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专题十六光学电磁波和相对论2010~2019年高考全国卷考情一览表年份题号·考点·情景图方法·技巧201033.(1)折射率的求解201134.(2)光路作图和折射率的求解几何作图201234.(2)光的全反射现象的分析利用几何关系分析年份题号·考点·情景图方法·技巧20131卷34.(2)光的全反射现象的分析和计算光速公式和数学几何关系的应用2卷34.(2)光的全反射现象的分析和计算20141卷34.(2)光的全反射现象的分析和计算2卷34.(2)光的全反射现象和折射率的求解年份题号·考点·情景图方法·技巧20151卷34.(1)实验:光的双缝干涉2卷34.(1)光的折射、干涉和光速公式的应用年份题号·考点·情景图方法·技巧20161卷34.(2)光的折射现象的计算几何作图和分析2卷34.(1)电磁波的形成和传播3卷34.(2)光的折射现象和光路作图几何作图和三角形知识年份题号·考点·情景图方法·技巧20171卷34.(2)折射定律及折射率的理解和计算年份题号·考点·情景图方法·技巧20172卷第34(2)题图34.(1)用双缝干涉测光的波长34.(2)光的折射和折射率的求解3卷34.(2)折射定律和折射率的理解和计算几何作图和正弦定理的应用年份题号·考点·情景图方法·技巧20181卷34.(1)光的折射定律2卷34.(2)折射定律的应用年份题号·考点·情景图方法·技巧20183卷34.(2)折射定律的应用20191卷34.(2)光的折射2卷34.(2)实验:用双缝实验测波长3卷34.(2)光的折射和全反射命题研究本专题包括几何光学和物理光学两部分内容,光的反射和折射现象是高考命题的重点和热点,对于光学的考查一般渗透在几何光学的考查中。考查的题目类型有:一、光的全反射现象和折射率的分析与计算;二、折射现象的光路作图和相关的计算;三、物理光学内容,包括电磁波的形成和传播以及干涉现象等。考查的主要方法有:几何方法作图;数学三角函数的计算。考点79考点80考点81考点82考点79光的折射全反射答案P2981.(2019·全国1,34(2),10分,难度★)如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m。距水面4m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°=0.8)。已知水的折射率为。(ⅰ)求桅杆到P点的水平距离;(ⅱ)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。43考点79考点80考点81考点82答案(ⅰ)7m(ⅱ)5.5m解析(ⅰ)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有由折射定律有sin53°=nsinθ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2④联立①②③④式并代入题给数据得x=7m⑤𝑥1ℎ1=tan53°①𝑥2ℎ2=tanθ②考点79考点80考点81考点82(ⅱ)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射定律有sini'=nsin45°⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则x1'+x2'=x'+x⑦联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x'=(62-3)m≈5.5m⑩𝑥1'ℎ1=tani'⑧𝑥2'ℎ2=tan45°⑨考点79考点80考点81考点822.(2018·北京,15,6分,难度★)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后(D)A.干涉条纹消失B.彩色条纹中的红色条纹消失C.中央条纹变成暗条纹D.中央条纹变成红色解析白光通过红色滤光片后,只剩下红光,通过双缝后形成红光的干涉条纹,故A、B、C错误,D正确。考点79考点80考点81考点823.(2017·天津,2,6分,难度★★)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(D)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C.a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光的遏止电压低考点79考点80考点81考点82解析由题图可知单色光a的折射率小于单色光b的折射率,由发生全反射条件可知若增大入射角,a、b光均不消失,故A错误;因a光的折射率小于b光的折射率,故λa大于λb,故B错误;a、b光为横波,均能发生偏振现象,故C错误;若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应,Ek=hν-W=eU,因为nanb,a光的频率νa小于b光的频率νb,所以a光的遏止电压低,故D正确。考点79考点80考点81考点824.(2017·北京,14,6分,难度★)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(D)A.红光B.黄光C.绿光D.紫光解析由题图知,a光比b光偏折程度大,故a光折射率较大。比蓝光折射率大的光,选项中只有紫光,故选D。考点79考点80考点81考点825.(2016·四川,5,6分,难度★★)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示,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sini-sinr图象如图乙所示。则(B)A.光由A经O到B,n=1.5B.光由B经O到A,n=1.5C.光由A经O到B,n=0.67D.光由B经O到A,n=0.67解析已知玻璃相对于空气的折射率大于1,又由乙图知sin𝑖sin𝑟=231,可知i为在玻璃中的角,r为在空气中的角,所以光由B经O到A,玻璃砖的折射率n=sin𝑟sin𝑖=1.5。