2023广东版物理高考第二轮复习-专题十六 光学、电磁波和相对论 (一)

2023广东版物理高考第二轮复习

专题十六光学、电磁波和相对论

高频考点

考点一光的折射和全反射

基础折射定律、折射率、全反射的理解。

重难折射定律的应用及对生产生活中折射、全反射现象的解释。

综合光在各种形状介质中的全反射和折射的综合应用问题。

基础

1.（2022浙江1月选考,11,3分）如图所示,用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心0点,发现有a、b、c、d

四条细光束,其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕0点逆时针方向转过小角度△0时,b、

c、d也会随之转动，则（）

A.光束b顺时针旋转角度小于△9

B.光束c逆时针旋转角度小于△0

C.光束d顺时针旋转角度大于△0

D.光束b、c之间的夹角减小了2A0

答案B

2.（2021辽宁,4,4分）一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示。比较

内芯中的a、b两束光,a光的（）

A.频率小,发生全反射的临界角小

B.频率大，发生全反射的临界角小

C.频率小,发生全反射的临界角大

D.频率大,发生全反射的临界角大

答案C

3.[2022广东,16(2),6分]一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气,其截

面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心0点。

当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传

播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。

激光器

答案V2号c

4.[2022广东茂名二模,16(1)]如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光,取其中a、

b、c三种色光，则a、b、c三色光在玻璃三棱镜中传播,(选填“a”“b”或“c”)光速度最

大。若这三种色光在三棱镜中发生全反射,(选填“a”“b”或“c”)光的临界角最小。

答案ca

重难

5.（2021海南,6,3分）如图,长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ,MN=2NP,其折射率为近。一束单色光

在纸面内以a=45。的入射角从空气射向MQ边的中点0,则该束单色光（）

A.在MQ边的折射角为60°B.在MN边的入射角为45°

C.不能从MN边射出D.不能从NP边射出

答案C

6.（2020浙江7月选考,13,3分）如图所示,圆心为0、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线

从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射;当入射角0=60。时,光线从玻璃砖圆形表

面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为。,则（）

A.玻璃砖的折射率为1.5

B.0、P之间的距离为争

C.光在玻璃砖内的传播速度为今

D.光从玻璃到空气的临界角为30°

答案C

7.（2020山东,9,4分）（多选）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴

BB'C'C面的线状单色可见光光源,DE与三棱镜的ABC面垂直,D位于线段BC的中点。图乙为图甲中

ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为四，只考虑由DE直接射向侧面AA'C'C的光线。下列

说法正确的是（）

A.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的2

B.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的|

C.若DE发出的单色光频率变小,AA'CC面有光出射的区域面积将增大

D.若DE发出的单色光频率变小,ANCC面有光出射的区域面积将减小

答案AC

8.[2021广东深圳一模,16（1）]在沙漠地区,太阳照射下,地面附近的空气温度升高,密度降低，折射率减

小，光线从高向低照射时发生全反射，形成“海市蜃楼”。现将此原理简化为光在两层空气间发生全反

射，已知上层空气折射率为n,地面附近空气折射率为1（忽略下层空气厚度）。则形成的“海市蜃楼”

在地平线（填“上方”或“下方”），请完成光路图。要发生全反射，光线从上层空气进入下层

空气的入射角的正弦值至少为

答案下方如图所示1

n

9.[2021广东汕头二模,16（1）]在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹。彩虹是太

阳光射入球形水珠经折射、全反射，再折射后形成的。光的色散本质是不同的单色光在同种均匀介质

中的快慢不同。如图为某一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中水珠对b束光的折射率一

定比对a束光的折射率更o

答案传播大

10.[2021全国甲，34（1）]如图，单色光从折射率n=l.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真

空中的光速为3.0X108m/s,则该单色光在玻璃板内传播的速度为m/s;对于所有可能的入射

角,该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是sWt<s（不考虑反射）。

答案2.0X10*5X10"3V5X1010

宝口

H.（2022山东,7,3分）柱状光学器件横截面如图所示,OP右侧是以0为圆心、半径为R的翘,左侧是

直角梯形,AP长为R,AC与C0夹角45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直AB面入射，器件

