2021新高考物理二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題限時(shí)集訓(xùn)15光與電磁波

專(zhuān)題限時(shí)集訓(xùn)(十五)(建議用時(shí)：40分鐘)1．(多選)(2019·山東青島模擬)關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的有()A．用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象B．光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)是利用光的干涉現(xiàn)象C．分別用藍(lán)光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用紅光時(shí)得到的條紋間距更寬D．玻璃內(nèi)氣泡看起來(lái)特別明亮，是因?yàn)楣饩€從氣泡中射出的原因AC[用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的干涉，選項(xiàng)A正確；光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)是利用光的全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ知，同一裝置，波長(zhǎng)越長(zhǎng)條紋間距越寬，選項(xiàng)C正確；玻璃中的氣泡看起來(lái)特別明亮是因?yàn)楣鈴牟Ａ湎驓馀輹r(shí)，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]2．(多選)下列有關(guān)敘述正確的是()A．第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)采用1880～2690MHz間的四個(gè)頻段，該電磁波信號(hào)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間是非均勻變化的B．狹義相對(duì)論的時(shí)間效應(yīng)，可通過(guò)衛(wèi)星上的時(shí)鐘與地面上的時(shí)鐘對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證，高速運(yùn)行的衛(wèi)星上的人會(huì)認(rèn)為地球上時(shí)鐘變快C．單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期與單擺的擺長(zhǎng)無(wú)關(guān)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(cè)出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法應(yīng)用的是共振原理AC[第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)采用1880～2690MHz間的四個(gè)頻段，該電磁波信號(hào)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間是周期性變化的，是非均勻變化的，故A正確；狹義相對(duì)論中有運(yùn)動(dòng)延遲效應(yīng)，即“動(dòng)鐘變慢”，高速運(yùn)行的衛(wèi)星上的人會(huì)認(rèn)為地面上的時(shí)鐘變慢，故B錯(cuò)誤；單擺在周期性外力作用下做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)周期由驅(qū)動(dòng)力的周期決定，與單擺的固有周期無(wú)關(guān)，故與擺長(zhǎng)無(wú)關(guān)，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(cè)出反射波的頻率變化就能知道血流的速度，這種方法應(yīng)用的是多普勒效應(yīng)原理，故D錯(cuò)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(guò)圓心O再射到屏上。在水平面內(nèi)繞過(guò)O點(diǎn)的豎直軸沿逆時(shí)針?lè)较蚓従忁D(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶。當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于某一值時(shí)，屏上彩色光帶中的某種顏色的色光首先消失。下列說(shuō)法正確的是()A．通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(dòng)玻璃磚的過(guò)程中最先消失的是紅光C[實(shí)驗(yàn)中紅光折射的程度最小，說(shuō)明紅光的折射率小，選項(xiàng)A錯(cuò)。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(xiàng)B錯(cuò)。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(xiàng)C對(duì)、D錯(cuò)。]4．(2020·濰坊市高三第一次模擬考試)一束復(fù)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(shí)分成a、b兩束單色光，如圖所示，下列說(shuō)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(huì)從另一側(cè)射出D．a(chǎn)從該玻璃射向空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角比b的大D[由圖可看出，光線通過(guò)平行玻璃磚后，a光偏折程度較小，b光偏折程度較大，說(shuō)明玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)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(xiàng)A錯(cuò)誤；a光的折射率較小，頻率較低，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，則a比b更容易發(fā)生衍射，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光射到玻璃磚下表面時(shí)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(xiàng)C錯(cuò)誤；由sinC＝eq\f(1,n)可知，由于玻璃對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率，則a光發(fā)生全反射的臨界角更大，故選項(xiàng)D正確。]5．(2020·天津高考·T3)新冠肺炎疫情突發(fā)，中華兒女風(fēng)雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長(zhǎng)城。志愿者用非接觸式體溫測(cè)量?jī)x，通過(guò)人體輻射的紅外線測(cè)量體溫，防控人員用紫外線燈在無(wú)人的環(huán)境下消殺病毒，為人民健康保駕護(hù)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(zhǎng)比紫外線的長(zhǎng)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(zhǎng)大于紫外線的波長(zhǎng)，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(xiàng)A錯(cuò)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(xiàng)C錯(cuò)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(xiàng)D錯(cuò)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(zhǎng)為L(zhǎng)，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(diǎn)，E點(diǎn)是AB邊的中點(diǎn)，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(dāng)光線到達(dá)BC時(shí)，判斷光線是否會(huì)從BC射出；(2)求光線在玻璃磚中傳播所用的時(shí)間。[解析](1)作出光線進(jìn)入玻璃磚后剛到達(dá)BC上的O1處時(shí)的光路圖，如圖1所示。