专题16光学电磁波（测试）（解析版）.docx

专题16光学电磁波（考试时间：75分钟试卷满分：100分）一、单项选择题（本题共12小题，每小题5分，共60分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分）1. （2024浙江一模）如图所示，某种光盘利用“凹槽”、“平面”记录信息，激光照射到“凹槽”会产生极小反8. “凹槽”入射光与“平面”反射光传播速度不同C激光在介质中的波长可能为“凹槽”深度的3倍D.“凹槽”反射光与“平面”反射光的频率相同【答案】D【详解】A.根据光的干涉知识分析可知，“凹槽”产生极小光强是由于由于“凹槽”反射光与“平面”反射光叠加后相消，是干涉现象形成，不是属于衍射现象，故A错误；B.“凹槽”中有透明介质，光的速度小于真空中速度，“凹槽”入射光与“平面”反射光传播速度相同，故B错误；C.由于“凹槽''反射光与“平面”反射光叠加后削弱，考虑到“凹槽''反射光的路程，“凹槽”深度的2倍应该为激光束半波长的奇数倍，故C错误；D.“凹槽''反射光与"平面”反射光是同种类型的光，频率相同，故D正确。故选D。2. （2024江西校联考二模）如图所示，一透明材料制成的圆柱形棒，长度为6m。一束光线从圆柱形棒的一个底面中心垂直射入，经2.5XK）TS由另一底面圆心射出。保持入射点不变，调整光线的入射方向，使其在材料内部恰好发生全反射，（光在真空中的速度为3l（ms）则光通过透明材料的时间为（）B. 3.3× 108sD. 4.95×108sA.2.5×10-8sC.3.125×10-8s【答案】C【详解】设光在该材料中传播速度为V,由L=小解得”人=2.4xl0itns,由=J可知=1.25,设全tV反射临界角为C则SinC=J=O.8,光刚好发生全反射，可知光在透明材料中的路程为S=7.5m,nsmCc75则r=上=-s=3.125×10-8sV2.4×iO8故选C。3. （2024浙江校联考一模）如图中所示为小勇同学收集的一个“足球”玻璃球，他学了光的折射后想用激光对该球进行研究，某次实验过程中他将激光水平向右照射且过球心所在的竖直截面，其正视图如乙所示，AB是沿水平方向的直径。当光束从。点射入时恰能从右侧射出且射出点为3,已知点C到AB竖直距离力=3R,玻璃球的半径为R,且球内的“足球”是不透光体,不考虑反射光的情况下，下列说法正确的是（）A.8点的出射光相对C点入射光方向偏折了30°B.该“足球”的直径为玻璃球直径的立R3C.继续增加SVR）则光将会在右侧发生全反射D.用频率更小的激光入射时，光在玻璃球中的传播时间将变短【答案】D【详解】A.从C点入射的光线，进入玻璃球后光线如图所示，设入射角为i,折射角为r,法线与直径AB夹角为,则根据几何关系。=2，而Sine=，可知i=60。，r=30%进入玻璃时，光线沿顺时针A偏转了30o,根据光的折射定律，从B点射出时，光线沿顺时针又偏转了30o,因此从8点的出射光相WC点入射光方向偏折了60。，A错误；B.根据几何关系，足球的直径d=2Rsinr=R,B错误；C.由于光线从C点射入玻璃中的折射角等于从B点出射时的入射角，离开玻璃球的折射角等于射入玻璃球时的入射角，因此光线不会发生全反射，C错误;D.如果用频率更小的激光入射时，进入玻璃的折射角增大，从而在玻璃内传播的距离减小，而频率更小时，光在玻璃中的传播速度增大，从而光在玻璃球中的传播时间变短，D正确。故选D。4. (2024云南红河统考一模)某同学将激光笔的束激光从空气射向水面O点，经水的折射后在槽底形成4一光斑P,如图所示。已知水深"=0.3m,水的折射率=§,入射角。=53。，真空中光速c=3.0l()8ms,sin53°=0.8,CoS53。=0.6。则激光()A.在水中的传播速度为CB.从。到P所经路程为0.5mC.从O到尸所需时间约为1.7Xl(TSD.从空气经O点射入水中时光子能量减小【答案】C【详解】A.由=£,可得激光在水中传播的速度大小为U=当，故A错误；B.由折射定律可得=整，V4Sinz解得则激光在水中的折射角大小为i=37。，从O到P所经路程为。尸二口一=0.375m,故B错误:C.光cos37°从。到P所需的时间为f=S=L7xl(9s,故C正确；D.从空气经O点射入水中时光r的频率不变，则V能量不变，故D错误；故选C。5. (2024福建漳州统考模拟预测)如图，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往水球中央注入空气，形成了一个明亮的气泡。若入射光在气泡表面的尸点恰好发生全反射，反射角为夕，光在真空中传播速度为c,则()A.光从空气进入水球，波长变短B.光从空气进入水球，频率变大C.水的折射率 = sin6d光在水球中的传播速度【答案】A【详解】AB.