專題十六光學、電磁波和相對論

五年高考

基礎題組

1.（2022浙江6月選考,8,3分）如圖所示,王亞平在天宮課堂上演示了水球光學實驗，在失重環境下,

往大水球中央注入空氣，形成了一個空氣泡，氣泡看起來很明亮，其主要原因是（）

注入一個氣泡水球中形成一正一反兩個像

A.氣泡表面有折射沒有全反射

B.光射入氣泡衍射形成“亮斑”

C.氣泡表面有折射和全反射

D.光射入氣泡干涉形成“亮紋”

答案C

2.（2022浙江6月選考,4,3分）關于雙縫干涉實驗，下列說法正確的是（）

A.用復色光投射就看不到條紋

B.明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結果

C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相間條紋

D.藍光干涉條紋的間距比紅光的大

答案B

3.（2021浙江6月選考,16,2分）（多選）肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列

說法正確的是()

A.過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形

B.肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋

C.肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發生變化

D.將肥皂膜外金屬環左側的把柄向上轉動90。,條紋也會跟著轉動90°

答案AB

4.（2020山東,3,3分）雙縫干涉實驗裝置的截面圖如圖所示。光源S到Si、S2的距離相等點為N、

S2連線中垂線與光屏的交點。光源S發出的波長為4的光，經S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O

點，經S2出射后直接傳播到O點，由51到O點與由S2到O點，光傳播的時間差為Afo玻璃片厚度

為10%玻璃對該波長光的折射率為1.5,空氣中光速為c,不計光在玻璃片內的反射。以下判斷正確

的是（）

S"玻璃片

AA5AcA.15Ay-,A,10A「八，15A

A.At=—cB.At=——2cC.At=—cD.At=—c

答案A

5.（2022江蘇,12,8分）如圖所示，兩條距離為。的平行光線，以入射角6從空氣射入平靜水面，反射光

線與折射光線垂直。求：

⑴水的折射率n；

⑵兩條折射光線之間的距離小

答案（l）tan6（2）Z）-tan6

6.[2022全國甲,34⑵,10分]如圖,邊長為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面"為邊的中點。

在截面所在平面內，一光線自“點射入棱鏡，入射角為60。,經折射后在8C邊的N點恰好發生全反

射，反射光線從C。邊的P點射出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點之間的距離。

答案?苧

提升題組

1.（2023浙江1月選考,13,3分）如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細黃光束從直

角邊A3以角度6入射,依次經AC和BC兩次反射，從直角邊AC出射。出射光線相對于入射光線

偏轉了a角，則a（）

A

A.等于90°B.大于90°

C.小于90。D.與棱鏡的折射率有關

答案A

2.（2020浙江1月選考,12,3分）如圖所示，一束光與某材料表面成45。角入射，每次反射的光能量為入

射光能量的k倍若這束光最終進入材料的能量為入射光能量的（1-F）倍,則該材料折射率

至少為（）

A.yB.V2C,1.5D,2

答案A

3.（2020浙江7月選考,13,3分）如圖所示,圓心為0、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上，光

線從P點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發生全反射;當入射角8=60。時，光線從玻璃磚圓

形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為C,則（）

A.玻璃磚的折射率為1.5

B。、P之間的距離為日尺

C.光在玻璃磚內的傳播速度為日c

D.光從玻璃到空氣的臨界角為30°

答案C

4.（2023浙江6月選考,13,3分）在水池底部水平放置三條細燈帶構成的等腰直角三角形發光體，直角

邊的長度為0.9m,水的折射率“W，細燈帶到水面的距離h當m,則有光射出的水面形狀（用陰影表

示）為

答案C

5.（2021浙江6月選考,13,3分）已知普朗克常量％=6.63xl（y34j.s,電子的質量為9.11X1031kg。一個

電子和一滴直徑約為4ixm的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數量級為

A.10-8B.106C.108D.1016

答案C

6.（2020浙江1月選考,8,3分）如圖所示,單刀雙擲開關S先打到a端讓電容器充滿電。/=0時開關S

打到6端尸0.02s時LC回路中電容器下極板帶正電荷且電荷量第一次達到最大值。則（）

AZC回路的周期為0.02s

B.LC回路的電流最大時電容器中電場能最大

C./=1.01s時線圈中磁場能最大

D.r=1.01s時回路中電流沿順時針方向

答案C

7.（2023湖南,7,5分）（多選）一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向岸上救援人員發射激光信

號,設激光光束與水面的夾角為④如圖所示。他發現只有當a大于41。時，岸上救援人員才能收到

他發出的激光光束，下列說法正確的是)

A.水的折射率為』

sin41°

B.水的折射率為小

sin49°

C.當他以a=60。向水面發射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°

D.當他以a=60。向水面發射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°

答案⑴？⑵親

8.[2020課標區34⑵,10分]如圖,一折射率為舊的材料制作的三棱鏡，其橫截面為直角三角形ABC,

ZA=90°,ZB=30°O一束平行光平行于BC邊從AB邊射入棱鏡，不計光線在棱鏡內的多次反射，求

AC邊與3C邊上有光出射區域的長度的比值。

A

答案2

三年模擬

1.（2022七彩陽光選考模擬,14）（多選）對下列現象解釋正確的是)

