2021新高考物理二轮复习专题限时集训15光与电磁波

专题限时集训(十五)(建议用时：40分钟)1．(多选)(2019·山东青岛模拟)关于光现象及其应用，下列说法正确的有()A．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干涉现象B．光导纤维传输信号是利用光的干涉现象C．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D．玻璃内气泡看起来特别明亮，是因为光线从气泡中射出的原因AC[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干涉，选项A正确；光导纤维传输信号是利用光的全反射现象，选项B错误；根据Δx＝eq\f(l,d)λ知，同一装置，波长越长条纹间距越宽，选项C正确；玻璃中的气泡看起来特别明亮是因为光从玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射，选项D错误。]2．(多选)下列有关叙述正确的是()A．第四代移动通信系统(4G)采用1880～2690MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是非均匀变化的B．狭义相对论的时间效应，可通过卫星上的时钟与地面上的时钟对比进行验证，高速运行的卫星上的人会认为地球上时钟变快C．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关D．向人体内发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接受，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法应用的是共振原理AC[第四代移动通信系统(4G)采用1880～2690MHz间的四个频段，该电磁波信号的磁感应强度随时间是周期性变化的，是非均匀变化的，故A正确；狭义相对论中有运动延迟效应，即“动钟变慢”，高速运行的卫星上的人会认为地面上的时钟变慢，故B错误；单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期由驱动力的周期决定，与单摆的固有周期无关，故与摆长无关，故C正确；向人体发射频率已知的超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法应用的是多普勒效应原理，故D错误。]3．如图为俯视图，光屏MN水平放置，半圆柱形玻璃砖放在水平面上，其平面部分ab与屏平行。由光源S发出的一束白光沿半径方向射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上。在水平面内绕过O点的竖直轴沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带。当玻璃砖转动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失。下列说法正确的是()A．通过实验说明，同种材料中各种色光的折射率不同，红光折射率较大B．由n＝eq\f(c,v)可知，玻璃砖中红光传播速度较小C．由n＝eq\f(1,sinC)可知，红光在ab界面发生全反射的临界角较大D．转动玻璃砖的过程中最先消失的是红光C[实验中红光折射的程度最小，说明红光的折射率小，选项A错。由介质中光速v＝eq\f(c,n)知红光在玻璃中的传播速度较大，选项B错。由sinC＝eq\f(1,n)知红光发生全反射的临界角较大，紫光的临界角最小，由发生全反射的条件知，最先消失的是紫光，选项C对、D错。]4．(2020·潍坊市高三第一次模拟考试)一束复色光由空气斜射向平行玻璃砖，入射角为θ，从另一侧射出时分成a、b两束单色光，如图所示，下列说法正确的是()A．在该玻璃中a的传播速度比b的小B．b比a更容易发生衍射C．增大θ(θ<90°)，a、b可能不会从另一侧射出D．a从该玻璃射向空气时发生全反射的临界角比b的大D[由图可看出，光线通过平行玻璃砖后，a光偏折程度较小，b光偏折程度较大，说明玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝eq\f(c,n)可知，在该玻璃中a的传播速度比b的大，故选项A错误；a光的折射率较小，频率较低，波长较长，则a比b更容易发生衍射，故选项B错误；光射到玻璃砖下表面时的入射角等于在上表面的折射角，由光路可逆原理可知光一定能从下表面射出，故选项C错误；由sinC＝eq\f(1,n)可知，由于玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，则a光发生全反射的临界角更大，故选项D正确。]5．(2020·天津高考·T3)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较()A．红外线的光子能量比紫外线的大B．