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高考物理一轮复习课时分层练习14.2.2《光的波动性 电磁波 相对论》(含答案详解)
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这是一份高考物理一轮复习课时分层练习14.2.2《光的波动性 电磁波 相对论》(含答案详解)，共11页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时分层作业 四十二
光的波动性 电磁波 相对论
(45分钟 100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分)
1.(多选)下列有关光学现象的说法中正确的是( )
A.用光导纤维束传送信息是光的衍射的应用
B.太阳光通过三棱镜形成彩色光谱是光的干涉现象
C.在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可使景象更清晰
D.经过同一双缝所得干涉条纹,红光条纹宽度大于绿光条纹宽度
E.激光测距是应用了激光平行性好的特点
【解析】选C、D、E。用光导纤维束传送信息是光的全反射的应用,A错误;太阳光通过三棱镜形成彩色光谱是光的色散现象,是光的折射的结果,B错误;在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可减弱反射光,从而使景象更清晰,C正确;红光的波长比绿光的波长长,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,经过同一双缝所得干涉条纹,红光条纹宽度大于绿光条纹宽度,D正确;激光的平行性好,常用来精确测距,E正确。
2.(2016·上海高考)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
【解析】选D。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Δx=λ可知,双缝间距d越大,干涉条纹间距越小,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。
3.(多选)下列说法正确的是( )
A.偏振光可以是横波,也可以是纵波
B.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
C.医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
D.X射线在磁场中能偏转,穿透能力强,可用来进行人体透视
E.声源与观察者相互靠近时,观察者所接收的频率大于声源振动的频率
【解析】选B、C、E。偏振是横波的特有现象,光的偏振现象说明光是横波,故A错误;照相机的镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,照相机的镜头呈现淡紫色,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,在可见光中看到的镜头反光,其颜色就是蓝紫色,因为反射光中已经没有了绿光,故B正确;用光导纤维传播信号是利用了光的全反射,C正确;X射线穿透力较强,但它不带电,不能在磁场中偏转,故D错误;根据多普勒效应可知声源与观察者相互靠近时,观察者所接收的频率大于声源振动的频率,E正确。
4.(多选)(唐山模拟)下列说法正确的是
( )
A.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象
B.全息照相利用了激光相干性好的特性
C.光的偏振现象说明光是横波
D.X射线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象
E.刮胡须的刀片的影子边模糊不清是光的衍射现象
【解析】选B、C、E。光导纤维传输信号是利用光的全反射现象,选项A错误;全息照相利用了激光相干性好的特性,选项B正确;光的偏振现象说明光是横波,选项C正确;X射线比无线电波波长小,不容易发生干涉和衍射现象,选项D错误;刮胡须的刀片的影子边模糊不清是光的衍射现象,选项E正确。
5.如图所示,半径为R的圆形偏振片P的透振方向为竖直方向,一束横截面半径略小于R的平行自然光正对着偏振片P照射后射到屏上,现以光的传播方向OO′为轴将偏振片P旋转90°,则在偏振片P旋转的过程中( )
A.屏上出现圆形亮斑,亮度不变
B.屏上出现圆形亮斑,亮度变暗
C.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,且亮度不变
D.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,亮度变暗
【解析】选A。圆柱形光束通过偏振片后,屏幕上出现圆形亮斑,偏振片是让特定方向振动的光透过去,只是相对光源的亮度减弱,故屏幕上依然出现圆形亮斑,C、D错误;自然光包含在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,故转动偏振片,透射方向虽然改变,但屏上依然是圆形亮斑,且亮度不变,A正确,B错误。
6.(多选)以下说法正确的是( )
A.太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光,这是利用了光的干涉原理
B.在受迫振动中,驱动力的频率不一定等于物体的固有频率
C.在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下,衍射现象很明显
D.宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时,地球上的人观察到飞船上的时钟变快
E.液晶显示器应用光的偏振制成
【解析】选A、B、E。太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光,这是利用了光的干涉原理,选项A正确;在受迫振动中,驱动力的频率不一定等于物体的固有频率,只是在驱动力的频率等于物体的固有频率时会发生共振现象,选项B正确;根据光发生明显衍射的条件可知,只有当障碍物的尺寸比光的波长小或相近时,才会发生明显衍射,故C选项错误;宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时,根据相对论效应,地球上的人观察到飞船上的时钟变慢,故D错误;液晶显示器应用光的偏振制成,选项E正确。故选A、B、E。
7.(多选)(福州模拟)下列说法中正确的是
( )
A.水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了衍射现象
