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2016年高考物理五年高考真题经典汇编与解析---光学部分

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考点一光的折射和全反射1．[2015·新课标全国Ⅱ，34(1)，5分](难度★★★)(多选)如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线．则( )A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B．在真空中，a光的波长小于b光的波长C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失E．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距解析由题图可知,a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律可以判断出玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故C错误；根据n＝cv可知，在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度，故A正确；a光的频率大于b光的频率,根据λ＝cν可知，在真空中a光的波长小于b光的波长，故B正确；若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，因为a光的折射率大，则折射光线a首先消失,故D正确；a光的波长小于b光的波长，分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，故E错误．答案ABD2．(2015·安徽理综，18，6分)(难度★★★)如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气．当出射角i′和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ.已知棱镜顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为( )A.sinα＋θ2sinα2B.sinα＋θ2sinθ2C.sin θsin （θ－α2）D.sin αsin （α－θ2）解析 由题图可知,a 光的折射角大于b 光的折射角，根据折射定律可以判断出玻璃砖对a 光的折射率大于对b 光的折射率，故C 错误；根据n ＝cv可知， 在玻璃中,a 光的传播速度小于b 光的传播速度，故A 正确；a 光的频率大于 b 光的频率,根据λ＝cν可知，在真空中a 光的波长小于b 光的波长，故B 正 确；若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，因为a 光的折射率大，则折射光线a 首先消失,故D 正确；a 光的波长小于b 光的波长，分别用a 、b 光在 同一个双缝干涉实验装置上做实验,a 光的干涉条纹间距小于b 光的干涉条 纹间距，故E 错误．答案 A3．(2015·福建理综，13，6分)(难度★★)如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为 两束单色光a 、b ,波长分别为λa 、λb ，该玻璃对单色光a 、b 的折射率分别为 n a 、n b ，则( )A ．λa ＜λb ，n a ＞n bB ．λa ＞λb ，n a ＜n bC ．λa ＜λb ，n a ＜n bD ．λa ＞λb ，n a ＞n b解析 由题图知，三棱镜对b 光的折射率较大，所以n a ＜n b .又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，故b 光的频率大于a 光的频率，又根据c ＝λν，所以b 光的波长小于a 光的波长，即λa ＞λb ，所以B 正确，A 、C 、D 错误．答案 B4．(2015·天津理综,2，6分)(难度★★)中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”．从物理学角度 看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的．右图是彩虹成因的 简化示意图，其中a 、b 是两种不同频率的单色光，则两光( )A ．在同种玻璃中传播，a 光的传播速度一定大于b 光B ．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b 光侧移量大C ．分别照射同一光电管，若b 光能引起光电效应，a 光也一定能D ．以相同的入射角从水中射入空气,在空气中只能看到一种光时，一定是a光解析 由题图可知，a 光的折射率大于b 光的折射率，即n a ＞n b ，有f a ＞f b ，B 错误，C 正确；由v ＝c n知a 光在玻璃中的传播速度小于b 光，A 错误；由 sin C ＝1n知a 光的全反射临界角小于b 光，D 错误．答案 C5．(2015·四川理综，3，6分)(难度★★)直线P 1P 2过均匀玻璃球球心O ，细光束 a 、 b 平行且关于P 1P 2对称，由空气射入玻璃球的光路如图．a 、b 光相比( )A ．玻璃对a 光的折射率较大B ．玻璃对a 光的临界角较小C ．b 光在玻璃中的传播速度较小D ．b 光在玻璃中的传播时间较短解析 由图可知，b 折射程度较大，故玻璃对b 的折射率较大，A 错误；由sinC ＝1n 知b 的临界角较小,B 错误；由v ＝c n 知，b 在玻璃中的传播速度较小， C 正确；由t ＝s v知,b 在玻璃中传播距离大且传播速度小，故b 在玻璃中的传 播时间较长，D 错误．答案 C6．(2014·北京理综，20，6分)(难度★★)以往，已知材料的折射率都为正值(n ＞0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n＜0)，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足sin isin r＝n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n＝－1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是( )解析折射线与入射线应位于法线的同一侧，故选项A、D错误．因为材料折射率n＝－1,在电磁波由空气进入介质的入射点，sin α＝－sin (－β)，得α＝β，则C项错；故正确选项为B.答案 B7．[2014·重庆理综，11(1)，6分](难度★★★)打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范围内，才能使从MN 边垂直入射的光线,在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况)，则下列判断正确的是( )A．若θ＞θ2，光线一定在OP边发生全反射B．若θ＞θ2，光线会从OQ边射出C．若θ＜θ1，光线会从OP边射出D．若θ＜θ1，光线会在OP边发生全反射解析作出θ1＜θ＜θ2时的光路如图所示.由图中几何关系有i1＝90°－θ，2θ＋90°－i1＋90°－i2＝180°,即i1＋i2＝2θ.则有i2＝3θ－90°.可见θ越大时i2越大、i1越大．要使光线在OP上发生全反射，应有i1≥C，即θ≤90°－C；要使光线在OQ上发生全反射，应有i2≥C，即θ≥30°＋C3.可见在OP 边和OQ边都发生全反射时应满足θ1＜30°＋C3≤θ≤90°－C＜θ2.故当θ＞θ2时一定有θ＞90°－C,光线一定不会在OP边上发生全反射,同时也一 定有θ＞30°＋C 3，即光线若能射在OQ 边上，一定会发生全反射，故A 、B皆错误．当θ＜θ1时，一定有θ＜90°－C ，即光线一定在OP 边发生全反射， C 错误，D 正确．答案 D8．(2014·福建理综，13，6分)(难度★★)如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是( )解析 光束沿玻璃砖半径射向O 点，在界面处入射角大于临界角时，发生全反射，小于临界角时，在空气中的折射角大于入射角，A 正确，C 错误；当 光束由空气射向玻璃砖时，由发生全反射的条件可知B 错误；在玻璃中的折 射角应小于入射角，D 错误．答案 A9．(2014·四川理综，3，6分)(难度★★★)如图所示，口径较大、充满水的薄壁 圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球．则( )A ．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B ．小球所发的光能从水面任何区域射出C ．小球所发的光从水中进入空气后频率变大D ．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大解析 设发光小球在P 点,如图甲,当发光小球不在缸底中心O 时，仍有光线从侧面射出,所以A 错误；光从水面射入空气时,当入射角大于临界角时，会 发生全反射现象，如图乙，只有在入射角θ小于临界角C 的范围内光才能从 水面射出，B 错误；光从一种介质进入另一种介质时，频率保持不变，C 错 误；光在水中的传播速度v ＝cn，光在空气中的传播速度近似等于真空中的传 播速度c ，所以D 正确．答案 D10．(2013·福建理综,14，6分)(难度★★)一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜．下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是( )解析本题考查光的折射，意在考查考生对折射率以及折射定律的理解．红光和紫光的折射率不同，红光的折射率较小,对比各选项中的图象可知选B.答案 B11．(2013·浙江理综,16，6分)(难度★★)与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的.小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是( )A．地球上有人用红色激光照射月球B．太阳照射到地球的红光反射到月球C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹解析小虎同学观看月全食时看到的整个月亮是暗红的，这是由于太阳光中的红光经地球的大气层折射到月球而形成的，则C项正确，其他选项错误．答案 C12．(2013·天津理综,8，6分)(难度★★★★)(多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线，足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光斑消失,继续增大θ角，当θ＝β时，光 屏NQ 区域B 光的光斑消失，则( )A ．玻璃砖对A 光的折射率比对B 光的大 B ．A 光在玻璃砖中传播速度比B 光的大C ．α＜θ＜β时，光屏上只有1个光斑D ．β＜θ＜π2时，光屏上只有1个光斑解析 当θ较小时，屏上NQ 区域有两个光斑，这是两种单色光折射后折射程度不同的结果，当θ＝α时NQ 区域A 光消失，说明A 光发生了全反射，A 光发生全反射的临界角为α，同理，B 光发生全反射的临界角为β，由于β>α， 由n ＝1sin C可知，B 光的折射率小，A 项正确；由v ＝c n可知，B 光在半圆形 玻璃砖中传播速度较大，B 项错误；α<θ<β时,NQ 区域只有一个光斑，而由 于光的反射，在NP 区域还有一个光斑，β<θ<π2时，两种单色光全部发生 全反射．在NQ 区域没有光斑,在NP 区域有一个由全反射形成的光斑，D 项 正确．答案 AD13．[2015·江苏单科,12B(3)](难度★★)人造树脂是常用的眼镜镜片材料．如图所示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P 点．已知光线的入射角为30°，OA ＝5 cm ，AB ＝20 cm ，BP ＝12 cm ，求该人造树脂材 料的折射率n .解析 设折射角为γ，由折射定律n ＝sin isi n γ，其中i ＝30°由几何关系知 sin γ＝BP －OAOP，且OP ＝（BP －OA ）2＋AB2代入数据解得n ＝44914(或n ＝1.5)答案44914(或n＝1.5)14．[2015·山东理综，38(2)](难度★★★)半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体，过其轴线OO′的截面如图所示．位于截面所在平面内的一细束光线，以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出．当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B点恰好发生全反射．求A、B两点间的距离．解析光路如图；当光线从A点射出时，设折射角为r，由光的折射定律可知：n＝sin i0sin r，则A 点到左端面的距离为x1＝Rtan r；若在B点发生全反射时，则sin C＝1n，故B 点离左端面的距离x2＝R tan C，联立解得A、B间的距离为Δx＝x2－x1＝R(1n2－1－n2－sin2i0sin i0)答案R(1n2－1－n2－sin2i0sin i0)15. [2015·海南单科，16(2)，8分](难度★★★)一半径为R的半圆柱形玻璃砖，横截面如图所示．已知玻璃的全反射临界角γ(γ＜π3)．与玻璃砖的底平面成(π2－γ)角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上．经柱面折射后，有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出．若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光．求底面透光部分的宽度．解析光路图如图所示，沿半径方向射入玻璃砖的光线，即光线①射到MN 上时，根据几何知识，入射角恰好等于临界角，即恰好在圆心O处发生全反射，光线①左侧的光线，经球面折射后，射到MN上的角一定大于临界角，即在MN上发生全反射，不能射出，光线①右侧的光线射到MN上的角小于临界角，可以射出，如图光线③与球面相切，入射角θ1＝90°，折射角即为γ，从MN上垂直射出．根据几何知识，底面透光部分的宽度OE＝R sin γ答案R sin γ16．[2014·新课标全国Ⅱ，34(2)，10分](难度★★★)一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率．解析如图，考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的A′点折射，根据折射定律有n sin θ＝sin α①式中，n是玻璃的折射率，θ是入射角，α是折射角．