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2020-2022近三年高考物理真题汇编（山东专用）专题16光学电磁波相对论+答案解析
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这是一份2020-2022近三年高考物理真题汇编（山东专用）专题16光学电磁波相对论+答案解析，共30页。
2020-22年三年年山东卷高考汇编
专题16光学电磁波相对论
【考纲定位】
高考命题点
考纲要求
高考真题
1.光的折射和全反射
通过实验，理解光的折射定律，会测量材料的折射率；知道光的全反射现象及其产生的条件，初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用.
2022·山东·高考T7
2021·山东·高考T15
2020·山东·高考T3
2020·山东·高考T9
2.光的干涉、衍射和偏振
观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用；知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长.
2022·山东·高考T10
2021·山东·高考T7
【知识重现】
一、光的折射定律 折射率
1．折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．在光的折射现象中，光路是可逆的．
2．折射率
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比，叫这种介质的折射率．
(2)定义式：n＝.不能说n与sin θ1成正比、与sin θ2成反比．折射率是由介质本身的光学性质和光的频率决定的．
(3)折射率与光速的关系：n＝.因为v
1．全反射和临界角
(1)条件：光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角．
(2)临界角：sin C＝，C为折射角等于90°时所对应的入射角．
(3)应用：全反射棱镜；光导纤维．
2．光的色散
(1)定义：复色光被分解为单色光的现象叫光的色散．
(2)白光的色散说明白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的复色光．其中红光的折射率最小，紫光的折射率最大．
三、光的干涉
1．定义：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象．
2．条件：两光源发出的光频率相同，相位差恒定．
3．双缝干涉
(1)产生明暗条纹的条件：光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍处出现亮条纹；与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．
(2)条纹的特点：相邻明条纹(或暗条纹)的间距相等，且Δx＝λ，其中λ为波长，d为双缝间距，l为双缝到屏的距离．实验装置不变的条件下，红光的干涉条纹间距最大，紫光的干涉条纹间距最小；若换用白光，在屏上得到彩色条纹，且中央为白色．
4．薄膜干涉
(1)薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉．
(2)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等，单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹，白光入射时形成彩色条纹．
四、光的衍射
1．光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的
现象．
2．发生明显衍射的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象．
3．单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．
4．泊松亮斑：当光照到不透明的小圆板上，在圆板的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)．
5．双缝干涉与单缝衍射的比较
内容
干涉
衍射
现象
光重叠区域出现加强或减弱的现象
光绕过障碍物偏离直线传播的现象
条件
两束光频率相同、相位差恒定
无条件；但要观察到明显衍射现象，则需要障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多
典型实验
杨氏双缝实验
单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)
图样
特点
不同
①条纹宽度相等；
②各相邻条纹等间距；
③清晰条纹，亮度基本相等
①条纹宽度不等，中央最宽；
②各相邻条纹间距不等；
③中央条纹最亮，两边变暗
相同
干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
注意：(1)白光发生光的干涉、衍射和色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
五、光的偏振
1．偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，只沿着某个特定方向振动的光叫做偏振光，如自然光通过偏振片后即为偏振光．
2．偏振光的理论意义和应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明光波是横波．
(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光，等等．
六、电磁场和电磁波
1．电磁场和电磁波的产生
(1)麦克斯韦电磁场理论的要点
(2)电磁场和电磁波：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场．电磁场由近及远的传播就形成了电磁波．
2．电磁波的传播
电磁波是横波，其传播不需要介质．传播速度、频率和波长的关系为v＝λf.在真空中的传播速度为3.0×108 m/s.
3．电磁波的发射和接收
(1)发射
①发射条件：足够高的振荡频率；电磁场必须分散到尽可能大的空间．
②调制：把要传送的信号加到高频电磁波上，使电磁波随信号而改变．调制可分为调频和调幅，如图所示．
(2)接收
①电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相同时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．
②调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．能够调谐的接收电路叫调谐电路．如图所示．
③检波：从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的信号，叫检波．检波是调制的逆过程，因此也叫解调．
4．电磁波谱
电磁波谱
特性
应用
递变规律
无线电波
波动性强，易发生衍射
无线电技术
波
长
减
小
频
率
增
大
红外线
热效应
红外线遥感
可见光
引起视觉
照明、摄影
紫外线
化学效应、荧光效应、
能杀菌
医用消毒、防伪
X射线
贯穿性强
检查、医用透视
γ射线
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
七、相对论
1．狭义相对论的两个基本假设
(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．
(2)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．
2．相对论中五个公式
名称
公式
理解
时间间隔的相对性
(时钟变慢)
Δt＝
与运动物体相对静止的观察者经历时间Δτ，地面上的观察者看到运动物体经历时间Δt