真空中红外线的波长比紫外线的长C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能B[根据电磁波谱可知，红外线的频率小于紫外线的频率，真空中红外线的波长大于紫外线的波长，由光子能量公式可知，红外线光子能量小于紫外线光子能量，选项A错误，B正确；真空中任何光的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度，选项C错误；由于光是横波，都能够发生偏振现象，所以红外线和紫外线都能够发生偏振现象，选项D错误。]6．(原创题)一玻璃砖的横截面为直角三角形ABC，如图所示，∠ACB＝30°，∠A＝90°，斜边边长为L，玻璃砖的折射率为n＝eq\r(2)。有一束光线垂直照射到AB上的E点，E点是AB边的中点，光在真空中的传播速度为c，不考虑折射后的反射光线。(1)当光线到达BC时，判断光线是否会从BC射出；(2)求光线在玻璃砖中传播所用的时间。[解析](1)作出光线进入玻璃砖后刚到达BC上的O1处时的光路图，如图1所示。由几何知识可知光线在BC上的入射角为α1＝60°，设光线在玻璃砖中发生全反射时的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,\r(2))，C＝45°α1＞45°，故光线会在BC上发生全反射，不会从BC射出。图1图2(2)作出光线第一次射到AC上的O2处的光路图如图2所示，根据几何知识可知光线在AC上的入射角为α2＝90°－α1＝30°＜C即光线会从AC边射入空气中光在玻璃砖中的传播速度为v＝eq\f(c,n)＝eq\f(c,\r(2))根据几何知识可知光线在玻璃砖中通过的路程为s＝eq\x\to(EO1)＋eq\x\to(O1O2)＝eq\f(L,2)cos30°＋eq\f(L,4cos30°)＝eq\f(5\r(3),12)L故光线在玻璃砖中传播所用的时间为t＝eq\f(s,v)＝eq\f(5\r(6)L,12c)[答案](1)不会(2)eq\f(5\r(6)L,12c)7．(原创题)(多选)如图所示，三棱镜的横截面ABC为直角三角形，∠B＝90°，∠A＝30°。一束复色光从空气射向BC上的E点，分成两束光a、b后分别偏折到AB上的F、G点，光线EF平行于底边AC。已知入射光与BC的夹角为θ＝45°，下列说法正确的是()A．三棱镜对a光的折射率为eq\r(2)B．a光在F点能发生全反射C．b光发生全反射的临界角比a光的小D．a、b光用同一种装置做双缝干涉实验时，a光产生的条纹间距更宽AB[a光在BC界面的入射角i＝45°，折射角r＝30°，根据折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，A正确；a光在AB界面的入射角为i′＝60°，而a光发生全反射的临界角C的正弦值sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，则C＝45°，i′＞C，所以a光在F点能发生全反射，B正确；由几何关系知，a光在三棱镜中的偏折程度比b光的大，则三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率，则由sinC＝eq\f(1,n)可知b光发生全反射的临界角大于a光发生全反射的临界角，C错误；由三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率知，a光的波长比b光的短，由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，a光的干涉条纹间距小于b光的，D错误。]8．(2020·7月浙江高考·T13)如图所示，圆心为O、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θ＝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c，则()A．玻璃砖的折射率为1.5B．OP之间的距离为eq\f(\r(2),2)RC．光在玻璃砖内的传播速度为eq\f(\r(3),3)cD．光从玻璃到空气的临界角为30°C[设P点到O点的距离为x，光线从P垂直入射，在圆形界面发生全反射，可知sinC＝eq\f(x,R)＝eq\f(1,n)；当入射角为60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行，说明光线从圆形表面中点射出，设光线从P点射入发生折射后的折射角为α，由几何知识可知，sinα＝eq\f(x,\r(x2＋R2))，由折射定律有n＝eq\f(sin60°,sinα)，解得x＝eq\f(\r(3),3)R，n＝eq\r(3)，A、B项错误；临界角C＝arcsineq\f(\r(3),3)≠30°，D项错误；又由n＝eq\f(c,v)⇒v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c，C项正确。]9．(2020·济南市高三5月模拟)光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，光刻机的曝光波长越短，分辨率越高。