介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能

在PM面全反射后,从0M面出射的光是（不考虑三次反射以后的光）（）

A.仅有a光B.仅有b光

C.a、b光都可以D.a、b光都不可以

答案A

12.[2022湖南,16(2),8分]如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成,其中屏障垂直于

屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度0的控制(可视角度0定义为某像素单元发出的光在图示

平面内折射到空气后最大折射角的2倍)。透明介质的折射率n=2,屏障间隙L=0.8mm。发光像素单元

紧贴屏下,位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。

(i)若把发光像素单元视为点光源,要求可视角度。控制为60°,求屏障的高度d;

(近)若屏障高度d=l.0mm,且发光像素单元的宽度不能忽略,求像素单元宽度x最小为多少时，其可视

角度0刚好被扩为180。(只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元)。

答案(i)1.55mm(ii)0.35mm

13.[2022广东梅州二模,16(2)]如图所示，直角三棱镜ABC置于空气中，一细束单色光从直角三棱镜的

AC面的中点垂直射入,进入三棱镜后在AB面恰好发生全反射，已知/ABC=30。，AC边长等于LoMN为

一光屏，且与BC边垂直。请求出：

①该三棱镜的折射率n;

②最终打在光屏上的光斑到B点的距离。

答案①竽

14.[2021广东佛山二模,16(2)]在河中用鱼叉捕鱼时，渔民们都知道不能直接朝看到鱼的方向掷出鱼叉。

若图中渔民在(其眼睛)距河面1.5米处看到一条鱼,视线与水面成37°角,鱼在水深约2米的河底，假

设鱼叉掷出后做直线运动,水的折射率为sin37。=0.6,cos37。=0.8。请帮该渔民估算：

①鱼距离他的实际水平距离多远；

②他应该瞄准与水面成多少度角的方向掷出鱼叉。

答案①3.5m②45°

15.[2021广东新高考适应卷,16(2)]如图所示，救生员坐在泳池旁边凳子上,其眼睛到地面的高度鼠为

1.2m,到池边的水平距离L为1.6m,池深H为1.6m,池底有一盲区。设池水的折射率为上当池中注

水深度h为L2m和1.6m时,池底盲区的宽度分别是多少。

答案1.43m1.2m

16.[2021广东广州一模,16⑵]如图甲，某汽车大灯距水平地面的高度为81cm,图乙为该大灯结构的

简化图。现有一束光从焦点处射出,经旋转抛物面反射后,垂直半球透镜的竖直直径AB从C点射入透

镜。已知透镜直径远小于大灯离地面高度,AC=《AB,半球透镜的折射率为tan15°七0.27。求这束

光照射到地面的位置与大灯间的水平距离。

旋转抛物面挡泮半球透镜

乙

答案300cm

考点二光的干涉、衍射和偏振

基础光的干涉、衍射的理解。

重难偏振现象、光的干涉的应用。

基础

1.（2022山东,10,4分）（多选）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象,狭缝S,sS2

的宽度可调,狭缝到屏的距离为L同一单色光垂直照射狭缝,实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所

示图样。下列描述正确的是（）

图乙

图丙

A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射

B.遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大

C.照射两条狭缝时,增加L,其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大

D.照射两条狭缝时,若光从狭缝Si、S,到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一定是暗条纹

答案ACD

2.（2020北京,1,3分）以下现象不属于干涉的是（）

A.白光经过杨氏双缝得到彩色图样

B.白光照射月晦膜呈现彩色图样

C.白光经过三棱镜得到彩色图样

D.白光照射水面油膜呈现彩色图样

答案C

3.(2020上海宝山二模,4)如图(a)、(b)是由单色光分别入射到A圆孔和B圆孔形成的,由两图可以得

出()

阿m

图(a)图(b)

A.(a)图是衍射图像,A孔直径小于B孔直径

B.(a)图是干涉图样,A孔直径大于B孔直径

C.(b)图是衍射图像,A孔直径小于B孔直径

D.(b)图是干涉图样,A孔直径大于B孔直径

答案A

4.(2021江苏,6,4分)铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置时,肥皂膜上的彩色条纹上疏下密,由此推测肥皂