B.雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的
C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光
D.红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同
E.狭义相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
【解析】选C、D、E。水中的气泡看上去比较明亮是因为光从水中射向气泡时,有一部分光发生了全反射现象,选项A错误;均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场,不能形成电磁波,雷达发射的电磁波一定是由周期性变化的电场或周期性变化的磁场产生的,选项B错误;拍摄玻璃橱窗内的物品时,可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光,选项C正确;红色和蓝色激光频率不同,在同一种介质中传播时波速不同,波长不同,而红色和蓝色激光在不同介质中传播时波长可能相同,选项D正确;狭义相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的,选项E正确。
8.(多选)电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了,下面说法中正确的是
( )
A.手机通话使用的无线电波,波长比可见光长
B.银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线
C.电磁波不能发生偏振现象
D.机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领
E.夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
【解析】选A、D、E。手机通话使用的无线电波,其波长要大于可见光,A对;遥控器采用的是红外线而不是紫外线,B错;电磁波是横波,可以发生偏振现象,C选项错误;机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领,D对;夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射,E对。
二、非选择题(本题共2小题,共36分。需写出规范的解题步骤)
9.(16分)如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用缝间距d=0.20 mm的双缝屏。然后,接通电源使光源正常工作。已知像屏与双缝屏间的距离L=700 mm。
(1)已知测量头上主尺的最小刻度是毫米,副尺(游标尺)上有20分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐,如图乙所示,此时测量头上主尺和游标尺的示数如图丙所示,则此示数为 mm;接着再转动手轮,使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐,测得A条纹到B条纹间的距离为8.40 mm。利用上述测量结果,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长λ= m(保留2位有效数字)。
(2)另一同学按实验装置安装好仪器后,观察到光的干涉现象很明显。若他对实验装置进行改动后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加。以下改动可能会实现这个效果的是 。
A.仅将滤光片移至单缝和双缝之间
B.仅将单缝与双缝间距增大少许
C.仅将单缝与双缝的位置互换
D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片
【解析】(1)测量头上的示数为5×0.05 mm=0.25 mm;A条纹与B条纹间的距离为8.40 mm,共5个条纹间隔,则相邻条纹间隔Δx=1.68 mm,由Δx= QUOTE λ,解得色光的波长为λ=4.8×10-7 m。
(2)根据公式Δx= QUOTE λ知,若要使观察到清晰的条纹数目增加,即减小条纹间距,则需要减小色光的波长λ,即将红色滤光片换成绿色滤光片,D正确。
答案:(1)0.25 4.8×10-7
(2)D
【加固训练】
(武汉模拟)某同学在“用双缝干涉测光的波长”实验中,已知单缝片与双缝片间的距离为d1,双缝间距离为d2,双缝片到毛玻璃屏间距离为L,实验时先移动测量头上的手轮,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图甲所示),记下游标卡尺的读数xA= mm(如图丙所示);然后转动手轮,把分划线向右边移动,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时(如图乙所示),记下此时游标卡尺的示数(如图丁所示)xB= mm。计算实验中红光波长的表达式为λ=
(用字母d1或d2及L、xA、xB表示)。
【解析】游标卡尺读数等于主尺读数加上游标尺读数,不需估读。
图丙主尺读数是11 mm,游标尺与主尺对齐的刻度是4,读数是:0.1×4 mm=0.4 mm,故xA=11.4 mm。
图丁主尺读数是16 mm,游标尺与主尺对齐的刻度是7,读数是:0.1×7 mm=0.7 mm,故xB=16.7 mm。
再根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ,实验中红光波长的表达式为:
。
答案:11.4 16.7
10.(20分)激光已经深入到我们生活的各个方面。某物理小组利用激光束测量玻璃对激光的折射率和利用双缝干涉测量激光的波长。
(1)如图所示,在水平面上方适当位置固定激光光源,使其发射与水平面成30°角斜向下的激光,在水平光屏上M点呈现一小光斑。放入一块平行于水平面的长方体玻璃砖,激光光斑移至水平光屏上的N点。测得玻璃砖厚度为d= cm, MN=b=2 cm。根据以上信息,求该玻璃砖的折射率n。
(2)为测量该激光的波长,将激光垂直射向间距为d的双缝(每个缝的宽度很窄,宽度可忽略),在双缝后面距离为L处的光屏上可以观察到干涉条纹。现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐,经测量得出5条亮条纹之间的距离为a,求该激光的波长。
【解题指导】解答本题应关注以下两点:
(1)利用几何关系求得入射角和折射角的正弦值,再应用n=求n。
(2)由公式Δx=λ计算波长。
