2024版高考物理二轮复习专题5机械振动和机械波光学电磁波第14讲光学电磁波练习含答案

这是一份2024版高考物理二轮复习专题5机械振动和机械波光学电磁波第14讲光学电磁波练习含答案，共10页。试卷主要包含了如图所示等内容，欢迎下载使用。

A组·基础练
1. (2023·江苏南京三模)国产新能源汽车安装了“防撞预警安全系统”。如图所示，其配备的雷达会发射毫米级电磁波(毫米波)，并对前车反射的毫米波进行处理。下列说法正确的是( B )
A．毫米波是由于原子核受到激发而产生
B．毫米波由空气进入水时传播速度会变小
C．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象
D．毫米波不能发生偏振现象
【解析】 毫米波是由LC振荡电路产生的电磁波，故A错误；毫米波由空气进入水时传播速度会变小，故B正确；毫米波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故C错误；偏振是横波特有的现象，毫米波是横波，能发生偏振现象，故D错误。
2. (2023·江苏高考卷)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是( A )
【解析】 光线越接近地面，折射率越大，折射角越小，选项A正确。
3. (2023·江苏八市三模)光在日常生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( D )
A．观看立体电影时所戴的眼镜利用了光线衍射的原理
B．摄像机镜头采用镀膜技术增加了透射光，这是利用了光的衍射
C．拍摄玻璃橱窗中的物品时，在镜头前加偏振片是利用了光的干涉
D．显微镜、近视眼镜、远视眼镜等是利用光的折射制成的
【解析】 观看立体电影时所戴的眼镜是利用了光的偏振的原理，故A错误；摄像机镜头采用镀膜技术增加了透射光，这是利用了光的干涉，故B错误；拍摄玻璃橱窗中的物品时，在镜头前加偏振片是利用了光的偏振，故C错误；望远镜、显微镜、近视眼镜、远视眼镜等是利用光的折射制成的，故D正确。
4. (多选)(2023·辽宁高考卷)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是( BD )
A．插入水中的筷子、看起来折断了
B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹
C．驶近站台的火车，汽笛音调变高
D．振动音叉的周围，声音忽高忽低
【解析】 该现象属于波的叠加原理；插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的，与该问题的物理原理不相符；阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是由于光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符；驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒现象造成的，与该问题的物理原理不相符；振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符。故选B、D。
5. (2023·浙江温州模拟)如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图，棱镜由一种负折射率的介质制成。负折射率介质仍然满足折射定律，只是入射光线和折射光线位居法线同侧。一束单色光从直角边AB以θ1角入射，经BC反射，再经AC折射出棱镜，经AC折射出的光线与法线夹角为θ2，下列说法正确的是( A )
A．θ1一定等于θ2
B．θ2与光的颜色有关
C．θ2与棱镜的负折射率有关
D．改变θ1，有可能在AC界面发生全反射
【解析】 根据题意，在负折射率材料制成的棱镜中画出光路图，如图所示，由几何知识可知θ1＝θ2，故选A正确；θ2的大小由θ1决定，与光的颜色和棱镜的负折射率无关，故B、C错误；由光路的可逆性可知，改变θ1，在AC界面不会发生全反射，故D错误。
6. (2023·湖南高考卷)一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是( BC )
A．水的折射率为eq \f(1,sin 41°)
B．水的折射率为eq \f(1,sin 49°)
C．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
