2021届高考物理新动向专题15 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论

2021高考物理最新动向 专题15 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论（解析版） 【命题新趋势】 本专题是高考中的选考内容，在掌握了光的传播规律、电磁波理论、相对论基本原理的基础上，重点考查光的折射、折射率、全反射等知识的应用，常以计算题形式出现，而光的干涉、衍射、偏振以及电磁波和相对论基础知识的应用，则以选择题、填空题形式出现.这些内容虽然不是高考热点，但也要熟练掌握. 【高考新动向】 考向一　光的折射、全反射 1．（2020·新课标Ⅰ卷）在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有__________。 A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声 B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化 C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低 D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同 E.天文学上观察到双星（相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星）光谱随时间的周期性变化 【答案】BCE 【解析】A．之所以不能同时观察到是因为声音的传播速度比光的传播速度慢，所以A错误；B．超声波与血液中的血小板等细胞发生反射时，由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化，B正确；C．列车和人的位置相对变化了，所以听得的声音频率发生了变化，所以C正确；D．波动传播速度不一样是由于波的频率不一样导致的， D错误；E．双星在周期性运动时，会使得到地球的距离发生周期性变化，故接收到的光频率会发生变化，E正确。故选BCE。 2．（2020·新课标Ⅲ卷）如图，一折射率为的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，∠A=90°，∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。 【答案】2 【解析】设从点入射的光线经折射后恰好射向点，光在边上的入射角为，折射角为，如图所示 由折射定律有 设从范围入射的光折射后在边上的入射角为，由几何关系有 代入题中数据解得， 所以从范围入射的光折射后在边上发生全反射，反射光线垂直射到边，边上全部有光射出。设从范围入射的光折射后在边上的入射角为，如图所示 由几何关系可知 根据已知条件可知 即从范围入射的光折射后在边上发生全反射，反射光线垂直射到边上。设边上有光线射出的部分为，由几何关系得 边与边有光射出区域的长度比值为 3．(2019年全国卷Ⅰ)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3 m．距水面4 m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sin 53°＝0.8　cos 53°＝0.6)．已知水的折射率为. (1)求桅杆到P点的水平距离； (2)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． 【答案】(1)7 m　(2)5.5 m 【解析】(1)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 ＝tan 53°　① ＝tan θ　② 由折射定律有 sin 53°＝nsin θ　③ 设桅杆到P点的水平距离为x，则 x＝x1＋x2　④ 联立①②③④式并代入题给数据得 x＝7 m．　⑤ (2)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 sin i′＝nsin 45°　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′＋x　⑦ ＝tan i′　⑧ ＝tan 45°　⑨ 联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得 x′＝(6－3)m≈5.5 m. 4．(2019年全国卷Ⅲ)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°.一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出． (1)求棱镜的折射率； (2)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出．求此时AB边上入射角的正弦． 【答案】(1)　(2) 【解析】(1)光路图及相关量如图所示．光束在AB边上折射，由折射定律得 ＝n　① 式中n是棱镜的折射率．由几何关系可知 α＋β＝60°　② 由几何关系和反射定律得 β＝β′＝∠B　③ 联立①②③式，并代入i＝60°得 n＝.　④ (2)设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得 ＝n　⑤ 依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc，且 sin θc＝　⑥ 由几何关系得 θc＝α′＋30°　⑦ 由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sin i′＝. 【方法总结】 (1)根