膜前后两个面的侧视形状应当是()

答案B

重难

5.(2021湖北,5,4分)如图所示,由波长为L和入的单色光组成的一束复色光,经半反半透镜后分成

透射光和反射光,透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。()是两单色光中央亮条

纹的中心位置,P：和巳分别是波长为L和L的光形成的距离0点最近的亮条纹中心位置。反射光入

射到三棱镜一侧面上,从另一侧面M和N位置出射,则（）

A.是波长为屋的光出射位置

B.是波长为L的光出射位置

C.M>L,M是波长为L的光出射位置

D.入〉是波长为L的光出射位置

答案D

6.（2021山东,7,3分）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下

列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图m像,可能正u确的是（）

答案D

7.（2020山东,3,3分）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到8、S：：的距离相等,0点为8、

连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为X的光，经，出射后垂直穿过玻璃片传播到0点，

经S2出射后直接传播到0点由Si到0点与由S：到0点光传播的时间差为△t.玻璃片厚度为10人,

玻璃对该波长光的折射率为L5,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（）

人

A..AAt4=一5B.At

c。2c

答案A

8.（2022山东聊城二中模拟,12）（多选）对于下列四幅图,以下说法正确的是（）

A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中a光束在水珠中传播的速度一定小于b光束在水

珠中传播的速度

B.图乙是一束单色光进入足够长的平行玻璃砖后传播的示意图,无论入射角i增大到多少，都一定有光

线从bb'面射出

C.图丙中的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上的光亮度将明、暗交替变

化,此现象表明光是横波

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

答案BC

考点三电磁波和相对论

基础电磁波、LC振荡电路及狭义相对论的理解。

基础

1.（2021天津,2,5分）光刻机是制造芯片的核心装备,利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，

再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫

外线进入液体后与其在真空中相比（）

A.波长变短B.光子能量增加C.频率降低D.传播速度增大

答案A

2.（2020北京,3,3分）随着通信技术的更新换代,无线通信使用的电磁波频率更高,频率资源更丰富,在

相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术（简称5G）意味着更快的网速和更大的网络容

载能力，“4G改变生活,5G改变社会”。与4（；相比,5G使用的电磁波（）

A.光子能量更大B.衍射更明显

C.传播速度更大D.波长更长

答案A

3.（2020浙江1月选考,8,3分）如图所示,单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S

打到b端,t=0.02s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则（）

A.LC回路的周期为0.02

B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大

C.t=1.01s时线圈中磁场能最大

D.t=l.01s时回路中电流沿顺时针方向

答案C

4.［2017江苏单科,12B⑴］（多选）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的锈原子钟，飞船和地球

上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有（）

A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快

B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢

C.地球上的人观测到地球上的钟较快

D.地球上的人观测到地球上的钟较慢

答案AC

5.［2021广东佛山二模,16（1）］自从1865年麦克斯韦预言电磁波的存在,人们的生活已经与电磁波密不

可分,不同频率的电磁波被应用于生活的各个领域。例如:我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁

波频率约为1561MHz,家用Wi-Fi所使用的电磁波频率约为5725MHz。则Wi-Fi信号与北斗导航信

号叠加时,（填“能”或“不能”）产生干涉现象;当Wi-Fi信号穿越墙壁进入另一个房间后，

其波长,原因是

答案不能不变电磁波穿越墙壁后能量减小，但波的频率不会改变，同时传播的速度也不会改变，

所以波长不变

易混易错

1.易混:干涉图样和衍射图样1（2019北京理综,14,6分）利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、

衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是（）

光屏

P）

光源口一］-----------1

图11

mmlimn

卬乙

图2

A.甲对应单缝,乙对应双缝

B.甲对应双缝,乙对应单缝

C.都是单缝，甲对应的缝宽较大

D.都是双缝，甲对应的双缝间距较大

答案A

2.易错:薄膜干涉I（2021浙江6月选考,16,2分）侈选）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、

