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专题十六光学电磁波与相对论初步考点一光的折射与全反射1.(2021北京,2,3分)如图所示的平面内,光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖,出射光为b、c两束单色光。
下列说法正确的是()A.这是光的干涉现象B.在真空中光束b的波长大于光束c的波长C.玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D.在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度2.(2021天津,2,5分)光刻机是制造芯片的核心装备,利用光源发出的紫外线,将精细图投影在硅片上,再经技术处理制成芯片。
为提高光刻机清晰投影最小图像的能力,在透镜组和硅片之间充有液体。
紫外线进入液体后与其在真空中相比()A.波长变短B.光子能量增加C.频率降低D.传播速度增大3.(2021辽宁,4,4分)一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光,光路如图所示。
比较内芯中的a、b两束光,a光的()A.频率小,发生全反射的临界角小B.频率大,发生全反射的临界角小C.频率小,发生全反射的临界角大D.频率大,发生全反射的临界角大4.[2021全国甲,34(1),5分]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3.0×108m/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)。
5.[2018课标Ⅰ,34(1),5分]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点射出时的折射角(填“小于”“等于”或“大于”)60°。
6.[2021湛江二模,16(1)]如图所示,容器中装有某种透明液体,深度为h,容器底部有一个点状复色光源S,光源S可发出两种不同频率的单色光。
液面上形成同心圆形光斑Ⅰ、Ⅱ,测得光斑Ⅰ的直径为d1,光斑Ⅱ的直径为d2。
光学 电磁波和相对论1、折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象．2、折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．表达式：sin θ1sin θ2＝n 12，式中n 12是比例常数.注：在光的折射现象中，光路是可逆的．3、折射率：光从真空（或空气）射入某种介质发生折射时，入射角i 的正弦与折射角r 的正弦比值。
反映了光在介质中的偏折程度，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小．定义式：n ＝sin θ1sin θ2，不能说n 与sin θ1成正比，与sin θ2成反比．折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定．计算式：n ＝cv ，因为v <c ，所以任何介质的折射率都大于1.注：七色光（红橙黄绿蓝靛紫）的折射率逐渐增大。
4、全反射现象：光从光密介质向光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象．条件：①光从光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角． 注：（1）当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了．（能量守恒）（2）对两种不同的介质，折射率较小的介质叫光疏介质，折射率较大的介质叫光密介质。
（3）临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C ，则sin C ＝1n .介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小．5、光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象． 光的色散现象说明：①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢．6、光的干涉: 在光重叠区域出现加强或减弱的现象双缝干涉产生的条件: 两列光波的频率相同、相位差恒定．注：（1）单色光：①光的路程差r 2－r 1＝kλ(k ＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹．②光的路程差r 2－r 1＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．单色光双缝干涉的相邻亮条纹或暗条纹间距公式：Δx ＝ldλ（2）白光：中央为白色条纹，两边为彩色条纹．（3）薄膜干涉：由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象。
