三年高考(2017-2019)高考物理真題分項(xiàng)匯編 專題17 光學(xué) 電磁波 相對(duì)論(含解析)

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1、專題17 光學(xué) 電磁波 相對(duì)論 1.(2019·北京卷)利用圖1所示的裝置(示意圖),觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象,在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說(shuō)法正確的是 A.甲對(duì)應(yīng)單縫,乙對(duì)應(yīng)雙縫 B.甲對(duì)應(yīng)雙縫,乙對(duì)應(yīng)單縫 C.都是單縫,甲對(duì)應(yīng)的縫寬較大 D.都是雙縫,甲對(duì)應(yīng)的雙縫間距較大 【答案】A 【解析】根據(jù)單縫衍射圖樣和雙縫干涉圖樣特點(diǎn)判斷。單縫衍射圖樣為中央亮條紋最寬最亮,往兩邊變窄,雙縫干涉圖樣是明暗相間的條紋,條紋間距相等,條紋寬度相等,結(jié)合圖甲,乙可知,甲對(duì)應(yīng)單縫,乙對(duì)應(yīng)雙縫,故A正確,BCD錯(cuò)誤。 2.(2019·北京卷)光電管是一種利用

2、光照射產(chǎn)生電流的裝置,當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí),可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 組 次 入射光子的能量/eV 相對(duì)光強(qiáng) 光電流大小/mA 逸出光電子的最大動(dòng)能/eV 第 一 組 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 強(qiáng) 29 43 60 0.9 0.9 0.9 第 二 組 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 強(qiáng) 27 40 55 2.9 2.9 2.9 由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是 A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光 B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同 C.若入射光子的能量

3、為5.0 eV,逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9 eV D.若入射光子的能量為5.0 eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng),光電流越大 【答案】B 【解析】由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程比較兩次實(shí)驗(yàn)時(shí)的逸出功和光電流與光強(qiáng)的關(guān)系解題 由題表格中數(shù)據(jù)可知,兩組實(shí)驗(yàn)所用的入射光的能量不同,由公式可知,兩組實(shí)驗(yàn)中所用的入射光的頻率不同,故A正確;由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得:第一組實(shí)驗(yàn):,第二組實(shí)驗(yàn):,解得:,即兩種材料的逸出功相同也即材料相同,故B錯(cuò)誤;由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得:,故C正確;由題表格中數(shù)據(jù)可知,入射光能量相同時(shí),相對(duì)光越強(qiáng),光電流越大,故D正確。 3.(2019·天津卷)某小組做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:

4、玻璃磚,大頭針,刻度尺,圓規(guī),筆,白紙。 ①下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度______。 A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚 B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚 C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn) D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些 ②該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示,其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是______。 ③該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點(diǎn)為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于、點(diǎn),再過(guò)、點(diǎn)作法線的垂線,垂足分別為、點(diǎn),如圖所示,則玻璃的折射率______。(用圖中線段的字母表示) 【答案

5、】①AD ②D ③ 【解析】①采用插針?lè)y(cè)定光的折射率的時(shí)候,應(yīng)選定光學(xué)表面間距大一些的玻璃磚,這樣光路圖會(huì)更加清晰,減小誤差,同時(shí)兩枚大頭針的距離盡量大一些,保證光線的直線度,因此AD正確,光學(xué)表面是否平行不影響該實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度,因此B錯(cuò)誤,應(yīng)選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針因此C錯(cuò)誤。 ②根據(jù)光的折射定律可知當(dāng)選用平行的玻璃磚時(shí)出射光和入射光應(yīng)是平行光,又因發(fā)生了折射因此出射光的出射點(diǎn)應(yīng)相比入射光的延長(zhǎng)線向左平移,因此D正確,ABC錯(cuò)誤; ③由折射定律可知折射率,,,聯(lián)立解得。 4.(2019·江蘇卷)將兩支鉛筆并排放在一起,中間留一條狹縫,通過(guò)這條狹縫去看與其平行的日光燈,能觀察到彩色條紋,