光从空气进入水球，频率不变，波速减小，则波长变短，选项A正确，B错误；C.入射光在气泡表面的尸点恰好发生全反射，则水的折射率L焉，选项C错误；D.光在水球中的传播速度V=csin,选项D错误。n故选Ao6. （2023浙江校联考一模）把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图甲连成电路。把电压传感器（或示波器）的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源侧，为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。观察电脑显示器（或示波器）显示的电压的波形如图乙所示，则下列说法正确的是（）A.电容器两端的电压逐渐减小的原因是因为自感线圈发热所致B.若增大C,则电压峰值衰减得更快C.在乙G时间段线路中的电流正逐渐增大D.在L-4时间段电流方向为图甲中的逆时针方向【答案】D【详解】A.电容器两端的电压逐渐减小的原因有两个分别是电路向外辐射电磁波，和电路本身的发热转化为内能C故A错误；B.若增大C,则会改变电路的振荡周期，不会影响电压峰值的衰减。故B错误：C在八%时间段电容器处于正向充电，线路中的电流正逐渐减小。故C错误；D.在GG时间段也容器处正向放电，电流方向为图甲中的逆时针方向。故D正确。故选D。7. （2024河南信阳信阳高中校考一模）如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板A8C。压在另一个矩形平行玻璃板上，BC侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的A.条纹与OC边平行B.乙图港曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷C.如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向AD侧移动D.看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚【答案】D【详解】A.设薄膜厚度为d,薄膜干涉的光程加="，厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因此条纹应与AD边平行，故A错误；B.根据薄膜干涉的产生原理可知，表示该出有突起，故B错误；C.如果用手用力捏右侧三层，根据机二!几，可知条纹间距变大，导致满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，所以条d纹向着劈尖移动，故C错误；D.看到的条纹越多，说明相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；说明薄片的厚度越厚，故D正确。故选D。8. （2024广西贵港统考模拟预测）如图所示，单色光I和II从半圆形玻璃砖的圆心。入射时，均从玻璃砖圆面上的同一位置P离开玻璃砖，单色光I与单色光II相比（）A.在同种玻璃中单色光I的折射率较小B.若光束从水中射向空气，则单色光I比单色光11更难发生全反射C.单色光I在玻璃砖从O到F用时较长D.用单射光I和单色光H在同一装置做双缝干涉实验，用单射光I做条纹间距较大【答案】CSinr【详解】A.由图可知，单色光I的入射角比单色光H的大，折射角相同，根据则玻璃砖对单色sinI光的折射率比单色11光的大，故A错误；B.根据SinC=折射率大的临界角小，更易发生全反射，/?单色光I更容易发生全反射，故B错误；CD.折射率大的频率大，由c=%f,知单色光I波长短，根据做双缝干涉实验时条纹间距小，由U=£,知，折射率大的速度小，则距离一定时，单色光I由。到P用时较n长，故C正确，D错误。故选C。9. （2024山东模拟预测）在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图甲中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示。有一半径为，的圆柱形的平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合。己知玻璃的折射率为1.6,则光束在桌面上形成的光斑面积为（）桌面A.3r2B.4r2C.5r2D.6r2【答案】B【详解】设玻璃的临界角为C,则有SinC=J=上W，则临界角为CV45。，光路图如图所示n1.62经过第一次折射时，由于入射角等于零，所以折射角也是零，因此折射光线不发生偏折。当第二次折射时，由于入射角等于60°。所以会在BA面上发生全反射，几何知识得到反射光线恰好垂直射出。