2018-2020年三年高考真題物理分類匯編21-光學-電磁波與相對論

21光學電磁波相對論1．（2020·江蘇Ⅰ卷）“測溫槍”（學名“紅外線輻射測溫儀”）具有響應快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強度I及其極大值對應的波長的變化情況是A．I增大，增大 B．I增大，減小C．I減小，增大 D．I誠小，減小【答案】B【解析】黑體輻射的實驗規(guī)律如圖。特點是，隨著溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，所以人體熱輻射的強度增大；隨著溫度的升高，輻射強度的峰值向波長較短的方向移動，所以減小。故選B。2．（2020·浙江卷）在抗擊新冠病毒的過程中，廣泛使用了紅外體溫計測量體溫，如圖所示。下列說法正確的是A．當體溫超過℃時人體才輻射紅外線B．當體溫超過周圍空氣溫度時人體才輻射紅外線C．紅外體溫計是依據(jù)體溫計發(fā)射紅外線來測體溫的D．紅外體溫計是依據(jù)人體溫度越高，輻射的紅外線強度越大來測體溫的【答案】D【解析】AB．凡是溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生紅外輻射，故人體一直都會輻射紅外線，故A錯誤，B錯誤；CD．人身體各個部位體溫是有變化的，所以輻射的紅外線強度就會不一樣，溫度越高紅外線強度越高，溫度越低輻射的紅外線強度就越低，所以通過輻射出來的紅外線的強度就會輻射出個各部位的溫度；紅外體溫計并不是靠體溫計發(fā)射紅外線來測體溫的，故C錯誤，D正確。故選D。3．（2020·浙江卷）下列說法正確的是A．質(zhì)子的德布羅意波長與其動能成正比B．天然放射的三種射線，穿透能力最強的是射線C．光電效應實驗中的截止頻率與入射光的頻率有關D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性【答案】D【解析】A．由公式，可知質(zhì)子的德布羅意波長，，故A錯誤；B．天然放射的三種射線，穿透能力最強的是射線，故B錯誤；C．由，當，可知截止頻率與入射光頻率無關，由材料決定，故C錯誤；D．電子束穿過鋁箱后的衍射圖樣說明電子具有波動性，故D正確。故選D。4．（2020·新課標Ⅰ卷）如圖所示，圓心為O、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(fā)生全反射；當入射角時，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B．之間的距離為C．光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為D．光從玻璃到空氣的臨界角為30°【答案】C【解析】AB．作出兩種情況下的光路圖，如圖所示。設，在A處發(fā)生全反射故有。由于出射光平行可知，在B處射出，故由于。聯(lián)立可得，，故AB錯誤；C．由可得，故C正確；D．由于，所以臨界角不為30°，故D錯誤。故選C。5．（2020·山東卷）雙縫干涉實驗裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等，O點為S1、S2連線中垂線與光屏的交點。光源S發(fā)出的波長為的光，經(jīng)S1出射后垂直穿過玻璃片傳播到O點，經(jīng)S2出射后直接傳播到O點，由S1到O點與由S2到O點，光傳播的時間差為。玻璃片厚度為10，玻璃對該波長光的折射率為，空氣中光速為c，不計光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是（）A． B． C． D．【答案】A【解析】光在玻璃中的傳播速度為，可知時間差，故選A。6．（2020·新課標Ⅰ卷）在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應解釋的有__________。A．雷雨天看到閃電后，稍過一會兒才能聽到雷聲B．超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C．觀察者聽到遠去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會變低D．同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同E.天文學上觀察到雙星（相距較近、均繞它們連線上某點做圓周運動的兩顆恒星）光譜隨時間的周期性變化【答案】BCE【解析】A．之所以不能同時觀察到是因為聲音的傳播速度比光的傳播速度慢，所以A錯誤；B．超聲波與血液中的血小板等細胞發(fā)生反射時，由于血小板的運動會使得反射聲波的頻率發(fā)生變化，B正確；C．