下面窄。下列说法正确的是（）

A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形

B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹

C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化

D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90。，条纹也会跟着转动90。

答案AB

3.易错:利用折射定律解释日出现象1（2022山东大教育联盟联考,1）“泰山极顶看日出”，历来被描绘

成十分壮观的奇景。日出时看到的“太阳”与太阳的实际位置相比（）

A.略高一些B.略低一些C.略近一些I）.相同

答案A

4.易错:利用折射定律解释筷子偏移现象（2022江苏南通3月联考,6）将一根筷子竖直插入装有水的玻

璃杯中，从水平方向拍摄的照片看上去浸在水中的部分向右产生了侧移。下面反映玻璃杯、筷子和照

相机位置关系的俯视图可能正确的是（）

D

答案C

5.易错:利用折射定律解释视角问题I（2022山东聊城二中一模,7）一个军事设施的观察孔如图所示，其

宽度L=30cm,厚度d=30V3cm,为了扩大观察视野，将折射率为n=&的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内。

则嵌入玻璃砖后，军事设施内的人通过这块玻璃砖能看到的视野的最大张角是（）

A.60°B.90°C.120°

答案B

题型模板

题型几何光学的临界问题

典型模型

模型特征：（1）常见临界问题:全反射问题或光线传播范围问题；（2）光线在直线界面发生折射或全反

射；⑶需要对光路进行分析并作出临界光路图。

1.（2022山东青岛质检,15）如图,垂钓者位于平静清澈湖面岸边的A点，他的眼睛在A点正上方0.9m

处,水面上的浮标位于B点,B点离A点的距离为0.9m,发光鱼饵C位于浮标正前方1.8m处水面上D

点的正下方,此时垂钓者发现发光鱼饵刚好被浮标挡住,已知水的折射率n=V20

发光鱼饵

(1)求此时发光鱼饵在水中的深度(结果可保留根号);

(2)发光鱼饵缓慢竖直上浮,当它离水面多深时,鱼饵发出的光恰好不能从水面上A、B间射出。

答案⑴詈m(2)1.8m

2.[2021广东四校联考,16(2)]如图，一潜水员在距海岸A点42m的B点竖直下潜,B点和灯塔之间停

着一条长3m的皮划艇。皮划艇右端距B点3m,灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的

夹角分别为a和B(sina=1sinB的石)，水的折射率为《皮划艇高度可忽略。

①潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。若海岸上A点恰好处在倒立圆锥

的边缘上,求潜水员下潜的深度(结果可含根号)；

②求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围。

答案①14夕m②4m<h<18m

变式题型

题型特征:光线从一种介质进入另一种介质的界面为圆弧面,圆弧界面的法线是过圆心的直线。

3.变式［2021广东肇庆一模,16(2)］半径为2鱼cm的半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示,()为圆心，平

行光从玻璃砖的圆弧面射入,光与底边MN夹角为45。，其中沿半径的光线从A处射入玻璃砖后,恰好在

。点发生全反射。求：

①该玻璃砖的折射率；

②MN边界上能够射出光线的区域的长度。

答案①四②2cm

4.变式(2022山东日照一模,16)2021年12月9日，王亚平在太空实验授课中,进行了水球光学实验。

在空间站中的微重力环境下有一个水球,如果在水球中心注入空气,形成球形气泡,内外两球面球心均

在()点,如图所示。一束单色光从外球面上的A点以与A0连线成i角度射入球中。已知水的折射率为

I，内球面半径为3R,外球面半径为5R,光速为c,sin370=0.6。求：

(1)光在水中的传播速度v;