现假设A′恰好在纸片边缘．由题意，在A′点刚好发生全反射，故α＝π2②设AA′线段在玻璃上表面的投影长为L，由几何关系有sin θ＝LL2＋h2③由题意，纸片的半径应为R＝L＋r④联立以上各式得n＝1＋（hR－r）2⑤答案1＋（hR－r）217．[2014·新课标全国Ⅰ，34(2)，9分](难度★★★)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n＝2.(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距32R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置．解析(1)在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图．由全反射条件有sin θ＝1 n ①由几何关系有OE＝R sin θ②由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l＝2OE③联立①②③式，代入已知数据得l＝2R④(2)设光线在距O点32R的C点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系及①式和已知条件得α＝60°＞θ⑤光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图．由反射定律和几何关系得OG＝OC＝32R⑥射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出．答案 (1)2R (2)见解析18．[2014·山东理综，38(2)](难度★★★)如图，三角形ABC 为某透明介质的横 截面，O 为BC 边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O 以角i 入射， 第一次到达AB 边恰好发生全反射．已知θ＝15°，BC 边长为2L ，该介质的 折射率为2.求：(1)入射角i ；(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c ，可能用 到：sin 75°＝6＋24或tan 15°＝(2－3)．解析 (1)根据全反射规律可知，光线在AB 面上P 点的入射角等于临界角C ，由折射定律得sin C ＝1n①代入数据得C ＝45°②设光线在BC 面上的折射角为r ，由几何关系得r ＝30°③由折射定律得n ＝sin isin r④联立③④式，代入数据得i ＝45°⑤(2)在△OPB 中，根据正弦定理得OP sin 75°＝Lsin 45°⑥设所用时间为t ，光线在介质中的速度为v ，得OP＝v-t⑦v＝c n ⑧联立⑥⑦⑧式，代入数据得t＝6＋22cL⑨答案(1)45°(2)6＋2 2cL19．[2014·江苏单科，12B(3)](难度★★★)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图见题图．一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射．设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c，求光从a到b 所需的时间t.解析设光在鳞片中的折射角为r，折射定律sin i＝n sin r在鳞片中传播的路程l1＝2dcos r，传播速度v＝cn，传播时间t1＝l1v，解得t1＝2n2dc n2－sin2 i同理，在空气中的传播时间t2＝2h ccos i则t＝t1＋t2＝2n2dc n2－sin2 i＋2hccos i答案2n2dc n2－sin2 i＋2hccos i20．[2013·江苏，12B(3)，4分](难度★★)右图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA 上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出．若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？(计算结果可用三角函数表示)解析由题意知，光线经界面CD和EA两次反射后传播方向改变了90°，光线在两界面上反射时，反射角与入射角的和都为45°，则对应的入射角α＝22.5°则折射率最小值n＝1sin 22.5°答案1sin 22.5°21．[2012·新课标全国卷，34(2)，9分](难度★★★★)一玻璃立方体中心有一点状光源．今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体．已知该玻璃的折射率为2，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值．解析光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体，则表示光线第一次到达表面时需要发生反射，则全反射区域不需要镀膜，非全反射区域需要镀膜．考虑从玻璃立方体中心O点发出一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射，由折射定律可知n sin θ＝sin α①式中，n为折射率，θ为入射角，α为折射角．现假设A点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点．由题意，在A点恰好发生全反射，故αA＝π2②如图所示，设线段OA在立方体上表面的投影长为R A，由几何关系有sin θA＝RAR2A＋（a2）2③式中a为玻璃立方体的边长．由①②③式，并代入数据得R A＝a2n2－1＝a2④由题意，上表面所镀面积最小的不透明薄膜应是半径为R A的圆，所求的镀膜面积S′与玻璃立方体的表面积S之比为S′S ＝6πR2A6a2⑤由④⑤两式得S′S＝π4答案π4考点二光的干涉、衍射和偏振1．[2015·重庆理综，11(1)，6分](难度★★)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明．两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示．M、N、P、Q点的颜色分别为( )A．紫、红、红、紫B．红、紫、红、紫C．红、紫、紫、红D．紫、红、紫、红解析玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知M点为紫色、N点为红色，P点为红色，Q点为紫色，故A项正确．答案 A2．(2014·天津理综，8，6分)(难度★★★)(多选)一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a、b两束，如图所示，则a、b两束光( )A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光长B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小D．若照射同一金属都能发生光电效应，b光照射时逸出的光电子最大初动能大解析由图知n a＞n b，则由n＝cv知v a＜v b，故由t＝dv知t a＞t b，A正确；由sinC＝1n知C a＜C b，故B正确；因对同种介质频率越大、波长越短时折射率越大，故λa＜λb，结合双缝干涉条纹宽度Δx＝Ldλ可知C错误；由光电效应方程E km＝hν－W＝hcλ－W可知，同一金属W相同时，a光频率高，用a光照射时逸出的光电子最大初动能大，D错误．答案AB3．(2014·大纲全国，17，6分)(难度★★)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为( )A．2.06×10－7 m B．2.06×10－4 mC．1.68×10－4 m D．1.68×10－3 m解析由Δx＝ldλ可得双缝间距d＝lΔx·λ＝1.00×589×10－90.350×10－2m＝1.68×10－4m，选项C正确．答案 C4. [2014·江苏单科，12B(1)](难度★★)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到题(甲)图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如题 (乙) 图所示．他改变的实验条件可能是( )A．减小光源到单缝的距离B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏之间的距离D．换用频率更高的单色光源解析由(甲)和(乙)两图可知改变条件以后条纹变宽，由Δx＝ldλ可知，只有B正确．答案 B5．(2014·浙江理综，18，6分)(难度★★★)(多选)关于下列光学现象，说法正确的是( )A ．水中蓝光的传播速度比红光快B ．光从空气射入玻璃时可能发生全反射C ．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D ．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽解析 因为频率f 蓝>f 红，则n 蓝>n 红，又因为在水中v ＝c n，得到v 蓝<v 红，则A错；光线由光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射，则B 错；在岸 边看水中物体时比实际深度浅，则C 项正确；Δx ＝L dλ，λ红＞λ蓝，同一装 置L /d 相同，所以用红光时条纹间距更宽，D 项正确．答案 CD6．(2012·天津理综，6，6分)(难度★★★)(多选)半圆形玻璃砖横截面如图，AB 为直径，O 点为圆心．在该截面内有a 、b 两束单色可见光从空气垂直于AB 射入玻璃砖，两入射点到O 的距离相等．两束光在半圆边界上反射和折射的 情况如图所示，则a 、b 两束光( )A ．在同种均匀介质中传播，a 光的传播速度较大B ．以相同的入射角从空气斜射入水中，b 光的折射角大C ．若a 光照射某金属表面能发生光电效应，b 光也一定能D ．分别通过同一双缝干涉装置，a 光的相邻亮条纹间距大解析 根据题意，a 、b 两束光在半圆形玻璃界面以相同入射角入射时b 光发生了全反射而a 光没有发生全反射，根据sin C ＝1n可知b 光折射率大，根据 折射率定义式n ＝sin i sin r 可知选项B 错误；又根据n ＝cv可知b 光在同一均匀介 质中传播速度小于a 光，选项A 正确；b 光折射率大，其频率也大，则a 光 若能使某种金属发生光电效应，b 光也一定能使该金属发生光电效应，选项 C 正确；a 光频率低则波长长，根据Δx ＝Ldλ可知a 光双缝干涉条纹间距大， 选项D 正确．答案 ACD7．[2012·江苏单科，12B(1)]如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P 和 Q ， A 点位于P、Q之间，B点位于Q右侧．旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是( )A．A、B均不变B．A、B均有变化C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变解析白炽灯光属于非偏振光，通过偏振片P后的自然光变成了偏振光，当P转动时，通过偏振片P后光强不变，选项B、D错误；同时，P的偏振方向发生变化，使B处光强发生变化，选项A错误，C正确．答案 C8．(2012·全国理综，16)(难度★★★)(多选)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根据条纹间距Δx＝ld·λ可知：要增大干涉条纹的间距，可增大λ，λ红>λ黄，选项A正确；λ黄>λ蓝，选项B错误；增大到屏的距离l，Δx增大，选项C正确；增大双缝间距d，Δx减小，选项D错误．答案AC9．(2011天津理综，6，6分)(难度★★★)(多选)甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx，若Δx甲＞Δx乙，则下列说法正确的是( )A．甲光能发生偏振现象，乙光则不能发生B．真空中甲光的波长一定大于乙光的波长C．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D．在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光解析Δx＝Ldλ，Δx甲＞Δx乙，故λ甲＞λ乙，故B正确；光都具有偏振现象，故A错误；由c＝λf可知f甲＜f乙，故甲光的光子能量小于乙光的光子能量，故C错误；在同一均匀介质中，波长大的光传播速度大，故D项正确．答案BD10．[2015·江苏单科，12B(2)](难度★★)用2×106 Hz的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2 250 m/s和1 500 m/s，则该超声波在结石中的波长是胆汁中的________倍．用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短，遇到结石时________(选填“容易”或“不容易”)发生衍射．解析根据λ＝vf，在传播过程中，频率保持不变，所以λ1λ2＝v1v2＝1.5；根据波长越长越容易发生衍射，所以超声波遇到结石时，不容易发生衍射．答案 1.5 不容易考点三实验：测定玻璃的折射率用双缝干涉测光的波长1．[2015·北京理综，21(1)](难度★★) “测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图1所示．在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“＋”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4.在插P3和P4时，应使________(选填选项前的字母)．图1A．P3只挡住P1的像B．P4只挡住P2的像C．P3同时挡住P1、P2的像解析在插上大头针P3时，应使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4时，应使P4挡住P3，同时挡住P1、P2的像．所以选项C正确．答案 C2．[2015·新课标全国Ⅰ，34(1)](难度★★★)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝．在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1____Δx2(填“＞”、“＝”或“＜”)．若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________ mm.解析双缝干涉条纹间距Δx＝ldλ，红光波长长，所以红光的双缝干涉条纹间。

