高三物理（第03期）好题速递分项解析汇编 专题15 光、电磁波、相对论（选修3-4）（含解析）

专题15 光、电磁波、相对论（选修3-4） 一、选择题1【2017安徽省黄山市屯溪一中高三第二次月考】（4分）下列说法正确的是_（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分，选对3个得4分；每选错1个扣2分，最低得分为0分）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【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。2.【2017广西省桂林市桂林中学高三10月月考】（5分）下列选项与多普勒效应有关的是()A科学家用激光测量月球与地球间的距离B医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度E科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度【答案】BDE考点：多普勒效应【名师点睛】本题考查了多普勒效应的应用，是利用发射波与接受波间的波长变化（或者频率变化）来判断相对运动的情况。3.【2017吉林省长春市高三质量检测】（5分）下列说法正确的是_。（填正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0）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，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短【答案】ACE【解析】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。4.【2017河南省开封市高三上学期定位考试】（4分）关于电磁波谱，下列说法中正确的是 。（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得3分，选对3个得4分，每选错1个扣2分，最低得分0分）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【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.5.【2017浙江省名校协作体高三上学期联考】【加试题】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【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6.【2017贵州省遵义市第四中学高三上学期第一次月考】(5分)下列说法正确的是 （填正确答案标号。选对1个给2分，选对2个给4分，选对3个给5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）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【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。7.【2017河北省定州中学高三（高补班）上学期第二次月考】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（ ）【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，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8.【2017湖南省长沙市长郡中学高三摸底测试】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，表明光是各种色光组成的复合光E、电磁波具有偏振现象【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，在学习选修内容时要全面掌握各知识点。9.【2017四川省三台中学高三上学期第二次月考】下列说法正确的是_（填正确的答案标号，选对一个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，没错选1个扣3分，最低得分为零分）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，这种方法熟称“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【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、多普勒选项侠义相对论、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.10.【2017河北省定州中学高三上学期第二次月考】下列说法正确的是_。（选对一个给2分，选对两个给4分，选对3个给5分，每错选一个扣3分，最低得0分）A在干涉现象中，振动加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【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。2、 非选择题1.【2017广西省桂林市桂林中学高三10月月考】（10分）一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。【答案】设线段OA在立方体上表面的投影长为RA，由几何关系有 式中a为玻璃立方体的边长.由式得 由题给数据得 由题意，上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是以RA为半径的圆.所求的镀膜面积S与玻璃立方体的表面积S之比为 由得 考点：光的折射定律【名师点睛】此题是对光的折射定律及全反射问题的考查；解决本题的关键是画出光路图，确定临界情况，根据折射定律，通过几何关系进行求解。2.【2017贵州省凯里市第一中学高三上学期第四次模拟】（9分）一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。【答案】【解析】如图，考虑从玻璃立方体中心O点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。