2024年高考物理第一轮复习讲义：第十三章 第2讲 光的波动性 电磁波和相对论

【A级——夯实基础】

1．如图所示，把酒精灯放在肥皂液膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的示意图是(图中实线、虚线为光照射到液膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波)(　　)

解析：肥皂液膜上薄下厚，波峰与波峰、波谷与波谷叠加处，出现明条纹，波峰与波谷叠加处，出现暗条纹，故C正确。

答案：C

2．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是(　　)

A．电磁波可以传递信息，声波也能传递信息

B．手机在通话时涉及的波只有电磁波

C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波，它们的传播速度相同

D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同

解析：电磁波可以传递信息，如电视信号，声波也可以传递信息，如人说话，故A正确；手机用电磁波传递信息，人说话发出声波，故B错误；太阳光中的可见光是电磁波，在真空中的传播速度约为3×108 m/s，“B超”中的超声波是声波，常温下，在空气中的传播速度大约为340 m/s，故C错误；遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线频率不同，波速相同，根据c＝λf可知波长不同，故D错误。

答案：A

3．关于电磁波的作用，下列说法错误的是(　　)

A．用红外线热像仪检测发热病人，利用了物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同

B．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高

C．红外遥感技术利用了红外线的显著热效应

D．验钞机之所以利用紫外线验钞是因为紫外线具有荧光效应

解析：物体的温度越高，它辐射的红外线越强，波长越短，红外线热像仪利用物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同来检测发热病人，选项A正确；因为紫外线波长短，用紫外线拍摄指纹照片，分辨率高，选项B正确；红外遥感技术是利用灵敏的红外线探测仪接收物体发射的红外线探知物体特征的，选项C错误；紫外线具有荧光效应，可使钞票上的荧光物质发光，选项D正确。

答案：C

4．中国的网络建设开始迈向5G时代，5G即第五代移动通信技术，采用3 300～5 000 MHz频段，相比于现有的4G(即第四代移动通信技术，采用1 880～2 635 MHz频段)技术而言，具有更大的优势。5G信号与4G信号相比，下列说法正确的是(　　)

A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度快

B．4G信号波动性更显著

C．4G和5G信号都是纵波

D．5G信号更容易发生明显衍射现象

解析：任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，A错误；4G信号频率较低，波动性更显著，B正确；电磁波均为横波，C错误；因5G信号的频率高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，D错误。

答案：B

5．(2020·天津卷)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较(　　)

A．红外线的光子能量比紫外线的大

B．真空中红外线的波长比紫外线的长

C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大

D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能

解析：红外线的频率比紫外线的小，由E＝hν可知，红外线的光子能量比紫外线的光子能量小，A错误；由λ＝可知，红外线的波长比紫外线的长，B正确；红外线和紫外线在真空中的速度相同(均等于光速)，C错误；红外线和紫外线都是电磁波，都是横波，均能发生偏振现象，D错误。

答案：B

6．一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0．6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球。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

解析：飞船上的观测者测得飞船的长度不变，仍为30 m，由l＝l0   <l0可知，地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m，A错误，B正确；由光速不变原理可知C、D错误。

答案：B

7．(2020·山东卷)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λ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Δt。玻璃片厚度为10λ，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．Δt＝　　　　　　 B．Δt＝

C．Δt＝    D．Δt＝

解析：无玻璃片时，光传播10λ所用时间为t1＝①

有玻璃片时，光传播10λ所用时间为t2＝②

且v＝＝③

联立①②③式得Δt＝t2－t1＝，选项A正确。

答案：A

8．(2022·浙江嘉兴一中模拟)从物理学角度看，彩虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的。如图所示的是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两束光(　　)

A．在雨滴中传播时，a光的传播速度一定大于b光的传播速度

B．以相同角度斜射到同一玻璃板，透过平行表面后，a光的侧移量小

C．以相同的入射角从水中射向空气，在空气中只有一种色光时，一定是b光

D．用同一装置做双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距较大

解析：根据光路图可知，第一次折射时，b光的折射角较大，入射角相等，根据折射率公式n＝可知，b光的折射率较小，频率较小，根据v＝可知，在雨滴中传播时，a光的传播速度小于b光的传播速度，故A错误；b光的折射率较小，以相同角度斜射到同一玻璃板，透过平行表面后，b光的折射角较大，所以b光侧移量小，a光侧移量大，故B错误；根据全反射临界角sin  C＝可知，b光的折射率较小，临界角大，不容易发生全反射，所以以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是b光，故C正确；b光的折射率较小，频率较小，波长较长，根据干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，故D错误。