长度的相对性(长度缩短)
l＝l0
沿长度方向运动的物体，观察到其长度为l
相对论质量
(质量变大)
m＝
运动时的质量为m，静止时的质量为m0
相对论速度
变换公式
u＝
车对地的速度为v，车上人以u′沿车前进方向相对车运动，人对地速度为u
质能方程
E＝mc2，ΔE＝Δmc2
Δm为质量亏损
【真题汇编】
1．（2022·山东·高考真题）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左则是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（ ）
A．仅有a光 B．仅有b光 C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以
【答案】A
【解析】
当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。
保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。
当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为，由几何关系得
根据全反射临界角公式得
两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为
故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。A正确，BCD错误。
故选A。
2．（2022·山东·高考真题）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝，的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（ ）
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
【答案】ACD
【解析】
A．由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；
B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；
C．根据条纹间距公式可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。
故选ACD。
3．（2021·山东·高考真题）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【解析】
用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，从透明薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度
时对应的条纹为亮条纹，在题目的干涉条纹中，从左向右条纹的间距逐渐增大，结合干涉条纹公式对应的厚度公式可知从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小。
故选D。
4．（2021·山东·高考真题）超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为和。取，，。
（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求的取值范围；
（2）若，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差（保留3位有效数字）。
【答案】（1）（或）；（2）
【解析】
（1）由几何关系可得，光线在第一个三梭镜右侧斜面上的入射角等于，要使得两种频率的光都从左侧第一个棱镜斜面射出，则需要比两种频率光线的全反射角都小，设C是全反射的临界角，根据折射定律得
①
折射率越大，临界角越小，代入较大的折射率得
②
所以顶角的范围为
（或）③
（2）脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为和，由折射定律得
④
⑤
设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为和，则
⑥
⑦
⑧
联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据得
⑨
5．（2020·山东·高考真题）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】
光在玻璃中的传播速度为
可知时间差
故选A。
6．（2020·山东·高考真题）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA'CC的光线。下列说法正确的是（ ）
A．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的
B．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的
C．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将增大
D．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将减小
【答案】AC
【解析】
AB．由题可知
可知临界角为45o，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在平面上有一半的面积有光线射出，A正确，B错误；
C．由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。
故选AC。
【突破练习】
1．（2022·山东潍坊·高三阶段练习）我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示。这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的。为了理解光晕现象，我们将问题简化为二维。如图3为一束紫光在冰晶上H点入射后的折射光线，θ1表示冰晶上的入射角，θ2表示为经过第一界面的折射角，θ0表示为光线离开晶体的折射角，以及θD表示为入射和出射光线之间的偏转角。假设冰晶可以在二维上看成一个正六边形且不考虑其他的反射、折射。则以下说法中正确的是（ ）
A．在冰晶内红光的波长比紫光短
B．若图3中紫光满足，则可知冰晶对该光折射率
C．对于从H点以相同入射角入射的光线，红光的偏转角θD，比紫光的偏转角θD大
D．光晕内侧为蓝色，外侧为红色
【答案】BD
【解析】
A．根据
可得
由于红光的折射率小于紫光的折射率，红光的频率小于紫光的频率，则红光的波长大于紫光的波长，故A错误；
B．图3中紫光满足
根据几何关系可知
则折射率为
代入数据解得
故B正确；
C．红光的折射率小于紫光的折射率，则红光的偏转角比紫光的偏转角小，故C错误；
D．由于蓝光的折射率大于红光的折射率，因此偏折角大，故内侧为蓝光，外侧为红色，故D正确；
故选BD。
2．（2022·山东德州·高三期末）1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）．某实验小组重做该实验，如图所示，水平放置的平面镜左侧有一与纸面垂直的缝光源S，S仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为P，对光屏上呈现的干涉图样以下说法正确的是（ ）
A．光屏上呈现水平的明暗相间的干涉条纹
B．光屏上呈现的条纹关于P点上下对称
C．若将缝光源S水平向右移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大
D．若将缝光源S竖直向下移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大
【答案】AD
【解析】