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2016年高考全国卷物理试题(含1卷,2卷,3卷共3套)word版带答案

2016年高考全国卷物理试题(含1卷,2卷,3卷共3套)word版带答案

绝密★启封前试题类型：全国 1 卷2016 年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试（物理）注意事项：1.本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。

2.答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在本试题相应的位置。

3.全部答案在答题卡上完成，答在本试题上无效。

4. 考试结束后，将本试题和答题卡一并交回。

第Ⅰ卷二、选择题：本大题共 8 小题，每小题 6 分。

在每小题给出的四个选项中，第 14~17 题只有一项是符合题目要求，第 18~21 题有多项符合题目要求。

全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分。

有选错的得 0 分。

14.一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上，若将云母介质移出，则电容器A.极板上的电荷量变大，极板间的电场强度变大B.极板上的电荷量变小，极板间的电场强度变大C.极板上的电荷量变大，极板间的电场强度不变D.极板上的电荷量变小，极板间的电场强度不变15.现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。

质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。

若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12 倍。

此离子和质子的质量比约为A.11B.12C.121D.14416.一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻 R 1，R 2 和 R 3 的阻值分别为 3Ω，1Ω ，4Ω ，为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。

当开关 S 断开时，电流表的示数为 I ；当 S 闭合时，电流表的示数为 4I 。

该变压器原、副线圈匝数比为A.2B.3C.4D.517.利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍，假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为A.1hB.4hC.8hD.16h18.一质点做匀速直线运动，现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则A.质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B.质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C.质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D.质点单位时间内速率的变化量总是不变19.如图，一光滑的轻滑轮用细绳OO'悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。

2016届高考物理二轮复习专题整合突破：第15讲+振动和波动、光学(全国通用)

2016届高考物理二轮复习专题整合突破：第15讲+振动和波动、光学(全国通用)


解析 A 选项中，画光路图可知在水中的鱼斜向上看岸边的物体时，看到的物体比物体所处的实际位 置高，A 选项正确。光纤通信是利用全反射的原理工作的，而发生全反射时必须是从光密介质射向光疏介 质，所以光纤内芯的折射率比外壳的大，B 选项正确。水中的气泡看起来特别亮是因为光从水中射向气泡 时，一部分光在界面上发生了全反射，而不是光从气泡射向水中，C 选项是错误的。全息照相主要是利用 了光的干涉现象，因此 D 选项是错误的。沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的全反射现象，E 选项是正确的。
类题演练 1.[2015· 天津高考]图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，a、b 两质点的横坐标分别为 xa＝2 m 和 xb＝6 m，图乙为质点 b 从该时刻开始计时的振动图象。下列说法正确的是( A．该波沿＋x 方向传播，波速为 1 m/s B．质点 a 经 4 s 振动的路程为 4 m C．此时刻质点 a 的速度沿＋y 方向 D．质点 a 在 t＝2 s 时速度为零
(2)从 t＝0 开始到平衡位置在 Q 处的质点第一次处于波峰位置时，波源在振动过程中通过的路程。
答案 (2)s＝125 cm
5 解析 (2)Q 处的质点第一次处于波峰位置时，波源运动的时间为 t1＝t＋ T⑤ 4 T T 波源从平衡位置开始运动，每经过 ，波源运动的路程为 A。由题给条件得 t1＝25× ⑥ 4 4 故 t1 时间内，波源运动的路程为 s＝25A＝125 cm⑦
解析 由题图知，从玻璃砖射出时，入射角相同，a 光的折射角大于 b 光的折射角，玻璃砖对 a 光的折 射率大于对 b 光的折射率，a 光在玻璃中的传播速度比 b 光的小，a 光的频率比 b 光的大，在真空中，a 光 的波长较短，a 光形成的干涉条纹间距较小，选项 A、B 正确，C、E 错误；a 光的全反射临界角较小，当 入射角 θ 增大时，a 光先发生全反射，折射光线先消失，选项 D 正确。
(五年高考真题)2016届高考物理-专题五-万有引力与航天(全国通用)

(五年高考真题)2016届高考物理-专题五-万有引力与航天(全国通用)

