专题22 电磁波 光学知识的综合问题-备战2022年高考物理大一轮复习知识点专项强化训练

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1．(2021·湖北荆门模拟)三束单色光a、b、c沿图示方向射向圆形玻璃砖，经两次折射后变成复色光d，以下说法正确的是 ( )
A．b光的频率比c光小
B．在真空中，a光传播速度比b、c大
C．在玻璃砖中，a光传播速度比b、c小
D．a光的光子能量最小
E．若以a、b、c三种单色光分别用相同的装置做“用双缝干涉测定单色光的波长”的实验，则a光观察到的条纹间距最大
【答案】：ADE
【解析】：从光的偏折程度看a光的偏折程度最小，c光最大，故a光的折射率最小，c光的折射率最大，则a光的频率最小，c光的频率最大，b光的频率比c光小，故A正确；任何单色光在真空中传播速度均为光速，故B错误；由光在介质中传播速度公式：v＝eq \f(c,n)可知，a光的折射率最小，在玻璃砖中传播速度最大，故C错误；光子能量与光的频率成正比，则知a光的光子能量最小，故D正确；三种单色光中a光的波长最长，干涉条纹间距与波长成正比，则在同样的装置做双缝干涉实验时观察到的条纹间距a光的干涉条纹间距最大，故E正确．
2.(2021·江西十校联考)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点．已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则 ( )
A．该三棱镜对该单色光的折射率为eq \r(3)
B．光在F点发生全反射
C．光从空气进入棱镜，波长变短
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束可能平行
E．从F点出射的光束与入射到E点的光束偏向角为60°
【答案】：ACE
【解析】：在E点作出法线可知入射角为i＝60°，折射角为r＝30°，由折射定律可知折射率n＝eq \f(sin i,sin r)＝eq \r(3)，A正确；由sin C＝eq \f(1,n)可知全反射的临界角大于30°，由光路可知，在边BC上的入射角等于30°，小于全反射的临界角，故不会发生全反射，B错误；根据公式n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ空f,λ介f)＝eq \f(λ空,λ介)，得λ介＝eq \f(λ空,n)，可知光从空气进入棱镜，波长变短，C正确；三棱镜两次折射使得光线都向AC边偏折，不会与入射到E点的光束平行，D错误；从F点出射的光束与入射到E点的光束偏向角为2(i－r)＝60°，E正确．
3.(2021·河南开封定位考试)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信
【答案】：ABE
【解析】：紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，选项C错误；在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，选项D错误．
4．(2021·吉林长春质检)下列说法正确的是( )
A．相对论与量子力学否定了经典力学理论
B．真空中的光速在任何惯性参考系中都是相同的
C．狭义相对论只适用于惯性参考系
D．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象
E．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
【答案】：BCD
【解析】：相对论并不否定经典力学，它是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误；根据光速不变原理，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，选项B正确；根据狭义相对论的基本假设可知，选项C正确；根据光现象的成因知，选项D正确；全息照相不是利用全反射，而是和光的干涉有关，选项E错误．
5.(2021·宁夏银川一中模拟)下列现象与产生原因不属于光的衍射的是( )
A．通过尼龙伞看太阳，观察到彩色的花边
B．晴天汽车开过积水的地面后，留下一些油使水面出现彩色薄膜
C．著名的泊松亮斑
D．“光导纤维”使光在纤维内传播
E．医院手术室使用无影灯的原理
【答案】：BDE
【解析】：通过尼龙伞看太阳，观察到彩色的花边属于光的衍射；晴天汽车开过积水的地面后，留下一些油使水面出现彩色薄膜，这是薄膜干涉；著名的泊松亮斑是光的衍射现象；“光导纤维”使光在纤维内传播，这是全反射现象；医院手术室使用无影灯的原理是光沿直线传播；故选BDE.