A．光源发出直接到屏上的光和被平面镜反射到屏上的光是相干光，该干涉现象可以看成双缝干涉，故光屏上出现与平面镜平行的明暗相间的条纹，故A正确；
B．在P点下方没有反射光线照射，故不会有干涉条纹，故B错误；
C．光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离L，光源S到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距d，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式
将缝光源S水平向右移动一小段距离，则L变小，故光屏上的条纹间距将变小，故C错误；
D．光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离L，光源S到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距d，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式
若将缝光源S竖直向下移动一小段距离，则d变小，故光屏上的条纹间距将变大，故D正确。
故选AD。
3．（2022·山东·聊城二中高三开学考试）对于下列四幅图，以下说法正确的是（ ）
A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光束在水珠中传播的速度一定小于b光束在水珠中传播的速度
B．图乙是一束单色光进入足够长的平行玻璃砖后传播的示意图，无论入射角i增大到多少，都一定有光线从bb′面射出
C．图丙中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将明、暗交替变化，此现象表明光是横波
D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
【答案】BC
【解析】
A．根据折射率和光的传播速度之间的关系
可知，折射率越大，传播速度越小，从题图甲中可以看出，b光线在水珠中偏折程度大，即b的折射率大于a的折射率，则a在水珠中的传播速度大于b在水珠中的传播速度，故A错误；
B．当入射角i逐渐增大时，折射角逐渐增大，但折射角始终小于临界角，根据几何知识可知，光在玻璃砖内的入射角不可能大于临界角，不论入射角i如何增大，玻璃砖中的光线不会发生全反射，故肯定有光线从bb′面射出，故B正确；
C．只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故C正确；
D．由于不知道被检测工件表面的放置方向，故不能判断此处是凸起还是凹陷的，故D错误。
故选BC。
4．（2022·山东·二模）如图所示，等边三角形ABC是某三棱镜的横截面，位于横截面所在平面内的一束红光由O点垂直于AC边射入，从BC边射出。已知该三棱镜对红光的折射率为，AB=16cm，OA=4cm，真空中光速c=3×108m/s。则（ ）
A．红光在该三棱镜中的传播速度为3×108m/s
B．红光由O点射入至从BC边射出所用的时间为8×10-10s
C．紫光在该三棱镜中的传播速度大于红光在该三棱镜中的传播速度
D．紫光在该三棱镜中的波长小于红光在该三棱镜中的波长
【答案】BD
【解析】
A．红光在该三棱镜中的传播速度
故A错误；
B．根据
sinC=
可知红光的临界角C<60°，红光在AB边发生了全反射，光垂直于BC边射出棱镜，红光由O点射入至从BC边射出所用的时间为
故B正确；
C．紫光的频率大于红光的频率，该三棱镜对紫光的折射率大于对红光的折射率，可知紫光在该三棱镜中的传播速度小于红光在该三棱镜中的传播速度，故C错误；
D．由
可知，紫光在该三棱镜中的波长小于红光在该三棱镜中的波长，故D正确。
故选BD。
5．（2021·山东青岛·高三期末）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出波长为λ的光，经S1、S2出射后直接传播到O点，在光屏上可观察到干涉条纹。现在S1处放置一厚度为10λ的玻璃片，经S1出射的光垂直穿过玻璃片传播到O点，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。下列说法正确的是（ ）
A．O点处的条纹是亮条纹
B．O点处的条纹是暗条纹
C．O点处的条纹宽度不变
D．O点处的条纹宽度变小
【答案】AC
【解析】
AB．放入玻璃片之后，由于
而
可知玻璃片内的波长变为
S1、S2到O点的光程差
因此O点仍然为亮纹，A正确，B错误；
CD．根据
光通过玻璃片之后，波长又恢复原长，可知条纹间距不变，C正确，D错误。
故选AC。
6．（2021·山东·高三专题练习）如图(a)所示为单缝衍射示意图，图(b)为甲、乙两束单色光分别通过同一装置形成的单缝衍射图样，下列说法正确的是（ ）
A．在同种均匀介质中，甲光的波长较长
B．在同种均匀介质中，甲光的传播速度更大
C．用同一装置做双缝干涉实验时，在同一光屏上乙光的亮条纹总数更多
D．当两束单色光从某种介质以相同入射角射向空气时，有可能乙光不发生全反射而甲光发生全反射
【答案】ABC
【解析】
A．经过同一单缝，波长越长的光产生的衍射图样中央亮纹越宽，条纹间隔越大，由题图知甲光的中央亮纹宽，则甲光的波长较长，故A正确；
B．依据可知，甲光的频率较小，则甲光的折射率较小，根据知，在同种均匀介质中甲光的传播速度比乙光的大，故B正确；
C．由可知，甲光的干涉条纹间距大，则在同一光屏上亮条纹的条数少，乙光的亮条纹总数更多，故C正确；
D．甲光的折射率较小，由可知甲光的全反射临界角较大，不容易发生全反射，故D错误。
故选ABC。
7．（2022·山东师范大学附中模拟预测）如图所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为d，双缝至屏的距离为，整个装置处于折射率为的均匀透明介质中。若单色光在真空中波长为，则相邻条纹间距为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】
设单色光在透明介质中的波长为，由
可得
根据公式可得
故C正确，ABD错误。
故选C。
8．（2022·山东·烟台二中模拟预测）雨后彩虹是一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨滴时，光线被折射及反射，在天空形成拱形的七彩光谱。设雨滴是球形的，图中的圆代表雨滴过球心的截面，入射光线在此截面内，a、b代表两条不同颜色的出射光线，则下列说法正确的是（ ）
A．b光的频率大于a光的频率
B．在同种介质中，a光传播速度大于b光传播速度
C．通过相同的单缝，b光的衍射现象比a光更明显
D．a、b光通过同一双缝干涉装置，则屏上a光的条纹间距比b光宽
【答案】C
【解析】
AC．画出光路图，分析可知，光线第一次折射时，b光的折射角较大，而入射角相等，根据折射率公式
得知，光线a的折射率较大，光线b的折射率较小，则光线b的频率较小，波长较长，则光线b更容易发生衍射现象， A错误，C正确；
B．由公式
可知，b光在雨滴中的传播速度较大，B错误；
D．根据
双缝干涉条纹的间距与波长成正比，因为光线b在真空中的波长较长，所以b光形成的干涉条纹的间距较大，D错误。
故选C。
9．（2022·山东·胜利一中模拟预测）如图所示，物理课本选修3-4放在水平桌面上。一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜放在书本上，书本与棱镜间有很薄的空气层。整个侧面上有一面光源，现只考虑面光源直接投射到棱镜底面上的光线，发现书本被此光线照亮部分面积与底面的面积之比为。则玻璃的折射率最接近（ ）
A．1.5 B．1.6 C．1.7 D．1.8
【答案】D
【解析】
由题意，光源射到三棱镜底面上的D点所在的平行于AA1的水平线为能射出底面的边缘临界光线，作出横截面光路图如图，设BD与底面法线夹角为θ，设AB边长为L，则AD长度为，由正弦定理可得
解得
θ即为光从棱镜到空气的临界角C，根据全反射规律
故选D。
