专题（89）光的波动性 电磁波和相对论（解析版）

2021年高考物理一轮复习考点全攻关专题（89）光的波动性电磁波和相对论（解析版）命题热点一光的干涉现象1、（2020·山东卷）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（）A． B． C． D．【答案】A【解析】光在玻璃中的传播速度为，可知时间差，故选A。2、如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象．【答案】(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析【解析】(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ1,λ2)得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m根据路程差Δr＝2.1×10－6m所以N1＝eq\f(Δr,λ1)＝eq\f(2.1×10－6m,6×10－7m)＝3.5由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．(2)根据临界角与折射率的关系sinC＝eq\f(1,n)得n＝eq\f(1,sin37°)＝eq\f(5,3)由此可知，B光在空气中波长为：λ3＝nλ介＝eq\f(5,3)×3.15×10－7m＝5.25×10－7m所以N2＝eq\f(Δr,λ3)＝eq\f(2.1×10－6m,5.25×10－7m)＝4由此可知，B光做光源时，P点为亮条纹．(3)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗．3、如图所示，一束复色光由某介质射入真空后分解为a、b两束单色光．以下说法正确的是A．真空中a光的波长比b光的大B．在同一介质中，a光的传播速度比b光慢C．光由同一介质射入空气时，a光的临界角比b光小D．a、b通过相同的单缝衍射实验装置，b光的中央亮条纹较宽E．a、b通过相同的双缝干涉实验装置，b光的干涉条纹间距较小【答案】BCD【解析】由图看出，a光的偏折程度大于b光的偏折程度，则a光的折射率大于b光的折射率，所以a光的频率大于b光的频率，真空中a光的波长比b光的小，故A错误．因为a光的折射率大，由公式v=c/n，可知，a光在该介质中的传播速度比b光小．故B正确．a光的折射率大，根据sinC=1/n知，a光的临界角小．故C正确．a光的波长小，波动性比b光弱，则知a、b通过相同的单缝衍射实验装置，a光的衍射条纹较小，故D正确．a光的波长小，根据双缝干涉条纹的间距公式知，b光比a光得到的干涉条纹间距大．故E错误．4、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消失【答案】A【解析】如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确．5、把一个上表面是平面下表面是凸面的凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方垂直射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。()A.圆环状条纹是光经凸透镜上下两个玻璃表面之间反射引起的干涉造成的B.圆环状条纹是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的C.如果将凸透镜的凸面曲率半径增大而其他条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变大D.如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变小【答案】BC【解析】当光垂直照射到凸透镜上时，光的传播方向不变，而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，另一部分光透射进入空气，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，这样两列反射光是相干光，它们在凸透镜的下表面相遇，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹，故A项错误，B项正确；若换一个曲率半径更大的凸透镜，仍然相同的水平距离但空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大，故C项正确；如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，则观察到的圆环状条纹间距变大，故D项错误。6、在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是A．改用红色激光B．改用蓝色激光C．减小双缝间距D．将屏幕向远离双缝的位置移动E．将光源向远离双缝的位置移动【答案】ACD【解析】A.根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，改用红色激光，波长变大，则条纹的间距变大，选项A正确；B.根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，改用蓝色激光，则波长变短，则条纹的间距变小，选项B错误；C.根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，减小双缝间距d，则条纹的间距变大，选项C正确；D.根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，将屏幕向远离双缝的位置移动，即l变大，则条纹的间距变大，选项D正确；E.根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，将光源向远离双缝的位置移动对条纹间距无影响，选项E错误。7、用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图丁中游标卡尺的读数；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小是图丙中的毫米刻度尺的读数；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划板中心刻线对准靠近最左边的一条亮条纹中心(如图乙所示)，并记下手轮上的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划板中心刻线向右移动，直到对准第7条亮条纹中心并记下手轮上的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保留两位有效数字)【答案】8.0×10－7m【解析】根据条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，波长λ＝eq\f(d,l)Δx，由题图丁可直接读出d＝0.25mm＝0.00025m，双缝到屏的距离由题图丙读出l＝74.90cm＝0.7490m．由题图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离Δx＝eq\f(14.700－0.300,6)mm＝2.400mm＝0.002400m.将以上数据代入得λ＝eq\f(dΔx,l)＝eq\f(0.00025×0.002400,0.7490)m≈8.0×10－7m.命题热点二光的衍射和偏振现象8、如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫【答案】B【解析】双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．相邻亮条纹间距Δx＝eq\f(l,d)λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应于紫光和黄光．综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确．9、下列说法中正确的是 ()A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度B.图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出C.图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离L，两相邻亮条纹间距离将减小D.图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的E.图戊中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将会发生变化，此现象表明光波是横波【答案】ACE【解析】甲图中a束光折射角大，折射率小，根据v=QUOTEcncn，a束光在水珠中的传播速度大，选项A正确；乙图中，光束在aa′面的折射角等于在bb′面的入射角，只要入射角i<90°，bb′面的入射角就小于临界角，就不会发生全反射，选项B错误；丙图中，根据光的干涉条纹公式Δx=QUOTELdLdλ，减小屏到挡板间的距离L时，两相邻亮条纹间距离将减小，选项C正确；丁图中的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的，选项D错误；只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，选项E正确；故选A、C、E。10、(多选)(2020·湖北恩施州教学质量检测)下列说法正确的是()A．全息照相主要是利用了光的干涉B．单反相机的增透膜利用了光的偏振C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉D．