（江苏专用）2020届高考物理一轮复习 专题十六 光学、电磁波及相对论课件

专题十六光学、电磁波及相对论高考物理(江苏省专用)A组自主命题·江苏卷题组考点一光学五年高考1.[2019江苏单科,13B(2)(3)](2)将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。(3)如图所示,某L形透明材料的折射率n=2。现沿AB方向切去一角,AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气,求θ的最大值。答案(2)衍射接近(3)60°解析(2)本题考查了光发生明显衍射的条件,体现了科学探究中证据、解释的核心素养要素。两支铅笔并排放在一起,中间留有一条狭缝,光发生单缝衍射。由发生明显衍射的条件可知,当障碍物的尺寸与光的波长相接近时衍射现象十分明显。(3)本题考查了光的折射和全反射等知识及学生综合分析能力,体现了科学探究中问题和证据的素养要素。为使光射到AB面时不射入空气,故光在AB面发生全反射,由sinC= ,且C+θ=90°,得θ=60°1n解题关键简谐运动的位移是以平衡位置为位移的起点的。疑难突破干涉和衍射的产生原理不同,干涉是两个光源,即双缝光源,衍射为一个光源,即单缝光源。2.[2018江苏单科,12B(2)]两束单色光A、B的波长分别为λA、λB,且λAλB,则(选填“A”或“B”)在水中发生全反射时的临界角较大。用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时,可以观察到(选填“A”或“B”)产生的条纹间距较大。答案AA解析光的波长越大,对应同一介质的折射率越小,由临界角公式sinC= 可知,A光的临界角较大。进行杨氏双缝干涉实验时,相邻两条亮纹或暗纹间的距离Δx= λ,同一装置中,L和d为定值,则λ越大,Δx越大,所以A光的条纹间距较大。1nLd3.[2012江苏单科,12B(1)(2)](1)如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是。 A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变(2)“测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时,要使它。如图所示是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a'是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n=。(计算结果保留两位有效数字)答案(1)C(2)挡住C及A、B的像1.8(1.6~1.9都算对)解析(1)白炽灯光经过偏振片P后成为完全偏振光,旋转P时P、Q间偏振光的振动方向改变,但光的强度不变,B、D错误。由于偏振片Q的透振方向不变,故旋转P时Q右侧的偏振光强度发生周期性变化,故A错误,C正确。(2)大头针A、B确定的是入射光线的方位,大头针C、D确定的是与之对应的出射光线的方位。故达到目的时四个大头针位于同一光路上,D能挡住C及A、B的像。连接AB、CD并延长分别与a、a'相交于E、F两点,再连接EF即可得到与入射光线AB对应的折射光线,过E点作a的垂线,则AB、EF与垂线间的夹角即入射角及对应的折射角。方法一用量角器测出入射角i及折射角r,查正弦表由n=sini/sinr可得折射率。方法二以E点为圆心适当长度为半径作圆,设圆与AB、EF相交于G、H,过G、H作法线的垂线GI与HJ,用刻度尺测出 与 的长度,则n= 。GIHJGIHJ4.[2011江苏单科,12B(2)]一束光从空气射向折射率为 的某种介质,若反射光线与折射光线垂直,则入射角为。真空中的光速为c,则光在该介质中的传播速度为。3答案60° c33解析设入射角为θ,则折射角为90°-θ,由折射定律可知: = ,故θ=60°。由n= 得v= = c。sinsin(90)θθ3cvcn335.[2017江苏单科,12B(3)]人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为 ,且D= R。求光线的会聚角α。(示意图未按比例画出)22答案见解析解析由几何关系sini= ,解得i=45°,则由折射定律 =n,解得γ=30°且i=γ+ ,解得α=30°2DRsinsiniγ2α友情提醒对折射率的理解注意:折射率n= 中,入射角i是光在真空或空气中的入射角度。sinsiniγ6.[2016江苏单科,12B(2)(3)](2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波。一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们发出的光波满足干涉的必要条件,即两列光的相同。如图所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷,如果放置光屏,在(选填“A”、“B”或“C”)点会出现暗条纹。 (3)在上述杨氏干涉实验中,若单色光的波长λ=5.89×10-7m,双缝间的距离d=1mm,双缝到屏的距离l=2m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。答案(2)频率C(3)1.178×10-2m解析(2)只有频率相同的两列波相遇时才可能发生干涉。在相遇区域内,某时刻波峰与波峰相遇处,波谷与波谷相遇处是振动加强点,而波峰与波谷相遇处才是振动减弱点,故A、B两点位于亮条纹上,C点处于暗条纹上。(3)相邻亮条纹的中心间距Δx= λ第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L=10Δx代入数据得L=1.178×10-2mld考查点本题考查了相对论中光速不变原理、长度与速度的关系、波的叠加原理、波峰与波谷、杨氏干涉实验的原理等知识,属于中等难度题。知识链接两列频率相同的波叠加时,波峰与波峰或波谷与波谷叠加的区域振动加强,波峰与波谷叠加的区域振动减弱,而且加强的区域始终是加强的,减弱的区域始终减弱。7.[2015江苏单科,12B(3)]人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30°,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n。