“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长、提高分辨率的技术，如图所示，若浸没液体的折射率为1.44，当不加液体时光刻胶的曝光波长为193nm，则加上液体时光刻胶的曝光波长约变为()A．161nmB．134nmC．93nmD．65nmB[在不加液体时光刻胶的曝光波长λ0＝193nm，而λ0＝eq\f(c,f)，光进入折射率为n＝1.44的液体，在液体中传播的速度为v＝eq\f(c,n)，加上液体后光刻胶的曝光波长λ＝eq\f(v,f)，联立解得λ＝eq\f(λ0,n)≈134nm，B正确。]10．如图所示是一束由红光和蓝光组成的复色光从空气沿半径方向射入半圆形玻璃砖界面发生反射和折射的光路图，其中OA、OB为复色光，OC为单色光，下列说法正确的是()A．OC为蓝光B．保持入射光不变，绕O点顺时针转动玻璃砖，OC会逐渐消失C．保持入射光不变，绕O点逆时针转动玻璃砖，OC会逆时针转动D．若将复色光沿CO射向玻璃砖，有可能不会出现折射光B[光线发生反射时，反射角等于入射角，反射光线、折射光线分布于法线两侧，得到AO为入射光线，OB为反射光线，OC为折射光线，又OC为单色光，说明有一种光已经发生了全反射，根据sinC＝eq\f(1,n)，知折射率大的光的全反射临界角小，因此蓝光先发生全反射，OC为红光，A错；绕O点顺时针转动玻璃砖，入射角增大，红光也会逐渐达到临界角，OC会逐渐消失，B对；由eq\f(sini,sinr)＝n得，sini＝nsinr，当r减小Δr时，sini′＝nsin(r－Δr)，i－i′＞Δr，则OC顺时针转动，C错；光从光疏介质射向光密介质时不会发生全反射，因此一定会有折射光线，D错。]11．某透明介质的横截面如图所示，APE是半径为R的eq\f(1,4)圆弧，OBDE为正方形，P点到AB面的距离L＝eq\f(R,2)。现有一单色细光束沿PO方向射入透明介质，射到AB面时恰好发生全反射。光在真空中的速度为c，求：(1)该光从透明介质BD面上的Q点射出时，折射角θ的正弦值；(2)该光第一次从P点传播到Q点的时间t。[解析](1)该光在透明介质中传播的光路如图所示：设光射到AB面发生全反射的临界角为C，透明介质对该光的折射率为n，则有：sinC＝eq\f(1,n)又：sin(90°－C)＝eq\f(L,R)，i＝90°－C由光的折射定律有：eq\f(sinθ,sini)＝n联立解得：sinθ＝eq\f(\r(3),3)。(2)该光第一次从P点传播到Q点的路程：x＝R＋eq\f(R,sinC)该光第一次从P点传播到Q点的时间：t＝eq\f(x,v)其中v＝eq\f(c,n)解得：t＝eq\f(22＋\r(3)R,3c)。[答案](1)eq\f(\r(3),3)(2)eq\f(22＋\r(3)R,3c)12．如图所示，一束截面为圆形(半径R＝1cm)的平行复色光垂直射向一玻璃半球的面。经折射后在屏幕S上形成一个圆形彩色亮区。已知玻璃半球的半径也为R。屏幕S至球心的距离为d＝4cm。不考虑光的干涉和衍射，试问：(ⅰ)在屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色？(ⅱ)若玻璃半球对圆形亮区最外侧单色光的折射率为n＝eq\r(3)，求屏幕S上圆形亮区的最大半径。(结果可保留根号)[解析](ⅰ)复色光与半球形玻璃面的下表面相垂直，方向不变，但是在上面的圆弧面会发生偏折，紫光的折射率最大，临界角最小，偏折能力最强，所以紫光偏折的最多，因此最外侧是紫色。(ⅱ)如图所示，紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点D到亮区中心E的距离r就是所求最大半径。设紫光临界角为C，由全反射的知识：sinC＝eq\f(1,n)所以cosC＝eq\f(\r(n2－1),n)tanC＝eq\f(1,\r(n2－1))eq\x\to(OB)＝eq\f(R,cosC)＝eq\f(nR,\r(n2－1))r＝eq\f(d－\x\to(OB),tanC)＝deq\r(n2－1)－nR代入数据得：r＝(4eq\r(2)－eq\r(3))cm。[答案](ⅰ)紫色(ⅱ)(4eq\r(2)－eq\r(3))cm13．(2020·全国卷Ⅱ·T34(2))直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。(ⅰ)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；(ⅱ)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。[解析](ⅰ)如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ，由几何关系，有θ＝90°－(30°－r)＞60° ①根据题给数据得sinθ＞sin60°＞eq\f(1,n) ②即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。(ⅱ)设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i′，折射角为r′，由几何关系、反射定律及折射定律，有i＝30° ③i′＝90°－θ ④sini＝nsinr ⑤nsin