列車和人的位置相對變化了，所以聽得的聲音頻率發(fā)生了變化，所以C正確；D．波動傳播速度不一樣是由于波的頻率不一樣導致的，D錯誤；E．雙星在周期性運動時，會使得到地球的距離發(fā)生周期性變化，故接收到的光頻率會發(fā)生變化，E正確。故選BCE。7．（2020·江蘇卷）電磁波廣泛應用在現(xiàn)代醫(yī)療中。下列屬于電磁波應用的醫(yī)用器械有A．殺菌用的紫外燈B．拍胸片的X光機C．治療咽喉炎的超聲波霧化器D．檢查血流情況的“彩超”機【答案】AB【解析】A．紫外燈的頻率高，能量強，所以用于殺菌，屬于電磁波的應用，A正確；B．X光的穿透能力較強，所以用于拍胸片，屬于電磁波的應用，B正確；C．超聲波霧化器是超聲波的應用，與電磁波無關，C錯誤；D．彩超屬于超聲波的應用，與電磁波無關，D錯誤。故選AB。8．（2020·江蘇卷）玻璃的出現(xiàn)和使用在人類生活里已有四千多年的歷史，它是一種非晶體。下列關于玻璃的說法正確的有A．沒有固定的熔點B．天然具有規(guī)則的幾何形狀C．沿不同方向的導熱性能相同D．分子在空間上周期性排列【答案】AC【解析】根據(jù)非晶體的特點可知非晶體是指組成物質(zhì)的分子（或原子、離子）不呈空間有規(guī)則周期性排列的固體。它沒有一定規(guī)則的外形。它的物理性質(zhì)在各個方向上是相同的，叫“各向同性”。它沒有固定的熔點。故選AC。9．（2020·山東卷）截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示。DE為嵌在三棱鏡內(nèi)部緊貼BB'C'C面的線狀單色可見光光源，DE與三棱鏡的ABC面垂直，D位于線段BC的中點。圖乙為圖甲中ABC面的正視圖。三棱鏡對該單色光的折射率為2，只考慮由DE直接射向側面AA'CC的光線。下列說法正確的是（）A．光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側面總面積的B．光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側面總面積的C．若DE發(fā)出的單色光頻率變小，AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將增大D．若DE發(fā)出的單色光頻率變小，AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將減小【答案】AC【解析】AB．由題可知，可知臨界角為45o，因此從D點發(fā)出的光，豎直向上從M點射出的光線恰好是出射光線的邊緣，同時C點也恰好是出射光線的邊緣，如圖所示，因此光線只能從MC段射出，根據(jù)幾何關系可知，M恰好為AC的中點，因此在平面上有一半的面積有光線射出，A正確，B錯誤；C．由于頻率越高，折射率越大，當光源發(fā)出的光的頻率變小，，折射率也會變小，導致臨界角會增大，這時M點上方也會有光線出射，因此出射光線區(qū)域的面積將增大，C正確，D錯誤。故選AC。10．（2020·江蘇卷）我國的光纖通信技術處于世界領先水平。光纖內(nèi)芯（內(nèi)層玻璃）的折射率比外套（外層玻璃）的_____（選填“大”或“小”）。某種光纖的內(nèi)芯在空氣中全反射的臨界角為，則該內(nèi)芯的折射率為_____。（取，結果保留2位有效數(shù)字）【答案】大【解析】根據(jù)全反射定律可知光釬內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大，這樣光在內(nèi)芯和外殼的界面上才能發(fā)生全反射，保證信息的傳輸。折射率為11．（2020·新課標Ⅲ卷）如圖，一折射率為的材料制作的三棱鏡，其橫截面為直角三角形ABC，∠A=90°，∠B=30°。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(nèi)的多次反射，求AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值。【答案】2【解析】設從點入射的光線經(jīng)折射后恰好射向點，光在邊上的入射角為，折射角為，如圖所示由折射定律有設從范圍入射的光折射后在邊上的入射角為，由幾何關系有代入題中數(shù)據(jù)解得，所以從范圍入射的光折射后在邊上發(fā)生全反射，反射光線垂直射到邊，邊上全部有光射出。設從范圍入射的光折射后在邊上的入射角為，如圖所示由幾何關系可知根據(jù)已知條件可知即從范圍入射的光折射后在邊上發(fā)生全反射，反射光線垂直射到邊上。設邊上有光線射出的部分為，由幾何關系得邊與邊有光射出區(qū)域的長度比值為12．（2020·新課標Ⅱ卷）直角棱鏡的折射率n，其橫截面如圖所示，圖中∠C=90°，∠A=30°。