资料中包含下列文件，点击文件名可预览资料内容
还剩10页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
专题16 光学 电磁波和相对论-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）
展开
这是一份专题16 光学 电磁波和相对论-（2018-2022）五年高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用），文件包含专题16光学电磁波和相对论解析版docx、专题16光学电磁波和相对论原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共40页， 欢迎下载使用。
【考纲定位】
【知识重现】
知识点一 光的折射和全反射
1.折射定律和折射率
（1）n=。
（2）n=。
2.全反射的条件
（1）光从光密介质射向光疏介质。
（2）入射角大于或等于临界角。
（3）sin C=。
3.光的色散问题
（1）同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。
（2）由n=，n=可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越长。
4.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体对光路的控制
知识点二 光的波动性
1.单缝衍射与双缝干涉的比较
2.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
3.光的偏振的理解
（1）自然光与偏振光的比较
知识点三 电磁波 相对论基础
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.电磁波与机械波的比较
3.狭义相对论的重要结论
（1）在任何惯性系中观察光速均为c、
（2）相对观测者运动的物体长度变短。
（3）相对观测者运动的时钟变慢。
【真题汇编】
1. （2022·全国乙卷·T17）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 - 34Js。R约为（ ）
A. 1 × 102mB. 3 × 102mC. 6 × 102mD. 9 × 102m
【答案】B
【解析】
一个光子的能量为
E = hν
ν为光的频率，光的波长与频率有以下关系
c = λν
光源每秒发出的光子的个数为
P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，那么此处的球面的表面积为
S = 4πR2
则
联立以上各式解得
R ≈ 3 × 102m
故选B。
2. [2020·全国Ⅰ卷·T33（1）]在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有__________。
A. 雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
B. 超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化
C. 观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低
D. 同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同
E. 天文学上观察到双星（相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星）光谱随时间的周期性变化
【答案】BCE
【解析】
A．之所以不能同时观察到是因为声音的传播速度比光的传播速度慢，所以A错误；
B．超声波与血液中的血小板等细胞发生反射时，由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化，B正确；
C．列车和人的位置相对变化了，所以听得的声音频率发生了变化，所以C正确；
D．波动传播速度不一样是由介质决定的， D错误；
E．双星在周期性运动时，会使得到地球的距离发生周期性变化，故接收到的光频率会发生变化，E正确。
故选BCE。
3. （2018·全国Ⅱ卷·T17）用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J，已知普朗克常量为6. 63×10-34J.s，真空中的光速为3×108m/s，能使锌产生光电效应单色光的最低频率（ ）
A. 1×1014Hz
B. 8×1015Hz
C. .2×1015Hz
D. 8×1014Hz
【答案】D
【解析】
根据光电效应方程
逸出功
，
可知
代入数据可知：
故D正确，ABC错误
4. [2021·全国甲卷·T34（1）]如图，单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为___________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是___________s≤t<___________s（不考虑反射）。
【答案】 ①. ②. ③.