解密19电磁波相对论Χγ2T⎧⎪⎧⎪⎨⎪⎩⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎨⎪⎧⎪⎨⎪⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪=⎪⎩⎩电磁场有足够高的振荡频率有效发射电磁波条件开放的振荡电路电磁波是横波电磁波特点传播不需要介质，具有波的共性能脱离“波源”独立存在电磁波变化的磁场产生电场麦克斯韦与电磁场理论的两大支柱变化的电场产生磁场电磁波谱：无线电波；红外线；可见光；紫外线；射线；射线振荡电流的产生电磁震荡周期：电磁波原理相对论广义相对论相对论222Δ1ΔΔl l tu vm uu ucE mc E mc⎧⎪⎪⎧⎧⎪⎨⎩⎪⎪⎧⎨⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎩⎧⎨⎨⎩⎧=⎪⎪⎪⎪'+⎪=⎨'⎪+⎪⎪==⎪⎪⎩一切物理规律在任何参考系中都是相同的（广义相对性原理）等效原理物质的引力使光线弯曲结论引力红移水星轨道近日点的进动一切物理规律在惯性参考系中都是相同的（狭义相对论性原理）狭义相对论光速不变原理相对论公式，⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩考点1电磁波与电磁振荡一、麦克斯韦电磁场理论1．理论内容变化的磁场能够产生电场，变化的电场能够产生磁场。
根据这个理论，周期性变化的电场和磁场相互联系，交替产生，形成一个不可分割的统一体，即电磁场。
2．深度理解（1）恒定的电场不产生磁场。
（2）恒定的磁场不产生电场。
（3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。
（4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。
（5）振荡电场产生同频率的振荡磁场。
（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场。
3．相关概念及判断方法（1）变化的磁场产生的电场叫感应电场；变化的电场产生的磁场叫感应磁场。
（2）感应电场与感应磁场的场线都是闭合的曲线，而且互相正交、套连。
（3）感应电场的方向可由楞次定律判定，感应磁场的方向可由安培定则判定。
二、电磁波1．电磁波的产生如果在空间某区域中有周期性变化的电场，救护在空间引起周期性变化的磁场，这个周期性变化的磁场又会在较远的空间引起新的周期性变化的电场，新的周期性变化的电场又会在更远的空间引起新的周期性变化的磁场······这样，电磁场就由远及近向周围空间传播开去，形成了电磁波。
电磁波相对论物理1.(2014四川，2，6分)电磁波已广泛运用于很多领域。
下列关于电磁波的说法符合实际的是()A.电磁波不能产生衍射现象B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同[答案] 1.C[解析] 1.衍射现象是波特有的现象,故电磁波能发生衍射现象,A错误。
遥控器是通过发出的红外线脉冲信号遥控电视机的,B错误。
根据多普勒效应,当天体相对地球运动时,我们接收到来自天体的电磁波频率发生变化,根据其变化可判断遥远天体相对地球的运动速度,C正确。
光在真空中的速度是定值,在任何惯性系中测出的数值应相同,D错误。
2.（2012浙江理综，20，中）为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图所示. 当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中产生周期T=2π的振荡电流. 当罐中的液面上升时（）A. 电容器的电容减小B. 电容器的电容增大C. LC回路的振荡频率减小D. LC回路的振荡频率增大[答案] 2.BC[解析] 2.由C=可知，当液面上升时，ε增大，C增大，A错误，B正确. 由T=2π可知，T增大，频率减小，C正确，D错误.3.（2010天津理综，1，易）下列关于电磁波的说法正确的是（）A. 均匀变化的磁场能够在空间产生电场B. 电磁波在真空和介质中传播速度相同C. 只要有电场和磁场，就能产生电磁波D. 电磁波在同种介质中只能沿直线传播[答案] 3. A[解析] 3. 变化的磁场就能产生电场，A正确. 若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，C错. 光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同，可判断B错. D选项中没有强调是“均匀”介质，若介质密度不均匀会发生折射，故D 错.4.（2010上海单科，7，易）电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是（）A. 无线电波、红外线、紫外线、γ射线B. 红外线、无线电波、γ射线、紫外线C. γ射线、红外线、紫外线、无线电波D. 紫外线、无线电波、γ射线、红外线[答案] 4. A[解析] 4.在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线等，所以A项对.5.（2009四川理综，14，易）关于电磁波，下列说法正确的是（）A. 雷达是用X光来测定物体位置的设备B. 使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C. 用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D. 变化的电场可以产生变化的磁场[答案] 5.D[解析] 5.均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，电场的变化有以上两种可能，故D正确.6.（2011江苏单科，12B（1），中）如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B 和C. 