【解析】 如图甲所示，其临界角C＝90°－α，n＝eq \f(1,sin C)＝eq \f(1,sin 49°)，A错误，B正确；当α＝60°时，入射角i＝30°，如图乙所示，根据折射定律，光从光密介质到光疏介质(空气)，折射角大于入射角，所以救援人员接收激光光束与水面夹角小于60°，C正确，D错误。
7. (2023·江苏八市三模)如图所示为用相机拍摄的夏日荷塘一景，已知水的折射率为n，下列说法正确的是( C )
A．太阳光进入水中后，光的频率发生变化
B．用相机拍摄水中的鱼，可通过镜头表面的增透膜减弱水面反射光的影响
C．用激光枪射击水中的鱼，为了提高命中率，在射击时应瞄准眼睛看到的鱼
D．在水中的鱼看来，崖上的量物都出现在一个倒立的圆锥里，圆锥的顶角θ的正弦值为eq \f(1,n)
【解析】 光的频率与介质无关，太阳光进入水中前后频率保持不变，故A错误；用相机拍摄水中的鱼，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱反射光的强度，使照片清晰，故B错误；看到的鱼与实际是鱼的像，光线在水和空气的界面发生折射；用激光枪射击水中的鱼，因为激光在界面也发折射，所以用激光枪射击水中的鱼，为了提高命中率，在射击时应瞄准看到的鱼，故C正确；光从空气折射进入鱼眼，折射角小于入射角，鱼眼认为光是直线传播的，所以岸上所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，如图所示，根据sin C＝eq \f(1,n)，根据图可知圆锥的顶角θ为C的2倍，故D错误。
8.(多选)(2023·北京育才学校三模)如图所示。有一束平行于等边三棱镜横截面ABC的红光从空气射向E点，并偏折到F点。已知入射方向与边AB的夹角θ＝45°，E，F分别为边AB，BC的中点，则( AC )
A．该三棱镜对红光的折射率为eq \r(2)
B．光在F点发生全反射
C．从F点出射的光束与入射到E点的光束的夹角为30°
D．若改用紫光沿相同角度从E点入射，则出射点在F点左侧
【解析】 如图所示，作两界面法线相交于D点，在AB界面，由几何知识知，入射角为45°，折射角为30°，所以n＝eq \f(sin 45°,sin 30°)＝eq \r(2)，故A正确；光在BC界面上入射角为30°，则sin C＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(2),2)即临界角C＝45°，则在BC面上不会发生全反射，故B错误；分析知BC面上折射角为45°，入射光线与出射光线相交于G点，∠BEF＝60°，∠BEG＝45°，则∠GEF＝15°，∠BFE＝60°，∠BFG＝45°，则∠GFE＝15°，所以从F点出射的光束与入射到E点的光束的夹角为30°，故C正确；紫光频率比红光频率大，棱镜对紫光的折射率大，若改用紫光沿相同角度从E点入射，则出射点在F点右侧，D错误。故选A、C。
B组·综合练
9. (多选)(2023·湖南邵阳联考)中国历史上有很多古人对很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。如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，关于这两种色光，下列说法正确的是( AB )
A．在同种玻璃中传播，a光的波长一定小于b光波长
B．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b光
C．以相同角度斜射到同一玻璃板，透过两个平行的表面后，b光侧移量大
D．若光束a、b分别通过同一双缝干涉装置，光束a的条纹间距比光束b的宽
【解析】 由光路图分析可知，第一次折射时，b光的折射角较大，而入射角相等，根据折射率定律n＝eq \f(sin i,sin r)可知，a光的折射率比b光的折射率大，则a光的频率比b光的频率大，所以在同种玻璃中传播，a光的波长一定小于b光波长，故A正确；根据临界角与折射率的关系sin C＝eq \f(1,n)可知，a光的折射率比b光的折射率大，则a光的临界角比b光的小，a光先发生全反射，所以以相同的入射角从水中射入空气，若在空气中只能看到一种频率的光，则一定是b光，故B正确；光线斜射到玻璃表面，折射光偏转程度越大，偏移量越大，即a光侧移量大，故C错误；根据干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ，由于a光的波长小于b光波长，若通过同一双缝干涉装置，光束a的条纹间距比光束b的窄，故D错误。故选AB。
10. (2023·浙江诸暨模拟)如图所示为某种材料制成的半圆环截面图，圆环内半径r1＝r0，外半径r2＝eq \r(2)r0，光屏的半径r3＝2r0。位于半圆环内侧的点光源P向上方发出某种单色光，已知材料对单色光的折射率n＝2。不考虑反射光，下列说法正确的是( C )