（五年高考真题）2016届高考物理 专题五 万有引力与航天（全国通用）考点一 万有引力定律及其应用1．(2015·重庆理综，2,6分)(难度★★★)宇航员王亚平在“天宫1号”飞船内进 行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象．若飞船质量为m ，距地面高度为h ,地球质量为M ，半径为R ，引力常量为G ，则飞船 所在处的重力加速度大小为( ) A ．0B.GM（R ＋h ）2C.GMm（R ＋h ）2 D.GM h 2解析 对飞船由万有引力定律和牛顿第二定律得，GMm（R ＋h ）2＝mg ′，解得飞 船所在处的重力加速度为g ′＝GM（R ＋h ）2，B 项正确．答案 B2．(2015·海南单科,6，3分)(难度★★★)若在某行星和地球上相对于各自的水平 地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的 距离之比为2∶7，已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R .由此 可知，该行星的半径约为( ) A.12RB.72RC ．2RD.72R解析 平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，即x ＝v 0t ，在竖直方向上做 自由落体运动，即h＝12gt 2，所以x ＝v 02h g ，两种情况下，抛出的速率相同， 高度相同，所以g 行g 地＝x 2地x 2行＝74，根据公式G Mm R2＝mg 可得R 2＝GM g 故R 行R 地＝M 行M 地·g 地g 行＝2，解得R 行＝2R ，故C 正确．答案 C3．(2015·江苏单科，3,3分)(难度★★)过去几千年来，人类对行星的认识与研究 仅限于太阳系内，行星“51peg b ”的发现拉开了研究太阳系外行星的序 幕．“51peg b ”绕其中心恒星做匀速圆周运动,周期约为4天，轨道半径约为 地球绕太阳运动半径的120，该中心恒星与太阳的质量比约为( )A.110B ．1C ．5D ．10解析 根据万有引力提供向心力，有G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，可得M ＝4π2r3GT 2，所以 恒星质量与太阳质量之比为M 恒M 太＝r 3行T 2地r 3地T 2行＝8180≈1，故选项B 正确． 答案 B4．(2014·福建理综，14,6分)(难度★★)若有一颗“宜居”行星，其质量为地球的p 倍，半径为地球的q 倍，则该行星卫星的环绕速度是地球卫星环绕速度 的( )A.pq 倍B.qp倍 C.pq倍 D.pq 3倍解析 对于中心天体的卫星，G Mm R 2＝m v 2R，v ＝GMR，设行星卫星的环绕速 度为v ′，地球卫星的环绕速度为v ，则v ′v＝M ′M ·R R ′＝pq，C 正确．答案 C5．(2014·浙江理综,16，6分)(难度★★)长期以来“卡戎星(Charon )”被认为是冥 王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r 1＝19 600 km ，公转周期T 1＝6.39 天.2006年3月,天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道 半径r 2＝48 000 km ，则它的公转周期T 2最接近于( )A ．15天B ．25天C ．35天D ．45天解析 由G Mm r 2＝m 4π2T 2r ,解得T ＝2πr 3GM ，所以T 2T 1＝（r 2r 1）3，解得T 2≈24.49天，所以B项正确．答案 B6．(2014·江苏单科，2，3分)(难度★★★)已知地球的质量约为火星质量的10倍， 地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆 周运动的速率约为( )A ．3.5 km/sB ．5.0 km/sC ．17.7 km/sD ．35.2 km/s解析 航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动，由火星对航天器的万 有引力提供航天器的向心力得GM 火m R 2火＝mv 2火R 火 同理GM 地m R 2地＝mv 2地R 地所以M 火M 地·R 地R 火＝(v 火v 地)2v 火＝15·v 地，而v 地＝7.9 km/s 故v 火＝7.95km/s ≈3.5 km/s ，选项A 正确．答案 A7．(2014·广东理综，21，6分)(难度★★★)(多选)如图所示，飞行器P 绕某星球 做匀速圆周运动，星球相对飞行器的张角为θ，下列说法正确的是( )A ．轨道半径越大，周期越长B ．轨道半径越大，速度越大C ．若测得周期和张角，可得到星球的平均密度D ．若测得周期和轨道半径，可得到星球的平均密度解析 由G Mm R 2＝m 4π2T 2R 得T ＝R 3GM ·2π，可知A 正确；由G Mm R 2＝m v 2R得 v ＝GMR，可知B 错误；设轨道半径为R ，星球半径为R 0，由M ＝4π2R 3GT 2和 V ＝43πR 30得ρ＝3πGT 2(R R 0)3＝3πGT 2(1sinθ2)3,可判定C 正确；当测得T 和R 而不能 测得R 0时，不能得到星球的平均密度，故D 错误．答案 AC8．(2013·江苏物理，1,3分)(难度★★)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行， 根据开普勒行星运动定律可知( ) A ．太阳位于木星运行轨道的中心B ．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C ．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D ．相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积解析 行星做椭圆运动，且在不同的轨道上．所以A 、B 错误；根据开普勒 第三定律，可知C 正确；对在某一轨道上运动的天体来说，天体与太阳的连 线在相等时间内扫过的面积相等，而题中是对两个天体、两个轨道．所以D 错误．答案 C9．(2013·福建理综，13，6分)(难度★★)设太阳质量为M ，某行星绕太阳公转周 期为T ，轨道可视做半径为r 的圆．已知万有引力常量为G ,则描述该行星运 动的上述物理量满足( )A ．GM ＝4π2r 3T 2 B ．GM ＝4π2r2T2C ．GM ＝4π2r2T3D ．GM ＝4πr3T2解析 行星绕太阳做圆周运动，万有引力提供向心力，G Mm r 2＝m 4π2rT2，化简得GM ＝4π2r3T2，A 正确．答案 A10．(2013·安徽理综，17，6分)(难度★★★)质量为m 的人造地球卫星与地心的 距离为r 时，引力势能可表示为E p ＝－GMmr,其中G 为引力常量，M 为地球 质量．该卫星原来在半径为R 1的轨道上绕地球做匀速圆周运动,由于受到极 稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R 2，此过程中因摩擦而产生的热量为( )A ．GMm ⎝ ⎛⎭⎪⎫1R 2－1R 1B ．GMm ⎝ ⎛⎭⎪⎫1R 1－1R 2C.GMm 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1R 2－1R 1D.GMm 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1R 1－1R 2解析 卫星绕地球做匀速圆周运动满足G Mm r 2＝m v 2r ，动能E k ＝12mv 2＝GMm2r， 机械能E ＝E k ＋E p ，则E ＝GMm 2r －GMm r ＝－GMm 2r .卫星由半径为R 1的轨道降 到半径为R 2的轨道过程中损失的机械能ΔE ＝E 1－E 2＝GMm2(1R 2－1R 1),即下降过程中因摩擦而产生的热量，所以C 项正确．答案 C11．(2013·上海单科，9，2分)(难度★★)小行星绕恒星运动，恒星均匀地向四周 辐射能量，质量缓慢减小，可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做 圆周运动．则经过足够长的时间后，小行星运动的( ) A ．半径变大B ．速率变大C ．角速度变大D ．