10．（2022·山东·模拟预测）如图所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方垂直玻璃射入，从上往下看凸透镜，明暗相间的条纹分布是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】
凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个厚度均匀变化的圆尖劈形空气薄膜，当单色光垂直射向平凸透镜时，从尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。同一半径的圆环处空气膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状。并且可以观察到这些同心圆环分布是中间疏、边缘密，圆心在接触点。
故选B。
11．（2022·山东菏泽·二模）用同一双缝干涉实验装置做甲、乙两种光的双缝干涉实验，双缝到光屏的距离不变，获得的干涉条纹如图甲、乙所示。下列判断正确的是（ ）
A．相同情况下，乙光比甲光更容易发生明显的衍射现象
B．若甲乙两种光平行照射到同一平行玻璃砖，从玻璃砖射出时乙光的横向侧移量更小
C．若甲光能使基态氢原子向高能级跃迁，则乙光一定能使基态氢原子向高能级跃迁
D．若甲光能使某种金属发生光电效应，则乙光一定能使这种金属发生光电效应
【答案】D
【解析】
根据可知甲光的波长大于乙光的波长，甲光的频率小，光子能量小，甲光的折射率小
A．相同情况下，甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象，故A错误；
B．若甲乙两种光平行照射到同一平行玻璃砖，从玻璃砖射出时甲光的横向侧移量更小，故B错误；
C．只有光子能量等于能级之间的能量差才能被氢原子吸收发生跃迁，若甲光能使基态氢原子向高能级跃迁，则乙光不一定能使基态氢原子向高能级跃迁，故C错误；
D．若甲光能使某种金属发生光电效应，则乙光一定能使这种金属发生光电效应，故D正确。
故选D。
12．（2022·山东枣庄·二模）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】
从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为
△x=2d
即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为λ，在图中相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，则薄膜层的厚度之间变小，因条纹宽度先是保持不变，然后突变变宽，再保持不变，则厚度先以较大斜率均匀减小，然后突变再以较小的斜率均匀减小。
故选A。
13．（2022·山东·高三阶段练习）如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径，在球的左侧有一竖直接收屏在A点与玻璃球相切。自B点发出的光线BM在M点射出玻璃球，出射光线平行于AB，照射在接收屏上的Q点。另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM＝30°，光在真空中传播的速度为c，下列说法正确的是（ ）
A．光在此玻璃球体发生全反射的临界角不可能大于45°
B．光由B传到Q点所需时间为
C．N点到AB的竖直距离为
D．若B点处光源为红光，将其换为绿光光源，则圆弧上恰好发生全反射的N点向右移动
【答案】AC
【解析】
A．已知∠ABM=30°，由几何关系知光线BM在M点的入射角
折射角
则玻璃的折射率为
临界角
所以
故A正确；
B．光在玻璃中传播速度
光由B传到M的时间
光由M传到Q的时间
则光由B传到Q点所需时间为
故B错误；
C．由题意知临界角为
则
，
故N点到AB的竖直距离
故C正确；
D．若该B点处光源为红光，将其替换为绿光光源，折射率变大，由知临界角变小，则圆弧上恰好全反射的N点向左移动，故D错误。
故选AC。
14．（2022·山东·夏津县双语中学高三阶段练习）单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图所示为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC。光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生全反射，且两次全反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。下列说法正确的是（ ）
A．∠BCD=135°
B．∠BAE和∠BCD不相等
C．该五棱镜折射率的最小值是
D．该五棱镜折射率的最小值是
【答案】C
【解析】
AB．由题意画出光路图如图所示，设光线在CD面上的入射角为
根据光路图和反射定律可知
得
由四边形内角和为360°和角度关系可得
∠BCD=∠BAE =90°+=112.5°
故AB错误；
CD．光线在CD和AE界面上恰好发生全反射时，对应着五棱镜折射率的最小值，则
解得
故C正确，D错误。
故选C。
15．（2022·山东·泰安一中一模）a、b两种单色光用同一双缝干涉裝置在空气中实验得到的干涉图像分别如图甲、乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．在水中，单色光a比单色光b传播速度大
B．从水中斜射进入空气，单色光a比单色光b全反射临界角大
C．将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，得到的干涉图样条纹间距变大
D．将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，适当调小双缝间距，可使干涉图样条纹间距不变
【答案】D
【解析】
A．由题图甲和题图乙可知，a单色光干涉条纹间距小，由
可知，a单色光的波长短，因此a单色光的频率高，水对单色光a的折射率大，由
可知，在水中，单色光a比单色光b传播速度小，选项A错误；
B．由
可知，从水中斜射进入空气，单色光a比单色光b全反射临界角小，选项B错误；
C．由于光从空气进入水中，波长变短，由
可知，将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，得到的干涉图样条纹间距变小，选项C错误；
D．将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，由于单色光的波长入变短，由
可知，适当调小双缝间距d，可使干涉图样条纹间距不变，选项D正确。
故选D。
16．（2021·山东省日照实验高级中学高三阶段练习）如图，三角形ABC为某种透明均匀介质制成的直角三棱镜的横截面，∠A＝30°，BC边长为d，一束包含a、b两种单色光的细光束平行与AC边照射到AB边的某点，经三棱镜折射后分成a、b两束单色光，a单色光经面AC反射后垂直于BC边中点射出。光在真空中传播速度为c。下列结论正确的是（ ）
A．在该介质中单色光a的传播速度比单色光b的传播速度大
B．单色光a在介质中发生全反射的临界角为C，且
C．单色光a在三棱镜中的传播时间为
D．若用单色光a、b分别通过同一双缝干涉装置。单色光a的条纹间距比单色光b的大
【答案】B
【解析】
A．根据图象的偏折程度可知，a光的折射率大于b光的折射率，根据可知，在该介质中单色光a的传播速度比单色光b的传播速度小，故A错误；
B．根据几何知识可知
所以
故B正确；
C．单色光a在三棱镜中的传播路程为
所以传播时间为
故C错误。
D．因为，所以，再根据
可得单色光a的条纹间距比单色光b的小，故D错误；
故选B。
2020-22年三年年山东卷高考汇编
专题16光学电磁波相对论
【考纲定位】
高考命题点
考纲要求
高考真题
1.光的折射和全反射
通过实验，理解光的折射定律，会测量材料的折射率；知道光的全反射现象及其产生的条件，初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用.