由题可知ON=r,则OA=2r,由于ZA/OA=ZAMO=30。，所以光斑的半径为AM=2-，则光斑的面积为S=（2f=4乃产。故选B。10. （2024辽宁沈阳统考一模）图甲是半圆柱形玻璃体的横截面，一束紫光从真空沿半圆柱体的径向射入，并与底面上过。点的法线成夕角，CO为足够大的光学传感器，可以探测从A8面反射光的强度。若反射光强度随。变化规律如图乙所示，asin37°=0.6,cos37o=0.8,则下列说法正确的是（）B.。减小到。时，光将全部从AB界面透射出去C,。减小时，反射光线和折射光线夹角随之减小D,改用红光入射时，CO上探测到反射光强度最大值对应的夕37。【答案】A【详解】AD.由图乙可知，当6=37。时发生全反射，TifWsin370=1,解得=:,若改用红光照射，折射n3率减小，所以光学传感器探测到反射强度达到最大时。大于37。故A正确；D错误；B.图甲中若减小入射角。到0。，仍存在反射光线，只是反射角为零，光线不会全部从AB界面透射出去。故B错误；C.若减小入射角。，则反射角减小，根据折射定律知折射角也减小，由几何关系知反射光线和折射光线之间的夹角将变大。故C错误。故选Ao11. （2024浙江金华校联考模拟预测）如图所示是一个外径为舟、内径为R的某材料制成的半球形空心球壳，OO'为其对称轴，一半径为R的遮光板圆心过OO'轴且垂直该轴放置。一束平行OO'轴的光从半球外表面射入，此时恰好没有光线从半径为R的球壳内表面射出，且从挡板上下边缘射入的两束平行光线进入球壳后从外球面射出时，两光线的夹角为120。，则该材料的折射率为（）【详解】根据题意作出光的折射如图Sin1根据折射定律可知一U=，根据全反射临界角公式有SinC=，sin%n从挡板上下边缘射入的两束平行光线进入球壳后从外球面射出时，两光线的夹角为120°,根据几何关系有C+1-=60o,解得=&故选Ao12. （2024浙江校联考模拟预测）某半径为广的类地行星表面有一单色点光源P,其发出的各方向的光经过厚度为（应-1）八折射率为=2的均匀行星大气层（图中阴影部分）射向太空。取包含尸和行星中心O的某一截面如图所示，设此截面内一卫星探测器在半径为2r的轨道上绕行星做匀速圆周运动，忽略行星表面对光的反射，则（）A.大气外表面发光区域在截面上形成的弧长为邑3B.卫星探测器运行时，任意时刻只能在轨道上某部分观测到光，这部分轨道弧长为华C.若该行星没有大气层，则卫星探测器运行时，在轨道上能观测到光轨道弧长与有大气层时的光轨道弧长相同D.若探测器公转方向和行星自转的方向相同，探测器接收到光的频率一定大于光源发出的频率【答案】C【详解】A.根据全反射临界角与折射率的关系有=工，解得C=30,点光源发出的光在圆弧面时恰SinC好发生全反射时，作出示意图如图所示由几何关系有核7）'+"=/，=180-30-a,解得=135,0=15,则大气外表面发光区域在Sinasin30截面上形成的弧长为+应一N=叵=故A错误；B.根据上述，结合几何关系有，=7=45,3601f6则IJ星探测器运行时，任意时刻只能在轨道上某部分观测到光，这部分轨道弧长为空32x2i2=竽，36（）3故B错误；C.根据上述可知，有大气层时,在轨道上能观测到光轨道弧长对应的圆心角为2y+2=120,fI若该行星没有大气层，过PfE做切线，与卫星轨道相交，由于CoSa=白=：,即有6=60，则卫星探测器运行时，在轨道上能观测到光轨道弧长对应的圆心角为24=120,可知若该行星没有大气层，则卫星探测器运行时，在轨道上能观测到光轨道弧长与有大气层时的光轨道弧长相同，故C正确；D.若探测器公转方向和行星自转的方向相同，探测器接收到光的频率不一定大于光源发出的频率，根据多普勒效应可知，当探测器与点光源P相对靠近时，探测器接收到光的频率大于光源发出的频率，当探测器与点光源P相对远离时，探测器接收到光的频率小于光源发出的频率，故D错误。故选C。二、多项选择题（本题共2小题,每小题5分,共10分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得S分选对但不全的得3分,有选错的得0分）13. （2024河南校联考一模）关于以下四个示意图，下列说法正确的是（）BUJLEOX乙丙丁A.甲图为双缝干涉示意图，可以用白炽灯直接照射双缝，在屏上可以得到等宽、等亮的干涉条纹B.图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明喑相间的干涉条纹，该区域薄膜厚度一定沿X轴正方向逐渐变厚C.丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图，将框架顺时针旋转90。，条纹不会跟着顺时针旋转90°D.图丁所示泊松亮斑是由于光的衍射形成的【答案】CD【详解】A.