专题04 光和电磁波（期末复习专项训练）高二物理下学期沪科版

**基本信息** 以电磁波基础-光的波动性-实验操作-综合应用为逻辑主线，覆盖选择、计算等题型，系统训练光和电磁波核心考点，培养物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |电磁波的产生与应用 电磁波谱|5题（如第3题电磁波治疗仪）|基础概念判断与应用分析|从电磁波产生原理到电磁波谱特性，构建电磁波认知框架| |光的干涉|5题（如第6题双缝干涉）|现象分析与实验推理|通过干涉条件、条纹规律理解光的波动性本质| |光的衍射 光的偏振|5题（如第11题衍射图样分析）|现象辨析与应用判断|结合衍射条件、偏振特性深化光波动现象认识| |光学实验|5题（如第18题双缝干涉测波长）|实验操作与数据处理|通过折射率测量、波长计算培养科学探究能力| |光的折射和全反射的综合应用|10题（如第21题光导纤维）|综合计算与情境应用|整合折射定律、全反射条件解决复杂光学问题|

专题04 光和电磁波（专项训练） 题型1电磁波的产生与应用 电磁波谱 题型2 光的干涉 题型3 光的衍射 光的偏振 题型4 光学实验 题型5光的折射和全反射的综合应用 题型1. 电磁波的产生与应用 电磁波谱 1．如图为无人驾驶快递车，这种快递车在行驶过程中，车上安装的车载雷达系统不断发出激光和超声波信号，下列关于激光和超声波的说法正确的是（     ） A．激光是电磁波 B．激光的传播需要介质 C．激光与超声波都可以在真空中传播 D．超声波是电磁波 2．对电磁波的理解，下列说法正确的是（　　） A．射线不是电磁波 B．电磁波是横波 C．电磁波在实际中不存在 D．变化的电场周围一定能产生电磁波 3．电磁波治疗仪可改善局部血液循环、促进组织修复、缓解疼痛与炎症，在临床中广泛应用。其核心部件为电磁波发生器，主要由高频振荡电路构成。工作时，交变电流通过线圈产生交变电磁场，以短波、微波等形式穿透皮肤，作用于深层组织。下列说法正确的是（　　） A．短波和微波在同一介质中传播速率相同 B．线圈的自感系数越小，发射电磁波的本领越大 C．电磁波从空气进入人体，传播速度减小，波长变大 D．电磁波治疗仪利用红外线的热辐射作用升高浅层组织温度 4．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。下面四幅图中，调频波是（     ） A． B． C． D． 5．下列各组电磁波，在真空中波长由短到长排列正确的是（　　） A．射线、紫外线、可见光、红外线 B．红外线、可见光、射线、紫外线 C．射线、红外线、紫外线、可见光 D．紫外线、可见光、红外线、射线 题型2. 光的干涉 6．某同学采用如图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为l。用同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了如图乙、丙所示的图样。下列说法正确的是（　　） A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，不发生衍射 B．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，则P点处一定是亮条纹 C．照射两条狭缝时，增大l，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距减小 D．遮住一条狭缝，增大另一狭缝宽度，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度变小 7．如图所示为某同学设计的力光-微小形变显示装置的截面图，该装置主要有圆筒和柱体两部分，圆筒顶部为一平面玻璃，圆筒内装有柱体（柱体顶部为曲面），柱体顶部和平面玻璃之间存在空气薄膜。现用单色光竖直向下照射玻璃，同时对柱体底部施加竖直向上的推力，当推力发生改变时，玻璃表面处的干涉圆环形条纹会发生移动。下列说法正确的是（     ） A．推力不变时，圆环形条纹从里向外变得越来越密 B．推力不变时，改用太阳光照射，每个圆环形条纹的内缘为红色 C．当推力逐渐增加时，条纹整体向里收缩 D．当推力逐渐增加时，条纹分布保持不变 8．图甲为高青县陈庄·唐口遗址的祭姜太公铜觥全息投影，其拍摄过程的基本原理如图乙所示。激光经分束镜被分成两部分：一部分经平面镜反射、扩束镜发散后射到胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个扩束镜发散后射向被拍摄的文物，文物把光反射到胶片上，并与第一束光相遇，两束光就在胶片上记录下文物的全息照片。则（     ） A．文物全息拍摄主要利用光的偏振现象 B．文物全息拍摄主要利用光的折射现象 C．文物全息拍摄主要是利用激光的相干性好的特点 D．改用白炽灯发出的自然光也能清晰完成文物的全息拍摄 9．平整玻璃板之间的空气薄膜在平行光的照射下形成等间距明暗相间的干涉条纹（如图甲所示），条纹间距（是光的波长，是两块玻璃板之间的夹角）。下列四幅图中空气薄膜在单色光照射下，哪一幅可以形成如图乙所示的干涉图样（    ） A． B． C． D． 10．两块边缘固定且相互平行的玻璃片，当用手指挤压上层玻璃片时，上层玻璃片会发生微小形变，在阳光下玻璃片表面将会形成彩色的环状干涉条纹，则（　　） A．该干涉现象属于薄膜干涉，其中上层玻璃充当“薄膜” B．该装置的左端对应条纹图案的a端 C．同一级的环状条纹，紫色在外圈，红色在内圈 D．手指左端的条纹数量比右端少 题型3. 光的衍射 光的偏振 11．我们常用衍射图样来分析事物的形状结构，激光通过小孔得到如图所示的衍射图样，则小孔的形状是（    ） A． B． C． D． 12．一束复色光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，经折射后分成两束单色光a和b，光路如图所示，下列说法正确的是（     ） A．在玻璃砖中a光的折射率大于b光的折射率 B．若a光是蓝光，则b光可能是红光 C．遇到障碍物时a光更容易产生明显的衍射现象 D．若a、b两色光从同种玻璃射向空气时，b光发生全反射的临界角更大 13．关于光的衍射现象，下列说法正确的是（　　） A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的圆环 B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射 D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 14．关于题图所示物理现象的描述正确的是（     ） A．图甲是光的色散现象，出射光线a的折射率最小 B．图乙被称为“泊松亮斑”，是光通过圆孔衍射形成的图样 C．图丙是光的等厚干涉现象，若增大右侧垫片厚度，将观察到亮纹向左移动 D．图丁中P固定不动，保持P、Q平行，将Q从图示位置绕水平轴在竖直面内缓慢转动90°，光屏上的亮度变暗 15．如图，一束光射向水面分成光束和。经过偏振片呈现在光屏上，在偏振片绕中心轴线转动180°的过程中，屏上光的亮度可能（　　） A．一直不变 B．一直变亮 C．一直变暗 D．先变暗后变亮 题型4. 光学实验 16．测量玻璃的折射率，曹杨二中的同学们尝试用激光笔和实验室中的器材测量玻璃的折射率。 (1)如图所示，甲同学用半圆形玻璃砖测量玻璃砖的折射率，发现当入射角为42.4°时，折射光线恰好消失，则该玻璃砖的折射率为________（保留3位有效数字）；。 (2)如图所示，乙同学用矩形玻璃砖设计如下实验：矩形玻璃砖与光屏放置于水平纸面上，描出玻璃砖的边界ad、bc，光屏垂直纸面且与bc平行。