【解析】
[1] 该单色光在玻璃板内传播的速度为
[2]当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，该单色光通过玻璃板所用时间最短，最短时间
[3]当光的入射角是90°时，该单色光通过玻璃板所用时间最长。由折射定律可知
最长时间
5.[2019·全国Ⅱ卷·T34（2）]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可__________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ=_________；
（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0．300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 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为______________nm（结果保留3位有效数字）。
【答案】 ①. B ②. ③. 630
【解析】
（1）[1]相邻两亮（暗）干涉条纹的Δx=，要增加观察到的条纹数，即Δx越小，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，或使用间距更大的双缝，故A、C、D错误，B正确；
（2）[2]由
得
（3）[3]所测单色光的波长
6. [2018·全国Ⅰ卷·T34（1）]如图，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A=30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为_____。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射射角______（“小于”“等于”或“大于”）60°。
【答案】 ①. ②. 大于
【解析】
[1][2]由几何知识可知，红光在D点发生折射时，折射角为i=60°，入射角为r=30°，由折射定律可得
解得玻璃对红光的折射率为
若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°。
7. [2022·全国甲卷·T34（2）]如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。
【答案】，
【解析】
光线在M点发生折射有
sin60° = nsinθ
由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，则
C = 90° - θ
联立有
根据几何关系有
解得
再由
解得
8. [2022·全国乙卷·T34（2）]一细束单色光在三棱镜的侧面上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当时，恰好没有光线从边射出棱镜，且。求棱镜的折射率。
【答案】1.5
【解析】
因为当时，恰好没有光线从AB边射出，可知光线在E点发生全反射，设临界角为C，则
由几何关系可知，光线在D点的折射角为
则
联立可得
n=1.5
9. [2021·全国乙卷·T34（2）]用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路、C、D两个大头针确定出射光路，O和分别是入射点和出射点，如图（a）所示。测得玻璃砖厚度为，A到过O点的法线的距离，M到玻璃砖的距离，到的距离为。
（ⅰ）求玻璃砖的折射率；
（ⅱ）用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图（b）所示。光从上表面入射，入时角从0逐渐增大，达到时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。
【答案】（i） （ii）15°
【解析】
（i）从O点射入时，设入射角为α，折射角为β。根据题中所给数据可得：
再由折射定律可得玻璃砖的折射率：
（ii）当入射角为45°时，设折射角为γ，由折射定律：
可求得：
再设此玻璃砖上下表面的夹角为θ，光路图如下：
而此时出射光线恰好消失，则说明发生全反射，有：
解得：
由几何关系可知：
即玻璃砖上下表面的夹角：
10. [2020·全国Ⅱ卷·T34（2）]直角棱镜的折射率n=1.5，其横截面如图所示，图中∠C=90°，∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。
（1）光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由；
（2）不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
【答案】（1）光线在E点发生全反射；（2）
【解析】
（1）如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为，由几何关系，有
=90°–（30°–r）> 60°①
根据题给数据得
sin> sin60°>②
即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。
（2）设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i'，折射角为r'，由几何关系、反射定律及折射定律，有
i= 30°③
i' =90°–θ ④
sin i = nsinr ⑤
nsini' = sinr' ⑥
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得
⑦
由几何关系，r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
11. [2019·全国Ⅰ卷·T34（2）]如图，一般帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m．距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°（取sin53°=0.8）．已知水的折射率为
（1）求桅杆到P点的水平距离；
（2）船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．
【答案】（1）7m （2）5.5m
【解析】
①设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为，到P点的水平距离为，桅杆高度为，P点处水深为；激光束在水中与竖直方向的夹角为，由几何关系有
由折射定律有：
设桅杆到P点的水平距离为
则
联立方程并代入数据得：
②设激光束在水中与竖直方向的夹角为时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为
由折射定律有：
设船向左行驶的距离为，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为，到P点的水平距离为，则：
联立方程并代入数据得：
12. [2019·全国Ⅲ卷·T34（2）]如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。求：
（1）求棱镜的折射率；
（2）保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）光路图及相关量如图所示。
光束在AB边上折射，由折射定律得
式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知
α+β=60°
由几何关系和反射定律得
β=β′=∠B =30°
联立并代入i=60°得
n=
（2）设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得
依题意，光束在BC边上恰好全反射且
由几何关系得
C=α'+30°
入射角的正弦为
13. [2018·全国Ⅱ卷·T34（2）]如图，是一直角三棱镜的横截面，，，一细光束从边的D点折射后，射到边的E点，发生全反射后经边的F点射出。垂直于交于G，D恰好是的中点，不计多次反射。
（1）求出射光相对于D点的入射光的偏角；
（2）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围?
