2023年高考物理总复习能力进阶练(十五)光与电磁波

专题能力进阶练（十五）光与电磁波

【核心题•达标练】

1.麦克斯韦的电磁场理论指出：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。电场和磁场在空

间的交替传播就形成了电磁波。从1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在至今,电磁波已经

与我们的生活紧密相关:机场安检门使用频率为7kHz的电磁波,GPS定位系统使用频率为

10.23MHz（lMHZ=106Hz）的电磁波，手机工作时使用频率为800~1900MHz的电磁波，无线

Wi-Fi使用频率为2.4GHz（lGHZ=109Hz）的电磁波,地铁行李安检时使用频率为10、Hz的电

磁波。根据图中给出的电磁波谱和相关信息，下列说法正确的是（）

波长（米）

"'一线一波'-'•一:'♦外Q预光电碑Xfk线’：♦而脚的

I（?|讨时।的6。1♦疝】•K?1M1涓id'K?研启KF

低频频率（赫）高频

A.手机工作时使用的电磁波是纵波

B.机场安检门使用的电磁波只能在空气中传播

C.地铁行李安检时使用的电磁波是利用了电磁波的穿透本领

D.无线Wi-Fi使用的电磁波比GPS定位系统使用的电磁波更容易发生衍射现象

【解析】选C。电磁波是横波，所以手机工作时使用的电磁波都是横波，故A错误；电磁波可以

在空气中传播，也可以在真空中传播，故B错误;地铁行李安检时使用的电磁波利用了电磁波

的穿透本领来检查行李,故C正确；由题可知,无线WiFi使用的电磁波比GPS定位系统使用的

电磁波频率大,波长短,波长越长衍射现象越明显,故D错误。

2.（2022•浙江6月选考）如图所示,王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验,在失重环境下,

往大水球中央注入空气,形成了一个空气泡,气泡看起来很明亮,其主要原因是（）

A.气泡表面有折射没有全反射

B.光射入气泡衍射形成“亮斑”

C.气泡表面有折射和全反射

D.光射入气泡干涉形成“亮斑”