6．(2021·四川眉山一中模拟)下列现象中是由全反射造成的是( )
A．露珠在阳光下格外明亮
B．直棒插入水中时，呈现弯折现象
C．海市蜃楼
D．在炎热夏天的柏油马路上远处的路面显格外明亮
E．肥皂泡在阳光下呈彩色条纹
【答案】：ACD
【解析】：露珠在阳光下格外明亮，这是全反射现象，选项A正确；直棒插入水中时呈现弯折现象，这是光的折射现象，选项B错误；海市蜃楼是全反射现象，选项C正确；在炎热夏天的柏油马路上远处的路面显格外明亮是全反射现象，选项D正确；肥皂泡在阳光下呈彩色条纹，这是薄膜干涉，选项E错误；故选ACD.
7．(2021·江西省九校联考)关于光现象及其应用，下列说法正确的有( )
A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光与物光的相干性高的特点
B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度
D．当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声波频率低于声源的频率
E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短
【答案】：ACE
【解析】：全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光与物光的相干性高的特点，选项A正确； 通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项B错误； 拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度，选项C正确； 当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声波频率高于声源的频率，选项D错误； 一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，频率和周期不变，故波长变短，选项E正确．
8．(2021·宁夏罗平中学模拟)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( )
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偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
E．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄
【答案】：CDE
【解析】：检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成色散现象，故B错误；光导纤维束内传送图像是利用了光由光密介质到光疏介质时会发生全反射，故C正确；增透膜是利用光的干涉现象，故D正确；在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，因绿光的波长小于红光，根据Δx＝eq \f(l,d)λ可知，干涉条纹间距变窄，选项E正确．
9．(2021·四川四市二诊)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空和介质中的传播速度相同
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波谱中的无线电波与可见光相比，更容易产生显著的衍射现象
D．电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波随即消失
E．发射电磁波是为了用它传递某种信号，载有信号的电磁波可以在真空中传输也可以通过光缆传输
【答案】：BCE
【解析】：电磁波在真空中的传播速度最大，在其他介质中的速度将变小，而且介质的折射率越大，速度越小，选项A错误；根据电磁波知识知，选项B正确；波长较长的无线电波的波动性更显著，干涉、衍射现象更容易发生，选项C正确；当发射电路的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，选项D错误；电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输，电磁波的频率越高，相同时间传递的信息越大，光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量信息，选项E正确．
10．(2021·广西桂林中学模拟)下列关于光学现象的说法中正确的是( )
A．电磁波和其他可见光一样，也能产生衍射现象
B．水中蓝光的传播速度比红光的慢
C．光的偏振现象说明光是纵波
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．一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹，是因为玻璃三棱镜吸收了白光中的一些色光
【答案】：ABD
【解析】：一切波都有干涉、衍射现象，电磁波也是波，因此电磁波和其他可见光一样均具有干涉、衍射等现象，故A正确；蓝光的折射率大于红光的折射率，根据v＝eq \f(c,n)知，水中蓝光的传播速度比红光慢，故B正确；光的偏振现象说明光是横波，故C错误；由于红光的波长大于蓝光的波长，根据条纹间距等于Δx＝eq \f(l,d)λ，故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，故D正确；一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹是因为光的折射，不是因为三棱镜吸收了光，故E错误．所以A、B、D正确．