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）由于D是CG的中点， ，根据几何关系可得：光束在D点发生折射时的折射角为
那么，根据几何关系可得：在E点的入射角、反射角均为
在F点的入射角为
在F点的入射角为 ，可得：折射角
故出射光相对于D点的入射光的偏角为
（2）由E点反射角为60°可得， 平行BC，故根据D点折射角为
在F点的入射角为
可得：棱镜折射率
根据光束在E点入射角为60°，发生全反射可得
故棱镜折射率的取值范围为
14. [2018·全国Ⅲ卷·T34（2）]如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上．D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F．该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察．恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE=2 cm，EF=1 cm．求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射)
【答案】
【解析】
过D点作AB边的发现，连接OD，则为O点发出的光纤在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为β，如图所示．根据折射定律有
①
式中n为三棱镜的折射率
由几何关系可知
②
③
在中有
④
由③④式和题给条件得
⑤
根据题给条件可知，为等腰三角形，有
⑥
由①②⑥式得
⑦
【突破练习】
1. （2022·河北石家庄市高三下学期二模）正定南城门护城河水下装有红绿两色彩灯，如图，A、B为水下同一深度处两个相距较远的彩灯（均可看做点光源），夜晚站在桥上附看平静的水面，灯A在水面形成的亮斑的半径较大，下列说法正确的是（ ）
A. 灯A是绿色光源
B. 在水中灯A发出的光的传播速度小于灯B发出的光的传播速度
C. 灯A发出的光的光子能量大于灯B发出的光的光子能量
D. 灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，屏幕上相邻亮条纹间距
【答案】D
【解析】
A．灯A在水面形成的亮斑的半径较大，可知灯A发出的光的临界角较大，根据
可知折射率较小，频率较小，则灯A是红色光源，选项A错误；
B．根据
可知，在水中灯A发出的红光的传播速度大于灯B发出的绿光的传播速度，选项B错误；
C．红光频率小于绿光频率，根据光子能量公式可知，灯A发出的光的光子能量小于灯B发出的光的光子能量，选项C错误；
D．灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，根据
可知，屏幕上相邻亮条纹间距红光的条纹间距较大，即
选项D正确。
故选D。
2. （2022·湖北省常德市高三下学期高考模拟）彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的。彩虹形成的示意图如图所示，一束白光L由左侧射入水滴，a、b是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线（a、b是单色光）。下列关于a光与b光的说法正确的是（ ）
A. 水滴对a光的折射率大于对b光的折射率
B. a光在水滴中的传播速度等于b光在水滴中的传播速度
C. 用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距
D. a、b光在由空气进入水滴后波长要变长
E. 若a光、b光在同一介质中，以相同的入射角由介质射向空气，若b光能够发生全反射，则a光也一定能够发生全反射
【答案】ACE
【解析】
A．由图可知，光的折射角大于光的折射角，根据折射定律可知，水滴对a光的折射率大于对b光的折射率，故A正确；
B．因为水滴对a光的折射率大于对b光的折射率，根据公式可知，a光在水滴中的传播速度小b光在水滴中的传播速度，故B错误；
C．折射率越大，波长越短，则光波长比光的波长短，根据双缝干涉间距公式可知，用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距，故C正确；
D．设光在真空中的波长为，光在介质中的波长为，根据公式可得
则
故a、b光在由空气进入水滴后波长要变短，故D错误；
E．因为水滴对a光的折射率大于对b光的折射率，根据公式可知，光的临界角小于光的临界角，则若a光、b光在同一介质中，以相同的入射角由介质射向空气，若b光能够发生全反射，则a光也一定能够发生全反射，故E正确。
故选ACE。
3. （2022·江苏连云港市高三下学期二模）如图所示，矩形abcd为一玻璃砖的横截面，玻璃砖ab面镀银且足够长。由单色光1、2组成的一细光束，在abcd平面内从cd面上的O点以入射角i射入玻璃砖，该玻璃砖对单色光1、2的折射率分别为和，已知，下列说法正确的是（ ）
A. 单色光1、2从cd面射出玻璃砖后平行
B. 增大入射角i，单色光1在cd面先发生全反射
C. 单色光1在玻璃砖内的路程大于单色光2
D. 当入射角i趋近于90°时，单色光1、2在cd面出射点的距离趋向于无穷大
【答案】A
【解析】
A．作出光路图如图所示
设单设光在1、2在点的折射角分别为、，根据折射定律得
可得
根据光的反射定律和几何知识可知，单色光1、2经过面反射到面的入射角分别为、，由光路可逆性可知，从cd面射出的两单色光线折射角均为i，两射出光线平行，故A正确；
B．因为，结合可知，单色光1发生全反射的临界角小，2发生全反射的临界角大，由A选项分析可知，增大入射角，则、也变大，面的入射角、也变大，且变大更快，所以无法判断哪一种光先发生全反射，故B错误；