6、這是由于光的 (選填“折射”“干涉”或“衍射”).當(dāng)縫的寬度 (選填“遠(yuǎn)大于”或“接近”)光波的波長(zhǎng)時(shí),這種現(xiàn)象十分明顯。 【答案】衍射 接近 【解析】通過(guò)兩支鉛筆中間的縫能看到彩色條紋,說(shuō)明光繞過(guò)縫而到人的眼睛,所以這是由于光的衍射現(xiàn)象,由發(fā)生明顯衍射條件可知,當(dāng)縫的寬度與光波的波長(zhǎng)接近或比光波的波長(zhǎng)少得多時(shí)能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。 5.(2019·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷)某同學(xué)利用圖示裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí),接通電源使光源正常發(fā)光:調(diào)整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?;卮鹣铝袉?wèn)題: (1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù),該同學(xué)可__________;

7、 A.將單縫向雙縫靠近 B.將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng) C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng) D.使用間距更小的雙縫 (2)若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為l,測(cè)得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx,則單色光的波長(zhǎng)λ=_________; (3)某次測(cè)量時(shí),選用的雙縫的間距為0.300 mm,測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20 m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm。則所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為_(kāi)_____________nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。 【答案】(1)B (2) (3)630 【解析】(1)由Δx=,因Δx越小,目鏡中觀察得條紋數(shù)越多,故B符合題意;

8、 (2)由,λ= (3)λ==。 6.(2019·新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷)如圖,一艘帆船靜止在湖面上,帆船的豎直桅桿頂端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P點(diǎn)發(fā)出的激光束,從水面出射后恰好照射到桅桿頂端,該出射光束與豎直方向的夾角為53°(取sin53°=0.8)。已知水的折射率為。 (1)求桅桿到P點(diǎn)的水平距離; (2)船向左行駛一段距離后停止,調(diào)整由P點(diǎn)發(fā)出的激光束方向,當(dāng)其與豎直方向夾角為45°時(shí),從水面射出后仍然照射在桅桿頂端,求船行駛的距離。 【答案】(1)7 m (2) 【解析】(1)設(shè)光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x1,到P點(diǎn)的水平距離為x2;桅桿高度為h1,P點(diǎn)

9、處水深為h2:激光束在水中與豎直方向的夾角為θ。由幾何關(guān)系有 ① ② 由折射定律有 sin53°=nsinθ③ 設(shè)桅桿到P點(diǎn)的水平距離為x,則 x=x1+x2④ 聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得 x=7 m⑤ (2)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45°時(shí),從水面出射的方向與豎直方向夾角為,由折射定律有 sin=nsin45°⑥ 設(shè)船向左行駛的距離為x',此時(shí)光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x'1,到P點(diǎn)的水平距離為x'2,則 ⑦ ⑧ ⑨ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入題給數(shù)據(jù)得 x'=⑩ 7.(2019·新課標(biāo)全國(guó)Ⅲ卷)如圖,直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面,∠A

10、=90°,∠B=30°。一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進(jìn)入棱鏡,然后垂直于AC邊射出。 (1)求棱鏡的折射率; (2)保持AB邊上的入射點(diǎn)不變,逐漸減小入射角,直到BC邊上恰好有光線射出。求此時(shí)AB邊上入射角的正弦。 【答案】(1) (2) 【解析】(1)光路圖及相關(guān)量如圖所示。光束在AB邊上折射,由折射定律得 ① 式中n是棱鏡的折射率。由幾何關(guān)系可知 α+β=60°② 由幾何關(guān)系和反射定律得 ③ 聯(lián)立①②③式,并代入i=60°得 n=④ (2)設(shè)改變后的入射角為,折射角為,由折射定律得 =n⑤ 依題意,光束在BC邊上的入射角為全反射的臨界角,且

11、sin=⑥ 由幾何關(guān)系得 =α'+30°⑦ 由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦為 sin=⑧ 8.(2019·江蘇卷)如圖所示,某L形透明材料的折射率n=2?,F(xiàn)沿AB方向切去一角,AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時(shí)不會(huì)射入空氣,求θ的最大值。 【答案】 【解析】要使光線不會(huì)射入空氣,即發(fā)生全反射,設(shè)臨界角為C,即有: 由幾何關(guān)系得: 聯(lián)立解得: 9.(2018·北京卷)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置得到白光的干涉條紋,在光源與單縫之間加上紅色濾光片后 A.干涉條紋消失 B.彩色條紋中的紅色條紋消失 C.中央條紋變成暗條紋 D.中央條紋變成紅色 【答案

