新教材适用2024版高考物理一轮总复习练案35第十三章光电磁波相对论第2讲光的波动性电磁波相对论

练案[35]第2讲　光的波动性　电磁波　相对论

一、选择题(本题共10小题，1～6题为单选，7～10题为多选)

1．(2023·山东泰安一中模拟预测)光照中的彩色条纹令人印象深刻，装点出了我们缤纷绚烂的童年世界。下列说法正确的是( A )

A．肥皂泡表面能看到斑斓条纹，是发生了光的干涉

B．太阳光通过三棱镜后出现彩色条纹，是发生了光的衍射

C．通过狭缝看日光灯出现彩色条纹，是发生了光的干涉

D．夏天雨后看到的彩虹，是发生了光的干涉

[解析]肥皂泡表面能看到斑斓条纹，是发生了光的干涉(薄膜干涉)，故A正确；太阳光通过三棱镜后出现彩色条纹，是发生了光的色散(折射)现象，故B错误；通过狭缝看日光灯出现彩色条纹，是发生了光的衍射，故C错误；夏天雨后看到的彩虹，是发生了光的折射，故D错误。

2．(2023·四川省德阳市高三开学考试)FAST电磁波宁静区无线电设施及建设遥感监测项目正式启动，确保“中国天眼”有良好的射电波信号接收环境。关于电磁波和机械波，下列说法正确的有( B )

A．与X射线相比，红外线更不容易发生明显的衍射现象

B．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些

C．频率越高的电磁波在真空中的传播速度越大

D．机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高传播速度越大

[解析]波的波长越长，越容易发生明显的衍射现象，与X射线相比，红外线波长更长，更容易发生明显的衍射现象，故A项错误；机械波的形成可表达为离波源近的质点带动离波源远的质点，故离波源较近的质点振动得早一些，故B项正确；在真空中各种频率的电磁波传播速度都相同，故C项错误；机械波在给定的介质中传播时，波的传播速度不变，故D项错误。

3．在高速世界里，时间和空间都是相对的，都会随惯性参考系的选择不同而不同。基于爱因斯坦的假设，下列说法正确的是( C )

A．物理规律在一切参考系中都具有相同的形式

B．在一切参考系中，测量到的真空中的光速c都一样

C．在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样

D．上面所述均不正确

[解析]根据相对性原理，在所有惯性参考系中，而不是一切参考系中，物理定律有相同的表达形式，即一切物理规律都是相同的，故A错误；光速不变原理是指，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，故B错误，C正确；根据前三个选项的分析可知C正确，故D错误。

4．(2023·山西省翼城中学高三阶段练习)如图甲所示，a、b两束激光分别通过同一套双缝干涉装置，它们的第5条亮条纹分别在屏上的Pa点和Pb点；如图乙所示，由a、b两束激光组成的复合光通过三棱镜后形成Ⅰ、Ⅱ两条光线，则下列说法中正确的是( C )

A．a激光的波长较长

B．光线Ⅱ是b激光的传播光路

C．b激光在三棱镜中传播时间较短

D．激光a与b有可能形成稳定的干涉图样

[解析]根据Δx＝λ可知b激光的波长较长，A错误；三棱镜对b激光的折射率较小，光线Ⅱ是a激光的传播光路，B错误；根据v＝可知b激光在三棱镜中传播速度较大，由图可知b激光的路程较小，由t＝可知，激光传播时间较短，C正确；由于激光a、b频率不同，不可能形成稳定的干涉图样，D错误。

5．(2023·湖南高三阶段检测)劈尖干涉是一种薄膜干涉，可以用来检测玻璃的光滑程度。将一标准平板玻璃放置在另一待检测平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹如图所示。如果从所示装置中添加一张纸片，关于从上往下看到的干涉条纹，下列描述正确的是( C )

A．P为凸处，PQ之间的干涉条纹条数增加

B．P为凸处，PQ之间的干涉条纹条数减少

C．P为凹处，PQ之间的干涉条纹条数增加

D．P为凹处，PQ之间的干涉条纹条数减少

[解析]薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处检查平面左边的空气膜厚度与右面的空气膜厚度相等，知P处凹陷，根据干涉条纹的公式Δx＝λ，如果增加一张纸片，d增大，条纹宽度变窄，那么PQ之间的条纹增加。C正确。

6．(2023·浙江高三专题练习)如图所示，电源电动势为3 V，单刀双掷开关S先置于a端使电路稳定。在t＝0时刻开关S置于b端，若经检测发现，t＝0.02 s时刻，自感线圈两端的电势差第一次为1.5 V。如果不计振荡过程的能量损失，下列说法正确的是( C )

A．0.04 s时回路中的电流为零

B．0.08 s时电感线圈中的自感电动势值最大为3 V

C．0.07 s～0.08 s时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐渐减小

D．0.04 s～0.05 s时间内，线圈中的磁场能逐渐增大

[解析]由题意知S置于b端后，自感线圈两端的电势差呈余弦规律变化，由于t＝0时刻电容器电压为3 V，故此时自感线圈两端的电势差也为3 V，然后开始减小，当第一次为1.5 V时，则可知经历时间为六分之一周期，故振荡周期为0.12 s。所以0.04 s时回路中的电流不为零，0.03 s时回路中的电流才为零，0.06 s时电感线圈中的自感电动势值达到最大，为3 V，故AB错误；经分析，0.07 s～0.08 s时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐渐减小，故C正确；0.04 s～0.05 s时间内，线圈两端的电势差增大即电容器极板间电场增大，电场能增大，则磁场能逐渐减小，故D错误。