C．设玻璃砖宽度为，根据几何关系得单色光在玻璃砖内的路程
因为，所以单色光1在玻璃砖内的路程小于单色光2，故C错误；
D．根据几何知识可得
当入射角i趋近于90°时，、趋近于90°，单色光1、2在cd面出射点的距离趋向0，故D错误。
故选A。
4. （2022·江苏连云港市高三下学期二模）如图，某同学观察肥皂膜干涉现象。将有肥皂膜的铁丝圈挂在酒精灯右侧，在火焰中分别加入不同金属元素，火焰会呈现不同的颜色。下列说法正确的是（ ）
A. 条纹形状是相互平行的竖直线
B. 从上向下，条纹的间距越来越小
C. 紫光的条纹数比黄光要少一些
D. 干涉条纹是由一束反射光和另一束入射光叠加产生的
【答案】B
【解析】
A. 条纹形状是相互平行的水平线，A错误；
B. 肥皂膜在重力作用下，从上向下肥皂膜的厚度越来越厚，假设薄膜前后两个面间的夹角为θ，两相邻的亮条纹或两相邻的暗条纹间的距离为
入射光不变，肥皂液的折射率不变，重力作用下θ变大，则条纹的间距越来越小，B正确；
C. 根据，波长越短，条纹越窄，条纹数越多，因为紫光的波长比黄光的波长短，所以紫光的条纹数比黄光要多一些，C错误；
D. 干涉条纹是由膜的前后两个表面反射的两列光叠加产生的，D错误。
故选B。
5. （2022·江苏盐城市高三下学期二模）劈尖干涉是一种薄膜干涉，将一平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹如图所示。现从所示装置中抽去一张纸片，从上往下看到的干涉条纹是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
设劈尖的角度为θ，第n级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn，第n+1级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn+1，相邻两明条纹的间距为l。根据干涉与光程差的关系有
根据几何关系有
即
抽去一张纸片后，θ减小，所以l增大，即干涉条纹变稀松，故B正确。
故选B。
6. （2022·山东聊城市高三下学期一模）如图所示，AOB是截面为扇形的玻璃砖的横截面图，其顶角，今有一束单色光在横截面内从OA的中点E沿垂直OA的方向射入玻璃砖，一部分光线经AB面反射后恰好未从OB面射出，不考虑多次反射，则玻璃砖的折射率为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
如图所示
因E点为OA的中点，所以入射角
α＝30°
β＝θ＝83°
临界角
C＝180°－2α－β＝37°
OB面恰好发生全反射，则
解得
故选A。近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
光学
Ⅱ
甲卷·T34（2）
乙卷·T34（2）
甲卷·T34
Ⅱ卷·T34（2）
Ⅰ卷·T34（2）
Ⅱ卷·T34（2）
Ⅲ卷·T34（2）
Ⅰ卷·T34（1）
Ⅱ卷·T34（2）
Ⅲ卷·T34（2）
电磁波
Ⅱ
乙卷·T17
Ⅰ卷·T33（1）
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体（球）
光路图
对光线的作用
通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移
通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折
圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折
应用
测定玻璃的折射率
全反射棱镜，改变光的传播方向
改变光的传播方向
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
类别
自然光（非偏振光）
偏振光
光的
来源
从普通光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的
振动
方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向
名称
项目
电磁波
机械波
产生
由周期性变化的电场、磁场产生
由质点（波源）的振动产生
波的特点
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速c=3×108 m/s
在空气中不大（如声波波速在空气中一般为340 m/s）
是否需要
介质
不需要介质（在真空中仍可传播）
必须有介质（真空中不能传播）
能量传播
电磁能
机械能
【考纲定位】
【知识重现】
知识点一 光的折射和全反射
1.折射定律和折射率
（1）n=。
（2）n=。
2.全反射的条件
（1）光从光密介质射向光疏介质。
（2）入射角大于或等于临界角。
（3）sin C=。
3.光的色散问题
（1）同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。
（2）由n=，n=可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越长。
4.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体对光路的控制
知识点二 光的波动性
1.单缝衍射与双缝干涉的比较
2.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
3.光的偏振的理解
（1）自然光与偏振光的比较
知识点三 电磁波 相对论基础
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.电磁波与机械波的比较
3.狭义相对论的重要结论
（1）在任何惯性系中观察光速均为c、
（2）相对观测者运动的物体长度变短。