截面內(nèi)一細束與BC邊平行的光線，從棱鏡AB邊上的D點射入，經(jīng)折射后射到BC邊上。（1）光線在BC邊上是否會發(fā)生全反射?說明理由；（2）不考慮多次反射，求從AC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值?！敬鸢浮浚?）光線在E點發(fā)生全反射；（2）【解析】（1）如圖，設光線在D點的入射角為i，折射角為r。折射光線射到BC邊上的E點。設光線在E點的入射角為，由幾何關系，有=90°–（30°–r）>60°①根據(jù)題給數(shù)據(jù)得sin>sin60°>②即θ大于全反射臨界角，因此光線在E點發(fā)生全反射。（2）設光線在AC邊上的F點射出棱鏡，光線的入射角為i'，折射角為r'，由幾何關系、反射定律及折射定律，有i=30°③i'=90°–θ④sini=nsinr⑤nsini'=sinr'⑥聯(lián)立①③④⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)，得⑦由幾何關系，r'即AC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。13．（2019·北京卷）利用圖1所示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現(xiàn)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A．甲對應單縫，乙對應雙縫B．甲對應雙縫，乙對應單縫C．都是單縫，甲對應的縫寬較大D．都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大【答案】A【解析】根據(jù)單縫衍射圖樣和雙縫干涉圖樣特點判斷。單縫衍射圖樣為中央亮條紋最寬最亮，往兩邊變窄，雙縫干涉圖樣是明暗相間的條紋，條紋間距相等，條紋寬度相等，結合圖甲，乙可知，甲對應單縫，乙對應雙縫，故A正確，BCD錯誤。14．（2019·北京卷）光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結果。組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組123弱中強294360第二組456弱中強274055由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是A．兩組實驗采用了不同頻率的入射光B．兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強越強，光電流越大【答案】B【解析】由愛因斯坦質(zhì)能方程比較兩次實驗時的逸出功和光電流與光強的關系解題由題表格中數(shù)據(jù)可知，兩組實驗所用的入射光的能量不同，由公式可知，兩組實驗中所用的入射光的頻率不同，故A正確；由愛因斯坦質(zhì)能方程可得：第一組實驗：，第二組實驗：，解得：，即兩種材料的逸出功相同也即材料相同，故B錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程可得：，故C正確；由題表格中數(shù)據(jù)可知，入射光能量相同時，相對光越強，光電流越大，故D正確。15．（2019·天津卷）某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。①下列哪些措施能夠提高實驗準確程度______。A．選用兩光學表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學表面平行的玻璃磚C．選用粗的大頭針完成實驗D．插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些②該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是______。③該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于、點，再過、點作法線的垂線，垂足分別為、點，如圖所示，則玻璃的折射率______。（用圖中線段的字母表示）【答案】①AD②D③【解析】①采用插針法測定光的折射率的時候，應選定光學表面間距大一些的玻璃磚，這樣光路圖會更加清晰，減小誤差，同時兩枚大頭針的距離盡量大一些，保證光線的直線度，因此AD正確，光學表面是否平行不影響該實驗的準確度，因此B錯誤，應選用細一點的大頭針因此C錯誤。②根據(jù)光的折射定律可知當選用平行的玻璃磚時出射光和入射光應是平行光，又因發(fā)生了折射因此出射光的出射點應相比入射光的延長線向左平移，因此D正確，ABC錯誤；③由折射定律可知折射率，，，聯(lián)立解得。