模块十四 光学 电磁波（综合训练）（北京专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

模块十四 光学 电磁波 注意事项： 1．本试卷共100分，考试时长90分钟。 2．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。 3．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 第一部分 本部分共14题，每题3分，功42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1．室内声音会引起窗户轻微振动，用不可见激光射向窗户，因窗户振动引起反射激光频率随之变化，通过分析反射激光可还原室内语音内容。这是利用激光的（　　） A．折射现象 B．衍射现象 C．偏振现象 D．多普勒效应 2．（2025·北京海淀·一模）关于光的应用，下列说法正确的是（　　） A．照相机镜头的增透膜应用了光的衍射原理 B．光导纤维中内层的折射率小于外层的折射率 C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个增透膜应用了全反射现象 D．光经过刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是由于光的衍射 3．（2025·北京西城·二模）如图所示，用绿光照射单缝S，光通过有两条狭缝和的双缝后，在光屏P上观察到明暗相间的条纹。若要增大相邻条纹间距，可以（　　） A．仅增大与的间距 B．仅增大单缝与双缝的距离 C．仅增大双缝与光屏的距离 D．仅将绿光换为紫光 4．下列关于电磁场和电磁波的说法中，正确的是（ ） A．随时间变化的电场一定会产生随时间变化的磁场 B．电磁波的传播速度总是 C．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，法拉第在实验中首次观察到了电磁波 D．当高频振荡电路辐射电磁波时，电磁波频率一定和振荡电路频率相等 5．（2025·北京朝阳·一模）用图所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光。调整仪器，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。若想增大条纹间距，可（ ） A．将滤光片靠近单缝 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更大的双缝 6．在光学镜头表面镀一层氟化镁薄膜，利用薄膜干涉来减少反射光。已知氟化镁的折射率为，绿光在真空中的波长为。若要使薄膜对绿光产生最小反射，薄膜的最小厚度应满足（　　） A． B． C． D． 7．如图所示，一束可见光经过玻璃三棱镜折射后分为a、b两束单色光。下列说法正确的是（　　） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度 C．真空中a光的波长大于b光的波长 D．如用a光照射某金属能发生光电效应，则用b光照射该金属也一定发生光电效应 8．唐代诗人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹……背日喷乎水，成虹霓之状。”从物理学的角度来看，彩虹是由太阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的。如图所示为彩虹形成的示意图，一束太阳光（白光）P由右侧射入球形水滴，M、N是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条单色光束。下列说法正确的是（　　） A．M光的折射率小于N光的折射率 B．从同一介质射向空气，M光发生全反射的临界角大于N光的临界角 C．若遇到相同的障碍物，M光比N光的衍射现象更明显 D．M光光子的能量比N光光子的能量大 9．如图所示，摄影师利用微距相机透过微距镜头可以拍摄到形状各异的雪花图像，图像中有一种彩色雪花， 该雪花内部有一夹着空气的薄冰层， 使其呈彩色花纹。 下列情景中与雪花呈彩色花纹原理相同的是（ ） A．光导纤维内芯和外套的材料选择 B．阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹 C．通过两支铅笔夹成的一条狭缝观察日光灯，可以看到彩色条纹 D．看立体电影需要戴上特殊眼镜 10．（2026·北京东城·二模）如图所示，两束单色光A、B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P，下列说法正确的是（　　） A．在该玻璃砖中，A光的速度小于B光的速度 B．两束光从同种玻璃射向空气时，A光发生全反射的临界角较小 C．