激光束平行纸面，以一定角度从bc上的A点入射玻璃砖，在ad上的B点、bc上的C点和光屏上的D、E点均出现激光亮点，在纸面上标记A、B、C、D、E点的位置。 ①补全激光束从A点到D点的光路图__________； ②过A点作bc的垂线AF，与DE延长线交于F点，测出AE=l1，AB=l2，FE=l3，ED=l4，则折射率n=________（用l1、l2、l3、l4表示）； 17．球体透明球体是物理光学中的一个典型模型，它对于理解光的传播、折射和反射等现象至关重要。某同学为研究某种透明材质制作的小球的光学现象，做了如下实验。 (1)用“测定玻璃的折射率”的实验方法测量该材质的折射率，对一块两面平行的该材质制成的透明砖，用插针法找出与入射光线对应的出射光线，现在分别做出如图所示的A、B、C、D四组插针结果。从图看，测量结果准确度最高的是（　　） A． B．     C． D． (2)夜晚用光照射该材料透明小球，小球会显得光芒四射。一细束足够强的单色光从D点平行直径AB射入，最终在小球外有四条光线射出，如图所示。已知小球的半径为R，入射点D与直径AB间的距离为，平行四边形DCFE为正方形，则该材质对该单色光的折射率________（保留3位有效数字）。 (3)在上题中，改变入射光的入射角，在球的内表面________（选填“能”或“不能”）发生全反射。 (4)光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光射到物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图，一束光线从真空中入射到球的A点，两次折射后从B点射出。光束经过球的过程中，其动量变化量（　　） A．由A指向B，光对球产生的冲量指向A B．由A指向B，光对球产生的冲量指向B C．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向下 D．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向上 18．在用双缝干涉测量光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题： (1)如图（a）、（b）两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_____。 (2)将下表中的光学元件放在图（c）所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片 将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为_____。（填写元件代号） (3)已知该装置中双缝间距d=0.50mm，双缝到光屏的距离l=0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图（d）所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图（e）所示，则其示数xA=_____mm；在B位置时游标卡尺如图（f）所示，则相邻两条亮条纹间距Δx=_____mm。 (4)由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为_____m。 (5)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_____（填“变大”“不变”或“变小”）。 19．某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。 （1）双缝干涉实验中双缝的作用是：________________。 （2）实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装双缝时得到分布图是_______（选填“a”或“b”）； （3）若要使干涉条纹的间距变大，可选用双缝间距较_________的双缝（选填“宽”或“窄”），或使缝屏与光屏间的距离_________（选填“增大”或“减小”）。    20．在双缝干涉实验中，用红色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出明暗相间的干涉图样，如图所示。若改用绿色激光，其他条件不变，则干涉图样中两相邻亮条纹的间距______（选填“变宽”、“不变”或“变窄”）；若用绿光做实验，已经测得双缝间距为d，双缝到光屏的距离为L，第1条到第n条亮条纹中心的距离为x，则绿光的波长可表示为λ＝______。 题型5. 光的折射和全反射的综合应用 21．手机发出的电磁波首先由附近基站将其转换为高频光脉冲，通过光导纤维传输到目标基站，再转换为电磁波被目标手机接收。图示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝的长L=2km，玻璃丝的折射率n=，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度c=。 (1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，光线在端面AB上的入射角α应满足的条件是什么？ (2)光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间为__________s。 人类对光的本质的认识经历了一个漫长的过程。 22．下图为激光通过狭缝后在光屏上产生的图样。则狭缝形状和放置方向为（    ） A． B． C． D． 23．下列激光的应用中利用了激光的哪些特性（不定项选择） （1）全息照片的拍摄( ) A .方向性好    B．相干性好    C．单色性好    D．亮度高 （2）用激光做“手术刀”( ) A .方向性好    B．相干性好    C．单色性好    D．亮度高 24．当光线通过人眼中的瞳孔时，点光源在视网膜上形成的光斑大小限制了我们眼睛能够分辨的最小细节。光学仪器（包括人眼）的最小分辨角，其中是光波长，D是仪器孔径，已知人眼的最小分辨角约为，根据下图中的电磁波谱，可估算人眼瞳孔直径约为（   ） A． B． C． D． 25．如图（1），放置于O点的光源发出一束光照射在矩形透明介质砖abcd上，O、a、b三点在同一直线上。当光线与Oa的夹角为时，光线从介质砖上c点射出。已知，，。（，） （1）介质砖的折射率________； （2）如图（2），光源从ab面中点入射，光线与ab面的夹角为。讨论当介质砖的折射率n满足什么条件时，光线只能从cd面出射_____。（计算） 机械振动与光的波动性 科学家转而开始回归到宏观物体，在此中发现了在振动是有波的产生，进一步研究发现，光也有波动性 如图所示是某水池的剖面图，A、B两区域水深分别为，其中，点O处于两部分水面分界线上，M和N是A、B两区域水面上的两点，O、M间距离为3m，O、N间距离为4m。时M点从平衡位置向上振动、N点从平衡位置向下振动，形成以M、N点为波源的水波（可看作简谐横波），两波源振动频率均为2Hz，振幅均为5cm。当时，O点开始振动且振动方向向下。已知水波的波速跟水深关系为，式中h为水的深度，。 26．下列说法正确的是（　　） A．区域B的水深 B．A、B两区域水波的波长之比为2∶1 C．时，O点经平衡位置向上振动 D．后，MN之间存在10个振幅为10cm的点 如图，将一平面镜置于某透明液体中，光线以入射角进入液体，经平面镜反射后恰好不能从液面射出。此时，平面镜与水平面（液面）夹角为，光线在平面镜上的入射角为。已知该液体的折射率为 27．求β的值。 28．可以改变哪个值使得光线从水面溅出。 科学家进一步探索光的波动性的有关性质 29．下列有关光现象的说法中正确的是（　　） A．