2022·山东·高考T7
2021·山东·高考T15
2020·山东·高考T3
2020·山东·高考T9
2.光的干涉、衍射和偏振
观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用；知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长.
2022·山东·高考T10
2021·山东·高考T7
【知识重现】
一、光的折射定律 折射率
1．折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．在光的折射现象中，光路是可逆的．
2．折射率
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比，叫这种介质的折射率．
(2)定义式：n＝.不能说n与sin θ1成正比、与sin θ2成反比．折射率是由介质本身的光学性质和光的频率决定的．
(3)折射率与光速的关系：n＝.因为v
1．全反射和临界角
(1)条件：光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角．
(2)临界角：sin C＝，C为折射角等于90°时所对应的入射角．
(3)应用：全反射棱镜；光导纤维．
2．光的色散
(1)定义：复色光被分解为单色光的现象叫光的色散．
(2)白光的色散说明白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的复色光．其中红光的折射率最小，紫光的折射率最大．
三、光的干涉
1．定义：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象．
2．条件：两光源发出的光频率相同，相位差恒定．
3．双缝干涉
(1)产生明暗条纹的条件：光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍处出现亮条纹；与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．
(2)条纹的特点：相邻明条纹(或暗条纹)的间距相等，且Δx＝λ，其中λ为波长，d为双缝间距，l为双缝到屏的距离．实验装置不变的条件下，红光的干涉条纹间距最大，紫光的干涉条纹间距最小；若换用白光，在屏上得到彩色条纹，且中央为白色．
4．薄膜干涉
(1)薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉．
(2)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等，单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹，白光入射时形成彩色条纹．
四、光的衍射
1．光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的
现象．
2．发生明显衍射的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟光波波长相差不多时，光才能发生明显的衍射现象．
3．单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．
4．泊松亮斑：当光照到不透明的小圆板上，在圆板的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)．
5．双缝干涉与单缝衍射的比较
内容
干涉
衍射
现象
光重叠区域出现加强或减弱的现象
光绕过障碍物偏离直线传播的现象
条件
两束光频率相同、相位差恒定
无条件；但要观察到明显衍射现象，则需要障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多
典型实验
杨氏双缝实验
单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)
图样
特点
不同
①条纹宽度相等；
②各相邻条纹等间距；
③清晰条纹，亮度基本相等
①条纹宽度不等，中央最宽；
②各相邻条纹间距不等；
③中央条纹最亮，两边变暗
相同
干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
注意：(1)白光发生光的干涉、衍射和色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
五、光的偏振
1．偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，只沿着某个特定方向振动的光叫做偏振光，如自然光通过偏振片后即为偏振光．
2．偏振光的理论意义和应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明光波是横波．
(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光，等等．
六、电磁场和电磁波
1．电磁场和电磁波的产生
(1)麦克斯韦电磁场理论的要点
(2)电磁场和电磁波：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场．电磁场由近及远的传播就形成了电磁波．
2．电磁波的传播
电磁波是横波，其传播不需要介质．传播速度、频率和波长的关系为v＝λf.在真空中的传播速度为3.0×108 m/s.
3．电磁波的发射和接收
(1)发射
①发射条件：足够高的振荡频率；电磁场必须分散到尽可能大的空间．
②调制：把要传送的信号加到高频电磁波上，使电磁波随信号而改变．调制可分为调频和调幅，如图所示．
(2)接收
①电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相同时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．
②调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．能够调谐的接收电路叫调谐电路．如图所示．
③检波：从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的信号，叫检波．检波是调制的逆过程，因此也叫解调．
4．电磁波谱
电磁波谱
特性
应用
递变规律
无线电波
波动性强，易发生衍射
无线电技术
波
长
减
小
频
率
增
大
红外线
热效应
红外线遥感
可见光
引起视觉
照明、摄影
紫外线
化学效应、荧光效应、
能杀菌
医用消毒、防伪
X射线
贯穿性强
检查、医用透视
γ射线
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
七、相对论
1．狭义相对论的两个基本假设
(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．
(2)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．
2．相对论中五个公式
名称
公式
理解
时间间隔的相对性
(时钟变慢)
Δt＝
与运动物体相对静止的观察者经历时间Δτ，地面上的观察者看到运动物体经历时间Δt
长度的相对性(长度缩短)
l＝l0
沿长度方向运动的物体，观察到其长度为l
相对论质量
(质量变大)
m＝
运动时的质量为m，静止时的质量为m0
相对论速度
变换公式
u＝
车对地的速度为v，车上人以u′沿车前进方向相对车运动，人对地速度为u
质能方程
E＝mc2，ΔE＝Δmc2
Δm为质量亏损
【真题汇编】