在相同的衍射条件下，A光衍射图样的中央条纹比B光的宽 D．用A、B两束光分别照射某种金属板，均能发生光电效应，A光照射时光电子的最大初动能较大 11．如图所示的平静湖面下，一位潜水员在潜水。他利用激光器发射激光信号来实现与岸上人员的联系。他发现只有当激光光束与水面的夹角大于α时，岸上人员才能收到激光信号，则（　　） A．水的折射率为 B．潜水员看到岸上人员成像位置要比实际位置低 C．岸上人员接收不到激光信号时，一定看不到潜水员 D．当潜水员以水平速度v向河岸靠近时，岸上人员看到潜水员移动速度小于v 12．如图，在研究Low-e玻璃（低辐射玻璃）光学性能实验中，一束复色光以45°角入射玻璃表面，经Low-e玻璃折射后射出两条平行光a、b，下列说法中正确的是（　　） A．a光的折射率小于b光 B．a光在玻璃中的传播速度大于b光 C．a、b两束单色光通过同一单缝，a光的衍射现象更明显 D．a、b两束单色光通过同一双缝干涉时，b光产生的干涉条纹间距较大 13．如图甲所示为LC振荡电路，图乙为该电路中振荡电流i随时间t的变化图像，规定图甲中电流i方向为正方向，关于该振荡过程，下列说法正确的是（　　） A．状态a到状态b过程中，电容器的电量在减小 B．状态b到状态c过程中，自感线圈L的自感电动势在变大 C．状态d点时刻，电容器C的上极板带负电，下极板带正电 D．若仅增大电容器C的电容值，该LC振荡电路的周期会减小 14．人们对电磁炮的研究不断深入。某高中科研兴趣小组利用学过的知识制造了一台电磁炮，其原理示意图如图甲所示，高压直流电源电动势为E，大电容器的电容为C。线圈套在中空的塑料管上，管内光滑，将直径略小于管的内径的金属小球静置于管口附近。首先将开关S接1，使电容器完全充电，然后立即将S转接2，此后电容器放电，通过线圈的电流随时间的变化如图乙所示，金属小球在的时间内被加速发射出去，时刻刚好运动到管口。下列关于该电磁炮的说法正确的是（ ） A．小球在塑料管中做匀变速直线运动 B．在的时间内，小球中产生的涡流从左向右看是顺时针方向的 C．在时刻，小球受到的线圈磁场对它的作用力为零 D．在的时间内，电容器储存的电能全部转化为小球的动能 第二部分 本部分共6题，共58分。 15．（8分）利用如图甲所示的双缝干涉实验仪测量光的波长。 (1)关于本实验中单缝的操作，下列说法正确的是__________（填正确选项的字母）。 A．单缝必须调节到与双缝平行 B．每一次实验中，单缝到双缝的距离必须相等 C．去掉单缝后，也可以在光屏上观察到清晰的亮暗相间的条纹 (2)将红色滤光片换用蓝色滤光片重新做实验，其他条件不变，则观察到光屏上的条纹数会__________（填“增多”或“减少”）。 (3)若将光源改为激光，实验时用不到的元件有__________（填正确选项的字母）。 A．滤光片 B．单缝 C．双缝 (4)用“双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，若测量头中观察到的图样如图乙所示，则在此情况下，波长的测量值__________真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。 16．（10分）如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上、两枚大头针。 (1)下列措施能够提高实验准确程度的是________ A．选用两光学表面间距大的玻璃砖 B．选用两光学表面平行的玻璃砖 C．选用粗一点的大头针完成实验 (2)该同学接下来要完成的必要步骤有________ A．插上大头针，使仅挡住的像 B．插上大头针，使挡住的像和的像 C．插上大头针，使仅挡住 D．插上大头针，使挡住和、的像 (3)过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率________。 (4)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、（），则玻璃和该介质的折射率大小关系为________（填“＞”或“＜”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。 (5)一位同学准确地画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值________准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 17．（6分）如图所示，折射率的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，与竖直方向的夹角α=45°。已知圆柱横截面半径为R，光速为c。求： (1)光线射入圆柱时的折射角θ； (2)光线从射入圆柱至射出时的时间t（不考虑光线在圆柱内的反射）。 