在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显 B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽 C．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大 D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种纵波 四、电磁波 我们生活在浩瀚的电磁波的海洋里，光也是一种电磁波。如图1所示为能产生无线电波的振荡电路。振荡电路的频率，其中L为电感（单位：H），C为电容（单位：F）。 30．下列用国际单位制的基本单位表示的关系式中正确的是（  ） A． B． C． D． 31．将图中4幅图排序，下列排序能正确反映一个完整的振荡周期的是（  ） A．④①②③ B．②③①④ C．①③④② D．③②④① 32．图1中的电流传感器在某段时间内记录的电流随时间变化图像如图3所示。由图线可知（  ） A．在时刻振荡电路中的磁场能最大 B．在时刻振荡电路中的电场能最大 C．时间内电容器极板上的电荷量不断减小 D．时间内电感器的自感作用使回路中电流继续保持原方向 33．如图所示，发射器和接收器置于同一直线上，发射器发出一束偏振光，在接收器的前端加装一偏振片，若接收器按图示方向沿轴线转动一周，能观察到______次光线变暗过程。 34．如图所示，图中阴影部分ABCD为一透明材料做的柱形光学元件的横截面，该材料的折射率。AD为一半径的半圆弧，在半圆弧的圆心O处有一点光源，从该点光源射入半圆弧AD的光中有一部分不能从AB、BC、CD边直接射出，则能从这三个边射出光的边长之和为______cm（只考虑首次从半圆弧直接射向AB、BC、CD边的光线）。 世界上，光作为我们透过眼睛看到世界的凭借，是必不可少的。物理学中，光又与粒子与波有紧密的联系。在本题中，我们将同时体会到光作为粒子与波的性质。本题计算结果均保留根号。 35．下列说法错误的是（　　） A．甲图中，“彩超”利用多普勒效应的原理测定血管中血液的流速 B．乙图中，核电站的核反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 C．丙图中，用同一装置仅调节单缝宽度得到某单色光的两幅衍射图样，可判定A的缝宽大于B的缝宽 D．丁图中，由氢原子能级图可知，某一氢原子从n=2能级向基态跃迁辐射的光子，有可能被另一个处于n=2能级的氢原子吸收并使之电离 36．如图，两单色光Ⅰ、Ⅱ分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光Ⅲ，已知单色光Ⅰ、Ⅱ与法线间的夹角分别为和，则关于单色光Ⅰ与Ⅱ下列说法正确的是（　　） A．在玻璃砖中的折射率之比为 B．在玻璃砖中的传播时间之比为 C．在玻璃砖中的波长之比为 D．由该玻璃砖射向真空时临界角之比为 37．为迎接2023年杭州亚运会，杭州市举办了盛大的灯光秀，灯光秀用到某种发光二极管，如图所示为该二极管发出的某单色光沿SA射向用透明材料制成的四分之一球体，此单色光在透明材料中的折射率为，已知O为球心，半径为R，S、O、E在同一直线上，，，光在真空中传播的速度为c。求： （1）光从A点进入球体时的折射角； （2）光从B点出射时的折射角； （3）该单色光在球体内传播的时间。 10 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 光和电磁波（专项训练） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A B B D A D A C B B 题号 11 12 13 14 15 答案 C C C C D 16．(1) (2) 【详解】（1）当入射角为42.4°时，折射光线恰好消失，根据 可得该玻璃砖的折射率为 可得 （2）[1]如图所示 [2]在A点发生反射和折射，可知 由几何关系出射光与平行，有， 可得折射率 17．(1)D (2)1.13 (3)不能 (4)D 【详解】（1）AB．根据光的折射定律可得 由于玻璃砖的折射率大于空气的折射率，所以 观察A、B两幅图，A选项四根插针在一条直线上，；B选项，，故A错误，B错误； CD． 由于测量时存在测量误差，当和适当大一些时，误差对测量结果影响小，测量更准确，观察C、D两幅图，可知D选项测量更准确，故C错误，D正确。 故选D。 （2）作出光在小球内传播的光路图，如图所示 由题意可知，光线在小球上的入射角满足 光线在球内反射，反射光线构成一个正方形，则光线在D处的折射角为 根据光的折射定律可得，小球的折射率为 （3）根据光路的可逆性可知，光从球内射出时的折射角等于从D点射入时的入射角，因此在球内传播时，对于球内的入射角始终小于射出时的折射角，不满足全反射时的入射角大于其临界角，故不能发生全反射。 （4）作出入射光动量方向、折射光动量方向以及折射后光线动量的变化量如图所示 可知光束经过球的过程中，其动量变化量与AB垂直，根据动量定理可知，微球对光束作用力的方向与动量变化量的方向相同，其方向垂直AB向下，而根据牛顿第三定律可知，光束对球的作用力与球对光束的作用力大小相等、方向相反，可知光束对球的作用力垂直AB向上。 故选D。 18．(1)（a） (2)EDBA (3) 111.15 0.60 (4)6.0×10-7 (5)变小 【详解】（1）干涉图样时明暗相间、且条纹间距相等的形状，故（a）为干涉条纹； （2）由实验原理可知，器材的顺序为光源、滤光片、单缝、双缝、光屏，故顺序为EDBA； （3）[1]游标卡尺的分度值为0.05mm，不需要估读，则示数为 [2]同理，由（f）可以读出 则AB的间距为 由图（d）可知，A、B之间有7个条纹间距，则 （4）根据公式 代入数据可知 （5）由 和 可知，当频率较高的光做干涉实验时，光的波长变小，则条纹间距变小。 19． 为了得到两列频率相同的相干光源 b 窄 增大 【详解】（1）[1]双缝干涉实验中双缝的作用是：为了得到两列频率相同的相干光源； （2）[2]双缝干涉实验中得到的是等宽条纹，则这位同学在缝屏上安装双缝时得到分布图是b； （3）[3][4]根据相邻条纹间距公式 若要使干涉条纹的间距变大，可选用双缝间距较窄的双缝，或使缝屏与光屏间的距离增大。 20． 变窄 【详解】[1]光的干涉实验中，相邻两条亮条纹之间的距离为 绿光比红光的波长短，即相邻亮条纹之间的距离将变窄； [2]由题意可知，相邻两条亮条纹之间的距离为 代入上式可得绿光的波长 21．(1)α≤45° (2)10-5 【详解】（1）由光的折射定律，可得   因为β+γ=90°，所以   当γ≥C（临界角）时光在玻璃界面处发生全反射，光通过长玻璃丝，如图所示 由于 则有 整理可得 解得 联立解得， 代入数据可得α≤45° （2）光在玻璃中的速度   设光在玻璃丝中传播的总路程为s，则有 玻璃丝长    联立解得 因为γ≥C，显然，当γ=C时t最大，故有 代入数据解得 22．A 23． B AD 24．B 25． 【解析】22．该衍射图样为单缝衍射图样，因图样在竖直方向，可知单缝为竖直方向。故选A。 23．（1）全息照片的拍摄利用了激光相干性好的特点，故选B； （2）用激光做“手术刀”是利用激光的方向性好、亮度高的特点，故选AD。 24．根据，其中，若可见光的波长取，可得人眼瞳孔直径约为 故选B。 25．（1）[1]光线射到ad面上的入射较为，入射点到d点的距离为10cm-6cm×tan53°=2cm折射角的正弦 可得折射率 （2）[2]若光线只能从cd射出，则光线在侧面发生全反射，若光线在侧面恰能发生全反射，可知 则折射率 即当介质砖的折射率n满足时，光线只能从cd面出射。 26．AD 27．37.5° 28．略微减小i 29．