由幾何知識(shí)可知光線在BC上的入射角為α1＝60°，設(shè)光線在玻璃磚中發(fā)生全反射時(shí)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(huì)在BC上發(fā)生全反射，不會(huì)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(shí)可知光線在AC上的入射角為α2＝90°－α1＝30°＜C即光線會(huì)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(shí)可知光線在玻璃磚中通過(guò)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(shí)間為t＝eq\f(s,v)＝eq\f(5\r(6)L,12c)[答案](1)不會(huì)(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(fù)色光從空氣射向BC上的E點(diǎn)，分成兩束光a、b后分別偏折到AB上的F、G點(diǎn)，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(shuō)法正確的是()A．三棱鏡對(duì)a光的折射率為eq\r(2)B．a(chǎn)光在F點(diǎn)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(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)能發(fā)生全反射，B正確；由幾何關(guān)系知，a光在三棱鏡中的偏折程度比b光的大，則三棱鏡對(duì)a光的折射率大于對(duì)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(cuò)誤；由三棱鏡對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率知，a光的波長(zhǎng)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(cuò)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(diǎn)垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射；當(dāng)入射角θ＝60°時(shí)，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(shè)P點(diǎn)到O點(diǎn)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(dāng)入射角為60°時(shí)，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行，說(shuō)明光線從圓形表面中點(diǎn)射出，設(shè)光線從P點(diǎn)射入發(fā)生折射后的折射角為α，由幾何知識(shí)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(xiàng)錯(cuò)誤；臨界角C＝arcsineq\f(\r(3),3)≠30°，D項(xiàng)錯(cuò)誤；又由n＝eq\f(c,v)?v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c，C項(xiàng)正確。]9．(2020·濟(jì)南市高三5月模擬)光刻機(jī)是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備，光刻機(jī)的曝光波長(zhǎng)越短，分辨率越高?！敖](méi)式光刻”是一種通過(guò)在光刻膠和投影物鏡之間加入浸沒(méi)液體，從而減小曝光波長(zhǎng)、提高分辨率的技術(shù)，如圖所示，若浸沒(méi)液體的折射率為1.44，當(dāng)不加液體時(shí)光刻膠的曝光波長(zhǎng)為193nm，則加上液體時(shí)光刻膠的曝光波長(zhǎng)約變?yōu)?)A．161nmB．134nmC．93nmD．65nmB[在不加液體時(shí)光刻膠的曝光波長(zhǎng)λ0＝193nm，而λ0＝eq\f(c,f)，光進(jìn)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(zhǎng)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(lán)光組成的復(fù)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(fù)色光，OC為單色光，下列說(shuō)法正確的是()A．OC為藍(lán)光B．保持入射光不變，繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，OC會(huì)逐漸消失C．保持入射光不變，繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，OC會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．若將復(fù)色光沿CO射向玻璃磚，有可能不會(huì)出現(xiàn)折射光B[光線發(fā)生反射時(shí)，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(shuō)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(lán)光先發(fā)生全反射，OC為紅光，A錯(cuò)；繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，入射角增大，紅光也會(huì)逐漸達(dá)到臨界角，OC會(huì)逐漸消失，B對(duì)；由eq\f(sini,sinr)＝n得，sini＝nsinr，當(dāng)r減小Δr時(shí)，sini′＝nsin(r－Δr)，i－i′＞Δr，則OC順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，C錯(cuò)；光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)不會(huì)發(fā)生全反射，因此一定會(huì)有折射光線，D錯(cuò)。]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(diǎn)到AB面的距離L＝eq\f(R,2)?，F(xiàn)有一單色細(xì)光束沿PO方向射入透明介質(zhì)，射到AB面時(shí)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(diǎn)射出時(shí)，折射角θ的正弦值；(2)該光第一次從P點(diǎn)傳播到Q點(diǎn)的時(shí)間t。[解析](1)該光在透明介質(zhì)中傳播的光路如圖所示：設(shè)光射到AB面發(fā)生全反射的臨界角為C，透明介質(zhì)對(duì)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(diǎn)傳播到Q點(diǎn)的路程：x＝R＋eq\f(R,sinC)該光第一次從P點(diǎn)傳播到Q點(diǎn)的時(shí)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(fù)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(gè)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(wèn)：(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(hào))[解析](ⅰ)復(fù)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(huì)發(fā)生偏折，紫光的折射率最大，臨界角最小，偏折能力最強(qiáng)，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(shí)的臨界光線射在屏幕S上的點(diǎn)D到亮區(qū)中心E的距離r就是所求最大半徑。設(shè)紫光臨界角為C，由全反射的知識(shí)：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(guó)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(xì)束與BC邊平行的光線，從棱鏡AB邊上的D點(diǎn)射入，經(jīng)折射后射到BC邊上。(ⅰ)光線在BC邊上是否會(huì)發(fā)生全反射？說(shuō)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(shè)光線在D點(diǎn)的入射角為i，折射角為r。折射光線射到BC邊上的E點(diǎn)。設(shè)光線在E點(diǎn)的入射角為θ，由幾何關(guān)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(diǎn)發(fā)生全反射。(ⅱ)設(shè)光線在AC邊上的F點(diǎn)射出棱鏡，光線的入射角為i′，折射角為r′，由幾何關(guān)系、反射定律及折射定律，有i＝30° ③i′＝90°－θ ④sini＝nsinr ⑤nsin