18．（10分）如图所示，截面为矩形的玻璃砖的厚度为L，光从上表面射入，测得入射角i=60°，折射角r=30°。已知空气中的光速为c。求： (1)玻璃的折射率n； (2)光在玻璃中传播的时间t； (3)若增大入射角i，光在下表面是否能发生全反射，并说明理由。 19．（8分）(1)已知水的折射率为1.33，在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，试通过画出从空气入射到水中的光路，并计算得到这个圆锥的顶角是多大？（用反三角来表示） (2)我们知道光是电磁波，而声波是机械波，但它们都有波所具有的特征。超声波由介质Ⅰ向介质Ⅱ中传播时，满足折射定律（其中、分别为超声波在介质Ⅰ中的入射角和介质Ⅱ中的折射角，v1、v2分别为超声波在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中的传播速度）。当时，会发生类似于光由光密介质向光疏介质传播的折射及全反射现象。 已知超声波在钢板中的传播速度为水中传播速度的n倍（）。 a．试判断，声音从钢板传播到水中，是否能发生全反射； b．现在在水中有一块面积很大的水平平面钢板，在钢板正下方的水中，到钢板的距离为H处有一个点声源，其发出的超声波会向钢板传播，则在钢板上多大面积的区域内有该点声源发出的超声波穿透钢板继续传播。 20．（16分）光子具有能量，也具有动量。 (1)太阳内部发生核聚变释放巨大核能，核能转化为电磁辐射能，以电磁波形式向外辐射，传递至地球，为地球供给能量。设想地球“流浪”至某恒星，且绕该恒星公转。若该恒星质量是太阳质量的64倍，地球绕此恒星公转的绕行周期、地球的温度与“流浪”前一样。求该恒星向外辐射的功率与太阳向外辐射的功率之比。 (2)已知普朗克常量为h，光速为c。 a.利用质能方程和光子的能量，推导波长为的光子的动量。 b.激光照射到物体上，在发生反射、折射和吸收现象的同时，也会对物体产生作用。如图一激光器发出单一频率的激光，激光器的发光功率为P，激光经S点后被分成强度相同的两细光束，光束穿过介质小球的光路如图所示，图中O点是介质小球的球心，入射时两光束与的夹角均为，出射时光束均与平行。若不考虑光的反射和吸收，求两光束因折射对小球产生的合力的大小与方向。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 模块十四 光学 电磁波 本试卷共100分，考试时长90分钟 第一部分 本部分共14题，每题3分，功42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D D C D C A B D B C D D C C 第二部分 本部分共6题，共58分。 15．（8分）(1)A (2)增多 (3)A (4)大于 16．（10分）(1)A (2)BD (3) (4) (5)等于 17．（6分）解：（1）根据光的折射定律有 解得光线射入圆柱时的折射角为 （2）光在玻璃圆柱内的光路图如图所示： 由几何关系可得光线在圆柱内的长度为 则由可得光在圆柱内的传播速度为 所以解得光线从射入圆柱至射出时的时间为 18．（10分）解：（1）玻璃的折射率为 （2）光在玻璃中传播的路程为 光在玻璃中传播的速度大小为 则光在玻璃中传播的时间为 （3）不能；理由：假设刚好可以发生全反射，入射角为，折射角为，由 又因为 解得 即，则当入射角时可以发生全反射，与事实不符。 19．（8分）解：（1）几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C，因此潜水员认为水面上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里，如图所示 根据临界角与折射率的关系可得 设圆锥的顶角为α，则 联立可得 （2）a.由于超声波在钢板中的传播速度为水中传播速度的n倍，即 所以声音从钢板传播到水中，即由光疏介质射入光密介质，不能发生全反射； b.超声波全反射的声路图如图所示 根据全反射的原理可知 根据几何关系可得 所以 20．（16分）解：（1）球绕太阳运动时，有 地球绕恒星运动时，有 联立解得 地球的温度与“流浪”前一样，则有 解得该恒星向外辐射的功率与太阳向外辐射的功率之比为 （2）a. 由题意可知 波速、波长、频率的关系 光子的动量 联立方程可得 b.单个光子的动量大小为 单位时间内两光束的光子总数为 入射前两光束的光子的动量大小之和为 在平行SO方向：入射前单位时间内两光束的光子的总动量大小为 射出后单位时间内两光束的光子的总动量大小为 对光子，由动量定理得，方向沿SO方向 在垂直SO方向：入射前两光束的动量抵消，射出后两光束在该方向无动量，则同理可知 故由牛顿第三定律可知，两光束因折射对小球产生的合力的大小为，方向沿OS方向。