ABC 【解析】26．A．当时，O点开始振动且振动方向向下，可知是N点的波源形成的波传到了O点，则区域B的波速 根据 可得 故A正确； B．区域A的波速 根据 可得 ， 可知A、B两区域水波的波长之比为1∶2，故B错误； C．时，M点的波源形成的波向右传播3m，该波在O点产生的波在平衡位置向上振动；N点的波源形成的波向左传播6m，该波在O点引起的振动在平衡位置向下振动；两列波振幅相同且干涉相消，可知此时O点保持平衡位置不动，故C错误； D．时间内，两列波分别传播的距离为 ， 故两列波均恰好传播到对方波源位置，由于两列波在两个区域的波长均为，，由于M，N起振方向相反，故在A区域某位置距离MO的波程差为半波长的奇数倍的点为干涉相长振幅叠加，即 满足条件则有的距离为 即6个位置；在B区域某位置距离MO的波程差为半波长的奇数倍的点为干涉相长振幅叠加，即 满足条件则有的距离为 即4个位置；共计10个位置，D正确。 故选AD。 27．根据 解得光线在射入液面时的折射角为 光线经平面镜反射后，恰好不能从液面射出，光路图如图 有 解得 由几何关系可得 解得 28．若略微增大，则光线在平面镜上的入射角将变大，根据上面分析的各角度关系可知光线射出液面的入射角变大，将大于临界角，所以不可以从液面射出。若略微减小i，则r减小，导致光线在平面镜上的入射角减小，可知光线射出液面的入射角变小，将小于临界角，可以从液面射出。 29．A．根据发生明显衍射的条件可知，在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显。故A正确； B．根据 可知，若仅将入射光由绿光改为红光，则入射光的波长变大，干涉条纹间距变宽。故B正确； C．光导纤维是利用全反射原理制成的，根据发生全反射的条件可知，光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能发生全反射。故C正确； D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种横波。故D错误。 故选ABC。 30．A 31．B 32．D 33．2 34．30 【解析】30．A．根据 得 得 故A正确； BD．不是国际单位制的基本单位，故BD错误； 故B正确； C．根据 得 得，故C错误； 故选A。 31．四幅图的图①中电容器极板上的电荷量为零，此时电流最大，则①之前必为放电过程，且放电开始时电容器下极板带正电，故图③在①之前；①之后必为充电过程，且充电结束电容器上极板带正电，故④在①之后；图②可以③之前的充电过程，也可以是④之后的放电过程，故四幅图排序为②③①④或者为③①④②。 故选B。 32．A．在时刻振荡电路中电流为0，磁场能最小，故A错误； B．在时刻振荡电路中电流最大，磁场能最大，电场能最小，故B错误； C．时间内电流逐渐减小，磁场能向电场能转化，电容器极板上的电荷量不断增大，故C错误； D．时间内电路中电流逐渐减小，根据楞次定律，电感器的自感作用使回路中电流继续保持原方向，故D正确。 故选D。 33．[1]当两个偏振片的偏振方向垂直时，没有光通过。在接收器的前端加装一偏振片，若接收器按图示方向沿轴线转动一周，能观察到2次光线变暗过程。 34．[1]取一半进行分析，如图 设该种材料临界角为C，则 sinC= 解得 C= 如图所示，若沿OE方向射到MC面上的光线刚好发生全反射，则 ∠MOF= 同理，若沿OG方向射入的光线恰好在DC面上发生全反射，可得 ∠DOG= 据几何关系可得 则能从这三个边射出光的边长之和为 35．C 36．AB 37．（1）30°；（2）60°；（3） 【详解】35．A．彩超利用超声波的多普勒效应，根据反射波的频率变化，测定血管中血液的流速，故A正确，不符合题意； B．核电站的核反应堆发生核反应的过程中，会放出大量的射线，其产物也有很多的放射性物质，核电站的核反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，故B正确，不符合题意； C．根据衍射的特点可知，缝的宽度越小衍射现象明显，所以用同一装置仅调节单缝宽度得到某单色光的两幅衍射图样，可判定A的缝宽小于B的缝宽，故C错误，符合题意； D．氢原子从n=2能级向基态跃迁辐射的光子能量为 另一个处于n=2能级的氢原子电离需要吸收的能量 可知 故D正确，不符合题意。 故选C； 36．A．由 可知，两者的折射率之比为 故A正确； B．根据 可得传播时间之比 故B正确； C． 单色光Ⅰ与Ⅱ的折射率不同，频率不同，由 可知波长之比 故C错误； D．由 可得 故D错误。 故选AB； 37．（1）光路图如下 由图可知，入射角为，由几何关系可知 则 由 可知光从A点进入球体时的折射角 （2）由正弦定理可得 可得 由 可得 则光从B点出射时的折射角 （3）由 可得 由 可得该单色光在球体内传播的时间 13 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 光和电磁波（专项训练） 题型1电磁波的产生与应用 电磁波谱 题型2 光的干涉 题型3 光的衍射 光的偏振 题型4 光学实验 题型5光的折射和全反射的综合应用 题型1. 电磁波的产生与应用 电磁波谱 1．如图为无人驾驶快递车，这种快递车在行驶过程中，车上安装的车载雷达系统不断发出激光和超声波信号，下列关于激光和超声波的说法正确的是（     ） A．激光是电磁波 B．激光的传播需要介质 C．激光与超声波都可以在真空中传播 D．超声波是电磁波 【答案】A 【详解】AB．激光是电磁波，可在真空中传播，故A正确，B错误； CD．超声波是机械波，需要介质传播，故CD错误。 故选A。 2．对电磁波的理解，下列说法正确的是（　　） A．射线不是电磁波 B．电磁波是横波 C．电磁波在实际中不存在 D．变化的电场周围一定能产生电磁波 【答案】B 【详解】A．由电磁波谱可知，γ射线属于频率极高的电磁波，故A错误； B．电磁波的电场方向、磁场方向和传播方向两两互相垂直，符合横波的特征，因此电磁波是横波，故B正确； C．赫兹通过实验首次证实了电磁波的存在，生活中无线电波、可见光等都属于电磁波，实际广泛存在，故C错误； D．均匀变化的电场只会产生恒定的磁场，恒定磁场无法继续激发电场，不能形成电磁波；只有周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场，进而形成电磁波，因此变化的电场周围不一定产生电磁波，故D错误。 故选B。 3．电磁波治疗仪可改善局部血液循环、促进组织修复、缓解疼痛与炎症，在临床中广泛应用。其核心部件为电磁波发生器，主要由高频振荡电路构成。工作时，交变电流通过线圈产生交变电磁场，以短波、微波等形式穿透皮肤，作用于深层组织。下列说法正确的是（　　） A．短波和微波在同一介质中传播速率相同 B．线圈的自感系数越小，发射电磁波的本领越大 C．电磁波从空气进入人体，传播速度减小，波长变大 D．电磁波治疗仪利用红外线的热辐射作用升高浅层组织温度 【答案】B 【详解】A．短波和微波的频率不同，同一介质对不同频率电磁波的折射率不同，根据传播速率公式，二者在同一介质中的传播速率不相同，故A错误； B．LC振荡电路的固有频率为，其他条件不变时，线圈自感系数越小，振荡频率越高，而电磁波的发射本领随频率升高而增大，故B正确； C．电磁波从空气进入人体时，人体的折射率大于空气，因此传播速度减小；电磁波的频率由波源决定保持不变，根据，波长会变小，故C错误； D．题干明确说明治疗仪是通过短波、微波穿透皮肤作用于深层组织，并非利用红外线的热辐射升高浅层组织温度，故D错误。 故选B。 4．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。下面四幅图中，调频波是（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．