【解析】(1)如图所示,
设折射角所对的边的长度为x,激光入射角
i=90°-30°=60°,
由几何关系知
sin i=
sin r=,
由折射定律n=
联立并代入数据解得n=。
(2)5条亮条纹之间的距离为a,则相邻两条亮条纹之间的距离Δx=
由条纹间距公式Δx=λ
联立解得λ=。
答案:(1) (2)
课时分层作业 四十二
光的波动性 电磁波 相对论
(45分钟 100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分)
1.(多选)下列有关光学现象的说法中正确的是( )
A.用光导纤维束传送信息是光的衍射的应用
B.太阳光通过三棱镜形成彩色光谱是光的干涉现象
C.在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可使景象更清晰
D.经过同一双缝所得干涉条纹,红光条纹宽度大于绿光条纹宽度
E.激光测距是应用了激光平行性好的特点
【解析】选C、D、E。用光导纤维束传送信息是光的全反射的应用,A错误;太阳光通过三棱镜形成彩色光谱是光的色散现象,是光的折射的结果,B错误;在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物,可减弱反射光,从而使景象更清晰,C正确;红光的波长比绿光的波长长,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,经过同一双缝所得干涉条纹,红光条纹宽度大于绿光条纹宽度,D正确;激光的平行性好,常用来精确测距,E正确。
2.(2016·上海高考)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
【解析】选D。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Δx=λ可知,双缝间距d越大,干涉条纹间距越小,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。
3.(多选)下列说法正确的是( )
A.偏振光可以是横波,也可以是纵波
B.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
C.医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
D.X射线在磁场中能偏转,穿透能力强,可用来进行人体透视
E.声源与观察者相互靠近时,观察者所接收的频率大于声源振动的频率
【解析】选B、C、E。偏振是横波的特有现象,光的偏振现象说明光是横波,故A错误;照相机的镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,照相机的镜头呈现淡紫色,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,在可见光中看到的镜头反光,其颜色就是蓝紫色,因为反射光中已经没有了绿光,故B正确;用光导纤维传播信号是利用了光的全反射,C正确;X射线穿透力较强,但它不带电,不能在磁场中偏转,故D错误;根据多普勒效应可知声源与观察者相互靠近时,观察者所接收的频率大于声源振动的频率,E正确。
4.(多选)(唐山模拟)下列说法正确的是
( )
A.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象
B.全息照相利用了激光相干性好的特性
C.光的偏振现象说明光是横波
D.X射线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象
E.刮胡须的刀片的影子边模糊不清是光的衍射现象
【解析】选B、C、E。光导纤维传输信号是利用光的全反射现象,选项A错误;全息照相利用了激光相干性好的特性,选项B正确;光的偏振现象说明光是横波,选项C正确;X射线比无线电波波长小,不容易发生干涉和衍射现象,选项D错误;刮胡须的刀片的影子边模糊不清是光的衍射现象,选项E正确。
5.如图所示,半径为R的圆形偏振片P的透振方向为竖直方向,一束横截面半径略小于R的平行自然光正对着偏振片P照射后射到屏上,现以光的传播方向OO′为轴将偏振片P旋转90°,则在偏振片P旋转的过程中( )
A.屏上出现圆形亮斑,亮度不变
B.屏上出现圆形亮斑,亮度变暗
C.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,且亮度不变
D.屏上出现随偏振片P旋转的亮条纹,亮度变暗
【解析】选A。圆柱形光束通过偏振片后,屏幕上出现圆形亮斑,偏振片是让特定方向振动的光透过去,只是相对光源的亮度减弱,故屏幕上依然出现圆形亮斑,C、D错误;自然光包含在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,故转动偏振片,透射方向虽然改变,但屏上依然是圆形亮斑,且亮度不变,A正确,B错误。
6.(多选)以下说法正确的是( )
A.太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光,这是利用了光的干涉原理
B.在受迫振动中,驱动力的频率不一定等于物体的固有频率
C.在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下,衍射现象很明显
D.宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时,地球上的人观察到飞船上的时钟变快
E.液晶显示器应用光的偏振制成
【解析】选A、B、E。太阳能真空玻璃管采用镀膜技术增加透射光,这是利用了光的干涉原理,选项A正确;在受迫振动中,驱动力的频率不一定等于物体的固有频率,只是在驱动力的频率等于物体的固有频率时会发生共振现象,选项B正确;根据光发生明显衍射的条件可知,只有当障碍物的尺寸比光的波长小或相近时,才会发生明显衍射,故C选项错误;宇航员驾驶宇宙飞船以接近光速经过地球时,根据相对论效应,地球上的人观察到飞船上的时钟变慢,故D错误;液晶显示器应用光的偏振制成,选项E正确。故选A、B、E。
7.(多选)(福州模拟)下列说法中正确的是
( )
A.水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了衍射现象
B.雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的
C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光
D.红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同