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 模块十四 光学 电磁波 注意事项： 1．本试卷共100分，考试时长90分钟。 2．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。 3．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 第一部分 本部分共14题，每题3分，功42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1．室内声音会引起窗户轻微振动，用不可见激光射向窗户，因窗户振动引起反射激光频率随之变化，通过分析反射激光可还原室内语音内容。这是利用激光的（　　） A．折射现象 B．衍射现象 C．偏振现象 D．多普勒效应 【答案】D 【解析】A．折射现象是光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生偏折的现象，与题干中反射光频率随振动变化的描述无关，故A错误； B．衍射现象是波遇到障碍物后绕过障碍物继续传播的现象，不涉及波的频率变化，故B错误； C．偏振现象是横波的振动方向局限于特定方向的现象，与频率变化无关，故C错误； D．多普勒效应的本质是波源或观测者（或反射面）存在相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化，本题中振动的窗户相当于反射激光的“运动波源”，会导致反射激光的频率随窗户振动发生变化，符合多普勒效应的特征，故D正确。故选D。 2．（2025·北京海淀·一模）关于光的应用，下列说法正确的是（　　） A．照相机镜头的增透膜应用了光的衍射原理 B．光导纤维中内层的折射率小于外层的折射率 C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个增透膜应用了全反射现象 D．光经过刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是由于光的衍射 【答案】D 【解析】A．照相机镜头的增透膜应用了光的干涉原理，故A错误； B．光导纤维应用了全反射原理，内层的折射率大于外层的折射率，故B错误； C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个增透膜应用了光的干涉原理，故C错误； D．光经过刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是由于光的衍射，故D正确。故选D。 3．（2025·北京西城·二模）如图所示，用绿光照射单缝S，光通过有两条狭缝和的双缝后，在光屏P上观察到明暗相间的条纹。若要增大相邻条纹间距，可以（　　） A．仅增大与的间距 B．仅增大单缝与双缝的距离 C．仅增大双缝与光屏的距离 D．仅将绿光换为紫光 【答案】C 【解析】A．根据双缝干涉相邻条纹间距 可知，仅增大双缝间的距离d，相邻条纹间距减小，A错误； B．仅增大单缝与双缝的距离，对相邻条纹间距没有影响，B错误； C．仅增大双缝与光屏的距离，根据 可知，双缝与光屏的距离l增大时，相邻条纹间距变大，C正确； D．由于紫光的波长小于绿光的波长，根据 可知，仅将绿光换为紫光，干涉光源的波长减小，相邻条纹间距变小，D错误。故选C。 4．下列关于电磁场和电磁波的说法中，正确的是（ ） A．随时间变化的电场一定会产生随时间变化的磁场 B．电磁波的传播速度总是 C．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，法拉第在实验中首次观察到了电磁波 D．当高频振荡电路辐射电磁波时，电磁波频率一定和振荡电路频率相等 【答案】D 【解析】A．根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的电场产生稳定的磁场，只有非均匀变化的电场才产生变化的磁场，故A错误； B．电磁波在真空中的传播速度为，在介质中传播速度小于该值，并非总是该速度，故B错误； C．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹在实验中首次观察到了电磁波，故C错误； D．电磁波的频率由波源决定，当高频振荡电路辐射电磁波时，电磁波频率一定和振荡电路频率相等，故D正确。故选D。 5．（2025·北京朝阳·一模）用图所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光。调整仪器，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。若想增大条纹间距，可（ ） A．