该波是信号波，故A错误； B．波的振幅变了，而频率没有变，则该波是调幅波，故B错误； C．该波用来携带信号的高频电磁波，即载波，故C错误； D．波的频率变了，而振幅没有变，则该波是调频波，故D正确。 故选D。 5．下列各组电磁波，在真空中波长由短到长排列正确的是（　　） A．射线、紫外线、可见光、红外线 B．红外线、可见光、射线、紫外线 C．射线、红外线、紫外线、可见光 D．紫外线、可见光、红外线、射线 【答案】A 【详解】真空中电磁波满足波速关系，其中光速为定值，因此波长与频率成反比，频率越高波长越短。电磁波按频率从高到低的顺序为：射线、伦琴射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波，对应波长由短到长的顺序和上述顺序一致。 A．射线、紫外线、可见光、红外线，符合波长由短到长的排列，故A正确； B．红外线波长大于可见光，射线波长小于紫外线，排列顺序错误，故B错误； C．红外线波长大于紫外线和可见光，排列顺序错误，故C错误； D．射线是四种电磁波中波长最短的，排在最后不符合要求，故D错误。 故选A。 题型2. 光的干涉 6．某同学采用如图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为l。用同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了如图乙、丙所示的图样。下列说法正确的是（　　） A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，不发生衍射 B．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，则P点处一定是亮条纹 C．照射两条狭缝时，增大l，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距减小 D．遮住一条狭缝，增大另一狭缝宽度，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度变小 【答案】D 【详解】A．图乙是光的双缝干涉图样，光通过两个狭缝时发生干涉，也都发生衍射现象，选项A错误； B．根据干涉原理可知，到两波源的距离差为半波长的奇数倍处为减弱区，即此处是暗条纹，选项B错误； C．根据Δx=λ可知，l增大，Δx增大，图乙中相邻暗条纹的中心间距变大，选项C错误； D．遮住一条狭缝后是衍射现象，当狭缝宽度增大时，衍射现象明显程度变小，亮条纹宽度变小，选项D正确。 故选D。 7．如图所示为某同学设计的力光-微小形变显示装置的截面图，该装置主要有圆筒和柱体两部分，圆筒顶部为一平面玻璃，圆筒内装有柱体（柱体顶部为曲面），柱体顶部和平面玻璃之间存在空气薄膜。现用单色光竖直向下照射玻璃，同时对柱体底部施加竖直向上的推力，当推力发生改变时，玻璃表面处的干涉圆环形条纹会发生移动。下列说法正确的是（     ） A．推力不变时，圆环形条纹从里向外变得越来越密 B．推力不变时，改用太阳光照射，每个圆环形条纹的内缘为红色 C．当推力逐渐增加时，条纹整体向里收缩 D．当推力逐渐增加时，条纹分布保持不变 【答案】A 【详解】A．光线从空气膜的上下表面反射的光叠加后形成圆环形干涉条纹，当推力不变时，空气膜的形状不变，因从中心向两侧空气膜的厚度变得越来越陡，则光程差等于波长整数倍的两点间距逐渐减小，可知相邻圆环形条纹从里向外变得越来越密，A正确； B．推力不变时，改用太阳光照射，因红光波长较大，则干涉条纹间距较大，则每个圆环形条纹的外缘为红色，B错误； CD．当推力逐渐增加时，空气膜变得越来越扁平，则条纹间距变大，则条纹整体向外扩张，条纹分布发生变化，CD错误。 故选A。 8．图甲为高青县陈庄·唐口遗址的祭姜太公铜觥全息投影，其拍摄过程的基本原理如图乙所示。激光经分束镜被分成两部分：一部分经平面镜反射、扩束镜发散后射到胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个扩束镜发散后射向被拍摄的文物，文物把光反射到胶片上，并与第一束光相遇，两束光就在胶片上记录下文物的全息照片。则（     ） A．文物全息拍摄主要利用光的偏振现象 B．文物全息拍摄主要利用光的折射现象 C．文物全息拍摄主要是利用激光的相干性好的特点 D．改用白炽灯发出的自然光也能清晰完成文物的全息拍摄 【答案】C 【详解】AB．全息摄影主要利用了光的干涉原理，故AB错误； C．激光的相干性好，能满足干涉对相干光源的要求，这是激光用于全息拍摄的核心特点，故C正确； D．白炽灯发出的自然光为非相干光，无法获得稳定的干涉图样，不能完成全息拍摄，故D错误。 故选C。 9．平整玻璃板之间的空气薄膜在平行光的照射下形成等间距明暗相间的干涉条纹（如图甲所示），条纹间距（是光的波长，是两块玻璃板之间的夹角）。下列四幅图中空气薄膜在单色光照射下，哪一幅可以形成如图乙所示的干涉图样（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．空气膜的边缘是直线，各处倾角不变，因此条纹间距处处相等，会得到等间距的圆环，故A错误； B．上玻璃板下表面是向下凸的曲面，中心和下方平板接触，从中心向外，曲面的倾角逐渐增大，因此条纹间距逐渐减小，越往外条纹越密，和乙图规律一致，故B正确； C．空气膜的等厚线是直线，干涉条纹应为直条纹，不可能形成同心圆环，故C错误； D．上玻璃板下表面是向上凹的，顶点在中心接触平板，从中心向外倾角逐渐减小，因此条纹间距会逐渐增大，越往外条纹越疏，故D错误。 故选B。 10．两块边缘固定且相互平行的玻璃片，当用手指挤压上层玻璃片时，上层玻璃片会发生微小形变，在阳光下玻璃片表面将会形成彩色的环状干涉条纹，则（　　） A．该干涉现象属于薄膜干涉，其中上层玻璃充当“薄膜” B．该装置的左端对应条纹图案的a端 C．同一级的环状条纹，紫色在外圈，红色在内圈 D．手指左端的条纹数量比右端少 【答案】B 【详解】A．该现象是两块玻璃之间的空气薄膜发生的薄膜干涉，但发生干涉的“薄膜”是两层玻璃间的空气层，不是上层玻璃，故A错误； B．等厚干涉中，厚度相同的位置形成同一级条纹，厚度变化越快，条纹越密集。手指压在装置偏左位置，手指到左端的水平距离更小，单位长度的厚度变化更大，条纹更密；题图中干涉条纹的中心（厚度最小的手指位置）偏端，侧条纹更密集，因此装置左端对应条纹图案的端，故B正确； C．干涉条件为（为干涉级，为空气膜厚度），同一级条纹相同，因此波长越大，对应空气膜厚度越大。红光波长大于紫光，外圈空气膜厚度更大，因此同一级条纹红色在外圈，紫色在内圈，故C错误； D．由于手指左侧空气膜厚度变化更快，在相同的水平距离内，左侧包含的等厚线（即干涉条纹）数量会比右侧多，故D错误。 故选B。 题型3. 光的衍射 光的偏振 11．我们常用衍射图样来分析事物的形状结构，激光通过小孔得到如图所示的衍射图样，则小孔的形状是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】衍射条纹为十字条纹，说明小孔为方形。根据水平方向条纹间距比竖直方向条纹间距更宽，说明小孔水平方向的宽度小于竖直方向的宽度。 故选C。 12．一束复色光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，经折射后分成两束单色光a和b，光路如图所示，下列说法正确的是（     ） A．在玻璃砖中a光的折射率大于b光的折射率 B．若a光是蓝光，则b光可能是红光 C．遇到障碍物时a光更容易产生明显的衍射现象 D．若a、b两色光从同种玻璃射向空气时，b光发生全反射的临界角更大 【答案】C 【详解】A．b光的偏转程度大，说明在玻璃砖中b光的折射率大于a光的折射率，故A错误； B．