12、】D 【解析】當(dāng)用白光做干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),頻率相同的色光,相互疊加干涉,在光屏上形成彩色條紋,中央形成白色的亮條紋;當(dāng)在光源與單縫之間加上紅色濾光片后,只有紅光能通過(guò)單縫,然后通過(guò)雙縫后相互疊加干涉,在光屏上形成紅色干涉條紋,光屏中央為加強(qiáng)點(diǎn),所以中央條紋變成紅色亮條紋,故選項(xiàng)D正確,ABC錯(cuò)誤; 【名師點(diǎn)睛】本題考查了光的干涉現(xiàn)象,注意只有頻率相同、振動(dòng)相同的兩列波才能形成穩(wěn)定的干涉圖像,同時(shí)要掌握哪些點(diǎn)是振動(dòng)加強(qiáng)點(diǎn),哪些點(diǎn)是振動(dòng)減弱點(diǎn)。 10.(2018·天津卷)氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)有四條譜線,都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)發(fā)出的光,它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL(zhǎng)由長(zhǎng)到短,

13、可以判定 A.對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小 B.同一介質(zhì)對(duì)的折射率最大 C.同一介質(zhì)中的傳播速度最大 D.用照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng),則也一定能 【答案】A 【解析】根據(jù)分析前后能級(jí)差的大?。桓鶕?jù)折射率與頻率的關(guān)系分析折射率的大小;根據(jù)判斷傳播速度的大??;根據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的條件是入射光的頻率大于該光的極限頻率判斷是否會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。波長(zhǎng)越大,頻率越小,故的頻率最小,根據(jù)可知對(duì)應(yīng)的能量最小,根據(jù)可知對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小,A正確;的頻率最小,同一介質(zhì)對(duì)應(yīng)的折射率最小,根據(jù)可知的傳播速度最大,BC錯(cuò)誤;的波長(zhǎng)小于的波長(zhǎng),故的頻率大于的頻率,若用照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng),則不一定能,D

14、錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】光的波長(zhǎng)越大,頻率越小,同一介質(zhì)對(duì)其的折射率越小,光子的能量越小。 11.(2018·江蘇卷)(多選)梳子在梳頭后帶上電荷,搖動(dòng)這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波 A.是橫波 B.不能在真空中傳播 C.只能沿著梳子搖動(dòng)的方向傳播 D.在空氣中的傳播速度約為3×108 m/ s 【答案】AD 【解析】搖動(dòng)的梳子在空中產(chǎn)生電磁波,電磁波是橫波,選項(xiàng)A正確;電磁波能在真空中傳播,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電磁波傳播的方向與振動(dòng)方向垂直,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電磁波在空氣中傳播的速度約為光速,選項(xiàng)D正確。 12.(2018·江蘇卷)兩束單色光A、B的波長(zhǎng)分別為、,且>,則______(選

15、填“A”或“B”)在水中發(fā)生全反射時(shí)的臨界角較大。用同一裝置進(jìn)行楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),可以觀察到______(選填“A”或“B”)產(chǎn)生的條紋間距較大。 【答案】A A 【解析】波長(zhǎng)越長(zhǎng),頻率越小,折射率越小,根據(jù)臨界角,可知波長(zhǎng)越大臨界角越大,所以A光的臨界角大;雙縫干涉條紋的間距,因?yàn)锳光的波長(zhǎng)較長(zhǎng),所以A光產(chǎn)生的條紋間距較大。 13.(2018·新課標(biāo)全國(guó)I卷)如圖,△ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面,∠A=30°,一束紅光垂直AB邊射入,從AC邊上的D點(diǎn)射出,其折射角為60°,則玻璃對(duì)紅光的折射率為_(kāi)____。若改用藍(lán)光沿同一路徑入射,則光線在D點(diǎn)射出時(shí)的折射射角______(“小于”

16、“等于”或“大于”)60°。 【答案】 大于 【解析】根據(jù)題述和圖示可知,i=60°,r=30°,由折射定律,玻璃對(duì)紅光的折射率n==。若改用藍(lán)光沿同一路徑入射,由于玻璃對(duì)藍(lán)光的折射率大于玻璃對(duì)紅光的折射率,則光線在D點(diǎn)射出時(shí)的折射角大于60°。 14.(2018·北京卷)(1)靜電場(chǎng)可以用電場(chǎng)線和等勢(shì)面形象描述。 a.請(qǐng)根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義和庫(kù)侖定律推導(dǎo)出點(diǎn)電荷Q的場(chǎng)強(qiáng)表達(dá)式; b.點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線和等勢(shì)面分布如圖所示,等勢(shì)面S?、S?到點(diǎn)電荷的距離分別為r?、r?。我們知道,電場(chǎng)線的疏密反映了空間區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。請(qǐng)計(jì)算S?、S?上單位面積通過(guò)的電場(chǎng)線條數(shù)之比N1/N2。

