1、 专题专题 14 14 光学光学 电磁波电磁波 相对论相对论 1.2016全国卷 物理选修 34 如图 1，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为 3.0 m从点光源 A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为4 3. 图 1 (i)求池内的水深； (ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为 2.0 m当他看到正前 下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为 45.求救生员的眼睛 到池边的水平距离(结果保留 1 位有效数字) 解析： (i)如图，设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率n4 3，光线
2、的折射 角90，由折射定律有 nsin isin 由几何关系有 sin i l l 2h2 式中，l3 m，h是池内水的深度，联立式并代入题给数据得 h 7 m2.6 m (ii)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为 45.由折射定律有 nsin isin 式中，i是光线在水面的入射角设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a，由几何 关系有 sin i a a 2h2 xlah 式中h2 m，联立式得 x 3 7 231 m0.7 m 22016全国卷 物理选修 34 如图 1所示，玻璃球冠的折射率为 3，其底面镀银，底面的半径是球半径的 3 2 倍；在过
3、球 心O且垂直于底面的平面(纸面)内， 有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点， 该光线 的延长线恰好过底面边缘上的A点 求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏 角 图 1 解析：设球半径为R，球冠底面中心为O，连接OO，则OOAB.令OAO，有 cos OA OA 3 2 R R 即30 由题意MAAB 所以OAM60 设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示设光线在M 点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i，反射角为i ，玻璃折射率为n.由 于OAM为等边三角形，有 i60 由折射定律有 sin insin r 代入题给条件n 3得r30 作
4、底面在N点的法线NE，由于NEAM，有i30 根据反射定律，有i 30 连接ON，由几何关系知MANMON，故有MNO60 由式得ENO30 于是ENO为反射角，ON为反射光线这一反射光线经球面再次折射后不改变方向所以， 经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为 180ENO150 3.2016 天津卷 图 1是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样， 则( ) 图 1 A在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 B从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 C照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大 D若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量
5、差大 答案：D 解析： 从图中可以看出，a光干涉条纹的间距比b光干涉条纹的间距要小，由于是在同一 双缝干涉装置上形成的干涉图样，因此a光的波长小于b光的波长，a光的频率大于b光的 频率，a光的折射率大于b光的折射率，所以在同种均匀介质中传播时，a光的速度小于b 光的速度，A 错误；从同种介质射入真空发生全反射时，a光的临界角小于b光的临界角，B 错误；发生光电效应的光电流大小与光子的能量和光强有关，故无法判断饱和电流的大小， 选项 C 错误；a光的频率高，光子的能量大，故由氢原子能级跃迁产生这两种光时，产生a 光的能级能量差大，D 正确 42016江苏卷 B选修 34 (2)杨氏干涉实验证明光
6、的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝 就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的_相同如图 1所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在 _(选填“A” “B”或“C”)点会出现暗条纹 图 1 答案：频率 C 解析： 只有频率相同的两列波才可能发生干涉现象 只有波峰与波谷相遇处才是振动减弱点， 也就是出现暗条纹处 4.（2016 年上海卷 2 题 2 分）一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时 （A）速度相同，波长相同 （B）速度不同，波长相同 （C）速度相同，频率相同 （D）速度不同，频率相同 答案：D 解
7、析：不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发 生改变；由公式 c v n 可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速 度减小。故选项 D 正确。 5.（2016 年上海卷 2 题 2 分）各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是 （A）射线、紫外线、可见光、红外线 （B）射线、红外线、紫外线、可见光 （C）紫外线、可见光、红外线、射线 （D）红外线、可见光、紫外线、射线 答案：A 解析：在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见 光、紫外线、x射线、射线，所以选项 A 正确。 6.（2016 年上海卷