玻璃砖对b光的折射率大于a光的折射率的原因是b光的频率大于a光的频率 若a光是蓝光，则b光不可能是比蓝光频率低的红光，故B错误； C．由 a光的频率更低，波长更长，遇到障碍物时a光更容易产生明显的衍射现象，故C正确； D．由，知b光的折射率更大，b光发生全反射的临界角更小，故D错误。 故选C。 13．关于光的衍射现象，下列说法正确的是（　　） A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的圆环 B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射 D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 【答案】C 【详解】AB．红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，故AB错误； C．光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，故C正确； D．大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象，故D错误。 故选C。 14．关于题图所示物理现象的描述正确的是（     ） A．图甲是光的色散现象，出射光线a的折射率最小 B．图乙被称为“泊松亮斑”，是光通过圆孔衍射形成的图样 C．图丙是光的等厚干涉现象，若增大右侧垫片厚度，将观察到亮纹向左移动 D．图丁中P固定不动，保持P、Q平行，将Q从图示位置绕水平轴在竖直面内缓慢转动90°，光屏上的亮度变暗 【答案】C 【详解】A．图甲是由于光的折射发生的光的色散现象，出射光线a的偏折程度最大，则折射率最大，A错误； B．图乙被称为“泊松亮斑”，是光通过圆板衍射形成的图样，B错误； C．图丙是光的等厚干涉现象，若增大右侧垫片厚度，中间空气膜夹角变大，相邻的路程差等于波长整数倍的两点间距离减小，即条纹间距减小，则将观察到亮纹向左移动，C正确； D．图丁中P固定不动，保持P、Q平行，将Q从图示位置绕水平轴在竖直面内缓慢转动90°，则两偏振片的透振方向变为平行，此时透光强度最大，即光屏上的亮度变亮，D错误。 故选C。 15．如图，一束光射向水面分成光束和。经过偏振片呈现在光屏上，在偏振片绕中心轴线转动180°的过程中，屏上光的亮度可能（　　） A．一直不变 B．一直变亮 C．一直变暗 D．先变暗后变亮 【答案】D 【详解】当自然光射向水面时，反射光b为部分偏振光（可分解为自然光与线偏振光） 其中在偏振片绕中心轴线转动180°的过程中，自然光部分强度不变 而线偏振光强度根据马吕斯定律（θ是线偏振光振动方向与偏振片透振方向的夹角） 随的增大先减小后增大，故屏上光的亮度可能先变暗后变亮。 故选D。 题型4. 光学实验 16．测量玻璃的折射率，曹杨二中的同学们尝试用激光笔和实验室中的器材测量玻璃的折射率。 (1)如图所示，甲同学用半圆形玻璃砖测量玻璃砖的折射率，发现当入射角为42.4°时，折射光线恰好消失，则该玻璃砖的折射率为________（保留3位有效数字）；。 (2)如图所示，乙同学用矩形玻璃砖设计如下实验：矩形玻璃砖与光屏放置于水平纸面上，描出玻璃砖的边界ad、bc，光屏垂直纸面且与bc平行。激光束平行纸面，以一定角度从bc上的A点入射玻璃砖，在ad上的B点、bc上的C点和光屏上的D、E点均出现激光亮点，在纸面上标记A、B、C、D、E点的位置。 ①补全激光束从A点到D点的光路图__________； ②过A点作bc的垂线AF，与DE延长线交于F点，测出AE=l1，AB=l2，FE=l3，ED=l4，则折射率n=________（用l1、l2、l3、l4表示）； 【答案】(1) (2) 【详解】（1）当入射角为42.4°时，折射光线恰好消失，根据 可得该玻璃砖的折射率为 可得 （2）[1]如图所示 [2]在A点发生反射和折射，可知 由几何关系出射光与平行，有， 可得折射率 17．球体透明球体是物理光学中的一个典型模型，它对于理解光的传播、折射和反射等现象至关重要。某同学为研究某种透明材质制作的小球的光学现象，做了如下实验。 (1)用“测定玻璃的折射率”的实验方法测量该材质的折射率，对一块两面平行的该材质制成的透明砖，用插针法找出与入射光线对应的出射光线，现在分别做出如图所示的A、B、C、D四组插针结果。从图看，测量结果准确度最高的是（　　） A． B．     C． D． (2)夜晚用光照射该材料透明小球，小球会显得光芒四射。一细束足够强的单色光从D点平行直径AB射入，最终在小球外有四条光线射出，如图所示。已知小球的半径为R，入射点D与直径AB间的距离为，平行四边形DCFE为正方形，则该材质对该单色光的折射率________（保留3位有效数字）。 (3)在上题中，改变入射光的入射角，在球的内表面________（选填“能”或“不能”）发生全反射。 (4)光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光射到物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图，一束光线从真空中入射到球的A点，两次折射后从B点射出。光束经过球的过程中，其动量变化量（　　） A．由A指向B，光对球产生的冲量指向A B．由A指向B，光对球产生的冲量指向B C．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向下 D．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向上 【答案】(1)D (2)1.13 (3)不能 (4)D 【详解】（1）AB．根据光的折射定律可得 由于玻璃砖的折射率大于空气的折射率，所以 观察A、B两幅图，A选项四根插针在一条直线上，；B选项，，故A错误，B错误； CD． 由于测量时存在测量误差，当和适当大一些时，误差对测量结果影响小，测量更准确，观察C、D两幅图，可知D选项测量更准确，故C错误，D正确。 故选D。 （2）作出光在小球内传播的光路图，如图所示 由题意可知，光线在小球上的入射角满足 光线在球内反射，反射光线构成一个正方形，则光线在D处的折射角为 根据光的折射定律可得，小球的折射率为 （3）根据光路的可逆性可知，光从球内射出时的折射角等于从D点射入时的入射角，因此在球内传播时，对于球内的入射角始终小于射出时的折射角，不满足全反射时的入射角大于其临界角，故不能发生全反射。 （4）作出入射光动量方向、折射光动量方向以及折射后光线动量的变化量如图所示 可知光束经过球的过程中，其动量变化量与AB垂直，根据动量定理可知，微球对光束作用力的方向与动量变化量的方向相同，其方向垂直AB向下，而根据牛顿第三定律可知，光束对球的作用力与球对光束的作用力大小相等、方向相反，可知光束对球的作用力垂直AB向上。 故选D。 18．在用双缝干涉测量光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题： (1)如图（a）、（b）两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是_____。 (2)将下表中的光学元件放在图（c）所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片 将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为_____。（填写元件代号） (3)已知该装置中双缝间距d=0.50mm，双缝到光屏的距离l=0.50m，在光屏上得到的干涉图样如图（d）所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图（e）所示，则其示数xA=_____mm；在B位置时游标卡尺如图（f）所示，则相邻两条亮条纹间距Δx=_____mm。 (4)由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为_____m。 (5)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_____（填“变大”“不变”或“变小”）。 【答案】(1)（a） (2)EDBA (3) 111.15 0.60 (4)6.0×10-7 (5)变小 【详解】（1）干涉图样时明暗相间、且条纹间距相等的形状，故（a）为干涉条纹； （2）由实验原理可知，器材的顺序为光源、滤光片、单缝、双缝、光屏，故顺序为EDBA； （3）[1]游标卡尺的分度值为0.05mm，不需要估读，则示数为 [2]同理，由（f）可以读出 则AB的间距为 由图（d）可知，A、B之间有7个条纹间距，则 （4）根据公式 代入数据可知 （5）由 和 可知，当频率较高的光做干涉实验时，光的波长变小，则条纹间距变小。 19．某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。 （1）双缝干涉实验中双缝的作用是：________________。 （2）实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布，这位同学在缝屏上安装双缝时得到分布图是_______（选填“a”或“b”）； （3）若要使干涉条纹的间距变大，可选用双缝间距较_________的双缝（选填“宽”或“窄”），或使缝屏与光屏间的距离_________（选填“增大”或“减小”）。    【答案】 为了得到两列频率相同的相干光源 b 窄 增大 【详解】（1）[1]双缝干涉实验中双缝的作用是：为了得到两列频率相同的相干光源； （2）[2]双缝干涉实验中得到的是等宽条纹，则这位同学在缝屏上安装双缝时得到分布图是b； （3）[3][4]根据相邻条纹间距公式 若要使干涉条纹的间距变大，可选用双缝间距较窄的双缝，或使缝屏与光屏间的距离增大。 20．在双缝干涉实验中，用红色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出明暗相间的干涉图样，如图所示。若改用绿色激光，其他条件不变，则干涉图样中两相邻亮条纹的间距______（选填“变宽”、“不变”或“变窄”）；若用绿光做实验，已经测得双缝间距为d，双缝到光屏的距离为L，第1条到第n条亮条纹中心的距离为x，则绿光的波长可表示为λ＝______。 【答案】 变窄 【详解】[1]光的干涉实验中，相邻两条亮条纹之间的距离为 绿光比红光的波长短，即相邻亮条纹之间的距离将变窄； [2]由题意可知，相邻两条亮条纹之间的距离为 代入上式可得绿光的波长 题型5. 光的折射和全反射的综合应用 21．手机发出的电磁波首先由附近基站将其转换为高频光脉冲，通过光导纤维传输到目标基站，再转换为电磁波被目标手机接收。图示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝的长L=2km，玻璃丝的折射率n=，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度c=。 (1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，光线在端面AB上的入射角α应满足的条件是什么？ (2)光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间为__________s。 【答案】(1)α≤45° (2)10-5 【详解】（1）由光的折射定律，可得   因为β+γ=90°，所以   当γ≥C（临界角）时光在玻璃界面处发生全反射，光通过长玻璃丝，如图所示 由于 则有 整理可得 解得 联立解得， 代入数据可得α≤45° （2）光在玻璃中的速度   设光在玻璃丝中传播的总路程为s，则有 玻璃丝长    联立解得 因为γ≥C，显然，当γ=C时t最大，故有 代入数据解得 人类对光的本质的认识经历了一个漫长的过程。 22．下图为激光通过狭缝后在光屏上产生的图样。则狭缝形状和放置方向为（    ） A． B． C． D． 23．下列激光的应用中利用了激光的哪些特性（不定项选择） （1）全息照片的拍摄( ) A .方向性好    B．相干性好    C．单色性好    D．亮度高 （2）用激光做“手术刀”( ) A .方向性好    B．相干性好    C．单色性好    D．亮度高 24．当光线通过人眼中的瞳孔时，点光源在视网膜上形成的光斑大小限制了我们眼睛能够分辨的最小细节。光学仪器（包括人眼）的最小分辨角，其中是光波长，D是仪器孔径，已知人眼的最小分辨角约为，根据下图中的电磁波谱，可估算人眼瞳孔直径约为（   ） A． B． C． D． 25．如图（1），放置于O点的光源发出一束光照射在矩形透明介质砖abcd上，O、a、b三点在同一直线上。当光线与Oa的夹角为时，光线从介质砖上c点射出。已知，，。（，） （1）介质砖的折射率________； （2）如图（2），光源从ab面中点入射，光线与ab面的夹角为。讨论当介质砖的折射率n满足什么条件时，光线只能从cd面出射_____。（计算） 【答案】22．A 23． B AD 24．B 25． 【解析】22．该衍射图样为单缝衍射图样，因图样在竖直方向，可知单缝为竖直方向。故选A。 23．（1）全息照片的拍摄利用了激光相干性好的特点，故选B； （2）用激光做“手术刀”是利用激光的方向性好、亮度高的特点，故选AD。 24．根据，其中，若可见光的波长取，可得人眼瞳孔直径约为 故选B。 25．（1）[1]光线射到ad面上的入射较为，入射点到d点的距离为10cm-6cm×tan53°=2cm折射角的正弦 可得折射率 （2）[2]若光线只能从cd射出，则光线在侧面发生全反射，若光线在侧面恰能发生全反射，可知 则折射率 即当介质砖的折射率n满足时，光线只能从cd面出射。 机械振动与光的波动性 科学家转而开始回归到宏观物体，在此中发现了在振动是有波的产生，进一步研究发现，光也有波动性 如图所示是某水池的剖面图，A、B两区域水深分别为，其中，点O处于两部分水面分界线上，M和N是A、B两区域水面上的两点，O、M间距离为3m，O、N间距离为4m。时M点从平衡位置向上振动、N点从平衡位置向下振动，形成以M、N点为波源的水波（可看作简谐横波），两波源振动频率均为2Hz，振幅均为5cm。当时，O点开始振动且振动方向向下。已知水波的波速跟水深关系为，式中h为水的深度，。 26．下列说法正确的是（　　） A．区域B的水深 B．A、B两区域水波的波长之比为2∶1 C．时，O点经平衡位置向上振动 D．后，MN之间存在10个振幅为10cm的点 如图，将一平面镜置于某透明液体中，光线以入射角进入液体，经平面镜反射后恰好不能从液面射出。此时，平面镜与水平面（液面）夹角为，光线在平面镜上的入射角为。已知该液体的折射率为 27．求β的值。 28．可以改变哪个值使得光线从水面溅出。 科学家进一步探索光的波动性的有关性质 29．下列有关光现象的说法中正确的是（　　） A．在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显 B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽 C．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大 D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种纵波 【答案】26．