17、 (2)觀測(cè)宇宙中輻射電磁波的天體,距離越遠(yuǎn)單位面積接收的電磁波功率越小,觀測(cè)越困難。為了收集足夠強(qiáng)的來(lái)自天體的電磁波,增大望遠(yuǎn)鏡口徑是提高天文觀測(cè)能力的一條重要路徑。2016年9月25日,世界上最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST在我國(guó)貴州落成啟用,被譽(yù)為“中國(guó)天眼”。FAST直徑為500 m,有效提高了人類觀測(cè)宇宙的精度和范圍。 a.設(shè)直徑為100 m的望遠(yuǎn)鏡能夠接收到的來(lái)自某天體的電磁波功率為P?,計(jì)算FAST能夠接收到的來(lái)自該天體的電磁波功率P?; b.在宇宙大尺度上,天體的空間分布是均勻的,僅以輻射功率為P的同類天體為觀測(cè)對(duì)象,設(shè)直徑為100 m望遠(yuǎn)鏡能夠觀測(cè)到的此類天體數(shù)目是N

18、0,計(jì)算FAST能夠觀測(cè)到的此類天體數(shù)目N。 【答案】(1)a. b. (2)a. b. 【解析】(1)a.在距Q為r的位置放一電荷量為q的檢驗(yàn)電荷 根據(jù)庫(kù)侖定律檢驗(yàn)電荷受到的電場(chǎng)力 根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義 得 b.穿過(guò)每個(gè)面的電場(chǎng)線的總條數(shù)是相等的,若面積大,則單位面積上分擔(dān)的條數(shù)就少, 故穿過(guò)兩等勢(shì)面單位面積上的電場(chǎng)線條數(shù)之比 (2)a.地球上不同望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)同一天體,單位面積上接收的功率應(yīng)該相同,因此 b.在宇宙大尺度上,天體的空間分布是均勻的。因此一個(gè)望遠(yuǎn)鏡能觀測(cè)到的此類天體數(shù)目正比于以望遠(yuǎn)鏡為球心、以最遠(yuǎn)觀測(cè)距離為半徑的球體體積。 設(shè)地面上望遠(yuǎn)鏡能觀測(cè)

19、到此類天體需收集到的電磁波的總功率的最小值為P0,直徑為100 m望遠(yuǎn)鏡和FAST能觀測(cè)到的最遠(yuǎn)距離分別為L(zhǎng)0和L,則 可得L=5L0 則 【名師點(diǎn)睛】本題是一道信息題,要讀懂題目中所描述的物理情景,然后結(jié)合物理知識(shí)求解,在電場(chǎng)線條數(shù)一定的情況下,圓的半徑越大,則單位面積上的條數(shù)就越少;同樣要知道地球上不同望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)同一天體,單位面積上接收的功率應(yīng)該相同,要借助于這些條件處理問(wèn)題。 15.(2018·新課標(biāo)全國(guó)II卷)如圖,△ABC是一直角三棱鏡的橫截面,,,一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后,射到AC邊的E點(diǎn),發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點(diǎn)

20、。不計(jì)多次反射。 (i)求出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角; (ii)為實(shí)現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍? 【答案】(1)δ=60° (2) 【解析】(1)根據(jù)題意畫出光路圖,根據(jù)幾何關(guān)系找到出射光線與入射光線之間的夾角; (2)要保證在E點(diǎn)發(fā)生全反射,則在E點(diǎn)的入射角要大于等于臨界角C (ⅰ)光線在BC面上折射,由折射定律有 ① 式中,n為棱鏡的折射率,i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射,由反射定律有 i2=r2② 式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角。光線在AB面上發(fā)生折射,由折射定律有 ③