A.圖甲中家用微波爐中使用的微波頻率是2450MHz,它的波長約為0.12m

B.圖乙中全息照相利用了光的偏振原理

C.圖丙中Wi-Fi無線路由器將信號繞過障礙物傳遞到接收終端,利用了波的反射原理

D.圖丁中陽光下的肥皂膜表面的彩色是肥皂膜前后兩表面反射光發生干涉形成的

答案AD

2.（2022紹興柯橋模擬,14）侈選）對如圖所示的圖片，下列說法正確的是)

A.甲圖被稱為“泊松亮斑”，它的原理是光的衍射

B.圖乙是雙縫干涉原理圖，若P到Si、S2的路程差是半波長的奇數倍，則P處是亮紋

C.圖丙中肥皂膜上出現彩色條紋是光的薄膜干涉現象

D.圖丁中，用自然光照射透振方向（箭頭所示）互相垂直的前后兩個豎直放置的偏振片，光屏依然發

亮

答案AC

3.（2023紹興二模,6）光盤上刻有很多“凹槽”，它與“盤面”相互間隔淇中一部分的側視圖如圖所示。

一定寬度的激光束向下入射到光盤后，在“凹槽”“盤面”發生反射,“凹槽”反射光與“盤面”反射光疊

加后削弱,探測器探測至凹槽''產生的極小光強，而“盤面”處的反射光疊加后得至I加強，探測器探測

到“盤面”產生的極大光強，這兩種光強等級代表二進制數字0和1。當激光束照射整個光盤時，探測

器就可以探測到比如01001……00001二進制信息。下列說法正確的是（）

盤面盤面

IL^L

凹槽

A.入射光與反射光的傳播速度不同

B.激光束波長可能為“凹槽”深度的2倍

C.“凹槽”反射光與“盤面”反射光的頻率相同

D.“盤面”處的反射光疊加后得到加強是由于光的衍射

答案C

4.（2022寧波期末,6）如圖所示,光纖燈是現代裝飾照明的新型燈具，由光源、反光鏡、濾光片及光纖

組成，點狀光源通過反光鏡后,形成一束近似平行光，又通過濾光片,最后進入光纖，形成一根根色彩

斑斕的柔性光柱。下列說法正確的是)

A.點狀光源發出的光可通過平面鏡反射后形成平行光

B.光纖內芯的折射率應大于外套的折射率

C.光在光纖中的傳播是利用了光的衍射原理

D.光在光纖中傳播時，顏色會發生變化,從而創造出絢爛多彩的效果

答案B

5.（2023北斗星盟聯考,14）（多選）如圖甲所示的LC振蕩電路中，通過P點的電流隨時間變化的圖像

如圖乙所示，若把通過P點向右規定為電流的正方向，則)

乙

A.0.5-1ms內,電容器C正在充電

B.0.5-1ms內，電容器的上極板帶正電

C.l-1.5ms內,。點比P點電勢低

D.l-1.5ms內，電場能正在減小

答案AD

6.（2023溫州二模,13）如圖所示，一均勻透明體上部分為半球、下部分為圓柱，半球的半徑和圓柱上

表面的半徑均為R,圓柱高度為5R在圓柱體的底部中心O點放一點光源，半球上發光部分的表面

積S=0.8兀笈（已知球冠表面積的計算公式為S=lTtrh,r為球的半徑,/?為球冠的頂端到球冠底面圓心

的高度），不計光的二次反射，該透明物質對光的折射率約為)

A.1.33B.1.41

答案B

7.（2023寧波十校二模,11）如圖所示，平行玻璃磚下表面鍍有反射膜，兩束平行細單色光。、6從空氣

斜射到玻璃磚上表面，入射點分別為。1、。2,兩單色光剛好從玻璃磚上表面同一點P射出,已知玻

璃磚對a、b兩單色光的折射率均大于VX下列說法中正確的是()