AD 27．37.5° 28．略微减小i 29．ABC 【解析】26．A．当时，O点开始振动且振动方向向下，可知是N点的波源形成的波传到了O点，则区域B的波速 根据 可得 故A正确； B．区域A的波速 根据 可得 ， 可知A、B两区域水波的波长之比为1∶2，故B错误； C．时，M点的波源形成的波向右传播3m，该波在O点产生的波在平衡位置向上振动；N点的波源形成的波向左传播6m，该波在O点引起的振动在平衡位置向下振动；两列波振幅相同且干涉相消，可知此时O点保持平衡位置不动，故C错误； D．时间内，两列波分别传播的距离为 ， 故两列波均恰好传播到对方波源位置，由于两列波在两个区域的波长均为，，由于M，N起振方向相反，故在A区域某位置距离MO的波程差为半波长的奇数倍的点为干涉相长振幅叠加，即 满足条件则有的距离为 即6个位置；在B区域某位置距离MO的波程差为半波长的奇数倍的点为干涉相长振幅叠加，即 满足条件则有的距离为 即4个位置；共计10个位置，D正确。 故选AD。 27．根据 解得光线在射入液面时的折射角为 光线经平面镜反射后，恰好不能从液面射出，光路图如图 有 解得 由几何关系可得 解得 28．若略微增大，则光线在平面镜上的入射角将变大，根据上面分析的各角度关系可知光线射出液面的入射角变大，将大于临界角，所以不可以从液面射出。若略微减小i，则r减小，导致光线在平面镜上的入射角减小，可知光线射出液面的入射角变小，将小于临界角，可以从液面射出。 29．A．根据发生明显衍射的条件可知，在光的衍射现象中缝的宽度d越小，衍射现象越明显；入射光的波长越长，衍射现象越明显。故A正确； B．根据 可知，若仅将入射光由绿光改为红光，则入射光的波长变大，干涉条纹间距变宽。故B正确； C．光导纤维是利用全反射原理制成的，根据发生全反射的条件可知，光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能发生全反射。故C正确； D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种横波。故D错误。 故选ABC。 四、电磁波 我们生活在浩瀚的电磁波的海洋里，光也是一种电磁波。如图1所示为能产生无线电波的振荡电路。振荡电路的频率，其中L为电感（单位：H），C为电容（单位：F）。 30．下列用国际单位制的基本单位表示的关系式中正确的是（  ） A． B． C． D． 31．将图中4幅图排序，下列排序能正确反映一个完整的振荡周期的是（  ） A．④①②③ B．②③①④ C．①③④② D．③②④① 32．图1中的电流传感器在某段时间内记录的电流随时间变化图像如图3所示。由图线可知（  ） A．在时刻振荡电路中的磁场能最大 B．在时刻振荡电路中的电场能最大 C．时间内电容器极板上的电荷量不断减小 D．时间内电感器的自感作用使回路中电流继续保持原方向 33．如图所示，发射器和接收器置于同一直线上，发射器发出一束偏振光，在接收器的前端加装一偏振片，若接收器按图示方向沿轴线转动一周，能观察到______次光线变暗过程。 34．如图所示，图中阴影部分ABCD为一透明材料做的柱形光学元件的横截面，该材料的折射率。AD为一半径的半圆弧，在半圆弧的圆心O处有一点光源，从该点光源射入半圆弧AD的光中有一部分不能从AB、BC、CD边直接射出，则能从这三个边射出光的边长之和为______cm（只考虑首次从半圆弧直接射向AB、BC、CD边的光线）。 【答案】30．A 31．B 32．D 33．2 34．30 【解析】30．A．根据 得 得 故A正确； BD．不是国际单位制的基本单位，故BD错误； 故B正确； C．根据 得 得，故C错误； 故选A。 31．四幅图的图①中电容器极板上的电荷量为零，此时电流最大，则①之前必为放电过程，且放电开始时电容器下极板带正电，故图③在①之前；①之后必为充电过程，且充电结束电容器上极板带正电，故④在①之后；图②可以③之前的充电过程，也可以是④之后的放电过程，故四幅图排序为②③①④或者为③①④②。 故选B。 32．A．在时刻振荡电路中电流为0，磁场能最小，故A错误； B．在时刻振荡电路中电流最大，磁场能最大，电场能最小，故B错误； C．时间内电流逐渐减小，磁场能向电场能转化，电容器极板上的电荷量不断增大，故C错误； D．时间内电路中电流逐渐减小，根据楞次定律，电感器的自感作用使回路中电流继续保持原方向，故D正确。 故选D。 33．[1]当两个偏振片的偏振方向垂直时，没有光通过。在接收器的前端加装一偏振片，若接收器按图示方向沿轴线转动一周，能观察到2次光线变暗过程。 34．[1]取一半进行分析，如图 设该种材料临界角为C，则 sinC= 解得 C= 如图所示，若沿OE方向射到MC面上的光线刚好发生全反射，则 ∠MOF= 同理，若沿OG方向射入的光线恰好在DC面上发生全反射，可得 ∠DOG= 据几何关系可得 则能从这三个边射出光的边长之和为 世界上，光作为我们透过眼睛看到世界的凭借，是必不可少的。物理学中，光又与粒子与波有紧密的联系。在本题中，我们将同时体会到光作为粒子与波的性质。本题计算结果均保留根号。 35．下列说法错误的是（　　） A．甲图中，“彩超”利用多普勒效应的原理测定血管中血液的流速 B．乙图中，核电站的核反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 C．丙图中，用同一装置仅调节单缝宽度得到某单色光的两幅衍射图样，可判定A的缝宽大于B的缝宽 D．丁图中，由氢原子能级图可知，某一氢原子从n=2能级向基态跃迁辐射的光子，有可能被另一个处于n=2能级的氢原子吸收并使之电离 36．如图，两单色光Ⅰ、Ⅱ分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光Ⅲ，已知单色光Ⅰ、Ⅱ与法线间的夹角分别为和，则关于单色光Ⅰ与Ⅱ下列说法正确的是（　　） A．在玻璃砖中的折射率之比为 B．在玻璃砖中的传播时间之比为 C．在玻璃砖中的波长之比为 D．由该玻璃砖射向真空时临界角之比为 37．为迎接2023年杭州亚运会，杭州市举办了盛大的灯光秀，灯光秀用到某种发光二极管，如图所示为该二极管发出的某单色光沿SA射向用透明材料制成的四分之一球体，此单色光在透明材料中的折射率为，已知O为球心，半径为R，S、O、E在同一直线上，，，光在真空中传播的速度为c。求： （1）光从A点进入球体时的折射角； （2）光从B点出射时的折射角； （3）该单色光在球体内传播的时间。 【答案】35．C 36．AB 37．（1）30°；（2）60°；（3） 【详解】35．A．彩超利用超声波的多普勒效应，根据反射波的频率变化，测定血管中血液的流速，故A正确，不符合题意； B．核电站的核反应堆发生核反应的过程中，会放出大量的射线，其产物也有很多的放射性物质，核电站的核反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，故B正确，不符合题意； C．根据衍射的特点可知，缝的宽度越小衍射现象明显，所以用同一装置仅调节单缝宽度得到某单色光的两幅衍射图样，可判定A的缝宽小于B的缝宽，故C错误，符合题意； D．氢原子从n=2能级向基态跃迁辐射的光子能量为 另一个处于n=2能级的氢原子电离需要吸收的能量 可知 故D正确，不符合题意。 故选C； 36．A．由 可知，两者的折射率之比为 故A正确； B．根据 可得传播时间之比 故B正确； C． 单色光Ⅰ与Ⅱ的折射率不同，频率不同，由 可知波长之比 故C错误； D．由 可得 故D错误。 故选AB； 37．（1）光路图如下 由图可知，入射角为，由几何关系可知 则 由 可知光从A点进入球体时的折射角 （2）由正弦定理可得 可得 由 可得 则光从B点出射时的折射角 （3）由 可得 由 可得该单色光在球体内传播的时间 32 / 33 学科网（北京）股份有限公司 $