21、式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角。由幾何關(guān)系得 i2=r2=60°,r1=i3=30°④ F點(diǎn)的出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角為 δ=(r1–i1)+(180°–i2–r2)+(r3–i3)⑤ 由①②③④⑤式得 δ=60°⑥ (ⅱ)光線在AC面上發(fā)生全反射,光線在AB面上不發(fā)生全反射,有 ⑦ 式中C是全反射臨界角,滿足 ⑧ 由④⑦⑧式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為 ⑨ 【名師點(diǎn)睛】本題考查了幾何光學(xué),處理此類題的方法一般是正確畫光路圖利用幾何關(guān)系求偏角,還要知道全發(fā)射的條件是什么。 16.(2018·新課標(biāo)全國(guó)III卷)如圖,某同學(xué)在一張水平放置

22、的白紙上畫了一個(gè)小標(biāo)記“·”(圖中O點(diǎn)),然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個(gè)標(biāo)記上,小標(biāo)記位于AC邊上。D位于AB邊上,過(guò)D點(diǎn)做AC邊的垂線交AC于F。該同學(xué)在D點(diǎn)正上方向下順著直線DF的方向觀察。恰好可以看到小標(biāo)記的像;過(guò)O點(diǎn)做AB邊的垂線交直線DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射) 【答案】 【解析】試題分析 本題考查折射定律、光在三棱鏡中傳播及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。 解析過(guò)D點(diǎn)作AB邊的發(fā)現(xiàn),連接OD,則為O點(diǎn)發(fā)出的光纖在D點(diǎn)的入射角;設(shè)該光線在D點(diǎn)的折射角為β,如圖所示。根據(jù)折射定律有 ① 式中n為三棱鏡的折

23、射率 由幾何關(guān)系可知 ② ③ 在中有 ④ 由③④式和題給條件得 ⑤ 根據(jù)題給條件可知,為等腰三角形,有 ⑥ 由①②⑥式得 ⑦ 17.(2017·北京卷)如圖所示,一束可見(jiàn)光穿過(guò)平行玻璃磚后,變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍(lán)光,則光束a可能是 A.紅光 B.黃光 C.綠光 D.紫光 【答案】D 【解析】根據(jù)題意作出完整光路圖,如圖所示,a光進(jìn)入玻璃磚時(shí)光線偏折角較大,根據(jù)光的折射定律可知玻璃磚對(duì)a光的折射率較大,因此a光的頻率應(yīng)高于b光,故選D。 【名師點(diǎn)睛】由教材中白光通過(guò)三棱鏡時(shí)

24、發(fā)生色散的演示實(shí)驗(yàn)可知,光線在進(jìn)入棱鏡前后偏折角度越大,棱鏡對(duì)該光的折射率越大,該光的頻率越大。 18.(2017·天津卷)明代學(xué)者方以智在《陽(yáng)燧倒影》中記載:“凡寶石面凸,則光成一條,有數(shù)棱則必有一面五色”,表明白光通過(guò)多棱晶體折射會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象。如圖所示,一束復(fù)色光通過(guò)三棱鏡后分解成兩束單色光a、b,下列說(shuō)法正確的是 A.若增大入射角i,則b光先消失 B.在該三棱鏡中a光波長(zhǎng)小于b光 C.a(chǎn)光能發(fā)生偏振現(xiàn)象,b光不能發(fā)生 D.若a、b光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應(yīng),則a光的遏止電壓低 【答案】D 【解析】設(shè)折射角為α,在右界面的入射角為β,根據(jù)幾何關(guān)系有:,根據(jù)折射

25、定律:,增大入射角i,折射角α增大,β減小,而β增大才能使b光發(fā)生全反射,故A錯(cuò)誤;由光路圖可知,a光的折射率小于b光的折射率(),則a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)(),故B錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程和遏止電壓的概念可知:最大初動(dòng)能,再根據(jù)動(dòng)能定理:,即遏止電壓,可知入射光的頻率越大,需要的遏止電壓越大,,則a光的頻率小于b光的頻率(),a光的遏止電壓小于b光的遏止電壓,故D正確;光是一種橫波,橫波有偏振現(xiàn)象,縱波沒(méi)有,有無(wú)偏振現(xiàn)象與光的頻率無(wú)關(guān),故C錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】本題考查的知識(shí)點(diǎn)較多,涉及光的折射、全反射、光電效應(yīng)方程、折射率與波長(zhǎng)的關(guān)系、橫波和縱波的概念等,解決本題的關(guān)鍵是能通過(guò)光路圖判斷出