1．（2022·山东·高考真题）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左则是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（ ）
A．仅有a光 B．仅有b光 C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以
【答案】A
【解析】
当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。
保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。
当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为，由几何关系得
根据全反射临界角公式得
两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为
故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。A正确，BCD错误。
故选A。
2．（2022·山东·高考真题）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝，的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（ ）
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
【答案】ACD
【解析】
A．由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；
B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；
C．根据条纹间距公式可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。
故选ACD。
3．（2021·山东·高考真题）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【解析】
用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，从透明薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度
时对应的条纹为亮条纹，在题目的干涉条纹中，从左向右条纹的间距逐渐增大，结合干涉条纹公式对应的厚度公式可知从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小。
故选D。
4．（2021·山东·高考真题）超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为和。取，，。
（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求的取值范围；
（2）若，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差（保留3位有效数字）。
【答案】（1）（或）；（2）
【解析】
（1）由几何关系可得，光线在第一个三梭镜右侧斜面上的入射角等于，要使得两种频率的光都从左侧第一个棱镜斜面射出，则需要比两种频率光线的全反射角都小，设C是全反射的临界角，根据折射定律得
①
折射率越大，临界角越小，代入较大的折射率得
②
所以顶角的范围为
（或）③
（2）脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为和，由折射定律得
④
⑤
设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为和，则
⑥
⑦
⑧
联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据得
⑨
5．（2020·山东·高考真题）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】
光在玻璃中的传播速度为
可知时间差
故选A。
6．（2020·山东·高考真题）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA'CC的光线。下列说法正确的是（ ）
A．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的
B．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的
C．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将增大
D．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将减小
【答案】AC
【解析】
AB．由题可知
可知临界角为45o，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在平面上有一半的面积有光线射出，A正确，B错误；
C．由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。
故选AC。
【突破练习】
1．（2022·山东潍坊·高三阶段练习）我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示。这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的。为了理解光晕现象，我们将问题简化为二维。如图3为一束紫光在冰晶上H点入射后的折射光线，θ1表示冰晶上的入射角，θ2表示为经过第一界面的折射角，θ0表示为光线离开晶体的折射角，以及θD表示为入射和出射光线之间的偏转角。假设冰晶可以在二维上看成一个正六边形且不考虑其他的反射、折射。则以下说法中正确的是（ ）
A．在冰晶内红光的波长比紫光短
B．若图3中紫光满足，则可知冰晶对该光折射率
C．对于从H点以相同入射角入射的光线，红光的偏转角θD，比紫光的偏转角θD大
D．光晕内侧为蓝色，外侧为红色
【答案】BD
【解析】
A．根据
可得
由于红光的折射率小于紫光的折射率，红光的频率小于紫光的频率，则红光的波长大于紫光的波长，故A错误；
B．图3中紫光满足
根据几何关系可知
则折射率为
代入数据解得
故B正确；
C．红光的折射率小于紫光的折射率，则红光的偏转角比紫光的偏转角小，故C错误；
D．由于蓝光的折射率大于红光的折射率，因此偏折角大，故内侧为蓝光，外侧为红色，故D正确；
故选BD。
2．（2022·山东德州·高三期末）1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）．某实验小组重做该实验，如图所示，水平放置的平面镜左侧有一与纸面垂直的缝光源S，S仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为P，对光屏上呈现的干涉图样以下说法正确的是（ ）
A．光屏上呈现水平的明暗相间的干涉条纹
B．光屏上呈现的条纹关于P点上下对称
C．若将缝光源S水平向右移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大
D．若将缝光源S竖直向下移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大
【答案】AD
【解析】
A．光源发出直接到屏上的光和被平面镜反射到屏上的光是相干光，该干涉现象可以看成双缝干涉，故光屏上出现与平面镜平行的明暗相间的条纹，故A正确；
B．在P点下方没有反射光线照射，故不会有干涉条纹，故B错误；