故选B。考点79考点80考点81考点826.(2015·重庆,11(1),6分,难度★★)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为(A)A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红解析连接球心和各个射出点,可知射向M的光的偏折程度大于N,即射向M、N的光分别为紫色、红色;同理可知射向P、Q点的光分别为红色、紫色。考点79考点80考点81考点827.(2015·安徽,18,6分,难度★)如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i'和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。已知棱镜顶角为α,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为(A)A.sin𝛼+𝜃2sin𝛼2B.sin𝛼+𝜃2sin𝜃2C.sin𝜃sin(𝜃-𝛼2)D.sin𝛼sin(𝛼-𝜃2)解析由题意知,光线进入棱镜时的折射角γ=𝛼2,入射角i=𝛼2+𝜃2=𝛼+𝜃2,则折射率n=sin𝑖sin𝛾=sin𝛼+𝜃2sin𝛼2,选项A正确。考点79考点80考点81考点828.(2014·天津,8,6分,难度★)(多选)一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后,出射光分成a、b两束,如图所示,则a、b两束光(AB)A.垂直穿过同一块平板玻璃,a光所用的时间比b光长B.从同种介质射入真空发生全反射时,a光临界角比b光的小C.分别通过同一双缝干涉装置,b光形成的相邻亮条纹间距小D.若照射同一金属都能发生光电效应,b光照射时逸出的光电子最大初动能大考点79考点80考点81考点82解析根据a、b两束光的偏折情况可知玻璃对a光的折射率较大,即nanb,由n=𝑐𝑣可知,a光在同一块平板玻璃中波速小,传播时间长,选项A正确;再由sinC=1𝑛可知a光临界角小,选项B正确;由于a光折射率比b光大,则a光的频率大,波长较短,由Δx=𝐿𝑑·λ可知选项C错误;由Ek=hν-W0可知,a光照射时逸出的光电子最大初动能大,选项D错误。考点79考点80考点81考点829.(2014·北京,20,6分,难度★★)以往,已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n0),称为负折射率材料。位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。若该材料对于电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是(B)sin𝑖sin𝑟=n考点79考点80考点81考点82解析由于该材料依然满足光的折射定律,且n=-1,故折射角大小等于入射角大小,且位于法线同一侧,根据折射是可逆的,当电磁波从该材料中进入空气时,也满足折射线与入射线位于法线同一侧,且故折射角大小等于入射角大小,故B正确。sin𝑖sin𝑟=n考点79考点80考点81考点8210.(2014·重庆,11(1),6分,难度★★)打磨某剖面如图1所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1θθ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光线,在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况),则下列判断正确的是(D)A.若θθ2,光线一定在OP边发生全反射B.若θθ2,光线会从OQ边射出C.若θθ1,光线会从OP边射出D.若θθ1,光线会在OP边发生全反射解析光线在OP上的入射角i=90°-θ,θ越小,i越大,光在OP上一定发生全反射,但在OQ上不一定发生全反射,C项错误,D项正确;当i=C(临界角),此时θ=θ2,若θθ2,则光线在OP上不发生全反射,选项A、B错误。考点79考点80考点81考点8211.(2013·天津,8,6分,难度★★)(多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图,O点为圆心,OO'为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点,入射光线与OO'夹角θ较小时,光屏NQ区域出现两个光斑,逐渐增大θ角,当θ=α时,光屏NQ区域A光的光斑消失,继续增大θ角,当θ=β时,光屏NQ区域B光的光斑消失,则(AD)A.玻璃砖对A光的折射率比对B光的大B.A光在玻璃砖中传播速度比B光的大C.αθβ时,光屏上只有1个光斑D.βθ时,光屏上只有1个光斑π2考点79考点80考点81考点82解析根据题意可知,A光先发生全反射,所以玻璃砖对A光的折射率比对B光的折射率大,选项A正确;A光的频率也大于B光的频率,由v=可知,A光在玻璃砖中的传播速度比B光的小,选项B错误;当αθβ时,B光折射后在N点下方形成一个亮斑,A光发生全反射,与B光的一部分反射光射出玻璃砖后在N点上方形成一个亮斑,选项C错误;当βθ时,A、B两束光发生全反射,射出玻璃砖后在N点上方形成一个亮斑,选项D正确。𝑐𝑛π2考点79考点80考点81考点8212.(2013·浙江,16,6分,难度★)与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是(C)A.地球上有人用红色激光照射月球B.太阳照射到地球的红光反射到月球C.太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D.太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹解析照亮月球所需的光源的能量巨大,人为产生的红色激光不足以照亮月球,A项不合理;由题图可知,月球、地球和太阳在一条直线上,且月球在地球“背后”,太阳照射到地球上的反射光不能照到月球上,