假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（）A. 同时被照亮B. A先被照亮C. C先被照亮D. 无法判断[答案] 6. C[解析] 6.因列车沿AC方向接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生可知C先被照亮，答案为C.7.（2010北京理综，13，中）属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中（）A. 真空中光速不变B. 时间间隔具有相对性C. 物体的质量不变D. 物体的能量与质量成正比[答案] 7.A[解析] 7.狭义相对论的两条假设分别是：在不同的惯性参考系中，真空中的光速不变和一切物理规律相同.8.（2009北京理综，15，中）类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率. 在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处. 某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是（）A. 机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B. 机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C. 机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D. 机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波[答案] 8.D[解析] 8.电磁波是电磁场传播形成的. 在传播过程中电场的电场强度E和磁场的磁感应强度B的方向都与波的传播方向垂直，场强E的方向可以理解为波的“振动”方向，所以电磁波应为横波. 故选D.9.（2009江苏单科，12B（1），中）如图甲所示，强强乘坐速度为0. 9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0. 5c. 强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为. （填写选项前的字母）A. 0. 4cB. 0. 5cC. 0. 9cD. 1. 0c[答案] 9. D[解析] 9. 据光速不变原理知光速与参考系无关，D项正确.10.（2008江苏单科，12B（2），中）惯性系S中有一边长为l的正方形（如图A所示），从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图像是.[答案] 10. C[解析] 10. 由l=l0可知，沿速度方向即x方向的长度变短了，而垂直于速度方向即y 轴上的边长不变，故C对.11.（2012天津理综，1，易）下列说法正确的是（）A. 采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期B. 由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C. 从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力D. 原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量[答案] 11.B[解析] 11.放射性元素的半衰期由元素的原子核来决定，与元素以单质或化合物的形式存在无关，与压强、温度无关，即与化学、物理状态无关，故A项错误. 由玻尔理论可知，氢原子从激发态跃迁到基态的过程放出光子，B项正确. 从高空对地面进行遥感摄影是利用红外线良好的穿透能力，C项错误. 核子结合成原子核放出核能，因此核子单独存在时的总质量大于结合成原子核时核的质量，D项错误.12.（2012山西山大附中高三第一次模拟，34（1））关于振动和波动, 下列说法正确的是(填入正确选项前的字母. 选对1个给3分, 选对2个给4分, 选对3个给6分;选错1个扣3分, 最低得0分)()A. 单摆做简谐运动的周期与摆球的质量及当地的重力加速度有关B. 部队过桥不能齐步走而要便步走, 是为了避免桥梁发生共振现象C. 在波的干涉中, 振动加强的点位移不一定始终最大D. 各种波均能发生干涉、衍射、偏振等现象E. 电磁波是横波, 它能传递信息与能量[答案] 12.BCE[解析] 12.由T=2π知T与g有关但与质量m无关,A错误.部队过桥齐步时会对桥产生周期性的驱动力,且其频率与桥梁的固有频率接近而易引发共振,故B正确.在波的干涉中,振动加强的点仍是振动的,其位移在0至最大值间变化,而振动减弱点的振幅不一定为0,故C正确.偏振是横波所特有的现象,D错误.电磁波是横波,且所有波都能传递信息与能量,E正确.13.（2012衡水高三第三次模拟，34(1)）下列说法正确的是()A. 一条沿自身长度方向运动的杆, 其长度总比杆静止时的长度小B. 在LC振荡电路中, 当电容器两极板的电压正在增大时, 电容器处于充电状态C. 做受迫振动的弹簧振子, 其振动周期等于它的固有周期D. 全息照相的拍摄利用了光的干涉原理, 这就要求参考光和物光有很高的相干性, 因此激光出现以后全息照相技术得到了长足的发展E. 电磁波谱中波长最短的是X射线, 利用X射线能透视人体的骨骼[答案] 13.ABD[解析] 13.由爱因斯坦相对论中长度收缩效应可知A正确.电容器两极板的电压正在增大时,所带电荷量正在增加,故电容器一定是处于充电状态,B正确.