C．光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离L，光源S到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距d，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式
将缝光源S水平向右移动一小段距离，则L变小，故光屏上的条纹间距将变小，故C错误；
D．光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离L，光源S到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距d，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式
若将缝光源S竖直向下移动一小段距离，则d变小，故光屏上的条纹间距将变大，故D正确。
故选AD。
3．（2022·山东·聊城二中高三开学考试）对于下列四幅图，以下说法正确的是（ ）
A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光束在水珠中传播的速度一定小于b光束在水珠中传播的速度
B．图乙是一束单色光进入足够长的平行玻璃砖后传播的示意图，无论入射角i增大到多少，都一定有光线从bb′面射出
C．图丙中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将明、暗交替变化，此现象表明光是横波
D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
【答案】BC
【解析】
A．根据折射率和光的传播速度之间的关系
可知，折射率越大，传播速度越小，从题图甲中可以看出，b光线在水珠中偏折程度大，即b的折射率大于a的折射率，则a在水珠中的传播速度大于b在水珠中的传播速度，故A错误；
B．当入射角i逐渐增大时，折射角逐渐增大，但折射角始终小于临界角，根据几何知识可知，光在玻璃砖内的入射角不可能大于临界角，不论入射角i如何增大，玻璃砖中的光线不会发生全反射，故肯定有光线从bb′面射出，故B正确；
C．只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故C正确；
D．由于不知道被检测工件表面的放置方向，故不能判断此处是凸起还是凹陷的，故D错误。
故选BC。
4．（2022·山东·二模）如图所示，等边三角形ABC是某三棱镜的横截面，位于横截面所在平面内的一束红光由O点垂直于AC边射入，从BC边射出。已知该三棱镜对红光的折射率为，AB=16cm，OA=4cm，真空中光速c=3×108m/s。则（ ）
A．红光在该三棱镜中的传播速度为3×108m/s
B．红光由O点射入至从BC边射出所用的时间为8×10-10s
C．紫光在该三棱镜中的传播速度大于红光在该三棱镜中的传播速度
D．紫光在该三棱镜中的波长小于红光在该三棱镜中的波长
【答案】BD
【解析】
A．红光在该三棱镜中的传播速度
故A错误；
B．根据
sinC=
可知红光的临界角C<60°，红光在AB边发生了全反射，光垂直于BC边射出棱镜，红光由O点射入至从BC边射出所用的时间为
故B正确；
C．紫光的频率大于红光的频率，该三棱镜对紫光的折射率大于对红光的折射率，可知紫光在该三棱镜中的传播速度小于红光在该三棱镜中的传播速度，故C错误；
D．由
可知，紫光在该三棱镜中的波长小于红光在该三棱镜中的波长，故D正确。
故选BD。
5．（2021·山东青岛·高三期末）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出波长为λ的光，经S1、S2出射后直接传播到O点，在光屏上可观察到干涉条纹。现在S1处放置一厚度为10λ的玻璃片，经S1出射的光垂直穿过玻璃片传播到O点，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。下列说法正确的是（ ）
A．O点处的条纹是亮条纹
B．O点处的条纹是暗条纹
C．O点处的条纹宽度不变
D．O点处的条纹宽度变小
【答案】AC
【解析】
AB．放入玻璃片之后，由于
而
可知玻璃片内的波长变为
S1、S2到O点的光程差
因此O点仍然为亮纹，A正确，B错误；
CD．根据
光通过玻璃片之后，波长又恢复原长，可知条纹间距不变，C正确，D错误。
故选AC。
6．（2021·山东·高三专题练习）如图(a)所示为单缝衍射示意图，图(b)为甲、乙两束单色光分别通过同一装置形成的单缝衍射图样，下列说法正确的是（ ）
A．在同种均匀介质中，甲光的波长较长
B．在同种均匀介质中，甲光的传播速度更大
C．用同一装置做双缝干涉实验时，在同一光屏上乙光的亮条纹总数更多
D．当两束单色光从某种介质以相同入射角射向空气时，有可能乙光不发生全反射而甲光发生全反射
【答案】ABC
【解析】
A．经过同一单缝，波长越长的光产生的衍射图样中央亮纹越宽，条纹间隔越大，由题图知甲光的中央亮纹宽，则甲光的波长较长，故A正确；
B．依据可知，甲光的频率较小，则甲光的折射率较小，根据知，在同种均匀介质中甲光的传播速度比乙光的大，故B正确；
C．由可知，甲光的干涉条纹间距大，则在同一光屏上亮条纹的条数少，乙光的亮条纹总数更多，故C正确；
D．甲光的折射率较小，由可知甲光的全反射临界角较大，不容易发生全反射，故D错误。
故选ABC。
7．（2022·山东师范大学附中模拟预测）如图所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为d，双缝至屏的距离为，整个装置处于折射率为的均匀透明介质中。若单色光在真空中波长为，则相邻条纹间距为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】
设单色光在透明介质中的波长为，由
可得
根据公式可得
故C正确，ABD错误。
故选C。
8．（2022·山东·烟台二中模拟预测）雨后彩虹是一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨滴时，光线被折射及反射，在天空形成拱形的七彩光谱。设雨滴是球形的，图中的圆代表雨滴过球心的截面，入射光线在此截面内，a、b代表两条不同颜色的出射光线，则下列说法正确的是（ ）
A．b光的频率大于a光的频率
B．在同种介质中，a光传播速度大于b光传播速度
C．通过相同的单缝，b光的衍射现象比a光更明显
D．a、b光通过同一双缝干涉装置，则屏上a光的条纹间距比b光宽
【答案】C
【解析】
AC．画出光路图，分析可知，光线第一次折射时，b光的折射角较大，而入射角相等，根据折射率公式
得知，光线a的折射率较大，光线b的折射率较小，则光线b的频率较小，波长较长，则光线b更容易发生衍射现象， A错误，C正确；
B．由公式
可知，b光在雨滴中的传播速度较大，B错误；
D．根据
双缝干涉条纹的间距与波长成正比，因为光线b在真空中的波长较长，所以b光形成的干涉条纹的间距较大，D错误。
故选C。
9．（2022·山东·胜利一中模拟预测）如图所示，物理课本选修3-4放在水平桌面上。一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜放在书本上，书本与棱镜间有很薄的空气层。整个侧面上有一面光源，现只考虑面光源直接投射到棱镜底面上的光线，发现书本被此光线照亮部分面积与底面的面积之比为。则玻璃的折射率最接近（ ）
A．1.5 B．1.6 C．1.7 D．1.8
【答案】D
【解析】
由题意，光源射到三棱镜底面上的D点所在的平行于AA1的水平线为能射出底面的边缘临界光线，作出横截面光路图如图，设BD与底面法线夹角为θ，设AB边长为L，则AD长度为，由正弦定理可得
解得
θ即为光从棱镜到空气的临界角C，根据全反射规律
故选D。
