江苏专用版高考物理总复习第十三章第4讲光的波动性电磁波相对论

江苏专用版高考物理总复习第十三章第4讲光的波动性电磁波相

对论简介练习含解析

第4讲光的波动性电磁波相对论简介

一、单项选择题

1.(2018苏锡常镇四市调研)关于下列四幅图的说法,正确的是( )

A.图甲中C摆开始振动后,A、B、D三个摆中B摆的振幅最大

B.图乙为两列水波在水槽中产生的干涉图样,这两列水波的频率一定相同

C.图丙是两种光现象图案,上方为光的干涉条纹、下方为光的衍射条纹

D.图丁中飞快行驶的火车车厢中央发出一闪光,地面上的人认为光同时到达前后壁

答案BC 图甲中C摆开始振动后,因A摆的摆长与C摆的相等,发生共振,则A、B、D三个摆中A摆的振幅最大,故选项A错误;产生干涉的一个必要条件是两列波的频率必须相同,图乙为两列水波在水槽中产生的干涉图样,这两列水波的频率一定相同,故选项B正确;图丙的两种光现象图案,上方图案条纹等间距,为光的干涉条纹,下方图案中央条纹最宽,越往两侧越狭窄,为光的衍射条纹,故选项C正确;图丁中飞快行驶的火车车厢中央发出一闪光,地面上的人认为地面是一个惯性系,光向前向后传播的速度相等,向前传播的路程长些,到达前壁的时刻晚些,故选项D错误。

2.(2018扬州期末)下列关于电磁波的说法正确的是( )

A.电磁波不能产生衍射现象

B.电磁波和机械波都只能在介质中传播

8

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 C 干涉和衍射是波特有的性质,电磁波也可以发生衍射现象,故选项A错误;电磁波可以在真空中传播,故选项B错误;波源和观察者相互靠近或远离时,导致接收到的频率变化,用此可以判断遥远天体相对于地球的运动速度,选项C正确;根据光速不变原理,知在不同惯性系中,光在真空中的传播速度大小相等,故选项D错误。

3.以下说法中正确的是( )

A.光的偏振现象说明光是一种纵波

B.相对论认为空间和时间与物质的运动状态无关

C.麦克斯韦预言并用实验验证了电磁波的存在

D.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光变为红光,则条纹间距变宽

答案 D 光的偏振现象说明光是一种横波,选项A错误;相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关,选项B错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹用实验验证了电磁波的存在,选项C错误;在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由绿光变为红光,由于红光波长大于绿光波长,由条纹间距公式Δx=L

λ可知,条

L

纹间距变宽,选项D正确。

4.(2018盐城期末)下列色散现象是通过干涉产生的是( )

A.在阳光下观察肥皂泡呈现彩色

B.一束太阳光通过三棱镜在墙壁上呈现彩色光斑

C.两块玻璃砖叠放在一起,玻璃砖上表面出现彩色条纹

D.将两支铅笔并排放置,其直缝与日光灯平行,通过直缝看到彩色条纹

答案 A 阳光下肥皂泡上的彩色条纹,属于薄膜干涉现象,故A项正确;太阳光通过三棱镜产生彩色条纹,是由于光发生了色散,属于光的折射现象,故B项错误;两块玻璃砖叠放在一起,玻璃砖上表面出现彩色条纹,是由于不同的色光的折射率不同,以相同的入射角入射时,折射角不同,与光通过三棱镜的情况相似,

8

属于光的折射现象,故C项错误;对着日光灯从两支紧靠的铅笔间窄缝看到的彩色条纹,属于光的衍射现象,而之所以看到彩色条纹,是由于不同的色光波长不同发生叠加造成的,故D项错误。

5.(2019运河中学月考)2016年,科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化,这是引力波存在的直接证据。关于激光,下列说法中正确的是( )

A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的,不是偏振光

B.激光相干性好,任何两束激光都能发生干涉

C.用激光照射不透明挡板上小圆孔时,光屏上能观测到等间距的光环

D.激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息

答案 D 激光是偏振光,A项错误;频率相同、相位差恒定的两束激光才能发生干涉,B项错误;小圆孔衍射观测到的是间距不等的光环,C项错误;全息照相利用光的干涉原理,D项正确。

二、多项选择题

6.下列说法中正确的是( )