受迫振动中物体的振动周期等于驱动力的周期,与物体的固有周期无关,C错误.全息照相利用激光的干涉记录了光的强度信息与相位信息,D正确.电磁波谱中波长最短的是γ射线,E错误.14.（2012陕西五校高三第三次模拟，34(1)）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[答案] 14.BD[解析] 14.变化的磁场周围一定产生电场, 非均匀变化的磁场才产生变化的电场, 电场产生磁场时情况相同, A错误. 因电磁波辐射本领与频率的4次方成正比, 且开放电路能使电磁波处于更大空间范围内, 故B正确. 检查光学平面平整程度利用的是光的薄膜干涉, C错误. 由m=可见, 当v≪c时m≈m0, 故D正确.15.（2012河南六市二联（1））下列说法正确的是. （选对一个给3分, 选对两个给4分, 选对三个给6分. 每选错一个扣3分, 最低得分为0分）A. 在人类历史上赫兹首先证实了电磁波的存在B. 在水中红光比紫光传播得快C. 绿光比红光更容易发生衍射D. 在不同的惯性系中观察到真空中的光速是不相同的E. 在“利用单摆测重力加速度”的实验中, 测量单摆振动的周期应从小球摆到最低点时开始计时[答案] 15.ABE[解析] 15.麦克斯韦预言了电磁波的存在, 赫兹首先从实验上加以证实, A正确. 紫光折射率大于红光折射率, 由v=知B正确. 绿光波长小于红光波长, 而波长越长波动性越显著, C错误. 光速不变是狭义相对论的两个基本原理之一, D错误. 小球经过最低点时速度最大, 滞留时间最短, 引起的测量误差小, 故E正确.16.（2012辽宁高考压轴卷（1））以下物理学知识的相关叙述, 其中正确的是（）A. 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振B. 变化的电场周围不一定产生变化的磁场C. 交警通过发射超声波测量车速是利用了波的干涉原理D. 狭义相对论认为, 在惯性参考系中, 光速与光源、观察者间的相对运动无关E. 在“用单摆测重力加速度”的实验中, 测量n次全振动的总时间时, 计时的起始位置应选在小球运动到最低点时为宜[答案] 16.BDE[解析] 16.检查平面的平整度利用的是光的薄膜干涉, A错误. 均匀变化的电场产生恒定的磁场, 非均匀变化的电场才产生变化的磁场, B正确. 超声波测量车速是利用波的多普勒效应, C 错误. 光速不变是狭义相对论的两条基本假设之一, D正确. 小球运动到最低点时速度最大, 滞留时间最短, 易于判定小球经过最低点的时刻, 测量误差较小, E正确.17.(四川成都市2013届高中毕业班第三次诊断性检测,1) 下列说法正确的是A.在麦克斯韦预言的基础上，赫兹通过实验证实了电磁波的存在B.所有波都能发生偏振现象C.相对论质能关系式为E=mcD.1 µF=1X10-3 F[答案] 17.A[解析] 17.在麦克斯韦预言的基础上，赫兹通过实验证实了电磁波的存在, A项正确；偏振现象是横波特有的性质，B项错；相对论质能关系式为E=mc2，C项错；1 µF=1X10-6 F，D项错。
光学 电磁波 相对论考点 考大纲求专家解读1光的折射定律Ⅱ 本章知识是高考考察的要点之一。
本章常考察的知识点有：光的折射定律的理解及应用、光的全反射现象及临界角的计算及光的干预、衍射等。
2 折射率 Ⅰ 3全反射、光导纤维Ⅰ4光的干预、衍射和偏振现象 Ⅰ5变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁涉及其流传 Ⅰ6 电磁波的产生、发射和接收 Ⅰ7 电磁波谱Ⅰ 8 狭义相对论的基本假定 Ⅰ9质速关系、质能关系Ⅰ 10 相对论质能关系式Ⅰ11实验：测定玻璃的折射率 实验：用双缝干展望光的波长纵观近几年高考试题，展望2019年物理高考试题还会考：估计今年高考将对光的折射及全反反射等知识进行考察，望复习中增强知识的理解和题目的训练。
考向01 光的折射 全反射（1）考大纲求理解折射率的观点，掌握光的折射定律；掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算．（2）命题规律剖析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实质应用的联系，作出正确的光路图，可能出现计算题和作图题。
事例1．如图，是向来角三棱镜的横截面，，，一细光束从BC边的D 点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。
EG垂直于AC交BC于G，D恰巧是CG的中点。
不计多次反射。
（i）求出射光有关于D点的入射光的偏角；（ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【根源】2018年一般高等学校招生全国一致考试物理（全国II卷）【答案】（1）δ=60° （2）①式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光芒在BC面上的入射角和折射角。
光芒在AC面上发生全反射，由反射定律有i2=r2②式中i2和r2分别是该光芒在AC面上的入射角和反射角。
光芒在AB面上发生折射，由折射定律有③式中i3和r3分别是该光芒在AB面上的入射角和折射角。
由几何关系得i2=r2=60°，r1=i3=30°④F点的出射光有关于D点的入射光的偏角为δ=（r1–i1）+（180°–i2–r2）+（r3–i3）⑤由①②③④⑤式得δ=60°⑥点睛：此题考察了几何光学，办理此类题的方法一般是正确画光路牟利用几何关系求偏角，还要知道全发射的条件是什么。