加速度变大解析 因恒星质量M 减小，所以万有引力减小，不足以提供行星所需向心力，行星将做离心运动，半径R 变大，A 项正确；再由v ＝GMR ，ω＝GM R 3， a ＝GMR2可知，速度、角速度、加速度均变小，故B 、C 、D 均错误．答案 A12．(2012·浙江理综，15，6分)(难度★★★)如图所示,在火星与木星轨道之间有 一小行星带．假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )A ．太阳对各小行星的引力相同B ．各小行星绕太阳运动的周期均小于一年C ．小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值D ．小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值解析 由万有引力定律知F ＝G Mmr2，各小行星质量及距太阳的距离都可能不同，A 错误；对小行星有a ＝GMr 2，v ＝GMr ，ω＝GMr 3，T ＝2πr 3GM， 小行星距太阳的距离比地球远，其周期比地球公转的周期长，线速度值比地 球公转线速度值小，B 、D 均错误；小行星内侧比外侧距太阳近,向心加速度大，C 正确．答案 C13．(2012·福建理综,16，6分)(难度★★)一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周 运动，其线速度大小为v .假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m 的物体重力，物体静止时，弹簧测力计的示数为N .已知引力常量为G ， 则这颗行星的质量为( ) A.mv 2GN B.mv 4GN C.Nv 2Gm D.Nv 4Gm解析 对卫星：GMm ′R 2＝m ′v 2R ＝m ′g ；对被测物体：mg ＝N ，联立可得M ＝mv 4GN，故B 正确．答案 B14．(2014·四川理综，9,15分)(难度★★★★)石墨烯是近些年发现的一种新材料， 其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界 发生革命性的变化,其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖.用石墨烯制作 超级缆绳，人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现．科学家们设想， 通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站，电梯仓沿着这条缆绳 运行，实现外太空和地球之间便捷的物资交换．(1)若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为h 1的同步轨道站,求 轨道站内质量为m 1的货物相对地心运动的动能.设地球自转角速度为ω，地 球半径为R .(2)当电梯仓停在距地面高度h 2＝4R 的站点时,求仓内质量m 2＝50 kg 的人对 水平地板的压力大小．取地面附近重力加速度g ＝10 m/s 2,地球自转角速度ω ＝7.3×10－5rad/s ，地球半径R ＝6.4×103km.解析 (1)设货物相对地心的距离为r 1，线速度为v 1，则r 1＝R ＋h 1①v 1＝r 1ω②货物相对地心运动的动能为E k ＝12m 1v 21③联立①②③得E k ＝12m 1ω2(R ＋h 1)2④(2)设地球质量为M ，人相对地心的距离为r 2，向心加速度为a ，受地球的万 有引力为F ，则r 2＝R ＋h 2⑤ a ＝ω2r 2⑥ F ＝G m 2M r 22⑦g ＝GM R2⑧设水平地板对人的支持力大小为N ，人对水平地板的压力大小为N ′，则F －N ＝m 2a ⑨N ′＝N ⑩联立⑤～⑩式并代入数据得N ′＝11.5 N ⑪答案 (1)12m 1ω2(R ＋h 1)2(2)11.5 N15．(2014·重庆理综，7,15分)(难度★★★★)如图为“嫦娥三号”探测器在月球 上着陆最后阶段的示意图．首先在发动机作用下，探测器受到推力在距月面高度为h 1处悬停(速度为0,h 1远小于月球半径)；接着推力改变，探测器开始 竖直下降，到达距月面高度为h 2处的速度为v ；此后发动机关闭，探测器仅受重力下落至月面.已知探测器总质量为m (不包括燃料)，地球和月球的半径 比为k 1，质量比为k 2，地球表面附近的重力加速度为g ，求：(1)月球表面附近的重力加速度大小及探测器刚接触月面时的速度大小； (2)从开始竖直下降到刚接触月面时，探测器机械能的变化．解析 (1)设地球质量和半径分别为M 和R ,月球的质量、半径和表面附近的 重力加速度分别为M ′、R ′和g ′,探测器刚接触月面时的速度大小为v-t .则M M ′＝k 2，RR ′＝k 1 由mg ′＝G M ′m R ′2和mg ＝G Mm R 2得g ′＝k 21k 2g由v 2t －v 2＝2g ′h 2得v-t ＝v 2＋2k 21gh 2k 2.(2)设机械能变化量为ΔE ，动能变化量为ΔE k ，重力势能变化量为ΔE p . 由ΔE ＝ΔE k ＋ΔE p有ΔE ＝12mv 2t －mg ′h 1＝12m (v 2＋2k 21gh 2k 2)－m k 21k 2gh 1得ΔE ＝12mv 2－k 21k 2mg (h 1－h 2)．答案 (1)k 21k 2gv 2＋2k 21gh 2k 2 (2)12mv 2－k 21k 2mg (h 1－h 2)16．(2014·北京理综，23，18分)(难度★★★★)万有引力定律揭示了天体运行规 律与地上物体运动规律具有内在的一致性．(1)用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量，随称量位置的变化可 能会有不同的结果.已知地球质量为M ，自转周期为T ，万有引力常量为G . 将地球视为半径为R 、质量均匀分布的球体，不考虑空气的影响．设在地球 北极地面称量时，弹簧秤的读数是F 0.a ．若在北极上空高出地面h 处称量，弹簧秤读数为F 1，求比值F 1/F 0的表达 式，并就h ＝1.0%R 的情形算出具体数值(计算结果保留两位有效数字)； b ．若在赤道地面称量，弹簧秤读数为F 2，求比值F 2/F 0的表达式．(2)设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径r 、太阳的半径R s 和地球的半径R 三 者均减小为现在的1.0%，而太阳和地球的密度均匀且不变．仅考虑太阳和地 球之间的相互作用，以现实地球的1年为标准，计算“设想地球”的1年将 变为多长？解析 (1)设小物体质量为m . a ．在北极地面有G Mm R2＝F 0在北极上空高出地面h 处有G Mm（R ＋h ）2＝F 1得F 1F 0＝R 2（R ＋h ）2当h ＝1.0%R 时F 1F 0＝1（1.01）2≈0.98b ．在赤道地面,小物体随地球自转做匀速圆周运动，受到万有引力和弹簧秤 的作用力，有G Mm R 2－F 2＝m 4π2T 2R 得F 2F 0＝1－4π2R 3GMT 2(2)地球绕太阳做匀速圆周运动,受到太阳的万有引力．设太阳质量为M s ，地 球质量为M ，地球公转周期为T E ，有G M s M r 2＝Mr 4π2T 2E得T E ＝4π2r3GM s＝3πG ρ（r R s）3其中ρ为太阳的密度．由上式可知,地球公转周期T E 仅与太阳的密度、地球公转轨道半径与太阳半 径之比有关．因此“设想地球”的1年与现实地球的1年时间相同．答案 (1)a.F 1F 0＝R 2（R ＋h ）2 0.98 b.F 2F 0＝1－4π2R3GMT 2(2)“设想地球”的1年与现实地球的1年时间相同考点二 人造卫星 宇宙速度1．(2015·新课标全国Ⅱ，16，6分)(难度★★)由于卫星的发射场不在赤道上，同 步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道．当卫星在转移 轨道上飞经赤道上空时，发动机点火，给卫星一附加速度，使卫星沿同步轨 道运行.已知同步卫星的环绕速度约为3.1×103m/s ，某次发射卫星飞经赤道上空时的速度为1.55×103m/s ，此时卫星的高度与同步轨道的高度相同，转 移轨道和同步轨道的夹角为30°，如图所示，发动机给卫星的附加速度的方向和大小约为( )A ．西偏北方向，1.9×103m/s B ．东偏南方向，1.9×103 m/s C ．西偏北方向，2.7×103 m/s D ．