A.红外线、紫外线、伦琴射线和γ射线在真空中传播的速度都一样,均为3×108m/s

B.红外线应用在遥感技术中,是利用它穿透本领强的特性

C.紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度

D.日光灯是紫外线的荧光效应的应用

答案ACD 不同波长的电磁波在真空中的传播速度均为3×108m/s;红外线在遥感技术中用到了它的衍射现象;紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度;利用紫外线的荧光效应可以制成日光灯。由此可知A、C、D正确。

7.(2018南京三模)下列说法正确的是( )

A.共享单车是“新四大发明”之一,手机和互联网、互联网和单车之间都是通过红外线传递信息的

8

B.我国新型隐形战机J-20由于使用了吸收雷达电磁波的材料,在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱,因此很难被发现

C.发生沙尘暴时能见度只有几十米,天空变黄发暗,这是由于发生沙尘暴时只有波长较长的一部分光才能到达地面

D.当声源相对于观察者运动时,观察者听到的声音的音调一定变高

答案BC 手机是通过电磁波传递信息的,选项A错误;我国新型隐形战机J-20由于使用了吸收雷达电磁波的材料,在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱,因此很难被发现,选项B正确;波长较短的光容易被障碍物挡住,不能到达地面,波长较长的光更容易发生衍射而透过沙尘间的缝隙到达地面,选项C正确;当声源相对于观察者运动,靠近时,观察者听到的声音的音调变高,远离时音调变低,选项D错误。

三、非选择题

8.(2018江苏六市一调)地球与月球相距为L0,若飞船以接近光速的速度v经过地球飞向月球,地面上的人测得飞船经过t1时间从地球到达月球,在飞船内宇航员测得飞船经过t2时间从地球到达月球,则t1

(选填“>”“=”或“<”)t2;在飞船内宇航员测得地球、月球相距为L,则L (选填“>”“=”或“<”)L0。

答案> <

解析根据相对论长度公式:L=L0√1-(L

L

)2,可知,飞船驾驶员观测到地球、月球间距离小于地面上人观测

的距离,即L

L ,t2=L

L

,所以t1>t2。

9.(2018徐州模拟)(1)(多选)下列说法正确的有。

A.激光全息照相是利用了激光相干性好的特性

B.相对论理论认为空间和时间与物质的运动状态无关

C.声波频率的大小取决于在某种介质中传播的速度和波长的大小

D.在光的双缝干涉实验中,若只将入射光由绿光改为紫光,则条纹间距变窄

8

(2)如图所示,一列火车以速度v相对地面运动。如果地面上的人测得:地面上一只光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,则火车上的人测得此闪光先到达(选填“前壁”或“后壁”),这

两束闪光的传播速度(选填“相等”或“不相等”)。

答案(1)AD (2)前壁相等

解析(1)全息照片的拍摄利用了光的干涉原理,而激光具有相干性好的特点,激光全息照相正是利用了激光的这一特性,选项A正确;相对论理论认为空间和时间与物质的运动状态有关,选项B错误;声波频率的大小取决于波源,选项C错误;在光的双缝干涉实验中,若只将入射光由绿光改为紫光,因为紫光波长短,所以条纹间距变窄,选项D正确。

(2)地面上的人以地面为参考系,光向前、向后传播的速度相等,光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁,向前传播的路程与向后传播的路程相同,由于火车向前运动,所以开始时光源到火车的前壁的距离小;车厢中的人认为,车厢是个惯性系,光向前、向后传播的速度相等,光源到火车的前壁的距离小,闪光先到达前壁。

10.(2018如皋调研)(1)下列说法正确的是( )

A.建筑外装涂膜玻璃应用了光的全反射

B.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在

C.由空气进入水中,电磁波波长变短,声波波长变长

D.鸣笛汽车驶近路人的过程中,路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小

(2)如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B, (选填“a”或“b”)光为偏振光。人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则以SP为轴将B转过(选填“90°”或“180°”)后,在P处将看到光亮。

8

8

答案 (1)C (2)b 90°

解析 (1)建筑外装涂膜玻璃应用了光的薄膜干涉,不是光的全反射,故选项A 错误;赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故选项B 错误;电磁波由空气进入水中传播时,频率不变,波速变小,由公式v=λf 知电磁波的波长变短;声波由空气进入水中,波速变大,频率不变,波长变长,故选项C 正确;声源向观察者靠近时,产生多普勒效应,观察者接收到的声波频率大于声源的频率,故选项D 错误。