将滤光片靠近单缝 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更大的双缝 【答案】C 【解析】根据条纹间距表达式 A．将滤光片靠近单缝，条纹间距不变，选项A错误； B．将屏向靠近双缝的方向移动，l减小，则条纹间距减小，选项B错误； C．将屏向远离双缝的方向移动，l变大，则条纹间距变大，选项C正确； D．使用间距更大的双缝，d变大，则条纹间距减小，选项D错误。故选C。 6．在光学镜头表面镀一层氟化镁薄膜，利用薄膜干涉来减少反射光。已知氟化镁的折射率为，绿光在真空中的波长为。若要使薄膜对绿光产生最小反射，薄膜的最小厚度应满足（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】增透膜的原理是使薄膜上下两个表面的反射光发生干涉相消，从而减少反射光、增强透射光，光穿过薄膜往返一次的路程2d，要使反射光相消，总光程差需等于绿光半波长的奇数倍，最小时满足 由折射率的定义可知 代入得最小厚度；故选A。 7．如图所示，一束可见光经过玻璃三棱镜折射后分为a、b两束单色光。下列说法正确的是（　　） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度 C．真空中a光的波长大于b光的波长 D．如用a光照射某金属能发生光电效应，则用b光照射该金属也一定发生光电效应 【答案】B 【解析】A．由光路图可知，a光的偏折程度大于b光，可知玻璃对b光的折射率小于对a光的折射率，故A错误； B．根据可得b光的折射率小，则b光在玻璃中传播的速度大，故B正确； C．b光的折射率小，则b光的频率小，根据c=λf知，b光在真空中的波长更长，故C错误； D．入射光的频率大于金属的极限频率才能发生光电效应，因，则用a光照射某金属能发生光电效应，用b光照射该金属不一定发生光电效应，故D错误。故选B。 8．唐代诗人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹……背日喷乎水，成虹霓之状。”从物理学的角度来看，彩虹是由太阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的。如图所示为彩虹形成的示意图，一束太阳光（白光）P由右侧射入球形水滴，M、N是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条单色光束。下列说法正确的是（　　） A．M光的折射率小于N光的折射率 B．从同一介质射向空气，M光发生全反射的临界角大于N光的临界角 C．若遇到相同的障碍物，M光比N光的衍射现象更明显 D．M光光子的能量比N光光子的能量大 【答案】D 【解析】A．由光路图可知，M光的偏折程度大于N光，可知水滴对M光的折射率大于对N光的折射率，故A错误； B．根据可知，M光的临界角小于N光的临界角，故B错误； C．由于M光的频率大于N光的频率，M光的波长小于N光的波长，若遇到相同的障碍物，N光比M光的衍射现象更明显，故C错误； D．M光的频率大于N光的频率，M光光子的能量比N光光子的能量大，故D正确。故选D。 9．如图所示，摄影师利用微距相机透过微距镜头可以拍摄到形状各异的雪花图像，图像中有一种彩色雪花， 该雪花内部有一夹着空气的薄冰层， 使其呈彩色花纹。 下列情景中与雪花呈彩色花纹原理相同的是（ ） A．光导纤维内芯和外套的材料选择 B．阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹 C．通过两支铅笔夹成的一条狭缝观察日光灯，可以看到彩色条纹 D．看立体电影需要戴上特殊眼镜 【答案】B 【解析】A．图像中有一种彩色雪花，该雪花内部有一夹着空气的薄冰层，使其呈彩色花纹，这属于光的干涉现象，利用光导纤维传递信息，实现光纤通信，是全反射现象，原理与雪花呈彩色花纹的原理不相同，故A错误； B．阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹是光的干涉，原理与雪花呈彩色花纹的原理相同，故B正确； C．通过两支铅笔夹成的一条狭缝观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，原理与雪花呈彩色花纹的原理不同，故C错误； D．电影院放映3D影片，佩戴立体眼镜，形成立体效果，是光的偏振，原理与雪花呈彩色花纹的原理不相同，故D错误。故选B。 10．（2026·北京东城·二模）如图所示，两束单色光A、B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P，下列说法正确的是（　　） A．在该玻璃砖中，A光的速度小于B光的速度 B．两束光从同种玻璃射向空气时，A光发生全反射的临界角较小 C．在相同的衍射条件下，A光衍射图样的中央条纹比B光的宽 D．