根据折射定律有 （1分） 式中，n是玻璃的折射率，入射角等于，是折射角。考点：光的折射定律、全反射。3.【2017贵州省遵义市第四中学高三上学期第二次月考】（10分）如图，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射。已知15，BC边长为2L，该介质的折射率为。求： ()入射角i; ()从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为C，可能用到：sin 75或tan 152）【答案】（i）45 () 【解析】（i）根据全反射规律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得代入数据得 C=45考点：光的折射定律；全反射【名师点睛】解决本题的关键是掌握全反射的条件和临界角公式，正确画出光路图，再结合数学知识和折射定律进行研究。4.【2017宁夏银川一中高三上学期第二次月考】如图所示，真空有一个下表面镀反射膜的平行玻璃砖，其折射率，一束单色光与界面成角斜射到玻璃砖表面上，最后在玻璃砖的右侧竖直平面光屏上出现两个光点A和B，A和B相距h=4.0cm。已知光在真空中的传播速度。画出光路图；求玻璃砖的厚度。【答案】光路如图所示【解析】光路如图所示 设第一次折射的入射角为，折射角为由折射定律： 解得：由几何关系： 代入数据得：考点：光的折射定律【名师点睛】此题是两次折射的问题，要根据折射定律和反射定律作出光路图根据光路可逆原理和光的反射定律可以推导出出射光线是平行的。5.【2017山西省临汾市第一中学高三10月月考】水平地面上放着的玻璃砖的横截面如图所示，OAB为半径为R的的圆，OBC为直角三角形，该玻璃砖的折射率。现有一细束光平行于地面射到玻璃砖的AB面上，且该光束与水平地面的距离。请画出该束光的玻璃砖中传播的光路图，并求该光束从玻璃砖射出时的折射角。（当入射光线发生折射时不考虑反射光线）【答案】由几何关系知，光束在玻璃砖BC边的入射角为设玻璃的临界角为C，则，所以即该光束在E点发生了全反射，到达AC边的F点时射出，由几何关系知F点的入射角由，可知所求折射角 。考点：光的折射定律【名师点睛】本题考查光的折射问题，关键要掌握全反射的条件和临界角公式对数学几何能力的要求较高，平时需加强训练，提高解题能力，同时掌握光的折射定律，注意正确地作图。6.【2017四川省成都市树德中学高三10月月考】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。【答案】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，反射角为，玻璃的折射率为n由于为等边三角形，所以入射角由折射定律得：代入数据得：作N点的法线NE，由于NEMA，所以由反射定律得：连接ON，由几何关系可知，则由式可得所以为反射角，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考点：考查了光的折射【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律、临界角公式、光速公式，运用几何知识结合解决这类问题7.【2017河南省开封市高三上学期定位考试】（8分）如图所示，横截面为矩形ABCD的玻璃砖竖直放置在水平面上，其厚度为d，AD面镀有水银。用一束与BC成450角的细激光向下照射在BC面上，在水平面上出现两个光斑，距离为，求玻璃砖的折射率。【答案】【解析】作出光路图，由光的反射定律和光路图可逆性可知，反射光线和OH与FG平行，且OH与水平面的夹角为45则得 OF=GH=IE=OF=，则=300由折射定律得 考点：光的折射定律【名师点睛】本题考查光的折射定律，关键作出逃跑图，运用数学几何知识求折射角，需加强这类题型的训练。8.【2017甘肃省兰州第一中学高三9月月考】（4分）如图，某种复合光经过半圆形的玻璃砖后分成a、b两束，其中光束a与法线的夹角为60，光束b与法线的夹角为45，则玻璃对a、b两种光的折射率之比nanb= ；若a、b两种光在这种玻璃中的波长之比为:，现用同一双缝干涉装置分别测量a、b两种光的波长，则得到的相邻亮条纹间距之比为xaxb=。【答案】 ；32考点：光的折射定律；双缝干涉【名师点睛】此题是对光的折射定律及双缝干涉的考查；关键是知道光的折射定律的表达式以及双缝干涉的条纹间距的表达式，注意表达式中的是真空中的波长.9.【2017贵州省遵义市第四中学高三上学期第一次月考】(10分)如图所示，一个半径为R的半圆透明球体放置在水平面上，一束光从A点垂直直径射入球体。已知，该球体对光的折射率为。求： 画出光通过半圆透明球体的光路图；若光在真空中的传播速度为c，请推导出光在半圆透明球体内传播所需时间t的表达式（用c，R表示）。 【答案】光路如图；由几何关系可得，光在半圆透明球体内传播距离为 s=3R光在半圆透明球体内传播速度则光在半圆透明球体内传播所需时间考点：光的折射定律；全反射【名师点睛】本题要熟练掌握光的折射定律和全反射条件，解题的关键是作出光路图，结合几何知识，即可研究这类问题。10.【2017河北省衡水中学高三摸底联考】如图所示，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为的透明半球体，O为球心，轴线OA垂直于光屏，O至光屏的距离，一细束单色光垂直射向半球体的平面，在平面的入射为B，求：光线从透明半球体射出时，出射光线偏离原方向的角度；光线在光屏形成的光斑到A点的距离。【答案】；考点：光的折射定律【名师点睛】根据数学上正弦定理和折射定律分别列式，得到，即可求得出射光线偏离原方向的角度；光线在光屏形成的光斑到A点的距离；解决本题的关键作出光路图，灵活运用数学知识，结合折射定律进行求解。11.【2017宁夏育才中学高三第二次月考】(9分)有一玻璃半球，右侧面镀银，光源S在其对称轴PO上(O为球心)，且PO水平，如图所示。从光源S发出的一束细光射到半球面上，其中一部分光经球面反射后恰能竖直向上传播，另一部分光经过折射进入玻璃半球内，经右侧镀银面反射恰能沿原路返回。若球面半径为R，玻璃折射率为，求光源S与球心O之间的距离为多大？【答案】R考点：光的折射定律【名师点睛】处理几何光学相关的问题，关键是作出光路图，一定要用直尺准确作图，然后根据几何图形的特点求角或者线段的长度。