东偏南方向，2.7×103 m/s解析 附加速度Δv 与卫星飞经赤道上空时速度v 2及同步卫星的环绕速度v 1 的矢量关系如图所示．由余弦定理可知，Δv ＝v 21＋v 22－2v 1v 2cos 30°＝ 1.9×103m/s ，方向东偏南方向，故B 正确，A 、C 、D 错误．答案 B2．(2015·新课标全国Ⅰ,21，6分)(难度★★★)(多选)我国发射的“嫦娥三号”登 月探测器靠近月球后，先在月球表面附近的近似圆轨道上绕月运行；然后经 过一系列过程,在离月面4 m 高处做一次悬停(可认为是相对于月球静止)；最 后关闭发动机，探测器自由下落．已知探测器的质量约为1.3×103kg ，地球质量约为月球的81倍，地球半径约为月球的3.7倍，地球表面的重力加速度 大小约为9.8 m/s 2.则此探测器( ) A ．在着陆前的瞬间，速度大小约为8.9 m/s B ．悬停时受到的反冲作用力约为2×103NC ．从离开近月圆轨道到着陆这段时间内，机械能守恒D ．在近月圆轨道上运行的线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度解析 在星球表面有GMm R 2＝mg ,所以重力加速度g ＝GM R 2,地球表面g ＝GM R2 ＝9.8 m/s 2，则月球表面g ′＝G 181M（13.7R ）2＝3.7×3.781×GM R 2＝16g ，则探测器重力G ＝mg ′＝1 300×16×9.8 N ≈2×103N ，选项B 正确；探测器自由落体，末速 度v ＝2g ′h ≈43×9.8 m/s ≠8.9 m/s ，选项A 错误；关闭发动机后，仅在月球引力作用下机械能守恒，而离开近月轨道后还有制动悬停，所以机械能 不守恒，选项C错误；在近月轨道运动时万有引力提供向心力，有GM ′m R ′2＝ mv2R ′，所以v ＝G 181M13.7R ＝ 3.7GM81R＜GMR，即在近月圆轨道上运行的 线速度小于人造卫星在近地圆轨道上运行的线速度，选项D 正确．答案 BD3．(2015·福建理综，14，6分)(难度★★★)如图，若两颗人造卫星a 和b 均绕地 球做匀速圆周运动，a 、b 到地心O 的距离分别为r 1、r 2，线速度大小分别为v 1、v 2，则( )A.v 1v 2＝r 2r 1B.v 1v 2＝r 1r 2C.v 1v 2＝(r 2r 1)2D.v 1v 2＝(r 1r 2)2解析 由题意知，两颗人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心 力，根据G Mm r 2＝m v 2r，得v ＝GM r ，所以v 1v 2＝r 2r 1，故A 正确，B 、C 、D 错误．答案 A4．(2015·北京理综，16，6分)(难度★★★)假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周 运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么( ) A ．地球公转周期大于火星的公转周期 B ．地球公转的线速度小于火星公转的线速度 C ．地球公转的加速度小于火星公转的加速度 D ．地球公转的角速度大于火星公转的角速度解析 两行星绕太阳运动的向心力均由万有引力提供，所以有G Mm r 2＝m v 2r＝mω2r ＝m4π2T 2r ＝ma ，解得v ＝GMr，T ＝4π2r3GM，ω＝GM r 3，a ＝GMr2， 根据题意r 火＞r 地，所以有T 地＜T 火，v 地＞v 火，a 地＞a 火，ω地＞ω火，故A 、 B 、C 错误，D 正确．答案 D5．(2015·山东理综,15，6分)(难度★★★)如图，拉格朗日点L 1位于地球和月球 连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以 相同的周期绕地球运动．据此，科学家设想在拉格朗日点L 1建立空间站，使 其与月球同周期绕地球运动．以a 1、a 2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a 3表示地球同步卫星向心加速度的大小．以下判断正确的是( )A ．a 2>a 3>a 1B ．a 2>a 1>a 3C ．a 3>a 1>a 2D ．a 3>a 2>a 1解析 因空间站建在拉格朗日点，故其周期等于月球的周期，根据a ＝4π2T2r 可知，a 2>a 1，对月球和地球的同步卫星而言，由于月球的轨道半径较空间站 的小，根据a ＝GMr2可知a 3>a 2，故选项D 正确．答案 D6．(2015·广东理综,20，6分)(难度★★★)(多选)在星球表面发射探测器，当发射 速度为v 时，探测器可绕星球表面做匀速圆周运动；当发射速度达到2v 时， 可摆脱星球引力束缚脱离该星球，已知地球、火星两星球的质量比约为10∶1， 半径比约为2∶1，下列说法正确的有( ) A ．探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大 B ．探测器在地球表面受到的引力比在火星表面的大 C ．探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等 D ．探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大解析 由牛顿第二定律得G Mm R 2＝m v 2R ，解得v ＝GMR，所以2v ＝2× GM R＝2GMR，所以探测器脱离星球的发射速度与探测器的质量无关，A 错误；因为地球与火星它们的M R不同，所以C 错误；探测器在地球表面受到 的引力F 1＝GM 地m R 2地，在火星表面受到的引力为F 2＝GM 火m R 2火，所以F 1∶F 2＝ M 地R 2火M 火R 2地＝5∶2，B 正确；探测器脱离星球的过程中，引力做负功，引力势能 逐渐增大，D 正确．答案 BD7．(2015·天津理综，8，6分)(难度★★★)(多选)P 1、P 2为相距遥远的两颗行星，距各自表面相同高度处各有一颗卫星s 1、s 2做匀速圆周运动．图中纵坐标表 示行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度a ，横坐标表示物体到行星 中心的距离r 的平方，两条曲线分别表示P 1、P 2周围的a 与r 2的反比关系， 它们左端点横坐标相同．则()A ．P 1的平均密度比P 2的大B ．P 1的“第一宇宙速度”比P 2的小C ．s 1的向心加速度比s 2的大D ．s 1的公转周期比s 2的大解析 由题图可知两行星半径相同，则体积相同，由a ＝G M r2可知P 1质量大于P 2，则P 1密度大于P 2，故A 正确；第一宇宙速度v ＝GMR，所以P 1的 “第一宇宙速度”大于P 2，故B 错误；卫星的向心加速度为a ＝GM（R ＋h ）2，所以s 1的向心加速度大于s 2，故C 正确；由GMm （R ＋h ）2＝m 4π2T 2(R ＋h )得T ＝ 4π2（R ＋h ）3GM，故s 1的公转周期比s 2的小，故D 错误．答案 AC8．(2015·四川理综，5，6分)(难度★★★)登上火星是人类的梦想，“嫦娥之父” 欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星．地球和火星公转视为匀速圆 周运动，忽略行星自转影响．根据下表，火星和地球相比( )行星 半径/m 质量/kg 轨道半径/m 地球 6.4×1066.0×10241.5×1011火星3.4×1066.4×10232.3×1011A.火星的公转周期较小B ．火星做圆周运动的加速度较小C ．火星表面的重力加速度较大D ．火星的第一宇宙速度较大解析 由G Mm r 2＝m 4π2T 2r ＝ma 知，T ＝2πr 3GM ，a ＝GMr2，轨道半径越大， 公转周期越大，加速度越小，A 错误，B 正确；由G Mm R 2＝mg 得g ＝G M R 2，g 地g 火 ＝M 地M 火·⎝ ⎛⎭⎪⎫R 火R 地2＝2.6，火星表面的重力加速度较小，C错误；由G Mm R 2＝m v 2R得 v ＝GM R ，v 地v 火＝M 地M 火·R 火R 地＝5，火星的第一宇宙速度较小，D 错误．答案 B9．(2014·天津理综，3，6分)(难度★★★)研究表明，地球自转在逐渐变慢，3 亿年前地球自转的周期约为22小时．假设这种趋势会持续下去，地球的其 他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比( ) A ．