10．（2022·山东·模拟预测）如图所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方垂直玻璃射入，从上往下看凸透镜，明暗相间的条纹分布是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】
凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个厚度均匀变化的圆尖劈形空气薄膜，当单色光垂直射向平凸透镜时，从尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。同一半径的圆环处空气膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状。并且可以观察到这些同心圆环分布是中间疏、边缘密，圆心在接触点。
故选B。
11．（2022·山东菏泽·二模）用同一双缝干涉实验装置做甲、乙两种光的双缝干涉实验，双缝到光屏的距离不变，获得的干涉条纹如图甲、乙所示。下列判断正确的是（ ）
A．相同情况下，乙光比甲光更容易发生明显的衍射现象
B．若甲乙两种光平行照射到同一平行玻璃砖，从玻璃砖射出时乙光的横向侧移量更小
C．若甲光能使基态氢原子向高能级跃迁，则乙光一定能使基态氢原子向高能级跃迁
D．若甲光能使某种金属发生光电效应，则乙光一定能使这种金属发生光电效应
【答案】D
【解析】
根据可知甲光的波长大于乙光的波长，甲光的频率小，光子能量小，甲光的折射率小
A．相同情况下，甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象，故A错误；
B．若甲乙两种光平行照射到同一平行玻璃砖，从玻璃砖射出时甲光的横向侧移量更小，故B错误；
C．只有光子能量等于能级之间的能量差才能被氢原子吸收发生跃迁，若甲光能使基态氢原子向高能级跃迁，则乙光不一定能使基态氢原子向高能级跃迁，故C错误；
D．若甲光能使某种金属发生光电效应，则乙光一定能使这种金属发生光电效应，故D正确。
故选D。
12．（2022·山东枣庄·二模）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】
从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为
△x=2d
即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为λ，在图中相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，则薄膜层的厚度之间变小，因条纹宽度先是保持不变，然后突变变宽，再保持不变，则厚度先以较大斜率均匀减小，然后突变再以较小的斜率均匀减小。
故选A。
13．（2022·山东·高三阶段练习）如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径，在球的左侧有一竖直接收屏在A点与玻璃球相切。自B点发出的光线BM在M点射出玻璃球，出射光线平行于AB，照射在接收屏上的Q点。另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM＝30°，光在真空中传播的速度为c，下列说法正确的是（ ）
A．光在此玻璃球体发生全反射的临界角不可能大于45°
B．光由B传到Q点所需时间为
C．N点到AB的竖直距离为
D．若B点处光源为红光，将其换为绿光光源，则圆弧上恰好发生全反射的N点向右移动
【答案】AC
【解析】
A．已知∠ABM=30°，由几何关系知光线BM在M点的入射角
折射角
则玻璃的折射率为
临界角
所以
故A正确；
B．光在玻璃中传播速度
光由B传到M的时间
光由M传到Q的时间
则光由B传到Q点所需时间为
故B错误；
C．由题意知临界角为
则
，
故N点到AB的竖直距离
故C正确；
D．若该B点处光源为红光，将其替换为绿光光源，折射率变大，由知临界角变小，则圆弧上恰好全反射的N点向左移动，故D错误。
故选AC。
14．（2022·山东·夏津县双语中学高三阶段练习）单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图所示为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC。光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生全反射，且两次全反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。下列说法正确的是（ ）
A．∠BCD=135°
B．∠BAE和∠BCD不相等
C．该五棱镜折射率的最小值是
D．该五棱镜折射率的最小值是
【答案】C
【解析】
AB．由题意画出光路图如图所示，设光线在CD面上的入射角为
根据光路图和反射定律可知
得
由四边形内角和为360°和角度关系可得
∠BCD=∠BAE =90°+=112.5°
故AB错误；
CD．光线在CD和AE界面上恰好发生全反射时，对应着五棱镜折射率的最小值，则
解得
故C正确，D错误。
故选C。
15．（2022·山东·泰安一中一模）a、b两种单色光用同一双缝干涉裝置在空气中实验得到的干涉图像分别如图甲、乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．在水中，单色光a比单色光b传播速度大
B．从水中斜射进入空气，单色光a比单色光b全反射临界角大
C．将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，得到的干涉图样条纹间距变大
D．将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，适当调小双缝间距，可使干涉图样条纹间距不变
【答案】D
【解析】
A．由题图甲和题图乙可知，a单色光干涉条纹间距小，由
可知，a单色光的波长短，因此a单色光的频率高，水对单色光a的折射率大，由
可知，在水中，单色光a比单色光b传播速度小，选项A错误；
B．由
可知，从水中斜射进入空气，单色光a比单色光b全反射临界角小，选项B错误；
C．由于光从空气进入水中，波长变短，由
可知，将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，得到的干涉图样条纹间距变小，选项C错误；
D．将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，由于单色光的波长入变短，由
可知，适当调小双缝间距d，可使干涉图样条纹间距不变，选项D正确。
故选D。
16．（2021·山东省日照实验高级中学高三阶段练习）如图，三角形ABC为某种透明均匀介质制成的直角三棱镜的横截面，∠A＝30°，BC边长为d，一束包含a、b两种单色光的细光束平行与AC边照射到AB边的某点，经三棱镜折射后分成a、b两束单色光，a单色光经面AC反射后垂直于BC边中点射出。光在真空中传播速度为c。下列结论正确的是（ ）
A．在该介质中单色光a的传播速度比单色光b的传播速度大
B．单色光a在介质中发生全反射的临界角为C，且
C．单色光a在三棱镜中的传播时间为
D．若用单色光a、b分别通过同一双缝干涉装置。单色光a的条纹间距比单色光b的大
【答案】B
【解析】
A．根据图象的偏折程度可知，a光的折射率大于b光的折射率，根据可知，在该介质中单色光a的传播速度比单色光b的传播速度小，故A错误；
B．根据几何知识可知
所以
故B正确；
C．单色光a在三棱镜中的传播路程为
所以传播时间为
故C错误。
D．因为，所以，再根据
可得单色光a的条纹间距比单色光b的小，故D错误；
故选B。
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