（3）相对观测者运动的时钟变慢。
【真题汇编】
1. （2022·全国乙卷·T17）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 - 34Js。R约为（ ）
A. 1 × 102mB. 3 × 102mC. 6 × 102mD. 9 × 102m
【答案】B
【解析】
一个光子的能量为
E = hν
ν为光的频率，光的波长与频率有以下关系
c = λν
光源每秒发出的光子的个数为
P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，那么此处的球面的表面积为
S = 4πR2
则
联立以上各式解得
R ≈ 3 × 102m
故选B。
2. [2020·全国Ⅰ卷·T33（1）]在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有__________。
A. 雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
B. 超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化
C. 观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低
D. 同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同
E. 天文学上观察到双星（相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星）光谱随时间的周期性变化
【答案】BCE
【解析】
A．之所以不能同时观察到是因为声音的传播速度比光的传播速度慢，所以A错误；
B．超声波与血液中的血小板等细胞发生反射时，由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化，B正确；
C．列车和人的位置相对变化了，所以听得的声音频率发生了变化，所以C正确；
D．波动传播速度不一样是由介质决定的， D错误；
E．双星在周期性运动时，会使得到地球的距离发生周期性变化，故接收到的光频率会发生变化，E正确。
故选BCE。
3. （2018·全国Ⅱ卷·T17）用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J，已知普朗克常量为6. 63×10-34J.s，真空中的光速为3×108m/s，能使锌产生光电效应单色光的最低频率（ ）
A. 1×1014Hz
B. 8×1015Hz
C. .2×1015Hz
D. 8×1014Hz
【答案】D
【解析】
根据光电效应方程
逸出功
，
可知
代入数据可知：
故D正确，ABC错误
4. [2021·全国甲卷·T34（1）]如图，单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为___________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是___________s≤t<___________s（不考虑反射）。
【答案】 ①. ②. ③.
【解析】
[1] 该单色光在玻璃板内传播的速度为
[2]当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，该单色光通过玻璃板所用时间最短，最短时间
[3]当光的入射角是90°时，该单色光通过玻璃板所用时间最长。由折射定律可知
最长时间
5.[2019·全国Ⅱ卷·T34（2）]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可__________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ=_________；
（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0．300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 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为______________nm（结果保留3位有效数字）。
【答案】 ①. B ②. ③. 630
【解析】
（1）[1]相邻两亮（暗）干涉条纹的Δx=，要增加观察到的条纹数，即Δx越小，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，或使用间距更大的双缝，故A、C、D错误，B正确；
（2）[2]由
得
（3）[3]所测单色光的波长
6. [2018·全国Ⅰ卷·T34（1）]如图，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A=30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为_____。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射射角______（“小于”“等于”或“大于”）60°。
【答案】 ①. ②. 大于
【解析】
[1][2]由几何知识可知，红光在D点发生折射时，折射角为i=60°，入射角为r=30°，由折射定律可得
解得玻璃对红光的折射率为
若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°。
7. [2022·全国甲卷·T34（2）]如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。
【答案】，
【解析】
光线在M点发生折射有
