2021届高考物理一轮复习核心素养测评四十二光的波动性电磁波相对论含解析

光的波动性　电磁波　相对论

(45分钟　100分)

一、选择题(本题共9小题，每小题6分，共54分，1～5题为单选题，6～9题为多选题)

1.在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图中属于光的单缝衍射图样的是(　　)

A.a、c   B.b、c

C.a、d   D.b、d

【解析】选D。 a图中是等间距的光的干涉图样，b图是单色光的单缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的单缝衍射图样，可见D正确。

2.如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以              (　　)

A.增大S1与S2的间距

B.减小双缝屏到光屏的距离

C.将绿光换为红光

D.将绿光换为紫光

【解析】选C。据光的干涉产生的条纹间距满足的关系Δx=可知，增大S1与S2的间距，条纹间距减小，A选项错误；减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，B选项错误；将绿光换成红光，波长增大，条纹间距增大，C选项正确；绿光换成紫光，波长减小，条纹间距减小，D选项错误。

3.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图中的              (　　)

【解析】选D。往火焰上洒些盐后，酒精灯放出黄色的光线，当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，故为相干光源，当光程差为波长的整数倍时呈现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时呈现暗条纹，由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大，而上侧的比较薄，相同的高度肥皂膜的厚度相同，故出现水平的明暗相间的干涉条纹，故D正确。

4.如图所示，火箭B是“追赶”光的；火箭A是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面的速度为v，按照狭义相对论的观点，则两火箭上的观察者测出的光速分别为               (　　)

A.c+v，c-v　　　　　　　B.c，c

C.c-v，c+v     D.无法确定

【解析】选B。根据光速不变原理可知选项B正确。

5.关于麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是 (　　)

A.在赫兹发现电磁波的实验基础上，麦克斯韦提出了完整的电磁场理论

B.麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用实验证实了电磁波的存在

C.变化的电场可以在周围的空间产生电磁波

D.变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场

【解析】选B。麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，而后赫兹第一个用实验证明了电磁波的存在，故A错误，B正确；根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场在周围空间产生稳定的电场，故C、D错误。

6.抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是(　　)

A.这里应用的是光的衍射现象

B.这里应用的是光的干涉现象

C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗

D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细

【解析】选A、D。当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小于波的波长时，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变宽，则抽制的细丝变细，故A、D项正确，B、C项错误。

7.把一个上表面是平面下表面是凸面的凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方垂直射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。              (　　)

A.圆环状条纹是光经凸透镜上下两个玻璃表面之间反射引起的干涉造成的

B.圆环状条纹是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的

C.如果将凸透镜的凸面曲率半径增大而其他条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变大

D.如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变小

【解析】选B、C。当光垂直照射到凸透镜上时，光的传播方向不变，而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，另一部分光透射进入空气，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，这样两列反射光是相干光，它们在凸透镜的下表面相遇，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹，故A项错误，B项正确；若换一个曲率半径更大的凸透镜，仍然相同的水平距离但空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大，故C项正确；如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，则观察到的圆环状条纹间距变大，故D项错误。

8.下列说法正确的是 (　　)

A.根据麦克斯韦的电磁场理论，在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场

B.发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路

C.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象

D.当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动

【解析】选B、D。在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，A错误；发射电磁波时必须采用高能量且要有尽可能大的空间传播电磁波，所以B项正确；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉原理，C错误；由狭义相对论的质增原理m=可知m与v有关系，D正确。

【加固训练】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

【解析】选A、B、E。紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，故C项错误；在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是无线电波，故D项错误。

9.下列说法中正确的是 (　　)

A.光的偏振现象说明光是一种横波，但并非所有的波都能发生偏振现象

B.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

C.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

D.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

E.火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁

【解析】选A、C、E。只有横波才能发生偏振现象，A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，B错误；若由红光改为绿光，波长变短了，根据公式Δx=λ可知干涉条纹间距变窄，C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，D错误；火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁，故E正确。

二、实验题(16分)

10.(2020·绵阳模拟)如图，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃。

(1)②、③、④三个光学元件依次为_________；(填正确答案的标号) 

A.滤光片、单缝、双缝

B.单缝、滤光片、双缝

C.单缝、双缝、滤光片

D.滤光片、双缝、单缝

(2)如果实验时将红光滤光片换为绿光滤光片，则相邻亮纹(暗纹)间的距离_________；(选填“变大”或“变小”) 

(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.200 mm，测得屏与双缝间的距离为

1.40 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm，则所测单色光的波长λ为_________nm。(结果保留3位有效数字) 

【解析】(1)为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝，故A正确；

(2)根据Δx=λ知增大光屏到双缝的距离L或者减小双缝间距d，可以使条纹间距增大；当将红光滤光片换为绿光滤光片时波长减小，则相邻亮纹(暗纹)间的距离变小；

(3)根据：Δx=λ

得：λ== m=0.36×10-6 m=360 nm。

答案：(1)A　(2)变小　(3)360

11.(10分)(多选)下列关于光的说法中正确的是  (　　)

A.雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生全反射形成的

B.“和谐号”动车组高速行驶时，地面上测得其车厢长度将明显变短

C.在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距

D.白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的波长不同

E.光从一种介质进入另一种介质发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同

【解析】选C、D、E。雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生折射形成的，故A错误；根据多普勒效应，“和谐号”动车组高速行驶时，其速度远小于光速c，故狭义相对论的“尺缩效应”不明显，车厢长度不会明显变短，故B错误；双缝干涉实验中，用红光代替黄光后，波长变长，则导致干涉条纹的间距增大，故C正确；白光通过双缝后产生干涉，因波长不一，导致干涉条纹间距不同，从而出现彩色条纹，故D正确；从一种介质进入另一种介质发生折射是因为光在不同介质的折射率不同，根据c=nv，可知，传播速度也不同，故E正确。

【加固训练】(多选)下列说法正确的是 (　　)

A.肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色的是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象

B.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

C.做双缝干涉实验时，用绿光照射单缝，在光屏P上观察到干涉条纹，用红光代替绿光照射单缝将得到相邻条纹间距更大的干涉图样

D.相对论认为：竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了

E.在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短

【解析】选A、C、E。肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色的是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象，A正确；全息照相不是利用全反射，是和光的干涉有关，选项B错误；由Δx=λ可知用红光代替绿光，条纹间距变大，选项C正确；相对论认为：高速运动的物体在运动方向上，长度变短，选项D错误；在真空中传播的电磁波，传播速度不变，由v=λf得，频率增加时，波长变短，选项E正确；故选A、C、E。

12.(20分)用波长为0.51 μm的绿光经双缝干涉装置在屏上得到干涉条纹，测得两明条纹间距为0.5 mm，将该装置放到水中并改用红光做双缝干涉实验，测得干涉条纹中两相邻明条纹间距仍为0.5 mm，若水的折射率为，求此红光的频率。

【解析】已知绿光的波长

λ1=0.51 μm=5.1×10-7 m，

绿光两明条纹间距为

Δx1=0.5 mm=5×10-4 m，

红光两明条纹间距为

Δx2=0.5 mm=5×10-4m，

设双缝间距为d， 双缝到屏的间距为L， 红光在水中的波长为λ2。

水的折射率n=，

相邻两明条纹间距为

Δx=λ

则在空气中对绿光有：

Δx1=λ1，

在水中对红光有：

Δx2=λ2

由以上两式可得：

λ2=λ1=5.1×10-7 m

由波速公式，在水中对红光有

v=λ2f红，

且n=，

则红光的频率

f红==4.41×1014 Hz

答案：4.41×1014 Hz