五年20162020高考物理真题专题点拨专题16光学电磁波相对论含解析

1专题16光学电磁波相对论【2020年】1.（2020·江苏卷）电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有（）A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机【答案】AB【解析】紫外灯的频率高，能量强，所以用于杀菌，属于电磁波的应用，A正确；X光的穿透能力较强，所以用于拍胸片，属于电磁波的应用，B正确；超声波雾化器是超声波的应用，与电磁波无关，C错误；彩超属于超声波的应用，与电磁波无关，D错误。故选AB。2.（2020·浙江卷）下列说法正确的是（）A.质子的德布罗意波长与其动能成正比B.天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性【答案】D【解析】由公式k2hhpmE可知质子的德布罗意波长1p，k1E，故A错误；天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线，故B错误；由kEhW，当0hW，可知截止频率与入射光频率无关，由材料决定，故C错误；电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性，故D正确。3.（2020·天津卷）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（）A.B.2C.D.【答案】D【解析】双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；故选D。4.（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【答案】B【解析】因为红外线的频率小于紫外线，根据Eh，可知红外线的光子能量比紫外线的低，故A错误；根据c，可知红外线的波长比紫外线的波长长，故B正确；真空中红外线和紫外线的传播速度是一样的，故C错误；光都具有偏振现象，故D错误。故选B。5.（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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t。玻璃片厚度为10，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（）3A.5tcB.152tcC.10tcD.15tc【答案】A【解析】光在玻璃中的传播速度为cvn，可知时间差10105tvcc，故选A。6.（2020·山东卷）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为2，只考虑由DE直接射向侧面AA'CC的光线。下列说法正确的是（）A.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的12B.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的23C.若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将增大D.若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将减小【答案】AC【解析】由题可知1sin2C，可知临界角为45o，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在AACC平面4上有一半的面积有光线射出，A正确，B错误；由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。故选AC。7.（2020·江苏卷）我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为_____。（取sin430.68cos430.73，，结果保留2位有效数字）【答案】(1).大(2).1.5【解析】[1]根据全反射定律1sinCn可知光钎内芯的折射率比外套的折射率大，这样光在内芯和外壳的界面上才能发生全反射，保证信息的传输。[2]折射率为111.5sin430.68n8.（2020·江苏卷）国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一、在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为t。已知电磁波在月壤层中传播的波长为，求该月壤层的厚度d。【答案】2ft【解析】电磁波的在土壤中传播速度满足vf，根据题意可知2dvt，解得土壤厚度为2fdt。9.（2020·浙江卷）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，5光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角60时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（）A.玻璃砖的折射率为1.5B.OP之间的距离为22RC.光在玻璃砖内的传播速度为33cD.光从玻璃到空气的临界角为30°【答案】C【解析】AB．作出两种情况下的光路图，如图所示设OPx，在A处发生全反射故有1sinxCnR，由于出射光平行可知，在B处射出，故sin60sinnOBPo由于22sinxOBPxR，联立可得3n，33xR，故AB错误；由cvn，6可得33vc，故C正确；由于13sin3Cn，所以临界角不为30°，故D错误。10.（2020·新课标Ⅱ）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）223sin4r【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θ，由几何关系，有θ=90°–（30°–r）60°①根据题给数据得sinθsin60°1n②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°③i'=90°–θ④sini=nsinr⑤nsini'=sinr'⑥联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得7223sin4r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.（2020·新课标Ⅲ）如图，一折射率为3的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，∠A=90°，∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。【答案】2【解析】设从D点入射光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为1，折射角为2，如图所示由折射定律有21sinsinn设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为，由几何关系有230代入题中数据解得230，sin1n，所以从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC边，AC边上全部有光射出。设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为，如图所示8由几何关系可知290根据已知条件可知sin1n即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射，反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF，由几何关系得sin30CFACAC边与BC边有光射出区域的长度比值为2ACCF。【2019年】1．（2019·北京卷）利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是A．甲对应单缝，乙对应双缝B．甲对应双缝，乙对应单缝C．都是单缝，甲对应的缝宽较大D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大【答案】A【解析】根据单缝衍射图样和双缝干涉图样特点判断。单缝衍射图样为中央亮条纹最宽最亮，往两边变窄，双缝干涉图样是明暗相间的条纹，条纹间距相等，条纹宽度相等，结合图甲，乙可知，甲对应单缝，乙对应双缝，故A正确，BCD错误。2．（2019·北京卷）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子相对光电流大小逸出光电子9的能量/eV光强/mA的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大【答案】B【解析】由爱因斯坦质能方程k0EhW比较两次实验时的逸出功和光电流与光强的关系解题。由题表格中数据可知，两组实验所用的入射光的能量不同，由公式Eh可知，两组实验中所用的入射光的频率不同，故A正确；由爱因斯坦质能方程0kEhW可得：第一组实验：100.94.0W，第二组实验：022.96.0W，解得：01023.1eVWW，即两种材料的逸出功相同也即材料相同，故B错误；由爱因斯坦质能方程k0EhW可得：k(5.03.1)eV=1.9eVE，故C正确；由题表格中数据可知，入射光能量相同时，相对光越强，光电流越大，故D正确。3．（2019·天津卷）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如10下图所示，其中实验操作正确的是______。③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n______。（用图中线段的字母表示）【答案】①AD②D③ACBD【解析】①采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的直线度，因此AD正确，光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误，应选用细一点的大头针因此C错误。②根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光，又因发生了折射因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移，因此D正确，ABC错误；③由折射定律可知折射率sinsinAOCnBOD，sinACAOCR，sinBDBODR，联立解得ACnBD。4．（2019·江苏卷）将两支铅笔