sin60° = nsinθ
由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，则
C = 90° - θ
联立有
根据几何关系有
解得
再由
解得
8. [2022·全国乙卷·T34（2）]一细束单色光在三棱镜的侧面上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当时，恰好没有光线从边射出棱镜，且。求棱镜的折射率。
【答案】1.5
【解析】
因为当时，恰好没有光线从AB边射出，可知光线在E点发生全反射，设临界角为C，则
由几何关系可知，光线在D点的折射角为
则
联立可得
n=1.5
9. [2021·全国乙卷·T34（2）]用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路、C、D两个大头针确定出射光路，O和分别是入射点和出射点，如图（a）所示。测得玻璃砖厚度为，A到过O点的法线的距离，M到玻璃砖的距离，到的距离为。
（ⅰ）求玻璃砖的折射率；
（ⅱ）用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图（b）所示。光从上表面入射，入时角从0逐渐增大，达到时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。
【答案】（i） （ii）15°
【解析】
（i）从O点射入时，设入射角为α，折射角为β。根据题中所给数据可得：
再由折射定律可得玻璃砖的折射率：
（ii）当入射角为45°时，设折射角为γ，由折射定律：
可求得：
再设此玻璃砖上下表面的夹角为θ，光路图如下：
而此时出射光线恰好消失，则说明发生全反射，有：
解得：
由几何关系可知：
即玻璃砖上下表面的夹角：
10. [2020·全国Ⅱ卷·T34（2）]直角棱镜的折射率n=1.5，其横截面如图所示，图中∠C=90°，∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。
（1）光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由；
（2）不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
【答案】（1）光线在E点发生全反射；（2）
【解析】
（1）如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为，由几何关系，有
=90°–（30°–r）> 60°①
根据题给数据得
sin> sin60°>②
即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。
（2）设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i'，折射角为r'，由几何关系、反射定律及折射定律，有
i= 30°③
i' =90°–θ ④
sin i = nsinr ⑤
nsini' = sinr' ⑥
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得
⑦
由几何关系，r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
11. [2019·全国Ⅰ卷·T34（2）]如图，一般帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m．距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°（取sin53°=0.8）．已知水的折射率为
（1）求桅杆到P点的水平距离；
（2）船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．
【答案】（1）7m （2）5.5m
【解析】
①设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为，到P点的水平距离为，桅杆高度为，P点处水深为；激光束在水中与竖直方向的夹角为，由几何关系有
由折射定律有：
设桅杆到P点的水平距离为
则
联立方程并代入数据得：
②设激光束在水中与竖直方向的夹角为时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为
由折射定律有：
设船向左行驶的距离为，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为，到P点的水平距离为，则：
联立方程并代入数据得：
12. [2019·全国Ⅲ卷·T34（2）]如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。求：
（1）求棱镜的折射率；
（2）保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）光路图及相关量如图所示。
光束在AB边上折射，由折射定律得
式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知
α+β=60°
由几何关系和反射定律得
β=β′=∠B =30°
联立并代入i=60°得
n=
（2）设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得
依题意，光束在BC边上恰好全反射且
由几何关系得
C=α'+30°
入射角的正弦为
13. [2018·全国Ⅱ卷·T34（2）]如图，是一直角三棱镜的横截面，，，一细光束从边的D点折射后，射到边的E点，发生全反射后经边的F点射出。垂直于交于G，D恰好是的中点，不计多次反射。
（1）求出射光相对于D点的入射光的偏角；