A.在玻璃中b光的速度比fl光的大

B.若a、b兩束光通過同一個雙縫干涉實驗裝置力光對應的條紋間距較大

C.若a、b兩束光同時從玻璃磚上表面射入，則a光比6光先從P點射出

D.增大b光的入射角，當b光從玻璃磚上表面射出時有可能發生全反射

答案C

8.（2022嘉興9月檢測,11）如圖所示，真空環境下某光纖彎曲部分兩側面為胭弧泮徑分別為R和2R,

圓心為O,光纖的筆直部分的長度為L,現兩束光線。、b垂直于端面AB入射，光線a的入射點距O

點為R,光線b的入射點距O點為舊R,光纖對兩光線的折射率均為VX光速為c,則（）

A.光線〃、6均能在該光纖內全反射傳播

B.光線a、b在光纖內的傳播速度為條

C.光線a第一次在圓弧面射出的折射角為45°

D.光線b在光纖內傳播任歿時間后從CD面射出

答案D

9.（2023金華十校二模,12）2021年12月9日，“天宮課堂”第一課正式開講，某同學在觀看水球光學實

驗后,想研究光在含有氣泡的水球中的傳播情況，于是找到一塊環形玻璃磚模擬光的傳播，俯視圖

如圖所示。光線a沿半徑方向射入玻璃磚，光線b與光線a平行，兩束光線之間的距離設為％已知

玻璃磚內圓半徑為R,外圓半徑為2R,折射率為光在真空中的速度為c,不考慮反射光線,下列說

法正確的是（）

A.當x>V2R時，光線6可能經過內圓

B.當x>42R時，光線b從外圓射出時的方向與光線a之間的夾角為45°

C.當x=^R時，光線b從內圓通過空氣的時間約為t里

D.當X=^R時，光線b從內圓通過空氣的時間約為t里

答案D

10.（2023湖麗衢二模,13）如圖所示為一直徑處鍍銀的半圓形介質。點為圓心,半徑為R。一細黃光

束從C點平行于直徑AB入射,入射角0=60%光束經AB邊反射，在圓弧BC上某處折射后，恰好以

垂直于A3的方向向上射出，已知光在介質中傳播的速度為c,sin15。=7，cos15。=苧，則

（）

O

A.該介質的折射率為百

B.光束在該介質中傳播的時間為包?

C

C.僅將入射點下移,光束可能無法從介質中射出

D.僅將黃光束改為紫光束,光束可能無法從介質中射出

答案B

11.（2022富陽中學月考,20）2022年2月4日舉辦的北京冬奧會開幕式令世界沸騰。在這場感覺、

聽覺、視覺交織融合的饕餐盛宴背后,最大的“功臣”非LED顯示技術莫屬。發光二極管（LED）可

高效地將電能轉化為光能，在照明、平板顯示、醫療器件等領域具有廣泛的用途。有一種發光二

極管，它由半徑為R的半球體介質A8C和發光管芯組成，管芯發光區域是半徑為r的圓面PQ,其圓

心與半球體的球心。重合,過球心的橫截面如圖所示。圖中發光圓面發出的某條光線射向D點,

入射角為30。,折射角為45。。

⑴求半球體介質對光的折射率及光從該介質射入空氣中的臨界角;

⑵為使從發光圓面PQ射向半球面上的所有光都不發生全反射，管芯發光區域面積S應滿足什么

條件?

答案(1)7245°⑵S<?

題型方法

方法1幾何光學分析方法

1.（2021江蘇,7,4分）某種材料制成的半圓形透明磚平放在方格紙上，將激光束垂直于AC面入射，可

以看到光束從圓弧面ABC出射，沿AC方向緩慢平移該磚，在如圖所示位置時，出射光束恰好消失。

該材料的折射率為)

A.1.2B.1.4

答案A

2.（2021浙江6月選考,12,3分）用激光筆照射透明塑料制成的光盤邊緣時觀察到的現象如圖所示。

入射點。和兩出射點尸、Q恰好位于光盤邊緣等間隔的三點處，空氣中的四條細光束分別為入射

光束4、反射光束反出射光束C和人已知光束口和》間的夾角為90。,則（）

gd

A.光盤材料的折射率n=2

B.光在光盤內的速度為真空中光速的三分之二

C.光束b、c和d的強度之和等于光束a的強度

D.光束c的強度小于。點處折射光束OP的強度

答案D

3.[2019課標〃34⑵,10分]如圖，直角三角形A3C為一棱鏡的橫截面,/4=90。,/3=30。。一束光線

平行于底邊BC射到AB邊上并進入棱鏡，然后垂直于AC邊射出。

（7）求棱鏡的折射率；

（為保持AB邊上的入射點不變，逐漸減小入射角，直到BC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上

入射角的正弦。

A

答案（i）V3（菊伊

4.[2022重慶,16（2）,8分]如圖所示，水面上有一透明均質球，上半球露出水面，下半球內豎直中心軸上

有紅、藍兩種單色燈（可視為點光源）,均質球對兩種色光的折射率分別為〃紅和〃藍。為使從光源照

射到上半球面的光,都能發生折射（不考慮光線在球內反射后的折射）,若紅燈到水面的最大距離為

h紅，

①求藍燈到水面的最大距離；

②兩燈都裝在各自到水面的最大距離處，藍燈在紅燈的上方還是下方?為什么？

答案見解析

解析①為使從光源照射到上半球面的光都能發生折射，以紅光為例，當入射角最大,即達到臨界角

C紅時,光線恰好垂直水面折射出去，光路圖如圖所示

設球的半徑為R,則有sinC=—

c九紅

由幾何關系可知tanCM?

R

同理可知藍光有sinC藍二-,tanC藍=^

九藍R

兩式聯立解得"藍=n"t.周-l紅

nt.-l

②藍光的折射率〃藍大于紅光的折射率"紅，即〃藍”紅＞1,可知〃籃=號匕，力紅＜/7紅，所以藍燈應該在紅

、產藍一

燈的上方。

方法2物理光學分析方法

1.（2019北京理綜,14,6分）利用圖1所示的裝置（示意圖）,觀察光的干涉、衍射現象，在光屏上得到如

圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是（）

光屏