26、兩種光的折射率的關(guān)系,并能熟練利用幾何關(guān)系。 19.(2017·北京卷)物理學(xué)原理在現(xiàn)代科技中有許多重要應(yīng)用。例如,利用波的干涉,可將無(wú)線電波的干涉信號(hào)用于飛機(jī)降落的導(dǎo)航。 如圖所示,兩個(gè)可發(fā)射無(wú)線電波的天線對(duì)稱地固定于飛機(jī)跑道兩側(cè),它們類似于楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫。兩天線同時(shí)都發(fā)出波長(zhǎng)為λ1和λ2的無(wú)線電波。飛機(jī)降落過(guò)程中,當(dāng)接收到λ1和λ2的信號(hào)都保持最強(qiáng)時(shí),表明飛機(jī)已對(duì)準(zhǔn)跑道。下列說(shuō)法正確的是 A.天線發(fā)出的兩種無(wú)線電波必須一樣強(qiáng) B.導(dǎo)航利用了λ1與λ2兩種無(wú)線電波之間的干涉 C.兩種無(wú)線電波在空間的強(qiáng)弱分布穩(wěn)定 D.兩種無(wú)線電波各自在空間的強(qiáng)弱分布完全重合 【答案】C

27、 【解析】由于兩無(wú)線電波波源對(duì)稱分布在跑道兩側(cè),兩種波長(zhǎng)的無(wú)線電波各自發(fā)生干涉,在跑道處干涉均加強(qiáng),兩種無(wú)線電波各自在空間的強(qiáng)弱分布穩(wěn)定,但不重合,當(dāng)接收到的λ1和λ2的信號(hào)都保持最強(qiáng)時(shí),表明飛機(jī)已對(duì)準(zhǔn)跑道。由題意,天線發(fā)出的兩種無(wú)線電波不必一樣強(qiáng),A錯(cuò)誤;導(dǎo)航利用了兩種波長(zhǎng)的無(wú)線電波各自的穩(wěn)定干涉,B錯(cuò)誤;若兩種無(wú)線電波各自在空間的強(qiáng)弱分布完全重合,則接收到λ1和λ2的信號(hào)都保持最強(qiáng)的位置,不一定在跑道上,D錯(cuò)誤;故選C。 【名師點(diǎn)睛】波長(zhǎng)相等的兩列波可以產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉,類似雙縫干涉實(shí)驗(yàn),在兩波源連線的中垂線上干涉始終加強(qiáng)(波程差為零)。 20.(2017·江蘇卷)接近光速飛行的飛船和

28、地球上各有一只相同的銫原子鐘,飛船和地球上的人觀測(cè)這兩只鐘的快慢,下列說(shuō)法正確的有 A.飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快 B.飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢 C.地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快 D.地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較慢 【答案】AC 【解析】飛船相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng),所以地球上的人觀測(cè)飛船上的時(shí)鐘較慢,而地球相對(duì)飛船高速運(yùn)動(dòng),所以飛船上的人認(rèn)為地球上的時(shí)鐘較慢,所以A、C正確;B、D錯(cuò)誤. 【名師點(diǎn)睛】本題主要考查狹義相對(duì)論時(shí)間間隔的相對(duì)性,注意運(yùn)動(dòng)的相對(duì)的,飛船相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng),地球也相對(duì)飛船高速運(yùn)動(dòng). 21.(2017·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,用綠色激光照射在

29、雙縫上,在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距,可選用的方法是 A.改用紅色激光 B.改用藍(lán)色激光 C.減小雙縫間距 D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng) E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng) 【答案】ACD 【解析】根據(jù)條紋間距表達(dá)式可知:因紅光的波長(zhǎng)大于綠光的波長(zhǎng),則改用紅色激光可增大條紋間距,選項(xiàng)A正確;因藍(lán)光的波長(zhǎng)小于綠光的波長(zhǎng),則改用藍(lán)色激光可減小條紋間距,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;減小雙縫間距d可增加條紋間距,選項(xiàng)C正確;將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng),即增加l可使條紋間距變大,選項(xiàng)D正確;光源與雙縫間的距離不影響條紋間距,選項(xiàng)E錯(cuò)誤;故選ACD。 【名師點(diǎn)睛】此題考

