【优化探究】2014年新课标高考总复习人教物理选修3-4-2-2光的波动性电磁波相对论

光的波动性、电磁波、相对论1．(2013年淮安调研)下列说法中正确的是()A．人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射B．麦克斯韦预言并用实验证实了电磁波的存在C．离开地球的高速火箭里的人认为地球上人的寿命变长了D．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长有关解析：缝越窄(或障碍物的尺寸越小)，波长越长，衍射现象越明显，与超声波相比，声波的频率更小，波长更长(因为波速相同)，更容易发生衍射现象，故选项A正确；麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项B错误；选取火箭为参考系，地球在高速飞行，所以火箭里的人会感觉地球上的时间变慢了，即认为地球上人的寿命变长了，选项C正确；单摆做受迫振动的频率或周期由驱动力的频率或周期决定，与摆长无关，选项D错误．答案：AC2．(2012年高考上海单科)下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()A．甲为紫光的干涉图样B．乙为紫光的干涉图样C．丙为红光的干涉图样D．丁为红光的干涉图样解析：光通过双缝产生干涉图样，通过单缝产生衍射图样，选项C、D错误．而干涉图样为明暗相间的条纹，且条纹间距为Δx＝ldλ，光的波长越长，条纹间距越大，紫光的波长短，因而紫光干涉图样的条纹间距小，选项B正确．答案：B3．(2013年南通检测)下列说法中正确的是()A．照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜，利用了光的干涉原理B．光照射遮挡物形成的影轮廓模糊，是光的衍射现象C．太阳光是偏振光D．为了有效地发射电磁波，应该采用长波发射解析：太阳光是自然光，C错误；为了有效地发射电磁波，要满足的条件是：①足够高的频率；②振荡电路中的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，应该采用频率较高的中短波、微波发射，D错误．答案：AB4．下图是杨氏双缝干涉实验示意图，其中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为中央亮纹的中心，P1为第一级亮纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则()A．屏上干涉条纹的间距将变小B．屏上O点仍然为中央亮纹的中心C．屏上P1位置仍然可能为亮纹的中心D．屏上P1位置可能为暗纹的中心解析：干涉条纹间距Δx＝ldλ，d为双缝间距，d减小，Δx变大，A不正确；O点到双缝的光程差为零，所以O点始终是亮纹，B正确；P1到双缝的光程差小于一个波长，P1点有可能是暗条纹中心，故C不正确，D正确．答案：BD(时间：45分钟，满分：100分)[命题报告·教师用书独具]知识点题号光的衍射1、9光的干涉现象2、5、8、12相对论的理解及简单应用3、4、11电磁场和电磁波6、7光的偏振现象10一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分，每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．(2010年高考上海卷)声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为()A．声波是纵波，光波是横波B．声波振幅大，光波振幅小C．声波波长较长，光波波长很短D．声波波速较小，光波波速很大解析：建筑物尺度比较大，声波的波长与它相比，相差不大，能发生明显的衍射现象，而光波波长要小的多，不能发生明显的衍射现象，故C项正确．答案：C2．(2013年大同调研)下列说法中正确的是()A．光的偏振现象说明光是横波B．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场，均匀变化的电场产生均匀变化的磁场C．分别用红光和绿光在同一装置上进行双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距大D．狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，真空中的光速都是相同的解析：只有横波才发生光的偏振现象，所以光的偏振现象说明光是横波，选项A正确；根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，选项B错误；干涉条纹间距公式为Δx＝ldλ，因为红光波长大于绿光波长，所以用红光和绿光在同一装置上进行双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距大，选项C正确；由狭义相对论的两个基本原理知，选项D正确．答案：ACD3．在狭义相对论中，下列说法正确的有()A．一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速B．质量、长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态有关C．时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关D．在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，在其他一切惯性系中也是同时发生的解析：根据狭义相对论，光速是速度的极限值，所以A对；根据狭义相对论，长度、质量、时间间隔都与运运状态有关，且都给出了具体的计算公式，所以B对，C错；同时是相对的，D错．答案：AB4．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车内站立着一个中等身材的人，站在路旁边的人观察车里的人，观察的结果是()A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高解析：人是站着的，路旁的人观察到的车内的人沿车运动的方向上的长度(决定胖瘦)变短了，所以人变瘦，但人在垂直于车运动方向上的长度(决定身高)不变．答案：D5．(2012年高考全国理综)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有()A．改用红光作为入射光B．改用蓝光作为入射光C．增大双缝到屏的距离D．增大双缝之间的距离解析：光的干涉现象中，条纹间距公式Δx＝ldλ，即干涉条纹间距与入射光的波长成正比，与双缝到屏的距离成正比，与双缝间距离成反比．红光波长大于黄光波长，选项A正确；蓝光波长小于黄光波长，选项B错；应增大双缝到屏的距离，选项C正确；应减小双缝之间的距离，选项D错．