答案：C

9．通过如图甲所示的装置可以研究光的干涉和衍射现象。从光源发出的光经过一缝板，在缝板后有一装有感光元件的光屏，通过信号转换，可在电脑上看到屏上的光强分布情况。图乙分别显示出A光和B光通过同一缝板得到的光强分布情况。下列有关A、B两种色光的说法正确的有(　　)

A．光通过的可能是缝板上的单缝

B．A光的波长比B光的波长长

C．A光的频率比B光的频率大

D．A光在玻璃中的传播速度小于B光在玻璃中的传播速度

解析：从光的强度分布可以看出，光屏上的光是等间距、等亮度的，所以是光通过双缝产生的干涉现象，故A错误；由题图乙可看出，A光的条纹间距大于B光的条纹间距，由Δx＝λ可知，A光的波长大于B光的波长，A光的频率小于B光的频率，故B正确，C错误；A光的频率小于B光的频率，则玻璃对A光的折射率小于对B光的折射率，所以A光在玻璃中的传播速度大于B光在玻璃中的传播速度，故D错误。

答案：B

10．(2022·浙江杭州模拟)下列说法错误的是(　　)

A．戴上特制眼镜看3D电影有立体感是利用了光的偏振原理

B．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象

C．激光全息照相时利用了激光相干性好的特性

D．激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，可以读取盘上的信息是利用激光平行度好的特性

解析：戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体视觉，是利用光的偏振现象，在两只眼睛中产生视觉差，故A正确；雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是由光的薄膜干涉造成的，故B错误；激光全息照相利用了激光的频率相同的特点，进行叠加干涉而形成的，故C正确；用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点，故D正确。

答案：B

【B级——能力提升】

11．“牛顿环”又称“牛顿圈”，如图甲所示，牛顿环的上表面是半径很大的玻璃球冠的平面，下表面是球冠的凸面，其工作原理为“薄膜干涉”，可以用来判断透镜表面曲率半径和液体折射率等。把牛顿环与玻璃面接触，在日光下或用白光照射时，可以看到明暗相间的彩色圆环；若用单色光照射，则会出现一些明暗相间的单色圆环，如图乙所示。它们是由球面和被检测面上反射的光相互干涉而形成的条纹，这些圆环的分布情况与球冠半径及被测物品的表面情况有关。以下分析正确的是(　　)

A．圆环的间距大小与球冠半径大小无关

B．球冠的半径越大，圆环的间距越小

C．若观察到的是规则圆环，则被检测的面是均匀、对称的

D．被检测的面必须是平的

解析：若将玻璃球体的半径再增大一些，则玻璃球体与被检测的平面之间的夹角将减小，它们之间的空气膜的厚度变化减慢，所以形成的同心圆环的间距增大，球冠的半径越大，圆环的间距越大，故A、B错误；根据薄膜干涉的原理可知，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，与同一亮环相对应的各处空气薄膜的厚度是相同的，所以若观察到的是规则圆环，则被检测的面是均匀、对称的，故C正确；根据薄膜干涉的特点可知，被检测的面可以是平的，可以是凸的，也可以是凹的，故D错误。

答案：C

12．如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m。今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问：

(1)在下列两种情况中，P点是亮条纹还是暗条纹？

①已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；

②已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin  37°＝0.6，cos 37°＝0.8)；

(2)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象。

解析：(1)①设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝得

λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m

路程差Δr＝2.1×10－6 m

所以N1＝＝＝3.5

由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。

②根据临界角与折射率的关系sin  C＝得

n＝＝

由此可知，B光在空气中波长为

λ3＝nλ介＝×3．15×10－7 m＝5.25×10－7 m

所以N2＝＝＝4

所以P点为亮条纹。

(2)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗。

答案：(1)①暗条纹　②亮条纹　(2)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