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象E．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样【答案】ACE11、(多选)由a、b两种单色光构成的复色光束从水中斜射入空气中的光路图如图14所示，关于a、b两种单色光，下列说法正确的是()A．a光的频率小于b光的频率B．从同种介质中斜射入空气发生全反射时，a光的临界角小于b光的临界角C．在同种介质中传播，a光传播速度大于b光传播速度D．相同条件的双缝干涉实验中，a光的相邻明条纹间距比b光的相邻明条纹间距小E．通过同一狭缝，a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显【答案】ACE【解析】由题图可知b光的折射程度较大，可知b光的折射率较大，则b光的频率大于a光的频率，选项A正确；根据sinC＝eq\f(1,n)可知，从同种介质中斜射入空气发生全反射时，b光的临界角小于a光的临界角，选项B错误；根据n＝eq\f(c,v)可知，在同种介质中传播，a光传播速度大于b光传播速度，选项C正确；b光波长较短，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，相同条件的双缝干涉实验中，b光的相邻明条纹间距比a光的相邻明条纹间距小，选项D错误；b光波长较小，则通过同一狭缝，a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显，选项E正确.命题热点三电磁波与相对论12、(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失【答案】ABC【解析】电磁波在真空中传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波是周期性变化的电场和磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，E错误．13、关于电磁波，下列说法正确的是A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度垂直D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失【答案】ABC【解析】A．电磁波在真空中的传播速度均为光速，与电磁波的频率无关，故A正确；B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故B正确；C．电磁波为横波，它在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度垂直；故C正确；D．电磁波可以在介质中传播，所以可以根据电缆、光缆进行有线传播，也可以不需要介质进行传播，即无线传播．故D错误；E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波仍然可以继续传播，故E错误。14、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)．地面上的人测得它们相距为L，则飞船A上的人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，飞船A上的人测得该信号的速度为________．【答案】大于c(或光速)【解析】狭义相对论的两个基本原理之一就是光速不变原理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人测得两飞船距离应大于L.15、以下说法中正确的是()A．在同一种玻璃中，频率越大的光速度越小B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振C．麦克斯韦利用实验证实了电磁波的存在D．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应E．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的【答案】ADE【解析】频率越大折射率越大，在同种介质中的光速度越小，故A对；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，故B错；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹利用实验证实了电磁波的存在，故C错；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，故D对；根据狭义相对论原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故E对．课时精练1．2018年央视春节晚会大量使用激光，为观众提供了一场视觉盛宴。下列关于光的应用说法正确的是()A.光学镜头的增透膜是利用光的衍射原理B.全息照相主要是利用激光的相干性好的特点C.用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点D.用透明的标准平面样板检查平面的平整度是利用光的偏振E.光导纤维传递信息是利用了光的全反射【答案】BCE【解析】光学镜头的增透膜是利用光的干涉原理，选项A错误；全息照相主要是利用激光的相干性好的特点，选项B正确；用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点，选项C正确；用透明的标准平面样板检查平面的平整度是利用光的干涉，选项D错误；光导纤维传递信息是利用了光的全反射，选项E正确；故选B、C、E。2．小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都有彩色花纹．这是下列哪种原因形成的()A．光的色散 B．光的干涉C．光的直线传播 D．光的衍射【答案】B3．以下物理学知识的相关叙述中，正确的是A．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普效应B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，说明光具有波动性D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线E．在“用单摆测重力加速度”的实验中，为了减小测量单摆周期的误差，应选小球运动中的最低点为计时起点，测其n次全振动的时间【答案】ACE【解析】A项：交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普现象，从汽车上反射回的超声波的频率发生了变化，故A正确；B项：用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，故B错误；C项：通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，是波的衍射图样，说明光具有波动性，故C正确；D项：红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体也能辐射红外线，故D错误；E项：在“用单摆测重力加速度”的实验中，为了减小测量单摆周期的误差，应选小球运动中的最低点为计时起点，因为最低点速度最大，测其n次全振动的时间，故E正确；故选ACE．4．(多选)下列说法正确的是()A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度B．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象D．泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了激光的相干性E．光纤通信和医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理【答案】CDE5．（多选）下列说法正确的是A．在摆角小于5°时单摆的周期与振幅无关B．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象C．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象E．两列波相叠加产生干涉现象，振动加强区域与振动减弱区域应交替出现【答案】ACE【解析】在摆角小于5°时单摆的振动可视为简谐振动，此时周期与振幅无关，选项A正确；三棱镜观察太阳光谱，是利用光的折射率不同，出现光的折射色散现象，故B错误；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，选项C正确；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，选项D错误；两列波相叠加产生干涉现象，振动加强区域与振动减弱区域应交替出现，选项E正确.6．(多选)下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽E．在空气中传播的声波是横波【答案】ACD【解析】电磁波在真空中传播的速度是光速，和频率无关，A正确；电磁波可由电磁振荡产生，当波源停止振动，已经产生的电磁波会继续向前传播，不会消失，B错误；光由水中射入空气中进入人的眼睛，折射角比入射角大，人眼看见的是折射光线的反向延长线会聚形成的虚像，比鱼的实际深度浅，因此鱼的实际深度更深，C正确；由干涉条纹的间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知波长越长，产生的条纹间距越宽，红光的波长大于蓝光的波长，因此红光的条纹宽度更宽，D正确；在空气中传播的声波是纵波，E错误．7、下列说法中正确的是 ()A.北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B.微波炉能快