⑵能使光在内球表面上发生全反射的入射角i的取值范围。上\

答案⑴头(2)37°Wi<53。\W/

实践应用

5.［2021广东,16(2),6分］如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作

的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射至控气中,测得入射角为a,折射角为B;光从P点射

向外侧N点,刚好发生全反射并被Q接收,求光从玻璃射向空气时临界角0的正弦值表达式。

夕卜侧

挡风玻璃

光源户接收器0内侧

答案sine嗡

6.[2021江西新余一中三模,34（2）]如图所示为安全防盗门上的观察孔（俗称“猫眼”），直径为d,为了

扩大向外观察的范围,在孔中完全嵌入折射率为n的透明材料,透明材料由圆柱体和顶角为60。的球冠

组成,猫眼的平面部分正好和安全门内表面平齐，门的厚度为日d,球冠的边缘恰好和防盗门外表面平齐。

若要让房间里的人通过移动位置能看到门外全部的景象求该透明材料折射率n的最小值。

答案V3

情境应用

简单熟悉

1.物理科技I[2022广东深圳一模，16（1）]在2021年12月9日的天宫课堂中,三位航天员观察到水球中

的气泡特别亮,这是因为光在气泡表面发生了现象。如图乙所示,水的折射率为n,发生这个现

象的条件是sin0（填“2”或V冷水相对空气是介质（填“光密”或“光

疏”）.

甲乙

答案全反射》光密

2.物理探索［2022广东佛山二模,16（1）］利用图甲装置（示意图），观察单色激光经过单缝障板后产生的

图样。因激光经过单缝发生了现象，故在光屏上得到的图样应是图乙中的（选填“a”

答案衍射a

3.物理探索［2022广东梅州二模,16（1）］利用图（a）所示的装置（示意图），观察蓝光的干涉、衍射现象,

在光屏上得到如图⑹中甲和乙两种图样。则甲应是（选填“干涉”或“衍射”）图样。若将

蓝光换成红光，干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距（选填“变长”“变短”或“不

!\

/。*

乙

(a)

答案衍射变长

4.物理科技［2022广东联合测评（上），16（1）］光纤通信技术是利用光导纤维传输信号,以实现信息传递

的一种通信方式,某种光纤内部分为三层:中心高折射率玻璃芯,中层低折射率硅玻璃包层,外层是加强

用的树脂涂层，当光从空气由光纤的端口进入内芯后,光的传播速度（选填“变大”“变小”

或“不变”），若该种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角为45。，则内芯的折射率为（结

果可用根号表示）。

答案变小V2

复杂熟悉

5.物理生活I［2022广东广州一模,16(2)］如图,截面为等腰梯形的容器贮满水，放置在房间的水平桌面

上,早晨阳光穿过窗户照射到水面,某时刻观察到阳光恰好照亮容器的整个底部,已知容器梯面倾角。

的余弦值为等,水的折射率为*求此时光线与水面的夹角

OD

答案300

6.物理生活I［2022广东深圳二模,16(2)］如图所示,宽度足够大的水槽内水深为h,一束激光垂直水面

射向水底s处,发现水槽底部有一半径为r的圆形区域比其他区域暗,产生该现象的原因是光线经水槽

底部漫反射后射向水面,射到b处的光线恰好发生全反射,求：

①水的折射率;

②通过作图分析,当水深增大时暗斑半径如何变化。

①U

7.物理生活［2022广东佛山一模,16(2)］超声波由水中向空气中传播时,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，也满足折射定律篝=U(其中。B分别为超声波在水中的入射

角和空气中的折射角,巧、V?分别为超声波在空气中和水中的传播速度)。已知超声波在水中的传播速

度约为在空气中传播速度的4倍，一潜艇静止在水下深度为II的地方,其发出的超声波会向水面传播，

若将潜艇看作是一个点声源,求在水面多大面积的区域内有该潜艇发出的超声波从水中传出。

U木

复杂陌生

8.物理生活I[2021湖南,16(2),8分]我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿

直线传播。身高L6m的人站在水平地面上,其正前方0.6m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直

径为L0cm、深度为1.4cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得

成像不完整,如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的

反射。

(i)若该人通过小孔能成完整的像,透明介质的折射率最小为多少？

(近)若让掠射进入孔洞的光能成功出射,透明介质的折射率最小为多少？

答案(i)L4(ii)1.7

9.物理探索I(2022山东德州二模,16)如图所示为某型号光的双干涉演示仪结构简图，玻璃砖的横截

面为等腰直角三角形ABC,NA=90。，光源发出频率f=4.8X10“Hz的激光束。使激光束垂直AB面射入

玻璃砖,在BC面发生全反射,从AC面射出后,经过单缝和双缝,最后在光屏上呈现出干涉图样。已知玻

璃砖的直角边长x=0.03