8、 9 题 3 分）在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则 （A）中间条纹间距较两侧更宽 （B）不同色光形成的条纹完全重合 （C）双缝间距离越大条纹间距离也越大 （D）遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹 答案：D 解析：据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项 A 错误；不同色 光干涉条纹分布位置不相同，因此选项 B 错误；据公式 l x d 可知，双缝间距d越大， 干涉条纹距离越小，故选项 C 错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条 纹，故选项 D 正确。 72016全国卷 物理选修 34 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
9、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不变，与频率无关，选项 A 正确；电磁波由周期性变化的电 场和变化的磁场互相激发得到， 选项 B 正确； 电磁波传播方向与电场方向、 磁场方向均垂直， 选项 C 正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项 D 错误；电磁波具有能量，电 磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介
10、质或真空中继续传播，选项 E 错误 8.2016北京卷 6 分 下列说法正确的是( ) A电磁波在真空中以光速c传播 B在空气中传播的声波是横波 C声波只能在空气中传播 D光需要介质才能传播 答案：A 解析： 光波属于电磁波， 光波在真空中的速度也就是电磁波在真空中的速度， 选项 A 正确 空 气中的声波是振源的振动造成空气密度的变化而产生的，它存在密部和疏部，属于纵波，选 项 B 不正确声波不仅仅能在空气中传播，在固体、液体中都可以传播，选项 C 不正确光 波属于电磁波，电磁波是通过电磁场的交替变化传递的，不需要介质，选项 D 不正确 9.2016天津卷 我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称
11、隐身飞机的克星，它标志着我 国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在 110 m 范围内，则对该无线 电波的判断正确的是( ) 图 1 A米波的频率比厘米波频率高 B和机械波一样须靠介质传播 C同光波一样会发生反射现象 D不可能产生干涉和衍射现象 答案：C 解析： 根据波速、波长与频率的关系可知，波长越长的波，频率越低，所以米波的频率比 厘米波的频率低，A 错误；米波和厘米波都是无线电波，传播不需要介质，B 错误；无线电 波同光波一样能够发生反射、干涉和衍射现象，C 正确，D 错误 102016江苏卷 B选修 34 (1)一艘太空飞船静止时的长度为 30 m，它以 0.6c(c为
12、光速)的速度沿长度方向飞行经过地 球，下列说法正确的是_ A飞船上的观测者测得该飞船的长度小于 30 m B地球上的观测者测得该飞船的长度小于 30 m C飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 答案：B 解析：根据狭义相对论，在静止的观察者看来，沿自身长度方向运动的杆缩短而光速相对 于任何惯性系来说总是不变，故选 B. 11.2016四川卷 5 分 某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图 1甲所示，O 是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径该同 学测得多组入射角i和折射角r，作出 sin
13、 isin r图像如图乙所示则( ) 图 1 A光由A经O到B，n1.5 B光由B经O到A，n1.5 C光由A经O到B，n0.67 D光由B经O到A，n0.67 答案：B 解析： 在本题中，介质折射率为空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比，则n sin r sin i 0.9 0.61.5.又由于题目中所说的入射角为 i，可以得出光线是从B经O到A，故选项 B 正确 122016江苏卷 B选修 34 (3)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.8910 7 m，双缝间的距离 d1 mm， 双缝到屏的距离l2 m求第 1 个亮条纹到第 11 个亮条纹的中心间距 解析： 相邻亮条纹的中心间
14、距xl d 由题意知，亮条纹的数目n10 则Lnl d ，代入数据得L1.7810 2 m. 12.2016海南卷 物理选修 348 分 （2）(8 分)如图，半径为 R 的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与 桌面相切于 A 点。一细束单色光经球心 O 从空气中摄入玻璃体内（入射面即纸面），入射角 为 45，出射光线射在桌面上 B 点处。测得 AN 之间的距离为 2 R .现将入射光束在纸面内 向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到 O 点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。 解析：当光线经球心O入射时，光路图如图（a）所示。设玻璃的折射率为n，由折射定律 有 n= sin sin i 式中，入射角i=45，为折射角。 OAB为直角三角形，因此 sin = 22 AB OAAB 发生全反射时，临界角C满足 sin C= 1 n 在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图（b）所示。设此时光线入射点为E， 折射光线射到玻璃体球面的D点。由题意有EDO=C 在EDO内，根据正弦定理有 sin(90)sin ODOE C 联立以上各式并利用题给条件得OE= 2 2 R