A．光发生全反射的临界角为60°
B．环外侧有光射出的弧长为eq \f(1,6)πr0
C．光屏上有光射到的弧长为eq \f(4,3)πr0
D．增大折射率n，则屏上有光的弧长将增大
【解析】 根据临界角与折射率的关系有sin C＝eq \f(1,n)＝eq \f(1,2)，解得C＝30°，故A错误；设从P点发出的光线恰好在A点发生全发射，即∠OAP＝C＝30°，如图所示，
在三角形AOP中，根据正弦定理，有eq \f(sin∠OAP,r1)＝eq \f(sin∠OPA,r2)，解得∠OPA＝135°，所以∠AOP＝180°－∠OPA－∠OAP＝15°，所以环外侧有光射出的弧长所对应的圆心角为α＝2∠AOP＝30°，所以环外侧有光射出的弧长为l1＝eq \f(1,12)·2πr2＝eq \f(\r(2),6)πr0，故B错误；在直角三角形AOB中，有cs∠AOB＝eq \f(r2,r3)＝eq \f(\r(2)r0,2r0)＝eq \f(\r(2),2)，所以∠AOB＝45°，所以光屏上有光射到的弧长所对应的圆心角为β＝2(∠AOP＋∠AOB)＝120°，所以光屏上有光射出的弧长为l2＝eq \f(1,3)·2πr3＝eq \f(4,3)πr0，故C正确；根据以上分析，增大折射率n，则全反射的临界角减小，从而屏上有光的弧长所对圆心角减小，弧长减小，故D错误。
11. (2023·全国乙卷)如图所示，一折射率为eq \r(2)的棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC，AB＝AC＝l，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。
【答案】 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(\r(3),3)))l
【解析】 光路如图所示，
由n＝eq \f(sin i,sin r)可得，
sin r＝eq \f(sin 45°,\r(2))＝eq \f(1,2)，解得r＝30°
由几何关系可得∠MDA＝30°，∠MAD＝30°，故MA＝MD
设MA＝MD＝x，则MB＝l－x
由几何关系得∠MDB＝75°，在△MBD中，由正弦定理可得eq \f(x,sin 45°)＝eq \f(l－x,sin 75°)，解得x＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(\r(3),3)))l。
12. (2023·湖南益阳三模)如图所示，一单色细光束AB从真空中以入射角i＝45°，入射到某透明球体的表面上B点，经研究发现光束在过球心O的平面内，从B点折射进入球内后，又经球的内表面只反射一次，再经球表面上的C点折射后，以光线CD射出球外，此单色光在球体内传播速度是eq \f(3\r(2),2)×108 m/s，在真空中的光速为3×108 m/s。求：
(1)此单色细光束在透明球内的折射率；
(2)出射光线CD与入射光线AB方向改变的角度。
【答案】 (1)eq \r(2) (2)150°
【解析】 (1)根据公式n＝eq \f(c,v)求得光束在球内的折射率
n＝eq \f(3×108,\f(3\r(2),2)×108)＝eq \r(2)。
(2)由折射定律得n＝eq \f(sin i,sin r)
解得r＝30°
由几何关系及对称性，有eq \f(α,2)＝r－(i－r)＝2r－i
则α＝4r－2i
把r＝30°，i＝45°代入得α＝30°
方向改变的角度为β＝180°－α＝150°
出射光线CD与入射光线AB方向的夹角是150°。
13. (2023·成都七中三诊)如图所示，ABCD为折射率n＝eq \r(3)的透明物体的截面，AB⊥AD，AD⊥DC，AB＝2CD＝2R，BC是半径为R的eq \f(1,4)圆弧，O为圆弧的圆心。一束光与AD边成30°角射入，出射后恰好通过O点。光在真空中的传播速度为c，求该束光在透明物体中的传播时间，并画出光路图。
【答案】 t＝eq \f(4－\r(3)R,c)，光路图见解析
【解析】 光的光路图如下所示
根据光的折射定律n＝eq \f(sin i,sin r)
代入数据结合三角形的边角关系可得∠EFA＝∠OFB＝30°
BF＝eq \f(R,tan 30°)＝eq \r(3)R
OF＝eq \f(R,sin 30°)＝2R
FG＝OF－R＝R
则AF＝AB－FB＝2R－eq \r(3)R
EF＝eq \f(AF,cs 30°)＝eq \f(4\r(3)－6,3)R
又因为n＝eq \f(c,v)
解得v＝eq \f(c,n)＝eq \f(\r(3),3)c
所以该束光在透明物体中的传播时间为t＝eq \f(EF＋FG,v)＝eq \f(4－\r(3)R,c)。