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专题十六光学、电磁波、相对论简介考点1光的折射、全反射1.多选如图所示,MN是介质1和介质2的分界面,介质1、2的绝对折射率分别为n1、n2,一束细光从介质1射向介质2中,测得1=60,2=30,根据你所学的光学知识判断下列说法正确的是()A.介质2相对介质1的相对折射率为3B.光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度C.介质1相对介质2来说是光密介质D.光从介质1进入介质2可能发生全反射现象E.光从介质1进入介质2,光的波长变短2.2017河北衡水中学调研多选如图所示,一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L,玻璃砖的折射率n=3,若光从上表面AB射入的入射角i=60,光在空气中的传播速度视为c,则()A.折射角r=30B.光在玻璃中传播的时间为23L3cC.光在玻璃中传播的时间为2LcD.改变入射角i,光在下表面CD可能发生全反射E.光一定能从CD面射出3.2016全国卷,34(2),10分如图所示,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;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.4.2014全国卷,34(2),10分一厚度为h的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率.5.2014山东高考,34(2),8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2.求:(1)入射角i;(2)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=6+24或tan 15=2-3).6.用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3以及P1和P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线.(1)在图上补画出所需的光路.(2)为了测出玻璃的折射率,需要测量入射角和折射角,请在图中的AB分界面上画出这两个角.(3)用所测物理量计算折射率的公式为n=.(4)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角应适当(填“小一些”“无所谓”或“大一些”).(5)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出了如图乙所示的图象,由图象可知该玻璃的折射率n=.考点2光的波动性7.2014江苏高考,12B(1),4分某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示.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8.如图所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为5.3010-7m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.9510-7m,则在这里出现的应是(选填“明条纹”或“暗条纹”).现改用波长为6.3010-7m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将(选填“变宽”“变窄”或“不变”).9.多选如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,在上方观察到的如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,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10.2015全国卷,34(1),5分在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距x1与绿光的干涉条纹间距x2相比,x1x2(填“”“=”或“0时,物体的质量mm0,即物体的质量改变了,故经典力学不适用C.当物体以较小速度运动时,质量变化十分微弱,经典力学理论仍然适用,只有当物体以接近光速运动时,质量变化才明显,故经典力学适用于低速运动,而不适用于高速运动的物体D.通常由于物体的运动速度太小,我们感觉不到质量的变化,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化答案：1.ABE光从介质1射入介质2时,入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值叫做介质2相对介质1的相对折射率,有n21=sin60sin30=3,选项A正确;因介质2相对介质1的相对折射率为3,可以得出介质2的绝对折射率大,因n=cv,所以光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度,选项B正确;介质2相对介质1来说是光密介质,选项C错误;光从光密介质射入光疏介质时,有可能发生全反射现象,选项D错误;光从介质1进入介质2,光的频率不变,速度变小,由v=f可知,光的波长变短,选项E正确.2.ACE由n=sinisinr得sin r=sinin=sin603=0.5,得r=30,故A正确;光在玻璃中传播的速度v=cn,由几何知识可知光在玻璃中传播的路程s=Lcosr,则光在玻璃中传播的时间t=sv=nLccosr=3Lccos30=2Lc,故B错误,C正确;由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角,根据光路可逆性原理可知光一定能从CD面射出,故D错误,E正确.3.150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=32RR即=30,由题意MAAB,所以OAM=60设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点,则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i=60由折射定律有sin i=nsin r代入题给条件n=3 得r=30作底面在N点的法线NE,由于NEAM,有i=30根据反射定律,有i=30连接ON,由几何关系知MANMON,故有MNO=60由式得ENO=30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=180-ENO=150.4.1+(hR-r)2解析:如图,考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃上表面的A点发生折射,根据折射定律有 nsin =sin 式中,n是玻璃的折射率,是入射角,是折射角. 