16．（2019·江蘇卷）將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的（選填“折射”“干涉”或“衍射”）．當縫的寬度（選填“遠大于”或“接近”）光波的波長時，這種現(xiàn)象十分明顯?！敬鸢浮垦苌浣咏窘馕觥客ㄟ^兩支鉛筆中間的縫能看到彩色條紋，說明光繞過縫而到人的眼睛，所以這是由于光的衍射現(xiàn)象，由發(fā)生明顯衍射條件可知，當縫的寬度與光波的波長接近或比光波的波長少得多時能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。17．的湖底P點發(fā)出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為53°（取sin53°=0.8）。已知水的折射率為。（1）求桅桿到P點的水平距離；（2）船向左行駛一段距離后停止，調(diào)整由P點發(fā)出的激光束方向，當其與豎直方向夾角為45°時，從水面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離?！敬鸢浮浚?）7m（2）【解析】（1）設光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x1，到P點的水平距離為x2；桅桿高度為h1，P點處水深為h2：激光束在水中與豎直方向的夾角為θ。由幾何關系有①②由折射定律有sin53°=nsinθ③設桅桿到P點的水平距離為x，則x=x1+x2④聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得x=7m⑤sin=nsin45°⑥⑦⑧⑨聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入題給數(shù)據(jù)得x'=⑩18．（2019·新課標全國Ⅲ卷）如圖，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，∠A=90°，∠B=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。（1）求棱鏡的折射率；（2）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?！敬鸢浮浚?）（2）【解析】（1）光路圖及相關量如圖所示。光束在AB邊上折射，由折射定律得①式中n是棱鏡的折射率。由幾何關系可知α+β=60°②由幾何關系和反射定律得③聯(lián)立①②③式，并代入i=60°得n=④（2）設改變后的入射角為，折射角為，由折射定律得=n⑤依題意，光束在BC邊上的入射角為全反射的臨界角，且sin=⑥由幾何關系得=α'+30°⑦由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦為sin=⑧19．（2019·江蘇卷）如圖所示，某L形透明材料的折射率n=2?，F(xiàn)沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時不會射入空氣，求θ的最大值?！敬鸢浮俊窘馕觥恳构饩€不會射入空氣，即發(fā)生全反射，設臨界角為C，即有：由幾何關系得：聯(lián)立解得：20．（2018·北京卷）用雙縫干涉實驗裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后A．干涉條紋消失B．彩色條紋中的紅色條紋消失C．中央條紋變成暗條紋D．中央條紋變成紅色【答案】D【解析】當用白光做干涉實驗時，頻率相同的色光，相互疊加干涉，在光屏上形成彩色條紋，中央形成白色的亮條紋；當在光源與單縫之間加上紅色濾光片后，只有紅光能通過單縫，然后通過雙縫后相互疊加干涉，在光屏上形成紅色干涉條紋，光屏中央為加強點，所以中央條紋變成紅色亮條紋，故選項D正確，ABC錯誤；【名師點睛】本題考查了光的干涉現(xiàn)象，注意只有頻率相同、振動相同的兩列波才能形成穩(wěn)定的干涉圖像，同時要掌握哪些點是振動加強點，哪些點是振動減弱點。21．（2018·天津卷）氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線，都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定A．對應的前后能級之差最小B．同一介質(zhì)對的折射率最大C．同一介質(zhì)中的傳播速度最大D．用照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則也一定能【答案】A【解析】根據(jù)分析前后能級差的大小；根據(jù)折射率與頻率的關系分析折射率的大??