答案 (或1.5)44914解析设折射角为γ,由折射定律有sin30°=nsinγ由几何关系知sinγ= ,且OP= 代入数据解得n= (或n≈1.5)PBOAOP22()PBOAAB44914考查点本题考查光的折射定律、折射率等知识,属于中等难度题。解题关键解决几何光学题的关键是画好光路图,找准入射角和折射角,充分利用平面几何的知识找关系。8.[2014江苏单科,12B(1)(3)](1)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到(甲)图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如(乙)图所示。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(3)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图如图所示。一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。答案(1)B(3)见解析解析(1)由(甲)和(乙)两图可知改变条件以后条纹变宽,由Δx= λ可知,只有B正确。(3)设光在鳞片中的折射角为γ,由折射定律有sini=nsinγ在鳞片中传播的路程l1= ,传播速度v= ,传播时间t1= 解得t1= 同理,在空气中的传播时间t2= 则t=t1+t2= + Ld2cosdγcn1lv2222sinndcni2coshci2222sinndcni2coshci考查点本题考查光的折射定律、光速与折射率的关系等知识,属于较难题。知识拓展蝴蝶翅膀在阳光的照射下之所以呈现出五彩缤纷的光芒,是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。9.[2013江苏单科,12B(3)]图为单反照相机取景器的示意图,ABCDE为五棱镜的一个截面,AB⊥BC。光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是多少?(计算结果可用三角函数表示)答案 1sin22.5解析由题意知,光线经界面CD和界面EA两次反射后传播方向改变了90°,光线在两界面上反射时入射角与反射角的和都为45°,则对应的入射角为22.5°,若此时恰好发生全反射,则折射率为最小值,即n= = 。1sinC1sin22.5考查点本题考查光的折射和全反射、折射率等知识,对考生的分析推理能力有较高要求,属于中等难度题。解题关键解答本题的关键,首先是画好光路图,如图所示。其次是列出2α+2β=90°,并由题中“两次反射的入射角相等”的条件求出α。10.[2016江苏单科,12B(1)]一艘太空飞船静止时的长度为30m,它以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球,下列说法正确的是 ()A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30mB.地球上的观测者测得该飞船的长度小于30mC.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于cD.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c考点二电磁波相对论答案B飞船上的观测者相对飞船是静止的,测得飞船长度为静止长度30m,A错误。地球上的观测者相对飞船的速度为0.6c,测得飞船的长度l=l0 =0.8l0=24m,B正确。由光速不变原理知,C、D皆错误。21(/)vc11.[2011江苏单科,12B(1)]如图所示,沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶,当铁塔B发出一个闪光,列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是 () A.同时被照亮B.A先被照亮C.C先被照亮D.无法判断答案C因列车沿AC方向接近光速行驶,根据“同时”的相对性,即前边的事件先发生,后边的事件后发生可知C先被照亮,答案为C。12.[2018江苏单科,12B(1)](多选)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波 ()A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播D.在空气中的传播速度约为3×108m/s答案AD电磁波为横波,电磁波的传播不需要介质,可以向周围各个方向传播,真空中传播速度最大,c=3.0×108m/s,在空气中的传播速度与真空中的传播速度近似相等,故选A、D。13.[2017江苏单科,12B(1)](多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有 ()A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢C.地球上的人观测到地球上的钟较快D.地球上的人观测到地球上的钟较慢答案AC由狭义相对论的“钟慢效应”原理可知,飞船上的人观测到地球上的钟较慢,地球上的人观测到飞船上的钟较慢,故A、C正确,B、D错误。知识链接钟慢效应某两个事件在不同参考系中的时间间隔Δt= 2'1tvc14.[2013江苏单科,12B(2)]如图所示,两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行,相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上测得它们相距为L,则A测得两飞船间的距离(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号,A测得该信号的速度为。答案大于c(或光速)解析从飞船A测量时飞船B是静止的,从地面上测量时两飞船都是运动的,由相对论的“尺缩效应”知运动长度要缩短,故从地面测得的飞船间距小。由光速不变原理知光信号的传播速度与参考系是无关的,故A测得该信号的速度仍为光速c。B组统一命题、省(区、市)卷题组考点一光学1.(2017北京理综,14,6分)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.紫光答案D本题考查光的折射、色散。由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中