距地面的高度变大 B ．向心加速度变大C ．线速度变大D ．角速度变大解析 同步卫星运行周期与地球自转周期相同，由G Mm （R ＋h ）2＝m (R ＋ h )·(2πT )2有h ＝3GMT 24π2－R ，故T 增大时h 也增大，A 正确；同理由GMm （R ＋h ）2 ＝ma ＝m v 2R ＋h ＝m (R ＋h )ω2可得a ＝GM （R ＋h ）2、v ＝GMR ＋h、ω＝ GM（R ＋h ）3，故h 增大后a 、v 、ω都减小，B 、C 、D 皆错误．答案 A10．(2013·新课标全国Ⅰ，20，6分)(难度★★★)(多选)2012年6月18日，神舟 九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km 的近圆形轨道上成功进行 了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大 气．下列说法正确的是( )A ．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B ．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C ．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D ．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用解析 第一宇宙速度是最小的发射速度、最大的环绕速度，天宫一号与神舟 九号均在离地343 km的圆轨道运行，其运行速度必然小于第一宇宙速度， 故A 错误；由于轨道所处空间还有稀薄的气体，运行一段时间后两卫星轨道 必然变小，由于卫星绕地球运动满足G Mm r 2＝m v 2r ，即v ＝GMr，所以当卫星轨道变小时速度反而会变大，故B 、C 正确；宇航员在天空中处于完全失 重状态，并不是不受重力，而是重力全部用来充当向心力，故D 错误．答案 BC11．(2013·新课标全国Ⅱ，20，6分)(难度★★★)(多选)目前，在地球周围有许多 人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐 渐变小．若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体 阻力的作用，则下列判断正确的是( )A ．卫星的动能逐渐减小B ．由于地球引力做正功，引力势能一定减小C ．由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D ．卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小解析 根据G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝GMr，可知轨道半径越小，则v 越大，动 能越大，故A 错误；根据功能关系，引力做正功，引力势能一定减小，故B 正确；根据功能关系，机械能的变化与除重力以外其他力做功有关，既然气体阻力做了负功，机械能一定会减小，故C 错误；根据动能定理，W G －W 阻＝E k2－E k1，由于卫星的动能逐渐增大，所以W G ＞W 阻，故D 正确．答案 BD12．(2013·广东理综，14，4分)(难度★★)如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的 轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是 ( )A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大解析 由万有引力提供向心力，得a ＝GMr2，v ＝GMr ，ω＝GMr 3，T ＝2 πr 3GM.M 甲＜M 乙，所以a 甲＜a 乙，v 甲＜v 乙，ω甲＜ω乙，T 甲＞T 乙，A 正确．答案 A13. (2013·浙江理综，18，6分)(难度★★★)(多选)如图所示，三颗质量均为m 的 地球同步卫星等间隔分布在半径为r 的圆轨道上，设地球质量为M ，半径为 R .下列说法正确的是( )A ．地球对一颗卫星的引力大小为GMm（r －R ）2B ．一颗卫星对地球的引力大小为GMm r 2C ．两颗卫星之间的引力大小为Gm 23r2D ．三颗卫星对地球引力的合力大小为3GMmr2解析 根据万有引力定律，地球对一颗卫星的引力大小F 万＝G Mmr2，A 项错 误；由牛顿第三定律知B项正确；三颗卫星等间距分布，任意两星间距为3 r ，故两星间引力大小F 万′＝G m 23r2，C 项正确；任意两星对地球引力的夹角 为120°，故任意两星对地球引力的合力与第三星对地球的引力大小相等，方向相反，三星对地球引力的合力大小为零，D 项错误．答案 BC14．(2012·安徽理综，14，6分)(难度★★)我国发射的“天宫一号”和“神舟八 号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350 km ，“神舟八号”的运行 轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则( ) A ．“天宫一号”比“神舟八号”速度大 B ．“天宫一号”比“神舟八号”周期长 C ．“天宫一号”比“神舟八号”角速度大 D ．“天宫一号”比“神舟八号”加速度大解析 由a ＝GMr 2，v ＝GMr ，ω＝GMr 3，T ＝2πr 3GM可知，只有周期 T 随轨道半径r 的增大而增大,a 、v 、ω都随r 的增大而减小，又由于r 天＞r 神， 所以B 正确．答案 B15．(2012·广东理综，21，6分)(难度★★)(多选)如图所示，飞船从轨道1变轨至 轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的( )A ．动能大B ．向心加速度大C ．运行周期长D ．角速度小解析 做匀速圆周运动的天体，万有引力提供向心力．即G Mm r 2＝ma ＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2T2r ，可得a ＝GMr 2，v ＝GMr ，ω＝GMr 3，T ＝2πr 3GM， 所以，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的轨道半径大， 则a 、v 、ω、E k 均小，T 大．综上知，A 、B 错误，C 、D 正确．答案 CD16．(2015·安徽理综，24，20分)由三颗星体构成的系统，忽略其它星体对它们 的作用，存在着一种运动形式；三颗星体在相互之间的万有引力作用下，分 别位于等边三角形的三个顶点上,绕某一共同的圆心O 在三角形所在的平面内做相同角速度的圆周运动(图示为A 、B 、C 三颗星体质量不相同时的一般 情况)．若A 星体质量为2m 、B 、C 两星体的质量均为m ，三角形的边长为a ， 求：(1)A 星体所受合力大小F A ； (2)B 星体所受合力大小F B ； (3)C 星体的轨道半径R C ； (4)三星体做圆周运动的周期T .解析 (1)由万有引力定律，A 星体所受B 、C 星体引力大小为F BA ＝G m A m B r 2＝G 2m 2a2＝F CA ①方向如图则合力大小为F A ＝F BA ·cos 30°＋F CA ·cos 30°＝23G m2a2②(2)同上，B 星体所受A 、C 星体引力大小分别为F AB ＝G m A m B r 2＝G 2m 2a 2③F CB ＝G m c m B a 2＝G m 2a2④方向如图由余弦定理得合力F B ＝F 2AB ＋F 2CB －2F AB ·F CB ·cos 120°＝7G m 2a2⑤(3)由于m A ＝2m ，m B ＝m C ＝m通过分析可知，圆心O 在BC 的中垂线AD 的中点则R C ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫34a 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12a 2＝74a ⑥(4)三星体运动周期相同，对C 星体，由F C ＝F B ＝7G m 2a 2＝m (2πT)2R C ⑦可得T ＝πa 36m⑧ 答案 (1)23G m 2a 2 (2)7G m 2a 2 (3)74a (4)πa 36m。