；根據(jù)判斷傳播速度的大小；根據(jù)發(fā)生光電效應現(xiàn)象的條件是入射光的頻率大于該光的極限頻率判斷是否會發(fā)生光電效應。波長越大，頻率越小，故的頻率最小，根據(jù)可知對應的能量最小，根據(jù)可知對應的前后能級之差最小，A正確；的頻率最小，同一介質(zhì)對應的折射率最小，根據(jù)可知的傳播速度最大，BC錯誤；的波長小于的波長，故的頻率大于的頻率，若用照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則不一定能，D錯誤?！久麕燑c睛】光的波長越大，頻率越小，同一介質(zhì)對其的折射率越小，光子的能量越小。22．（2018·江蘇卷）（多選）梳子在梳頭后帶上電荷，搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波A．是橫波B．不能在真空中傳播C．只能沿著梳子搖動的方向傳播D．在空氣中的傳播速度約為3×108m/s【答案】AD【解析】搖動的梳子在空中產(chǎn)生電磁波，電磁波是橫波，選項A正確；電磁波能在真空中傳播，選項B錯誤；電磁波傳播的方向與振動方向垂直，選項C錯誤；電磁波在空氣中傳播的速度約為光速，選項D正確。23．（2018·新課標全國I卷）如圖，△ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，∠A=30°，一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上的D點射出，其折射角為60°，則玻璃對紅光的折射率為_____。若改用藍光沿同一路徑入射，則光線在D點射出時的折射射角______（“小于”“等于”或“大于”）60°?！敬鸢浮看笥凇窘馕觥扛鶕?jù)題述和圖示可知，i=60°，r=30°，由折射定律，玻璃對紅光的折射率n==。若改用藍光沿同一路徑入射，由于玻璃對藍光的折射率大于玻璃對紅光的折射率，則光線在D點射出時的折射角大于60°。24．（2018·北京卷）（1）靜電場可以用電場線和等勢面形象描述。a．請根據(jù)電場強度的定義和庫侖定律推導出點電荷Q的場強表達式；b．點電荷的電場線和等勢面分布如圖所示，等勢面S?、S?到點電荷的距離分別為r?、r?。我們知道，電場線的疏密反映了空間區(qū)域電場強度的大小。請計算S?、S?上單位面積通過的電場線條數(shù)之比N1/N2。（2）觀測宇宙中輻射電磁波的天體，距離越遠單位面積接收的電磁波功率越小，觀測越困難。為了收集足夠強的來自天體的電磁波，增大望遠鏡口徑是提高天文觀測能力的一條重要路徑。2016年9月25日，世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡FAST在我國貴州落成啟用，被譽為“中國天眼”。FAST直徑為500m，有效提高了人類觀測宇宙的精度和范圍。a．設直徑為100m的望遠鏡能夠接收到的來自某天體的電磁波功率為P?，計算FAST能夠接收到的來自該天體的電磁波功率P?；b．在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的，僅以輻射功率為P的同類天體為觀測對象，設直徑為100m望遠鏡能夠觀測到的此類天體數(shù)目是N0，計算FAST能夠觀測到的此類天體數(shù)目N。【答案】（1）a．b．（2）a．b．【解析】（1）a．在距Q為r的位置放一電荷量為q的檢驗電荷根據(jù)庫侖定律檢驗電荷受到的電場力根據(jù)電場強度的定義得b．穿過每個面的電場線的總條數(shù)是相等的，若面積大，則單位面積上分擔的條數(shù)就少，故穿過兩等勢面單位面積上的電場線條數(shù)之比（2）a．地球上不同望遠鏡觀測同一天體，單位面積上接收的功率應該相同，因此b．在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的。因此一個望遠鏡能觀測到的此類天體數(shù)目正比于以望遠鏡為球心、以最遠觀測距離為半徑的球體體積。設地面上望遠鏡能觀測到此類天體需收集到的電磁波的總功率的最小值為P0，直徑為100m望遠鏡和FAST能觀測到的最遠距離分別為L0和L，則可得L=5L0則【名師點睛】本題是一道信息題，要讀懂題目中所描述的物理情景，然后結合物理知識求解，在電場線條數(shù)一定的情況下，圓的半徑越大，則單位面積上的條數(shù)就越少；同樣要知道地球上不同望遠鏡觀測同一天體，單位面積上接收的功率應該相同，要借助于這些條件處理問題。25．（2018·新課標全國II卷）如圖，△ABCQUOTE是一直角三棱鏡的橫截面，QUOTE，QUOTE，一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點射出。EG垂直