(2)由题意可知,人眼在P 处看不到光亮,是因为偏振片A 与偏振片B 的透振方向相互垂直,a 光是自然光,经过偏振片后,b 光是偏振光;由上述分析可知,以SP 为轴将B 转过180°后,偏振片B 的透振方向仍然与偏振片A 的透振方向相互垂直,在P 处仍然不能看到光亮;当以SP 为轴将B 转过90°后,两个偏振片的方向平行,在P 处将能看到光亮。

11.(2018如皋综合)(1)(多选)下列说法中正确的是( )

A.被拍打的篮球上下运动不是简谐运动

B.受迫振动的物体总以它的固有频率振动

C.当观察者和波源间存在相对运动时一定能观察到多普勒效应

D.在高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢

(2)1971年,屠呦呦等获得了青蒿乙醚提取物结晶,研究人员通过X 射线衍射分析确定了青蒿素的结构。X 射线衍射是研究物质微观结构最常用的方法,用于分析的X 射线波长在0.05~0.25nm 之间,因为X 射线的波长 (选填“远大于”“接近”或“远小于”)晶体内部原子间的距离,所以衍射现象明显。分析在照相底片上得到的衍射图样,便可确定晶体结构。X 射线是 (选填“纵波”或“横波”)。

(3)如图所示,有一四棱镜ABCD,∠B=∠C=90°,∠D=75°。某同学想测量其折射率,他用激光笔从BC 面上的P 点射入一束激光,从Q 点射出时与AD 面的夹角为30°,Q 点到BC 面垂线的垂足为E,P 、Q 两点到E 点的距离分别为a 、√3a,已知真空中光速为c 。求

:

8

①该棱镜材料的折射率n;

②激光从P 点传播到Q 点所需的时间t 。

答案 (1)AD (2)接近 横波 (3)①√62 ②√6a L

解析 (1)根据质点做简谐运动的条件可知,做简谐运动的条件是回复力为F=-kx,被拍打的篮球上下运动显然不是简谐运动,故选项A 正确;做受迫振动的物体的振动频率与驱动力的频率相等,与物体的固有频率无关,故选项B 错误;当观察者和波源间存在相对运动时,不一定能观察到多普勒效应,如观察者绕波源做匀速圆周运动,故选项C 错误;根据相对论的两个基本假设,在高速运行的航天器上看地球上的时间进程变慢,故选项D 正确。

(2)能发生明显的衍射现象的条件是:孔或障碍物的尺寸比波长小或者相差不多。当X 射线透过晶体内部原子间隙时,发生了明显的衍射现象,说明X 射线波长应接近晶体内部原子间的距离;X 射线是一种横波。

(3)①由题意,根据QE⊥BC,QE=√3PE,得∠PQE=30°

由几何关系可知,激光在AD 面上的入射角i=45°,折射角r=60°,由折射定律得n=sin L sin L =√62。

②激光在棱镜中传播速度v=L L

激光从P 点传播到Q 点所需的时间t=2L L

解得t=√6a L

12.(2017江苏单科,12B)(1)(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟,飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢,下列说法正确的有 。

A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快

B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢

8 C.地球上的人观测到地球上的钟较快

D.地球上的人观测到地球上的钟较慢

(2)野生大象群也有自己的“语言”。研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放录音时,能听到比正常播放时更多的声音。播放速度变为原来的2倍时,播出声波的 (选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波传播速度 (选填“变大”“变小”或“不变”)。

(3)人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R 的小球,会聚在轴线上的P 点。取球体的折射率为√2,且D=√2R 。求光线的会聚角α。(示意图未按比例画出)

答案 (1)AC (2)频率 不变 (3)30°

解析 (1)由相对论知识Δt=√1-(L )知,Δt>Δτ。则地球上的人观察飞船上的时间进程比地面上慢,即

地球上的人观测到地球上的钟较快,同理可知,飞船上的人观测到飞船上的钟较快,A 、C 正确,B 、D 错误。

(2)播放速度变为原来的2倍,则声波的频率为原来的2倍,而声波在空气中的传播速度由介质性质决定,故声速不变。

(3)由几何关系得sini=L 2L ,解得i=45°

则由折射定律得sin L

sin L

=n,解得r=30°

由几何关系得i=r+L

2

解得α=30°

8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ctxl.html