30、查雙縫干涉中條紋間距的影響因素;關(guān)鍵是理解實(shí)驗(yàn)原理,知道干涉條紋間距的表達(dá)式,題目較簡(jiǎn)單。 22.(2017·江蘇卷)人的眼球可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型,折射率相同、半徑不同的兩個(gè)球體共軸,平行光束寬度為D,對(duì)稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球,會(huì)聚在軸線上的P點(diǎn).取球體的折射率為,且D=R,求光線的會(huì)聚角α.(示意圖未按比例畫出) 【答案】30° 【解析】由幾何關(guān)系,解得 則由折射定律,解得 且,解得 【名師點(diǎn)睛】幾何光學(xué)的問(wèn)題,畫出光路圖,剩下的就是平面幾何,找邊角關(guān)系. 23.(2017·新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷)如圖,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體,O點(diǎn)為球心;下半部是半徑為R

31、、高位2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距離為0.6R。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)。求該玻璃的折射率。 【答案】 【解析】如圖,根據(jù)光路的對(duì)稱性和光路可逆性,與入射光線相對(duì)于OC軸對(duì)稱的出射光線一定與入射光線平行。這樣,從半球面射入的折射光線,將從圓柱體底面中心C點(diǎn)反射。 設(shè)光線在半球面的入射角為i,折射角為r。由折射定律有① 由正弦定理有② 由幾何關(guān)系,入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i。由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有③ 式中L是入射光線與OC的距離。由②③式和題給數(shù)據(jù)得④ 由①③④式和題給數(shù)

32、據(jù)得⑤ 【名師點(diǎn)睛】本題的關(guān)鍵條件是出射光線與入射光線平行,依據(jù)這個(gè)畫出光路圖,剩下就是平面幾何的運(yùn)算了。 24.(2017·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷)一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長(zhǎng)為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過(guò)容器中心軸DD′、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源,已知由液體上表面的D點(diǎn)射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率。 【答案】1.55 【解析】設(shè)從光源發(fā)出直射到D點(diǎn)的光線的入射角為i1,折射角為r1,在剖面內(nèi)做光源相對(duì)于反光壁的鏡像對(duì)稱點(diǎn)C,連接CD,交反光壁于E點(diǎn),由光源射向E點(diǎn)的光線,

33、反射后沿ED射向D點(diǎn);光線在D點(diǎn)的入射角為i2,折射角為r2,如圖所示; 設(shè)液體的折射率為n,由折射定律:① ② 依題意:③ 聯(lián)立①②③解得:④ 由幾何關(guān)系:⑤ ⑥ 聯(lián)立④⑤⑥解得:n=1.55 【名師點(diǎn)睛】此題主要考查光的折射定律的應(yīng)用;解題的關(guān)鍵是能畫出光路圖,通過(guò)幾何關(guān)系找到入射角及折射角;根據(jù)折射定律列方程求解。此題同時(shí)考查學(xué)生的數(shù)學(xué)計(jì)算能力。 25.(2017·新課標(biāo)全國(guó)Ⅲ卷)如圖,一半徑為R的玻璃半球,O點(diǎn)是半球的球心,虛線OO′表示光軸(過(guò)球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5。現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從球面射出(不考

34、慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求 (i)從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值; (ii)距光軸的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。 【答案】(i) (ii) 【解析】(i)如圖,從底面上A處射入的光線,在球面上發(fā)生折射時(shí)的入射角為i,當(dāng)i等于全反射臨界角i0時(shí),對(duì)應(yīng)入射光線到光軸的距離最大,設(shè)最大距離為l。 ① 設(shè)n是玻璃的折射率,由全反射臨界角的定義有 ② 由幾何關(guān)系有③ 聯(lián)立①②③式并利用題給條件,得④ (ii)設(shè)與光軸距的光線在球面B點(diǎn)折射時(shí)的入射角和折射角分別為i1和r1,由折射定律有 ⑤ 設(shè)折射光線與光軸的交點(diǎn)為C,在△OBC中,由正弦定理有⑥ 由幾何關(guān)系有⑦ ⑧ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式及題給的條件得⑨ 【名師點(diǎn)睛】本題主要考查光的折射定律的應(yīng)用,解題關(guān)鍵是根據(jù)題意畫出光路圖,根據(jù)幾何知識(shí)確定入射角與折射角,然后列方程求解。 19

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