答案：AC6．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是()A．电磁场是一种物质，它只能在真空中传播B．电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度方向互相平行C．由于微波衍射现象不明显，所以雷达用它测定物体的位置D．大气对蓝光的吸收较强，所以天空看起来是蓝色的解析：电磁场是一种特殊的物质，在真空、介质中都可以传播，A错误；电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度方向互相垂直，B错误；当太阳光通过空气时，太阳光中波长较长的红光、橙光、黄光都能穿透大气层，直接射到地面，而波长较短的青、蓝、紫等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈现出蓝色，D错误．答案：C7．应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是()解析：A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，所以A图中的下图是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B图正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差π2，所以C图是正确的；D图的上图是振荡电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图象与上图相比较，相位相差应为π2而不是π，所以D不正确．答案：BC8．(2013年成都模拟)用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图a是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图b是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°D．干涉条纹保持原来状态不变解析：金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误．答案：D9．(2013年天津模拟)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化()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：本题为光的衍射现象在工业生产中的实际应用，考查光的衍射现象，若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小，衍射现象较明显．通过观察屏上条纹的变化情况，从而监测抽制的丝的情况，故选A、D.答案：AD10．奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间．以下说法中正确的是()A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α解析：因为A、B的透振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后变成偏振光，通过B后到O.当在A、B间加上糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，使通过B到达O的光的强度不是最大，但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度．若偏振片B不动而将A旋转一个角度，再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A转过的角度也为α，故选项A、C、D正确．答案：ACD二、非选择题(本题共2小题，共30分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)11．(15分)长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体在运动方向长度缩短了，一艘宇宙飞船的船身长度为L0＝90m，相对地面以u＝0.8c的速度在一观测站的上空飞过．(1)观察站测得宇宙飞船的船身通过观察站的时间间隔是多少？(2)宇航员测得船身通过观察站的时间间隔是多少？解析：(1)观察站测得船身的长度为L＝L01－u2c2＝90×1－0.82m＝54m通过观察站的时间间隔为Δt＝L/u＝54m0.8c＝2.25×10－7s.宇航员测得船身通过观察站的时间间隔为Δt＝L0/u＝90m0.8c＝3.75×10－7s.答案：(1)2.25×10－7s(2)3.75×10－7s.12．(15分)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2.1×10－6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问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4×10－7m.(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m．当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.(3)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)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝λ1λ2得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m根据路程差Δx＝2.1×10－6m所以N1＝Δxλ1＝2.1×10－6m6×10－7m＝3.5由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx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sinC＝1n得n＝1sin37°＝53由此可知，B光在空气中波长λ3为：λ3＝nλ介＝53×3.15×10－7m＝5.25×10－7m由路程差Δx和波长λ的关系N2＝Δxλ3＝2.1×10－6m5.25×10－7m＝4可见，用B光做光源，P点为亮条纹．(3)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)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析