E.狭义相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
【解析】选C、D、E。水中的气泡看上去比较明亮是因为光从水中射向气泡时,有一部分光发生了全反射现象,选项A错误;均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场,不能形成电磁波,雷达发射的电磁波一定是由周期性变化的电场或周期性变化的磁场产生的,选项B错误;拍摄玻璃橱窗内的物品时,可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光,选项C正确;红色和蓝色激光频率不同,在同一种介质中传播时波速不同,波长不同,而红色和蓝色激光在不同介质中传播时波长可能相同,选项D正确;狭义相对论认为:真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的,选项E正确。
8.(多选)电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了,下面说法中正确的是
( )
A.手机通话使用的无线电波,波长比可见光长
B.银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线
C.电磁波不能发生偏振现象
D.机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领
E.夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
【解析】选A、D、E。手机通话使用的无线电波,其波长要大于可见光,A对;遥控器采用的是红外线而不是紫外线,B错;电磁波是横波,可以发生偏振现象,C选项错误;机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领,D对;夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射,E对。
二、非选择题(本题共2小题,共36分。需写出规范的解题步骤)
9.(16分)如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用缝间距d=0.20 mm的双缝屏。然后,接通电源使光源正常工作。已知像屏与双缝屏间的距离L=700 mm。
(1)已知测量头上主尺的最小刻度是毫米,副尺(游标尺)上有20分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐,如图乙所示,此时测量头上主尺和游标尺的示数如图丙所示,则此示数为 mm;接着再转动手轮,使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐,测得A条纹到B条纹间的距离为8.40 mm。利用上述测量结果,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长λ= m(保留2位有效数字)。
(2)另一同学按实验装置安装好仪器后,观察到光的干涉现象很明显。若他对实验装置进行改动后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加。以下改动可能会实现这个效果的是 。
A.仅将滤光片移至单缝和双缝之间
B.仅将单缝与双缝间距增大少许
C.仅将单缝与双缝的位置互换
D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片
【解析】(1)测量头上的示数为5×0.05 mm=0.25 mm;A条纹与B条纹间的距离为8.40 mm,共5个条纹间隔,则相邻条纹间隔Δx=1.68 mm,由Δx= QUOTE λ,解得色光的波长为λ=4.8×10-7 m。
(2)根据公式Δx= QUOTE λ知,若要使观察到清晰的条纹数目增加,即减小条纹间距,则需要减小色光的波长λ,即将红色滤光片换成绿色滤光片,D正确。
答案:(1)0.25 4.8×10-7
(2)D
【加固训练】
(武汉模拟)某同学在“用双缝干涉测光的波长”实验中,已知单缝片与双缝片间的距离为d1,双缝间距离为d2,双缝片到毛玻璃屏间距离为L,实验时先移动测量头上的手轮,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(如图甲所示),记下游标卡尺的读数xA= mm(如图丙所示);然后转动手轮,把分划线向右边移动,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时(如图乙所示),记下此时游标卡尺的示数(如图丁所示)xB= mm。计算实验中红光波长的表达式为λ=
(用字母d1或d2及L、xA、xB表示)。
【解析】游标卡尺读数等于主尺读数加上游标尺读数,不需估读。
图丙主尺读数是11 mm,游标尺与主尺对齐的刻度是4,读数是:0.1×4 mm=0.4 mm,故xA=11.4 mm。
图丁主尺读数是16 mm,游标尺与主尺对齐的刻度是7,读数是:0.1×7 mm=0.7 mm,故xB=16.7 mm。
再根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ,实验中红光波长的表达式为:
。
答案:11.4 16.7
10.(20分)激光已经深入到我们生活的各个方面。某物理小组利用激光束测量玻璃对激光的折射率和利用双缝干涉测量激光的波长。
(1)如图所示,在水平面上方适当位置固定激光光源,使其发射与水平面成30°角斜向下的激光,在水平光屏上M点呈现一小光斑。放入一块平行于水平面的长方体玻璃砖,激光光斑移至水平光屏上的N点。测得玻璃砖厚度为d= cm, MN=b=2 cm。根据以上信息,求该玻璃砖的折射率n。
(2)为测量该激光的波长,将激光垂直射向间距为d的双缝(每个缝的宽度很窄,宽度可忽略),在双缝后面距离为L处的光屏上可以观察到干涉条纹。现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐,经测量得出5条亮条纹之间的距离为a,求该激光的波长。
【解题指导】解答本题应关注以下两点:
(1)利用几何关系求得入射角和折射角的正弦值,再应用n=求n。
(2)由公式Δx=λ计算波长。
【解析】(1)如图所示,
设折射角所对的边的长度为x,激光入射角
i=90°-30°=60°,
由几何关系知
sin i=
sin r=,
由折射定律n=
联立并代入数据解得n=。
(2)5条亮条纹之间的距离为a,则相邻两条亮条纹之间的距离Δx=
由条纹间距公式Δx=λ
联立解得λ=。
答案:(1) (2)
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