在跑道两侧，因此跑道与两波源连线的中垂线重合，即跑道上的点与两波源的波程差始终为零，两波发生干涉在空间形成稳定的振动加强区和振动减弱区，故选项B错误，选项C正确；两波在空间各自的振动强弱点是以自身波源为中心的相间的圆形面，故选项D错误.考点：光的干涉8.【答案】ACE【解析】肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色的是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象，A正确；全息照相不是利用全反射，是和光的干涉有关，选项B错误；由可知用红光代替绿光，条纹间
20、距变大，选项C正确；相对论认为：高速运动的物体在运动方向上，长度变短，选项D错误；在真空中传播的电磁波，传播速度不变，由v=f得，频率增加时，波长变短，选项E正确；故选ACE.考点：光的衍射及干涉；相对论；电磁波【名师点睛】考查光的衍射、干涉的区别，掌握光的全反射条件，注意在高速运动下，沿着运动方向长度才变短.9.【答案】ABE考点：电磁波谱【名师点睛】对于电磁波谱中各种电磁波将产生的机理、波动性和粒子性的强弱顺序要理解并掌握，并依据各自的用途用来解答本题.10.【答案】BD【解析】隐形的原理是光发生了折射，不是全反射，选项A错误；由光路图可知光由水进入该介质，折射角大于入射角，选项B正确；隐
21、形的原理是光被玻璃折射后绕过了铅笔，选项C错误；因光在该介质中的折射角大于在水中的入射角，可知光在该介质中的传播的速度大于水中速度，选项D正确；故选BD.考点：光的折射定律11.【答案】CDE考点：波的干涉和衍射；电磁理论；全反射；双缝干涉【名师点睛】本题考查全反射条件，注意红光与绿光的临界角关系，理解波的干涉现象与条件，知道电磁波产生的原理，注意均匀变化与非均匀变化的区别，以及光的衍射现象的应用.12.【答案】D【解析】往火焰上洒些盐后，酒精灯放出黄色的光线，当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，故为相干光源，当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹
22、，当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹，由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大，而上侧的比较薄，相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出现水平的明暗相间的干涉条纹，故D正确.考点：考查了光的干涉【名师点睛】当光源发出的光照射到肥皂膜上时，从膜的前后两面分别反射两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出现水平的明暗相间的干涉条纹13.【答案】CDE考点：电磁波；全反射；光的干涉【名师点睛】发生明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸比光的波长小得多，光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大；本题考查了光学的基础知识，难度不大
23、，在学习选修内容时要全面掌握各知识点.14.【答案】BCE【解析】如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比，且力与位移的方向总是相反的，质点的运动就是简谐运动，选项A错误；含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散，光在干涉、衍射及折射时都可以发生色散，选项B正确；向人体发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法是根据多普勒效应原理，俗称“彩超”，选项C正确；根据狭义相对论公式，当物体的速度较大时，物体运动时的质量总是要大于其静止时的质量，选项D错误；泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射，选项E正
24、确；故选BCE.考点：简谐振动；光的色散；多普勒选项；相对论；光的衍射及全反射【名师点睛】此题考查了选修3-4中的几个简单的知识点，如简谐振动、光的色散、多普勒效应、狭义相对论、光的衍射及全反射等知识；关键是要多看书，加强记忆，都是基本的概念，比较简单.15.【答案】BCE考点：受迫振动、麦克斯韦电磁场理论、光的偏振现象、长度的相对性【名师点睛】本题考查了受迫振动、麦克斯韦电磁场理论、光的偏振现象、长度的相对性等；知识点多，难度小，关键是多看书，记住相关知识点要理解振动加强或减弱是“振幅”增大了或减小了，而位移是周期性变化的.16.【答案】ABD考点：光的折射定律；全反射；光的衍射和干涉17.
25、【答案】D【解析】设折射角为，在右界面的入射角为，根据几何关系有：，根据折射定律：，增大入射角i，折射角增大，减小，而增大才能使b光发生全反射，故A错误；由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率（），则a光的波长大于b光的波长（），故B错误；光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C错误；根据光电效应方程和遏止电压的概念可知：最大初动能，再根据动能定理：，即遏止电压，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，则a光的频率小于b光的频率（），a光的遏止电压小于b光的遏止电压，故D正确.考点：光的折射、全放射；光电效应18.【答案】（1）另一侧；（2）否；（3）AC
26、 (每空3分）【解析】（1）实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针和以确定入射光线AO；接着，眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针和，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线.考点：测定玻璃的折射率【名师点睛】本题是插针法测定玻璃砖的折射率，实验原理是折射定律，采用单位圆法处理数据比较方便，同时掌握实验原理，注意实验操作事项。19.【答案】（1）越大；（2）越大；（3）小；（每空2分）（4）同一色光透过双缝的光形成相干光源，在光屏相遇，有的区域光振动加强，有的区域光振动减弱，光振动加强区域呈现明纹，光振动减弱区域呈现暗纹（3分）（3）根据双缝干涉的条纹间距公式，条纹间距与光波长成
27、正比；蓝光波长小于红光波长，故用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验的小.（4）同一色光透过双缝的光形成相干光源，在光屏相遇，有的区域光振动加强，有的区域光振动减弱，光振动加强区域呈现明纹，光振动减弱区域呈现暗纹.考点：双缝干涉20.【答案】【解析】点状光源S正上方为点O，设射到A点光线刚好发生全反射 (3分）C=450，则OA=OS=l，上表面透光的光斑就是以O为圆心，l为半径的圆.光斑面积 （3分） 考点：光的折射、全反射21.【答案】1500【解析】设球半径为R，球冠地面中心为O，连接OO，则OOAB令OAO=则： （2分）即OAO=30（2分）已知MAAB，所以OAM=
28、60（1分）设图中N点为光线在球冠内地面上的反射点，光路图如图所示（2分）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，玻璃的折射率为n由于OAM为等边三角形，所以入射角i=60 （2分） 由折射定律得：sini=nsinr （1分）代入数据得：r=30 （1分）作N点的法线NE，由于NEMA，所以i=30 （2分）由反射定律得：i=30 （1分）连接ON，由几何关系可知MANMON，则MNO=60 （1分）由式可得ENO=30 （1分）所以ENO为反射角，ON为反射光线由于这一反射光线垂直球面，所以经球面再次折射后不改变方向 （1分）所以，该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角为=180-ENO=150 （1分）考点：光的折射定律