（2）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围?
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）由于D是CG的中点， ，根据几何关系可得：光束在D点发生折射时的折射角为
那么，根据几何关系可得：在E点的入射角、反射角均为
在F点的入射角为
在F点的入射角为 ，可得：折射角
故出射光相对于D点的入射光的偏角为
（2）由E点反射角为60°可得， 平行BC，故根据D点折射角为
在F点的入射角为
可得：棱镜折射率
根据光束在E点入射角为60°，发生全反射可得
故棱镜折射率的取值范围为
14. [2018·全国Ⅲ卷·T34（2）]如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上．D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F．该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察．恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE=2 cm，EF=1 cm．求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射)
【答案】
【解析】
过D点作AB边的发现，连接OD，则为O点发出的光纤在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为β，如图所示．根据折射定律有
①
式中n为三棱镜的折射率
由几何关系可知
②
③
在中有
④
由③④式和题给条件得
⑤
根据题给条件可知，为等腰三角形，有
⑥
由①②⑥式得
⑦
【突破练习】
1. （2022·河北石家庄市高三下学期二模）正定南城门护城河水下装有红绿两色彩灯，如图，A、B为水下同一深度处两个相距较远的彩灯（均可看做点光源），夜晚站在桥上附看平静的水面，灯A在水面形成的亮斑的半径较大，下列说法正确的是（ ）
A. 灯A是绿色光源
B. 在水中灯A发出的光的传播速度小于灯B发出的光的传播速度
C. 灯A发出的光的光子能量大于灯B发出的光的光子能量
D. 灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，屏幕上相邻亮条纹间距
【答案】D
【解析】
A．灯A在水面形成的亮斑的半径较大，可知灯A发出的光的临界角较大，根据
可知折射率较小，频率较小，则灯A是红色光源，选项A错误；
B．根据
可知，在水中灯A发出的红光的传播速度大于灯B发出的绿光的传播速度，选项B错误；
C．红光频率小于绿光频率，根据光子能量公式可知，灯A发出的光的光子能量小于灯B发出的光的光子能量，选项C错误；
D．灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，根据
可知，屏幕上相邻亮条纹间距红光的条纹间距较大，即
选项D正确。
故选D。
2. （2022·湖北省常德市高三下学期高考模拟）彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的。彩虹形成的示意图如图所示，一束白光L由左侧射入水滴，a、b是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线（a、b是单色光）。下列关于a光与b光的说法正确的是（ ）
A. 水滴对a光的折射率大于对b光的折射率
B. a光在水滴中的传播速度等于b光在水滴中的传播速度
C. 用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距
D. a、b光在由空气进入水滴后波长要变长
E. 若a光、b光在同一介质中，以相同的入射角由介质射向空气，若b光能够发生全反射，则a光也一定能够发生全反射
【答案】ACE
【解析】
A．由图可知，光的折射角大于光的折射角，根据折射定律可知，水滴对a光的折射率大于对b光的折射率，故A正确；
B．因为水滴对a光的折射率大于对b光的折射率，根据公式可知，a光在水滴中的传播速度小b光在水滴中的传播速度，故B错误；
C．折射率越大，波长越短，则光波长比光的波长短，根据双缝干涉间距公式可知，用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距，故C正确；
D．设光在真空中的波长为，光在介质中的波长为，根据公式可得
则
故a、b光在由空气进入水滴后波长要变短，故D错误；
E．因为水滴对a光的折射率大于对b光的折射率，根据公式可知，光的临界角小于光的临界角，则若a光、b光在同一介质中，以相同的入射角由介质射向空气，若b光能够发生全反射，则a光也一定能够发生全反射，故E正确。
故选ACE。
3. （2022·江苏连云港市高三下学期二模）如图所示，矩形abcd为一玻璃砖的横截面，玻璃砖ab面镀银且足够长。由单色光1、2组成的一细光束，在abcd平面内从cd面上的O点以入射角i射入玻璃砖，该玻璃砖对单色光1、2的折射率分别为和，已知，下列说法正确的是（ ）
A. 单色光1、2从cd面射出玻璃砖后平行
B. 增大入射角i，单色光1在cd面先发生全反射
C. 单色光1在玻璃砖内的路程大于单色光2
D. 当入射角i趋近于90°时，单色光1、2在cd面出射点的距离趋向于无穷大
【答案】A
【解析】
A．作出光路图如图所示
设单设光在1、2在点的折射角分别为、，根据折射定律得
可得
根据光的反射定律和几何知识可知，单色光1、2经过面反射到面的入射角分别为、，由光路可逆性可知，从cd面射出的两单色光线折射角均为i，两射出光线平行，故A正确；