二、非选择题
11.(2021·山东滨州第二次模拟)如图所示，是某同学在做插针法测定玻璃折射率的实验中记录的数据，其中P1、P2、P3、P4为实验中记录的四枚大头针的位置：
(1)下列说法正确的是( )
A.在观察一侧插大头针P3、P4时，通过玻璃砖看到大头针P2、P1下半部分像和从玻璃砖上方看到的大头针P2、P1上半部分还是连在一起
B.在观察一侧插大头针P3、P4时，通过玻璃砖看到大头针P2、P1下半部分像和从玻璃砖上方看到的大头针P2、P1上半部分物错开一段距离
C.在观察一侧插大头针P3、P4时，应使P3、P4和P1、P2在一条直线上
D.在观察一侧插针时应使P3挡住P2、P1的像，P4挡住P3和P2、P1的像
(2)如图所示，P1、P2的直线与玻璃砖的交点为A，P3、P4的直线与玻璃砖的交点为C。取AC＝CE，从C、E分别作玻璃砖界面的垂线CB和ED，B、D分别为垂足，用刻度尺量得AB＝25.0 mm、CD＝40.0 mm、ED＝30.0 mm，玻璃砖的折射率为__________(结果保留3位有效数字)。
【答案】 (1)D (2)1.60
【解析】 (1)实验时在直线上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P2挡住P1的像，再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置，故A、B、C错误，D正确。
(2)根据图可知，光线透过玻璃砖时，入射角为θ1，折射角为θ2，则有sin θ1＝eq \f(CD,CE)，sin θ2＝eq \f(AB,AC)，根据折射定律可知玻璃砖的折射率为n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)＝eq \f(CD,CE)·eq \f(AC,AB)＝1.60。
12.(2021·福建泉州市第二次质检)某小组用“插针法”测平行玻璃砖的折射率，如图已确定好入射方向AO与玻璃砖界面aa′的夹角为α，插了两枚大头针P1和P2，1、2、3、4分别是四条直线。
(1)在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在__________线上(选填“1”“2”“3”或“4”)；
(2)实验中画出入射点与出射点的连线，并测得连线与玻璃砖界面aa′的夹角为β，则玻璃的折射率n＝________；
(3)若描出玻璃砖两边界线aa′、bb′后，不小心将玻璃砖沿OA方向平移了一些再进行实验，则折射率的测量值将__________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
【答案】 (1)2 (2)eq \f(cs α,cs β) (3)不变
【解析】 (1)由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后光线向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向左侧偏移且与入射光线AO平行，即可能在2上。
(2)由题可知，折射率为n＝eq \f(sin（\f(π,2)－α）,sin（\f(π,2)－β）)＝eq \f(cs α,cs β)。
(3)不小心将玻璃砖沿OA方向平移了，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由n＝eq \f(sin i,sin r)可知，测得的折射率将不变。
13.(2021·山东青岛市一模)某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示。双缝间距d＝0.20 mm，测得屏与双缝间的距离l＝500 mm。然后，接通电源使光源正常工作。
(1)某同学在测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心，如图乙所示，则游标卡尺的读数为__________ cm；然后他继续转动手轮，使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心，若游标卡尺的读数为1.67 cm，此时主尺上的__________ cm刻度与游标尺上某条刻度线对齐；入射光的波长λ＝__________ m。
(2)若实验中发现条纹太密，可采取的改善办法有____________________________
______________________________________________________________________(至少写一条)
【答案】 (1)1.11 2.3 3.2×10－7 (2)减小双缝间距d或者增大双缝到干涉屏的距离l
【解析】 (1)游标卡尺的读数为1.1 cm＋0.1 mm×1＝1.11 cm；若游标卡尺的读数为1.67 cm，此时主尺上的2.3 cm 刻度与游标尺上某条刻度线对齐。
条纹间距Δx＝eq \f(1.67－1.11,7) cm＝0.08 cm
则根据Δx＝eq \f(l,d)λ可得
λ＝eq \f(Δx·d,l)＝eq \f(0.08×10－2×0.2×10－3,0.5) m＝3.2×10－7 m。
(2)若实验中发现条纹太密，即条纹间距太小，根据Δx＝eq \f(l,d)λ可采取的改善办法有：减小双缝间距d或者增大双缝到干涉屏的距离l。
14.[2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，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h0为1.2 m，到池边的水平距离L为1.6 m，池深H为1.6 m，池底有一盲区。设池水的折射率为eq \f(4,3)。当池中注水深度h为1.2 m和1.6 m时，池底盲区的宽度分别是多少。