-1-

【解析】选Co当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发

生了全反射现象;还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较明

亮。故选C。

3.小华家装修，阳台窗户是双层玻璃,双层平行玻璃中间是俄气，合同规定两块玻璃的厚度相

同为d,中间夹层简气的厚度为h,小华想帮助父母看看双层玻璃是否是按合同要求安装的。设

计如下:小华找到一个激光笔,让光从窗户一侧以与玻璃成45°角入射并记录入射点A,同时

记录A点在对面玻璃外面的投影点A',然后在窗户另一侧记录出射点的位置B。测量A'B的距

离。已知玻璃的折射率为J2,认为债气的折射率为1。如果按合同要求组成窗户的玻璃、值气、

玻璃分别是5mm、12mm、5mm厚，则A'B的长度约为（）

A.11mmB.15mm

C.17.8mmD.20.5mm

【解析】选C。根据折射定律有式=驯竺—得a=30°,FG=dtan30°=^d

sina3

再次由折射定律得V2=得8=45。，故IH二h,由于第二块玻璃中的偏移情况和第一块玻

sin30°

璃相同，则1=A'B=N^d+h,得1217.8mm,故选项C正确,A、B、D错误。

3

4.如图所示为玻璃圆柱体的截面图,半径为R,玻璃的折射率为V2。在截面内有两条间距为4R

2

的平行光线，下面的光线过圆心0,经过玻璃圆柱体后，两出射光线相交于图中P点。则圆心0

到P点的距离为（）

-2-

A.V2RB.(J2+1)R

C.运返RD.里旦R

44

【解析】选A。光路图如图所示

根据题意可知，通过M点的光线入射角为i=45°,

根据光的折射定律胆=n,可得折射角r=30°,由为等腰三角形,可知光线从N点射出时

sinr

的入射角为30°，从而折射角为45°,根据几何关系可知a=30。，在ANOP中，根据正弦定理

得sin（i8。。-卜觇监解得OP=77R,故选A。

OPR

5.G、G为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否

12

相互平行,检测员用一块标准的平行透明平板T压在G、G的上方,T与G、G支架分别形成尖

I212

劈形空气层，如图所示。G、G的上表面与平板的夹角分别为a和B,P为平板T上表面上的一

12

点。用单色光从上方照射平板T,G、G的上方都能观察到明显的干涉条纹，可以推知（）

12

干干

GiG2

A.若a=B,则G上方的干涉条纹间距小于G上方的干涉条纹间距

12

B.若a>B,则G上方的干涉条纹间距大于G上方的干涉条纹间距

12

C.若将G、G的间距缩短些,则G上方的干涉条纹分布变得更密

12I

D.若在P处用较小的力下压平板T,则G上方的干涉条纹分布变密

1

【解析】选C。设长方体上表面与平板的夹角为0,相邻亮条纹的间距为AL,由空气薄膜干涉

条件,则有2ALtan。=入，△L=，一,则若a=B,则G上方的干涉条纹间距等于G上方的干涉

2tan912

条纹间距,若a>B,则G上方的干涉条纹间距小于G上方的干涉条纹间距，故A、B错误;若将

12

G、G的间距缩短些，a增大,则G上方的干涉条纹分布变得更密，故C正确;P在两长方体之间,

121

在P处用较小的力下压平板T,a变小,则G上方的干涉条纹分布变疏,故D错误。

1

-3-

6.如图所示是一种测量介质折射率的方法。在矩形介质的上表面,覆盖一块毛玻璃,两者之间

有很薄的空气层。光照射到毛玻璃,经毛玻璃透射后可以以任意角度射到待测介质的上表面。

在介质的另一个侧面外有一个目镜，目镜可以在以0为圆心的轨道上转动，移动目镜时，光轴

ab始终指向0点。光线测量过程中，目镜的视场中出现半明半暗的视野（如图所示），此时对应

的9=60°,目镜再逆时针往上转，视场中就是全暗的视野了。则该介质的折射率为（）

vKlsx目镜的it

\、0

璃待iW介质上/

L___J冷曲镜

/b

A.巫B.江

32

C.V2D.V3

【解析】选B。若形成半明半暗的视野，则说明此时出射光线的折射角最小。由于毛玻璃下发

生漫反射，光线朝各个方向，折射角最小的情况对应空气层上90°入射的临界情况。此时有

列1型一马,皿T,且i+丫=90°,由此可计算出n=立,故选Bo

siny1sin。n2

7.（多选）如图所示,截面为半圆形的透明介质的圆心为0、半径为R。一束单色光从直径上的

P点平行于截面射入，入射角。=60°,在圆弧上Q点射出的出射角0=30°,已知P点到圆心0

12

的距离为£下列说法正确的是（）

3

A.透明介质对单色光的折射率为1.5

B.单色光在透明介质中传播速度为遥义10sm/s

C.当sin0=叵时，出射光线与入射光线互相平行

110

D.若改变入射角度。，光线可能在圆弧面发生全反射

1

【解析】选B、Co如图甲所示

-4-

根据正弦定理可得」一二」「又sim/l+sin2/2=l,根据折射定律可得"包"=空红,联立

sinZ2sinZ3sinZlsinZ3

解得n=V3,故A错误;根据v=£,代入数据可得v=V3X10«m/s,故B正确;如图乙所示

n

若Sin0=亘,根据折射定律可得sinN4=叵,则sinZ5=^,根据正弦定理解得

1101010sinZ5sinZ6

sinN6=邈,根据折射定律辿4=n,解得sinN7=邈,结合几何关系可得，出射光线与入射光线

10sinZ610

互相平行,故C正确；当入射光线垂直于P0入射时,从介质中射出的折射角最大,如图丙所示

光线

丙

根据几何关系可得sinN8Td=^，没有发生全反射，则无论入射角度。为何值，都不可能在

3n31

圆弧面发生全反射，故D错误。

【加固训练】

如图所示,某种材料制成的扇形透明砖（已知其半径为R）放置在水平桌面上，光源s（图中

未画出）发出一束平行于桌面的光线，从0A的某点垂直射入透明豉，经过三次全反射（每次都

是恰好发生全反射）后垂直于0B射出，并再次回到光源S。已知NA0B=90°,光在真空中传播

的速率为c,则该过程中，光在该材料中传播的时间为（）

-5-

A空B.史

cc

D.竺

c

【解析】选A。光路如图所示

由图中几何关系可知C=45°，由临界角公式有sinCT,解得n=VX光在该材料中传播的路程

n

S*ZRX6=3侬，光在该材料中传播的时间t=M^=盥B、C、D错误;A正确。

2vcc

8.（2022•广东选择考）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，

其横截面如图所示。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。

【解析】当入射角达到45°时，恰好到达临界角C,根据sinCT

n

可得液体的折射率n=_2_=_2—=V2

sinCsin45°

由于n=£

V

可知激光在液体中的传播速度v=£=匹c

n2

答案：V2且

2

-6-

【培优题•提能练】

9.如图所示,将两块平面镜边缘对齐之后,分别倾斜微小的角度0,在右侧有一竖直光屏,单色

光源S刚好位于两平面镜夹角的角平分线上,D为半圆形遮光板,使光源S发出的光不能直接

照射到光屏上。用光源S照射平面镜,在光屏上会出现明暗相间的条纹,则下列说法正确的是

（）

A.光屏上出现的条纹是光线衍射的结果

B.若增大入射光的频率,屏上条纹间距减小

C.把光屏向右移,屏上条纹间距减小

D.把光源S向右移,屏上条纹间距增大

【解析】选B。光线衍射是光线绕开障碍物的现象而本题并非如此,A错误;光源S在两个平

面镜中的像点相当于两个完全相同的波源，反射后在光屏上发生干涉，其应满足公式△x“入，

d

增大频率,波长减小,则屏上条纹间距将减小,B正确；1本应是双缝到光屏的间距，于此题中应

该对应于两平面镜到光屏的距离。将光屏右移,会增大1,导致屏上条纹间距增大,C错误;将光

源S右移,并不会改变1,实际上相当于改变双缝干涉实验中的双缝间距,D错误。

10.（多选）如图所示，均匀透明材料制作成的半圆柱的截面为半圆形ABC,0为圆心、半径为R、

AB为直径边界,ACB为半圆弧边界,该材料对绿光的折射率n=2,有一点光源嵌于S点,在纸面

内向各个方向发射绿光。已知SOLAB,且SO=3R。若不考虑光在该材料内部的反射，则（）

A.直径边界与圆弧边界有光线射出的总长度为0R

6

B.直径边界与圆弧边界有光线射出的总长度为*R

3

-7-

c.若改用红光光源,有光射出的边界总长度将变长

D.若改用红光光源,有光射出的边界总长度将变短

【解析】选B、Co该材料对绿光的折射率n=2,发生全反射的临界角sinC=l,解得C=30°,恰

n

好发生全反射的光路图如图所示

根据C=30°,可得N0S*30°,N0GS=30°,则

DE=20E=20Stan30°=纸,根据几何关系可得NG0F=60°,可得弧长GCF为2nRX上空,则直径

363

边界与圆弧边界有光线射出的总长度为空+红P