用A、B两束光分别照射某种金属板，均能发生光电效应，A光照射时光电子的最大初动能较大 【答案】C 【解析】由图可知，两束光在玻璃砖底面发生折射，折射角相同。光线的入射角大于光线的入射角。根据折射定律可知，入射角越大，折射率越小，故玻璃砖对光的折射率小于对光的折射率，即。 A．根据，因为，所以在该玻璃砖中，光的速度大于光的速度，故A错误； B．根据，因为，所以光发生全反射的临界角较大，故B错误； C．因为，所以光的频率小于光的频率，根据可知，光的波长大于光的波长。在相同的衍射条件下，波长越长，衍射现象越明显，中央条纹越宽，所以光衍射图样的中央条纹比光的宽，故C正确； D．因为光的频率小于光的频率，根据光电效应方程 用、两束光分别照射某种金属板，光照射时光电子的最大初动能较大，故D错误。故选C。 11．如图所示的平静湖面下，一位潜水员在潜水。他利用激光器发射激光信号来实现与岸上人员的联系。他发现只有当激光光束与水面的夹角大于α时，岸上人员才能收到激光信号，则（　　） A．水的折射率为 B．潜水员看到岸上人员成像位置要比实际位置低 C．岸上人员接收不到激光信号时，一定看不到潜水员 D．当潜水员以水平速度v向河岸靠近时，岸上人员看到潜水员移动速度小于v 【答案】D 【解析】A．潜水员发现当激光光束与水面的夹角大于α时，岸上人员才能收到激光信号，则说明激光束恰好发生全反射时入射角为，则，故A错误； B．岸上人员的光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，潜水员逆着折射光线看岸上人员，成像位置会比实际位置偏高，即岸上人员成像位置要比实际位置高，故B错误； C．岸上人员接收不到激光信号是因为光从水射到空气时发生全反射，但岸上人员发出的光从空气射向水时，即由光疏介质射入光密介质，不会发生全反射，光可以正常折射进入水中，即岸上人员发出的光可以到达潜水员眼中，根据光路的可逆性，潜水员也可以被岸上人员看到，故C错误； D．当潜水员以水平速度v向河岸靠近时，岸上人员看到潜水员是经水面折射形成的虚像，光从水射向空气，折射角大于入射角，虚像的移动速度将变小，即岸上人员看到潜水员移动速度小于v，故D正确。故选D。 12．如图，在研究Low-e玻璃（低辐射玻璃）光学性能实验中，一束复色光以45°角入射玻璃表面，经Low-e玻璃折射后射出两条平行光a、b，下列说法中正确的是（　　） A．a光的折射率小于b光 B．a光在玻璃中的传播速度大于b光 C．a、b两束单色光通过同一单缝，a光的衍射现象更明显 D．a、b两束单色光通过同一双缝干涉时，b光产生的干涉条纹间距较大 【答案】D 【解析】A．根据折射定律 入射角相同，由图可知a光的折射角更小，因此可得 可知a光折射率更大，A错误； B．光在介质中传播速度 因为 所以，B错误； C．折射率越大，光的频率越大，波长越小，因此 波长越长衍射现象越明显，因此b光衍射更明显，C错误； D．双缝干涉条纹间距满足 通过同一双缝，则相同，故波长越大间距越大，因为 因此b光的干涉条纹间距更大，D正确。故选D。 13．如图甲所示为LC振荡电路，图乙为该电路中振荡电流i随时间t的变化图像，规定图甲中电流i方向为正方向，关于该振荡过程，下列说法正确的是（　　） A．状态a到状态b过程中，电容器的电量在减小 B．状态b到状态c过程中，自感线圈L的自感电动势在变大 C．状态d点时刻，电容器C的上极板带负电，下极板带正电 D．若仅增大电容器C的电容值，该LC振荡电路的周期会减小 【答案】C 【解析】A．在LC振荡电路a到b过程中，电流在减小，说明电容器正在充电，电量在增大，故A错误； B．状态b到状态c过程中，根据可知，电流随时间的变化率在减小时，自感线圈L的自感电动势在变小，故B错误； C．状态d之后，电流增大，说明电容器正在放电，电流为正方向，则电容器C的上极板带负电，下极板带正电，故C正确； D．根据LC振荡电路周期公式，可知C增大，T增大，故D错误。故选C。 14．人们对电磁炮的研究不断深入。某高中科研兴趣小组利用学过的知识制造了一台电磁炮，其原理示意图如图甲所示，高压直流电源电动势为E，大电容器的电容为C。线圈套在中空的塑料管上，管内光滑，将直径略小于管的内径的金属小球静置于管口附近。首先将开关S接1，使电容器完全充电，然后立即将S转接2，此后电容器放电，通过线圈的电流随时间的变化如图乙所示，金属小球在的时间内被加速发射出去，时刻刚好运动到管口。下列关于该电磁炮的说法正确的是（ ） A．小球在塑料管中做匀变速直线运动 B．在的时间内，小球中产生的涡流从左向右看是顺时针方向的 C．在时刻，小球受到的线圈磁场对它的作用力为零 D．在的时间内，电容器储存的电能全部转化为小球的动能 【答案】C 【解析】A. 