7．(2023·安徽高三课时练习)光在科学技术和生产生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( AD )

A．为使拍摄的水面下景物更清晰，可利用偏振现象，在照相机镜头前加一偏振片，减少反射光的影响

B．蚌壳内表面上有一薄层珍珠质，在阳光照射下常会呈现美丽的色彩，这是光的衍射现象

C．在光导纤维内传送图像是利用光的直线传播特点

D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象

[解析]为使拍摄的水面下景物更清晰，可利用偏振现象，在照相机镜头前加一偏振片，减少水面反射光的影响，故A正确；蚌壳内表面上有一薄层珍珠质，在阳光照射下常会呈现美丽的色彩，这是光的干涉现象，故B错误；在光导纤维内传送图像是利用光的全反射现象，故C错误；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确。

8．(2023·河南高三阶段检测)随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。关于4G和5G使用的电磁波，下列说法正确的是( BD )

A．这两种电磁波会发生稳定的干涉现象

B．它们的光子能量都比可见光的小

C．在真空中，4G使用的电磁波的传播速度比5G使用的电磁波的传播速度大

D．让它们分别通过同一双缝干涉装置，4G使用的电磁波产生的条纹间距更大

[解析]两种电磁波的频率不同，不会发生稳定的干涉现象，故A错误；这两种电磁波都属于无线电波，无线电波的频率比可见光的低，则它们的光子能量都比可见光的小，故B正确；在真空中，不同电磁波的传播速度都相等，故C错误；因为5G使用的电磁波频率比4G的高，则4G使用的电磁波的波长更长，对同一双缝干涉装置，波长更长的电磁波产生的条纹间距更大，故D正确。

9．(2023·陕西阶段检测)可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，角度α为锐角，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是( ACD )

A．到达O处光的强度会明显减弱

B．到达O处光的强度不会明显减弱

C．将偏振片B转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α

D．将偏振片A转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α

[解析]A、B之间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后，变成偏振光，通过B后到O。当在A、B间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱；但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度；因为A、B的偏振方向一致，故转动偏振片A也可以。故选ACD。

10．(2023·湖南高三学业考试)如图所示，两束光线甲和乙分别射到同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图甲、乙所示，将这两束光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线都是由圆心O点沿OC方向射出，下列说法正确的是( ACE )

A．甲光的波长较短，乙光的波长较长

B．甲光的频率较低，乙光的频率较高

C．A光与甲光对应，B与乙光对应

D．A光在玻璃中传播速度大，B光在玻璃中传播速度小

E．分别让A、B光通过同一单缝，在同一光屏上A光的条纹宽度小于B光的条纹宽度

[解析]根据Δx＝λ甲光干涉图样相邻亮条纹间距较小，则甲光的波长较短，乙光的波长较长，故A正确；甲光的波长较短，则甲光的频率较高，故B错误；A光偏折程度较大，频率较高，与甲光对应，B与乙光对应，故C正确；A光频率较高，在玻璃中传播速度较小，B光在玻璃中传播速度较大，故D错误；A光的波长较短，分别让A、B光通过同一单缝，在同一光屏上A光的条纹宽度小于B光的条纹宽度，故E正确。

二、非选择题

11．如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2的距离之差为2.1×10－6 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？

(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；

(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°；

(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象。

[答案]　(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3)见解析

[解析](1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n1＝，得λ1＝n1λ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m。

路程差Δr＝2.1×10－6 m，

所以N1＝＝＝3.5，

从S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5倍，即的7倍，所以P点为暗条纹。

(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝得

n2＝＝，

由此可知，B光在空气中的波长为

λ′1＝n2λ2′＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m，

故N2＝＝＝4，

可见路程差为波长的整数倍，则用B光做光源，P点为亮条纹。

(3)若让A光和B光分别照射S1和S2，因为A光和B光的频率不同，所以不能发生干涉，在屏上不会出现干涉条纹，但在光屏上仍能观察到亮光。

12．(2023·江苏连云港高三模拟)研究光的干涉现象原理图如图所示。光源S到双缝S1、S2的距离相等，S1、S2连线平行于光屏，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出单色光，经S1、S2传播到光屏上P点，S1P垂直于光屏，P为某亮条纹中心，OP之间还有k条亮条纹，光由S1、S2传播到P点的时间差为t0。现紧贴S放置厚度为d的玻璃片，光由S1垂直穿过玻璃片传播到P点与光由S2直接传播到P点时间相等。已知光在真空中的速度为c，玻璃对该单色光的折射率为n，不考虑光在玻璃片内的反射，求：

(1)单色光在真空中的波长λ；

(2)玻璃片的厚度d。

[答案]　(1)　(2)

[解析]由题意，P为第k＋1级亮条纹中心，则有S2P－S1P＝(k＋1)λ，

又S2P－S1P＝ct0，解得λ＝。

(2)由题意，设光在玻璃中的传播速度为v，则－＝t0，且v＝，解得d＝。