现假设A恰好在纸片边缘.由题意,在A点刚好发生全反射,故=2 设AA线段在玻璃上表面的投影长为L,由几何关系有sin =LL2+h2 由题意,纸片的半径应为R=L+r联立以上各式得n=1+(hR-r)2.5.(1)45(2)6+22cL解析: (1)光线折射后的光路图如图所示,根据全反射规律可知,光线在AB边上P点的入射角等于临界角C,由折射定律得sin C=1n代入数据得C=45设光线在BC边上的折射角为r,由几何关系得r=30由折射定律得n=sinisinr联立式,代入数据得i=45(2)设OP的长度为s,在OPB中,根据正弦定理得ssin75=Lsin45设所用时间为t,光线在介质中的速度为v,得s=vt又v=cn联立式,代入数据得t=6+22cL.6.(1)见解析图(2)见解析图(3)sinisinr(4)小一些(5)1.5解析:(1)连接P3、P4与CD交于一点,此交点即光线从玻璃砖中射出的位置,由于P1、P2的连线与AB的交点即光线进入玻璃砖的位置,连接两交点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示.(2)连接O点与光线在AB上的入射点即法线,作出入射角和折射角如图中i、r所示.(3)由折射定律可得n=sinisinr.(4)为了保证能在弧面CD上有出射光线,实验过程中,光线在弧面AB上的入射角应适当小一些,才不会使光线在CD面上发生全反射.(5)图象的斜率k=sinisinr=n,由题图乙可知斜率为1.5,即该玻璃的折射率为1.5.7.B根据条纹间距公式x=ld可知,若需增大条纹间距,可以采取的措施有:换用波长更长、频率更低的单色光源,减小双缝间的距离d,增大双缝到屏的距离l,故选项B正确.8.暗条纹变宽解析:由题意知s=7.9510-7m=1.5,所以P点出现的是暗条纹.由条纹间距公式x=ld知,变大,x变大,所以条纹间距将变宽.9.AC由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜,所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面,A正确,B错误.由于凸透镜的下表面是圆弧面,所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的,形成不等间距的干涉条纹,C正确,D错误.10. 0.300解析:由于红光波长比绿光长,由双缝干涉条纹间距公式x=Ld 可知,红光的干涉条纹间距大,所以x1x2.由x=Ld,解得d=0.300 mm.11.BD根据光发生明显衍射的条件可知,发生沙尘暴时,只有波长较长的一部分光线才能到达地面,由=cf知,到达地面的光的频率较小,故B、D两项正确.12.衍射中间强两边弱解析:由题图乙可知,条纹中间亮且宽、两边窄,是衍射条纹;根据光的衍射原理,则光屏上中央亮条纹的光强分布特点是中间强两边弱.13.C白炽灯发出的光包含沿垂直于传播方向上任意方向振动的光,偏振片P旋转后,对A点光强无任何影响.由于P、Q间光线的振动方向与偏振片P的透振方向一致,再次经过偏振片Q时,由于光线的偏振方向和偏振片Q的透振方向有可能不同,B点光强将会受到影响,故C正确.14.(1)A(2)1.970解析:(1)在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的位置来判断光束是否沿遮光筒的轴线传播,故A错误.因条纹宽度是指相邻亮纹中心或相邻暗纹中心之间的距离,故B正确.用累积法测量微小量可有效减小测量中的偶然误差,故C正确.答案为A.(2) 手轮上固定刻度读数为1.5 mm,可动刻度读数为47.00.01 mm,故测量结果为1.5 mm+47.00.01 mm=1.970 mm.15.(1)如图所示(2)x=L2a解析:(1)根据对称性作出光源S在平面镜中所成的像S.连接平面镜的最左端和光源,即最左端的入射光线,连接像点S和平面镜的最左端,并延长交光屏于点P1,该点即反射光线到达的光屏的最上端;同理连接像点S和平面镜的最右端,并延长交光屏于点P2,即反射光线所能到达的光屏的最下端.故经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域如图所示.(2)从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光,故是相干光,该干涉现象可以看作双缝干涉,所以SS之间的距离为d,而光源S到光屏的距离可以看作双孔屏到像屏距离L,根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式x=Ld又d=2a,所以相邻两条亮纹(或暗纹)间距离x=L2a.16.ABC电磁波在真空中的传播速度为3108 m/s,与电磁波的频率无关,A项正确;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场,它们相互激发向周围传播,就形成了电磁波,B项正确;电磁波是横波,因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直,C项正确;光是电磁波,利用光纤对光的全反射可以传播信息,D项错误;波源的电磁振荡停止后,已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播一段时间,E项错误.17.A电磁波的传播不需要介质,机械波的传播需要介质,故A错误;波是能量传递的一种方式,这两种波都能传递能量,故B正确;波长、频率和波速间的关系,即v=f,适用于一切波,故C正确;机械波和电磁波都可以发生干涉和衍射现象,故D正确.本题选A.18.A按照相对论的观点,时间和空间都是相对的,A错误;由t=1-vc2可知,运动的时钟变慢了,但飞船中的钟相对观察者静止,时钟准确,B正确;由l=l01-v2c可知,地面上的人看飞船,和飞船上的人看地面上的人都沿运动方向长度减小,C正确;当v远小于c时,“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计,故D正确.19.CD公式中m0是静止质量,m是物体以速度v运动时的质量,A错误.由公式可知,只有当v接近光速时,物体的质量变化才明显,而v远小于光速时,物体的质量变化十分微小,故经典力学仍然适用,故B错误,C、D正确.
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