B．因为，结合可知，单色光1发生全反射的临界角小，2发生全反射的临界角大，由A选项分析可知，增大入射角，则、也变大，面的入射角、也变大，且变大更快，所以无法判断哪一种光先发生全反射，故B错误；
C．设玻璃砖宽度为，根据几何关系得单色光在玻璃砖内的路程
因为，所以单色光1在玻璃砖内的路程小于单色光2，故C错误；
D．根据几何知识可得
当入射角i趋近于90°时，、趋近于90°，单色光1、2在cd面出射点的距离趋向0，故D错误。
故选A。
4. （2022·江苏连云港市高三下学期二模）如图，某同学观察肥皂膜干涉现象。将有肥皂膜的铁丝圈挂在酒精灯右侧，在火焰中分别加入不同金属元素，火焰会呈现不同的颜色。下列说法正确的是（ ）
A. 条纹形状是相互平行的竖直线
B. 从上向下，条纹的间距越来越小
C. 紫光的条纹数比黄光要少一些
D. 干涉条纹是由一束反射光和另一束入射光叠加产生的
【答案】B
【解析】
A. 条纹形状是相互平行的水平线，A错误；
B. 肥皂膜在重力作用下，从上向下肥皂膜的厚度越来越厚，假设薄膜前后两个面间的夹角为θ，两相邻的亮条纹或两相邻的暗条纹间的距离为
入射光不变，肥皂液的折射率不变，重力作用下θ变大，则条纹的间距越来越小，B正确；
C. 根据，波长越短，条纹越窄，条纹数越多，因为紫光的波长比黄光的波长短，所以紫光的条纹数比黄光要多一些，C错误；
D. 干涉条纹是由膜的前后两个表面反射的两列光叠加产生的，D错误。
故选B。
5. （2022·江苏盐城市高三下学期二模）劈尖干涉是一种薄膜干涉，将一平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹如图所示。现从所示装置中抽去一张纸片，从上往下看到的干涉条纹是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
设劈尖的角度为θ，第n级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn，第n+1级明条纹对应的劈尖膜厚度为dn+1，相邻两明条纹的间距为l。根据干涉与光程差的关系有
根据几何关系有
即
抽去一张纸片后，θ减小，所以l增大，即干涉条纹变稀松，故B正确。
故选B。
6. （2022·山东聊城市高三下学期一模）如图所示，AOB是截面为扇形的玻璃砖的横截面图，其顶角，今有一束单色光在横截面内从OA的中点E沿垂直OA的方向射入玻璃砖，一部分光线经AB面反射后恰好未从OB面射出，不考虑多次反射，则玻璃砖的折射率为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
如图所示
因E点为OA的中点，所以入射角
α＝30°
β＝θ＝83°
临界角
C＝180°－2α－β＝37°
OB面恰好发生全反射，则
解得
故选A。近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
光学
Ⅱ
甲卷·T34（2）
乙卷·T34（2）
甲卷·T34
Ⅱ卷·T34（2）
Ⅰ卷·T34（2）
Ⅱ卷·T34（2）
Ⅲ卷·T34（2）
Ⅰ卷·T34（1）
Ⅱ卷·T34（2）
Ⅲ卷·T34（2）
电磁波
Ⅱ
乙卷·T17
Ⅰ卷·T33（1）
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体（球）
光路图
对光线的作用
通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移
通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折
圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折
应用
测定玻璃的折射率
全反射棱镜，改变光的传播方向
改变光的传播方向
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
类别
自然光（非偏振光）
偏振光
光的
来源
从普通光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的
振动
方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向
名称
项目
电磁波
机械波
产生
由周期性变化的电场、磁场产生
由质点（波源）的振动产生
波的特点
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速c=3×108 m/s
在空气中不大（如声波波速在空气中一般为340 m/s）
是否需要
介质
不需要介质（在真空中仍可传播）
必须有介质（真空中不能传播）
能量传播
电磁能
机械能
相关试卷
专题16 光学 电磁波 相对论——【山东专用】2020-2022三年高考物理真题分类汇编（原卷版+解析版）： 这是一份专题16 光学 电磁波 相对论——【山东专用】2020-2022三年高考物理真题分类汇编（原卷版+解析版），文件包含专题16光学电磁波相对论解析版docx、专题16光学电磁波相对论原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共47页， 欢迎下载使用。
高中物理高考 专题17 光学 电磁波 相对论-2020年高考真题和模拟题物理分类训练（学生版）： 这是一份高中物理高考 专题17 光学 电磁波 相对论-2020年高考真题和模拟题物理分类训练（学生版），共9页。试卷主要包含了下列说法正确的是，电磁波广泛应用在现代医疗中等内容，欢迎下载使用。
高中物理高考 专题17 光学 电磁波 相对论-2020年高考真题和模拟题物理分类训练（教师版含解析）： 这是一份高中物理高考 专题17 光学 电磁波 相对论-2020年高考真题和模拟题物理分类训练（教师版含解析），共18页。试卷主要包含了下列说法正确的是，电磁波广泛应用在现代医疗中等内容，欢迎下载使用。