甲图为双缝干涉示意图，如果用白炽灯直接照射双缝，可知白炽灯光是由多种单色光组成，各单色光的波长不同，由双缝干涉条纹间距公式=%!可知，不同波长的光，产生的条纹间距不同，因此会a产生彩色条纹，在屏上不可以得到等宽、等亮的干涉条纹，故A错误；B.图乙所示用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到的明暗相间的干涉条纹，条纹间距越来越大，说明该区域薄膜厚度定沿X轴正方向逐渐变薄，故B错误；C.丙图为肥皂泡薄膜干涉示意图,将框架顺时针旋转90。，肥皂泡薄膜仍然是上薄下厚，条纹不会跟着顺时针旋转90。，故C正确：D.图丁为泊松亮斑，是由于光的衍射形成的，故D正确。故选CDo14. （2024河北邯郸统考二模）如图所示，半圆形玻璃砖的圆心为0、半径为R,折射率=2,一束单色光从C点垂直AB界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角为。时，光束折射后恰好能到达S点。已知真空中的光速为c,则（）A.Oe间的距离为。2B.入射角=60。C.光束从。点传播到S点用时或RcD.若用该单色光垂直照射整个AB面，则透光弧长为竽【答案】ACD【详解】A.画出光线从C点射人的光路图，如图所示11O由于玻璃破的折射率=2,根据SinC=厂5,可知临界角NCW=C=30。，由几何关系可得。C=一故A正确；B.当入射角为时，光束折射后恰好能到达S点，由几何关系可知，此时折射角与NQSC相等RZ"C1f_*OC2ISinzy2SinZOSC=-=J=：=-j=f根据"s:黑'解得Sina="sinN0SC=存，可知60°,故B错误；C.光束从C传播到S点经过距离S=VoC2+OS?=储,根据=£可知，光束在玻璃砖中的传2V播速度为U=£=，因此传播用时f=±=返，故C正确：D.若用该单色光垂直照射整个AB面，根出时称性可知在半圆弧AS8上有光透出的瓠长所对圆心角为603所以透光弧长为竽，故D正确。故选ACDe三、计算题（本题包括3小题，10分+10分+1。分共30分，解答过程请写出必要的文字说明和必需的物理演算过程，只写出最终结果的不得分）15. （2024全国校联考一模）如图所示，ABC。为一透镜的截面图，圆弧8力是一个以。为圆心的半圆面,AB边垂直于AC边，AB边与8边平行且相等，一束平行单色光垂直于AC边射向透镜。已知光在真空中的传播速度为c,光在该透镜中的传播速度为3c,求：3（1）该透镜的折射率；（2）圆弧BD上有光射出的区域对应圆心角的正弦值。【答案】（I）3;（2）工3【详解】（I）根据折射率与光传播速度的关系=EV得=y/3（2）如图所示，恰好发生全反射时SinC=LfsinC=cosC=3316. （2024陕西宝鸡统考模拟预测）如图所示是一玻璃球体，其半径为R,。为球心，AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点，来自8点的光线8。从。点射出，出射光线平行于A8,已知NA8Q=30。，光在真空中的传播速度为c,求：光线从B传播到D所用时间？若来自B点的光线射向M点，判断光线能否从M点射出玻璃球？【详解】如图，由几何知识可得入射角i=ZABD=30o则此玻璃的折射率为n=3snBD长度为s=2Rcos30o=3R光在玻璃球内传播的速度y=£=在Cn3故光线从B传到D的时间为iS 3R若来自B点的光线射向M点，入射角为f=45。ff11sinC=-J=<sin45on3所以会发生全反射，不能从M点射出玻璃球。17. （2023山东潍坊校考模拟预测）如图所示为某型号光的双缝干涉演示仪结构简图，玻璃砖的横截面为等腰直角三角形ABC,NA=90。，光源发出频率f=4.8×1014Hz的激光束。使激光束垂直AB面射入玻璃破，在BC面发生全反射，从AC面射出后，经过单缝和双缝，最后在光屏上呈现出干涉图样。已知玻璃砖的直角边长X=O.03m,双缝间距d=0.1mm,双缝离光屏的距离L=1.2m,光在真空中的传播速度为c=3.0×108mso求：（1）玻璃楂折射率的最小值和此折射率下光线在玻璃砖中传播的时间；（2）光屏上相邻亮条纹间的距离：（3）若仅将单缝的位置稍微下移，中央亮条纹在光屏上的位置将上移、下移还是不变？（不必回答理由）【详解】（1）由几何关系，光线在BC面上刚好能发生全反射的临界角C=45。，SinC=In得玻璃砖折射率的最小值n=2光线在玻璃中传播速度v=£n光线在玻璃中传播时间/=HV解得r=l%（2）波长九=1条纹间距盘=。2Cl解得Ar=7.5mm（3）若把单缝S从双缝加、S2的中心对称轴位置梢微向下移动，通过双缝舟、S2的光仍是相干光，仍可产生干涉条纹，如图所示股央亮纹的位置经过Sl、S2到S的路程差仍等于0,因ssi>SS2且sy+sp=ss2+S2P那么s<S2P则中央亮纹P的位置略向上移。