线圈中的磁场强弱程度与通过线圈的电流大小成正比，根据乙图可知，线圈中产生的磁感应强度（磁通量）变化步调与电流的变化步调一致，在时间内，线圈电流从0逐渐增大，但其变化率却逐渐减小至0，所以线圈中的磁通量变化率也逐渐减小至0，金属小球中感应电动势也逐渐减小至0，金属小球中的涡流也逐渐减小至0，可知时刻，金属小球受到线圈磁场对它的作用力为0，时刻，金属小球受到线圈磁场对它的作用力也为0，故时间内，金属小球受到线圈磁场对它的作用力应先增大后减小，即加速度应先增大后减小，A错误； B. 时间内，由安培定则知线圈电流在线圈内的磁场方向向右，线圈电流在增大，则产生的磁场在增大，通过金属小球磁通量在增大，根据楞次定律可知金属小球中产生涡流的磁场方向向左，由安培定则可知，金属小球中产生的涡流从左向右看是逆时针方向的，B错误； C. 时刻，线圈中电流的变化率为零，所以线圈中磁通量变化率为零，金属小球中感应电动势为零，金属小球中的涡流为零，所以小球受线圈作用力为零，C正确； D. 在的时间内，电容器减少的电场能转化为磁场能，磁场能有一部分转化为小球的动能，还留有一部分磁场能。所以减少的电场能大于小球增加的动能，D错误；故选C。 第二部分 本部分共6题，共58分。 15．（8分）利用如图甲所示的双缝干涉实验仪测量光的波长。 (1)关于本实验中单缝的操作，下列说法正确的是__________（填正确选项的字母）。 A．单缝必须调节到与双缝平行 B．每一次实验中，单缝到双缝的距离必须相等 C．去掉单缝后，也可以在光屏上观察到清晰的亮暗相间的条纹 (2)将红色滤光片换用蓝色滤光片重新做实验，其他条件不变，则观察到光屏上的条纹数会__________（填“增多”或“减少”）。 (3)若将光源改为激光，实验时用不到的元件有__________（填正确选项的字母）。 A．滤光片 B．单缝 C．双缝 (4)用“双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，若测量头中观察到的图样如图乙所示，则在此情况下，波长的测量值__________真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。 【答案】(1)A (2)增多 (3)A (4)大于 【解析】（1）实验中，单缝和双缝必须平行，而每次实验中单缝到双缝的距离不一定要相等；没有单缝就没有相干光源，则无法在光屏上观测到清晰的干涉条纹。故选A。 （2）蓝色光的波长比红色光波长更短，则相邻亮条纹中心的间距会变小，光屏上的条纹数会增多。 （3）为了获取单色的线光源，光源后面应放置滤光片；激光本身是单色光，不需要放置滤光片。 （4）此情形将造成条纹间距的测量值偏大，根据双缝干涉的条纹间距公式可知波长的测量值将偏大。 16．（10分）如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上、两枚大头针。 (1)下列措施能够提高实验准确程度的是________ A．选用两光学表面间距大的玻璃砖 B．选用两光学表面平行的玻璃砖 C．选用粗一点的大头针完成实验 (2)该同学接下来要完成的必要步骤有________ A．插上大头针，使仅挡住的像 B．插上大头针，使挡住的像和的像 C．插上大头针，使仅挡住 D．插上大头针，使挡住和、的像 (3)过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率________。 (4)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、（），则玻璃和该介质的折射率大小关系为________（填“＞”或“＜”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。 (5)一位同学准确地画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值________准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【答案】(1)A (2)BD (3) (4) (5)等于 【解析】（1）A．选用两光学表面间距大的玻璃砖，可以使光学轨迹更明显，减少角度测量误差，故A正确； B．玻璃砖两光学表面是否平行不影响折射率的测量，故B错误； C．选用粗一点的大头针完成实验，会增大定位误差，故C错误。 故选A。 （2）光沿直线传播，两点确定一条直线，让同时挡住、的像，保证入射光线是唯一的且过、，同理使挡住和、的像，保证从玻璃砖出来的光线是唯一的且过、，最后使四个点在同一条光线的传播路径上。 故选BD。 （3）玻璃砖的折射率是光由真空（本实验为空气）射入玻璃发生折射时的入射角正弦与折射角正弦之比，所以 （4）玻璃砖的折射率 某透明介质的折射率 因，所以 （5）如下图实际光路图为PMNG，测量光路图为PQNG，根据折射定律知，PM平行于QNG，且M点到的距离等于N点到的距离，所以四边形PMNQ为平行四边形，则折射率的测量值等于准确值。 17．