三年高考(2014-2016)物理试题分项版解析 专题14光、电磁波和相对论解析版 .doc

三年高考(2014-2016)物理试题分项版解析 专题14光、电磁波和相对论解析版 .doc

专题14 光、电磁波和相对论一、选择题1．【2016·上海卷】一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时A．速度相同，波长相同B．速度不同，波长相同C．速度相同，频率相同D．速度不同，频率相同【答案】D【考点定位】光的传播、光速、波长与频率的关系【方法技巧】本题分析时要抓住光在不同介质中传播频率不变这个特征，应用公式c公式分析光进入不同介质中的传播速度。

vn2．【2016·上海卷】各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是A．γ射线、紫外线、可见光、红外线B．γ射线、红外线、紫外线、可见光C．紫外线、可见光、红外线、γ射线D．红外线、可见光、紫外线、γ射线【答案】A【解析】在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、α射线、γ射线，所以选项A正确。

【考点定位】电磁波谱【方法技巧】本题需要记得电磁波谱按照波长或频率的排列顺序，按照这个顺序就可以分析出答案。

3．【2016·北京卷】下列说法正确的是A．电磁波在真空中以光速c传播B．在空气中传播的声波是横波C．声波只能在空气中传播D．光需要介质才能传播【答案】A【解析】电磁波在真空中的传播速度等于光速，A正确；在空气中传播的声波是纵波，B错误；声波的传播需要介质，可以在空气、液体和固定中传播，C错误；光属于电磁波，其传播不需要介质，可以在真空中传播，D错误。

【考点定位】考查了机械波和电磁波【方法技巧】本题的关键是知道光是电磁波的一种，电磁波在真空中的传播速度与光在真空中的传播速度相同，机械波传播的是振动形式，其传播离不开介质，机械波在传播过程中波速由介质决定。

4．【2016·上海卷】在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则A．中间条纹间距较两侧更宽B．不同色光形成的条纹完全重合C．双缝间距离越大条纹间距离也越大D．遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹【答案】D【考点定位】双缝干涉、lxdλ∆=、单缝衍射【方法技巧】通过双缝干涉条纹特征和单缝衍射条纹特征进行分析和判断，再应用公式l xd λ∆=分析条纹间距。