【答案】 1.43 m 1.2 m
【解析】 当池中注水深度h为1.2 m，光路图如图所示
根据几何关系知sin i＝eq \f(1.6,\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1.2))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1.6))2))＝eq \f(4,5)
即i＝53°
根据折射率可求得sin r＝eq \f(sin i,n)＝eq \f(3,5)
即r＝37°
根据几何关系可知盲区宽度为
s＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1.6 m－1.2 m))tan 53°＋1.2 m×tan 37°＝eq \f(4.3,3) m＝1.43 m
同理可得，当池中注水深度为1.6 m时，池底盲区宽度为
s′＝1.6 m×tan 37°＝1.2 m。
15.(2021·广东潮州市上学期期末)如图所示，半圆形玻璃砖的半径R＝3 cm，折射率为n＝eq \r(2)，直径AB与屏幕垂直并接触于A点。激光a以入射角i＝30°射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑。
(1)求两个光斑之间的距离；
(2)改变入射角，使屏MN上只剩一个光斑，求此光斑离A点的最长距离。
【答案】 (1)8.2 cm (2)3 cm
【解析】 (1)如图所示，
设折射角为r，根据折射定律有
n＝eq \f(sin r,sin i)
解得r＝45°
由几何知识得两个光斑PQ之间的距离
PQ＝PA＋AQ＝R＋Rtan 60°＝(eq \r(3)＋1)R≈8.2 cm。
(2)入射角增大的过程中，当发生全反射时屏MN上只剩一个光斑，此光斑离A最远时，恰好发生全反射，入射角等于临界角i＝C
则有sin C＝eq \f(1,n)，得C＝45°
代入数据解得Q′A＝Rtan 45°＝3 cm。
16.(2021·辽宁营口市下学期3月考)如图所示一半径为R、由透明介质制成的球体，左侧有一沿竖直方向且与球体相切的墙面，图中过圆心的水平线段为球体的直径，在该直径的最右侧S点沿不同的方向发射出两束光，其中射到A点的光经折射后垂直于墙面到达M点，而射到B点的光恰好在球体的表面发生全反射，∠OSA＝30°。求：
(1)该透明介质的折射率；
(2)S点发出的光在传播过程中，经过SA与AM所用的时间的比值；
(3)B点到SO的距离。
【答案】 (1)eq \r(3) (2)6 (3)eq \f(2\r(2),3)R
【解析】 (1)已知∠OSA＝30°，由几何关系知光在A点的入射角i＝30°，折射角r＝60°
则该透明介质的折射率n＝eq \f(sin r,sin i)＝eq \r(3)。
(2)光在球体中的传播速度v＝eq \f(c,n)
光由S点传到A点的时间t1＝eq \f(SA,v)＝eq \f(2Rcs 30°,v)＝eq \f(3R,c)
光由A点传到M点的时间t2＝eq \f(AM,c)＝eq \f(R－Rcs 60°,c)＝eq \f(R,2c)
解得eq \f(t1,t2)＝6。
(3)由题意可知临界角C＝∠OBS，
又sin C＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(3),3)，则cs C＝eq \f(\r(6),3)
B点到SO的距离
d＝SBsin C＝2Rcs C×sin C＝eq \f(2\r(2),3)R。
17.(2021·广东珠海市上学期期末)如图所示，横截面为扇形的玻璃砖AOB，O为圆心，半径为R，∠BOC＝60°。一束激光垂直AO边从距离O点eq \f(\r(2),2)R处的P点入射到玻璃砖中，然后从玻璃砖的BO边与BO成45°角射出。光在空气中的传播速度为c。求：
(1)玻璃砖的折射率；
(2)光在玻璃砖中传播的时间。
【答案】 (1)eq \r(2) (2)eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(6＋\r(3))),3c)R
【解析】 (1)激光垂直AO射
入玻璃砖后，其光路如图所示
因OP＝eq \f(\r(2),2)R
所以∠PMO＝∠OMN＝45°
MQ∥AC
因此∠MQO＝60°，
r＝30°
i＝45°
由n＝eq \f(sin i,sin r)可得n＝eq \r(2)。
(2)由几何关系，可求得光在玻璃砖中通过的路程
s＝2·eq \f(\r(2),2)R＋eq \f(\r(2),2)R·tan 30°
光在玻璃砖中传播的速度v＝eq \f(c,n)
t＝eq \f(s,v)
联立以上各式得t＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(6＋\r(3))),3c)R。
18. (2021·山东省等级考试第二次模拟卷)如图所示，水池的底面与水平面所成夹角为37°，一尺寸很小的遥控船模某时刻从A点沿AO以v0＝0.5 m/s的速度匀速向岸边O点行驶，此时太阳位于船模的正后上方，太阳光线方向与水平面的夹角α＝37°。已知水的折射率n＝eq \f(4,3)，sin 37°＝0.6。
(1)求该时刻太阳光线在水中的折射角θ；
(2)求该时刻遥控船模在水池底部的影子沿水池底面向O点运动速度的大小v；
(3)若图中太阳光线方向与水平面的夹角α变小，遥控船模在水池底部的影子沿水池底面向O点运动的速度将如何变化(不要求推导过程，仅回答“增大”“减小”或“不变”)?
【答案】 (1)37° (2)0.4 m/s (3)减小
【解析】 (1)由折射定律得eq \f(sin（\f(π,2)－α）,sin θ)＝n
代入数据解得θ＝37°。
(2)光路图如图所示，
由几何关系可得v＝v0sin 53°
代入数据得v＝0.4 m/s。
(3)由光路图可知，遥控船模在水池底部的影子沿水池底面向O点运动的速度将减小。
19.(2021·山东枣庄市第二次模拟)如图所示，水平面上静止放置一个透明实心玻璃球，O点是球心，A是最高点，B是最低点。两条跟水平面夹角为45°的平行光线斜照在球面上，其中一条向着球心O，其延长线交地面于D点(图中未画出)，另一条过最高点A。已知该玻璃的折射率为eq \r(2)，tan 15°＝2－eq \r(3)。求：
(1)过A点的光线折射进入玻璃球时的折射角；
(2)过A点的光线从玻璃球射出后，跟水平面的交点是在D点的左侧、右侧、还是在D点？试证明你的猜想。
【答案】 (1)30° (2)见解析
【解析】 (1) 由题意知，在A点入射角i＝45°。设折射角为r，由折射定律得n＝eq \f(sin i,sin r)，解得r＝30°。
(2)设E点为折射光线的出射点，由几何关系得
AE＝2Rcs 30°＝eq \r(3)R
过E点作水平面的垂线，垂足为F；过E点作水平线，与AB的交点为C，由几何关系得
EF＝CB＝2R－AEcs 30°＝eq \f(R,2)
设光线在E点的入射角为i1，折射角为r1，
由几何关系得n＝eq \f(sin r1,sin i1)，
解得r1＝45°
设从玻璃球折射出的光线与水平面的交点为G，由几何关系得
BG＝BF＋FG＝CE＋FG＝AEsin 30°＋EFtan(60°－45°)
解得BG＝R
经过圆心O的光线沿直线传播，由几何关系可知
BD＝Rtan 45°＝R
可知BG＝BD
所以，过A点的光线从玻璃球射出后，跟水平面的交点在D点。
20.(2021·东北三省四市下学期一模)如图所示，一束平行于直径AB的单色光照射到玻璃球上，从N点进入玻璃球直接打在B点，在B点反射后到球面的P点(P点未画出)。已知玻璃球的半径为R，折射率n＝eq \r(3)，光在真空中的传播速度为c，求：
(1)入射点N与出射点P间的距离；
(2)此单色光由N点经B点传播到P点的时间。
【答案】 (1)eq \r(3)R (2)eq \f(6R,c)
【解析】 (1)在B点的反射光线与入射光线NB关于AB对称，则可知从P点射出的光线与原平行于AB的入射光线平行对称，作出光路图如图所示
由光路图知θ1＝2θ2
由折射定律得n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)＝eq \r(3)
解得θ1＝60°，θ2＝30°
入射点N与出射点P间的距离为2d＝2Rsin θ1＝eq \r(3)R。
(2)该条光线在玻璃球中的路程s＝2×2Rcs θ2＝2eq \r(3)R
光在玻璃球中的速度v＝eq \f(c,n)＝eq \f(c,\r(3))。
光在玻璃球中的时间t＝eq \f(s,v)＝eq \f(6R,c)。