（6分）如图所示，折射率的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，与竖直方向的夹角α=45°。已知圆柱横截面半径为R，光速为c。求： (1)光线射入圆柱时的折射角θ； (2)光线从射入圆柱至射出时的时间t（不考虑光线在圆柱内的反射）。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）根据光的折射定律有 解得光线射入圆柱时的折射角为 （2）光在玻璃圆柱内的光路图如图所示： 由几何关系可得光线在圆柱内的长度为 则由可得光在圆柱内的传播速度为 所以解得光线从射入圆柱至射出时的时间为 18．（10分）如图所示，截面为矩形的玻璃砖的厚度为L，光从上表面射入，测得入射角i=60°，折射角r=30°。已知空气中的光速为c。求： (1)玻璃的折射率n； (2)光在玻璃中传播的时间t； (3)若增大入射角i，光在下表面是否能发生全反射，并说明理由。 【答案】(1) (2) (3)不能；理由：假设刚好可以发生全反射，入射角为，折射角为，由 又因为 解得 即，则当入射角时可以发生全反射，与事实不符。 【解析】（1）玻璃的折射率为 （2）光在玻璃中传播的路程为 光在玻璃中传播的速度大小为 则光在玻璃中传播的时间为 （3）略 19．（8分）(1)已知水的折射率为1.33，在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，试通过画出从空气入射到水中的光路，并计算得到这个圆锥的顶角是多大？（用反三角来表示） (2)我们知道光是电磁波，而声波是机械波，但它们都有波所具有的特征。超声波由介质Ⅰ向介质Ⅱ中传播时，满足折射定律（其中、分别为超声波在介质Ⅰ中的入射角和介质Ⅱ中的折射角，v1、v2分别为超声波在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中的传播速度）。当时，会发生类似于光由光密介质向光疏介质传播的折射及全反射现象。 已知超声波在钢板中的传播速度为水中传播速度的n倍（）。 a．试判断，声音从钢板传播到水中，是否能发生全反射； b．现在在水中有一块面积很大的水平平面钢板，在钢板正下方的水中，到钢板的距离为H处有一个点声源，其发出的超声波会向钢板传播，则在钢板上多大面积的区域内有该点声源发出的超声波穿透钢板继续传播。 【答案】(1) (2)a.不能；b. 【解析】（1）几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C，因此潜水员认为水面上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里，如图所示 根据临界角与折射率的关系可得 设圆锥的顶角为α，则 联立可得 （2）a.由于超声波在钢板中的传播速度为水中传播速度的n倍，即 所以声音从钢板传播到水中，即由光疏介质射入光密介质，不能发生全反射； b.超声波全反射的声路图如图所示 根据全反射的原理可知 根据几何关系可得 所以 20．（16分）光子具有能量，也具有动量。 (1)太阳内部发生核聚变释放巨大核能，核能转化为电磁辐射能，以电磁波形式向外辐射，传递至地球，为地球供给能量。设想地球“流浪”至某恒星，且绕该恒星公转。若该恒星质量是太阳质量的64倍，地球绕此恒星公转的绕行周期、地球的温度与“流浪”前一样。求该恒星向外辐射的功率与太阳向外辐射的功率之比。 (2)已知普朗克常量为h，光速为c。 a.利用质能方程和光子的能量，推导波长为的光子的动量。 b.激光照射到物体上，在发生反射、折射和吸收现象的同时，也会对物体产生作用。如图一激光器发出单一频率的激光，激光器的发光功率为P，激光经S点后被分成强度相同的两细光束，光束穿过介质小球的光路如图所示，图中O点是介质小球的球心，入射时两光束与的夹角均为，出射时光束均与平行。若不考虑光的反射和吸收，求两光束因折射对小球产生的合力的大小与方向。 【答案】(1)16：1 (2)a. ，b. ，方向沿OS方向 【解析】（1）球绕太阳运动时，有 地球绕恒星运动时，有 联立解得 地球的温度与“流浪”前一样，则有 解得该恒星向外辐射的功率与太阳向外辐射的功率之比为 （2）a. 由题意可知 波速、波长、频率的关系 光子的动量 联立方程可得 b.单个光子的动量大小为 单位时间内两光束的光子总数为 入射前两光束的光子的动量大小之和为 在平行SO方向：入射前单位时间内两光束的光子的总动量大小为 射出后单位时间内两光束的光子的总动量大小为 对光子，由动量定理得，方向沿SO方向 在垂直SO方向：入射前两光束的动量抵消，射出后两光束在该方向无动量，则同理可知 故由牛顿第三定律可知，两光束因折射对小球产生的合力的大小为，方向沿OS方向。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $