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2020版53B课标Ⅲ物理5年高考3年模拟复习专题十七 光学、电磁波、相对论

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2020版53B课标Ⅲ物理5年高考3年模拟复习专题十七 光学、电磁波、相对论专题十七光学、电磁波、相对论真题多维细目表真题涉分考点光的折射、全反射、色散光的干涉、衍射、偏振电磁波、相对论题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素2019课标Ⅰ,34(2)10光的折射和全反射计算难湖面帆船数理结合问题递进科学推理2019课标Ⅱ,34(2)10双缝干涉填空中双缝干涉实验问题递进证据、解释2019课标Ⅲ,34(2)10光的折射、全反射计算难直角三角形棱镜数理结合问题递进科学论证2018课标Ⅰ,34(1)5光的折射填空中三棱镜填空递进科学推理2018课标Ⅱ,34(2)10光的折射和全反射计算中三棱镜...

2020版53B课标Ⅲ物理5年高考3年模拟复习专题十七 光学、电磁波、相对论
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中。02命题趋势1.2020年的命题趋势基本会保持前几年命题规律,具体细节、考向会有所变化。2.以几何光学为背景,侧重考查折射定律、光的全反射。3.命题背景仍结合半圆形介质、球形介质、棱镜、平行介质等考查光的反射、折射等。03备考建议1.几何光学中要掌握折射定律等相关定律的内涵,临界角、偏向角等概念,还应能熟练应用三角函数、正余弦定理及相似三角形等数学知识。2.物理光学中要熟记双缝干涉实验中的条纹间距公式、注意理解光的干涉和衍射的概念和现象。3.电磁波的相关知识也不可忽视。04核心素养本专题考查的核心素养主要是物理观念、科学思维。2    5年高考3年模拟B版(教师用书)对应学生用书起始页码P270考点一光学一、光的折射、全反射、色散1.光的折射定律折射光线、入射光线和法线在同一平面内;折射光线、入射光线分居法线两侧;入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。2.折射率(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦值与折射角的正弦值之比,叫做这种介质的折射率。(2)定义式:n=sinθ1sinθ2(θ1表示真空中光线与法线的夹角,θ2表示介质中光线与法线的夹角)。(3)实验证明:n=cv(c表示光在真空中的速度,v表示光在介质中的速度)。(4)光密介质与光疏介质:两种介质相比较,折射率较大的介质叫光密介质,折射率较小的介质叫光疏介质。(光密介质与光疏介质是相对的)3.全反射光照射到两种介质的界面上时,光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象。发生全反射的条件:(1)光线由光密介质射向光疏介质;(2)入射角大于或等于临界角(临界角C满足sinC=1n)。4.色散现象白光通过三棱镜后形成的色散现象中,红光偏向角最小,即棱镜对红光的折射率最小。由公式n=cv可知红光在介质中的传播速度最大。[2016课标Ⅰ,34(2),10分]如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为43。(ⅰ)求池内的水深;(ⅱ)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0m。当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。解析 (ⅰ)如图,设到达池边的光线的入射角为i。依题意,水的折射率n=43,光线的折射角θ=90°。由折射定律有nsini=sinθ①由几何关系有sini=ll2+h2②式中,l=3m,h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得h=7m≈2.6m③(ⅱ)设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x。依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′=45°。由折射定律有nsini′=sinθ′④式中,i′是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系有sini′=aa2+h2⑤x+l=a+h′⑥式中h′=2m。联立③④⑤⑥式得x=3723-1æèçöø÷m≈0.7m⑦答案 (ⅰ)2.6m (ⅱ)0.7m二、光的干涉、衍射、偏振1.双缝干涉①中央为亮纹,两侧是明、暗相间的条纹,且相邻亮纹与亮纹间、相邻暗纹与暗纹间的距离相等,即条纹宽度相等。②相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离Δx=Ldλ,其中d为两条狭缝间的距离,L为双缝到屏的距离,λ为光的波长。此式表明,相同装置,光的波长越长,相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离越大。③若用白光做实验,则中央亮纹为白色,两侧出现彩色条纹。彩色条纹显示了不同颜色光的干涉条纹间距是不同的。2.薄膜干涉光照射到薄膜上时,薄膜的前、后表面反射的两列光相叠加,也可发生干涉现象。若入射光为单色光,可形成明暗相间的干涉条纹;若入射光为白光,可形成彩色的干涉条纹。3.光的衍射光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象叫做光的衍射现象。只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小,或者跟光的波长差不多的条件下,才能发生明显的衍射现象。著名的泊松亮斑就是典型的光的衍射现象。4.光的偏振偏振现象:横波只沿某一特定方向振动,称为波的偏振现象。自然光:若光源发出的光,包含着在垂直于光传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫自然光。偏振光:在垂直于光传播方向的平面上,只沿一个特定方向振动的光叫偏振光。例如:自然光通过偏振片后,就得到了偏振光。见示意图。光的偏振充分说明光是横波,只有横波才有偏振现象。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题十七 光学、电磁波、相对论3    [2017云南昆明摸底,34(1)](多选)下列说法中正确的是(  )A.光的偏振现象说明光是横波B.只有波长足够长的光才能发生衍射现象C.利用光的干涉现象可以检查光学平面的平整程度D.光导纤维内芯的折射率比外套的小E.不管光源和观察者是否存在相对运动,观察者观察到的光速是不变的解析 只有横波才会发生偏振现象,光能发生偏振现象说明光是横波,故A正确。衍射现象是波所特有的现象,光具有波动性,所有的光都能发生衍射现象,故B错。用标准平面检查光学平面平整度利用的是光的干涉现象,故C正确。利用光导纤维传送信号利用的是光的全反射,所以要求光导纤维内芯的折射率比外套的大,故D错。不管光源与观察者是否存在相对运动,观察者观察到的光速都不变,故E正确。答案 ACE三、测定玻璃的折射率1.实验目的(1)理解用插针法测定玻璃折射率的原理。(2)学会测定玻璃的折射率的实验方法。2.实验原理用插针法确定光路,找出跟入射光线相对应的折射光线;用量角器测出入射角i和折射角r;根据折射定律计算出玻璃的折射率n=sinisinr。3.注意事项(1)玻璃砖要厚,用手拿玻璃砖时,只能接触玻璃毛面或棱,严禁用玻璃砖当尺子画界面。(2)入射角应在30°到60°之间。(3)大头针要竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量大一些,以减小确定光路方向时造成的误差。(4)玻璃砖的折射面要画准。(5)由于要多次改变入射角重复实验,所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱。4.误差分析(1)确定入射光线、出射光线时存在误差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点。(2)测量入射角与折射角时存在误差。故入射角不宜过小,但入射角也不宜过大,过大则反射光较强,出射光较弱。四、用双缝干涉测光的波长1.实验目的(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件。(2)观察双缝干涉图样。(3)测定单色光的波长。2.实验原理实验时可以用灯丝为线状的灯泡作光源,在光源和单缝间加一滤光片(红、绿均可),让双缝对准光源且双缝平行于灯丝,这样通过双缝的光为单色光。然后调节双缝的卡脚,即可在筒内带有刻度的光屏上得到单色光的干涉条纹,再从观察到的条纹中选若干条清晰的条纹,从屏上的刻度读出它们的间距之和,求出相邻两条纹的间距Δx。干涉图样中相邻两条亮(暗)纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ=d·Δxl,可以求出λ。3.注意事项(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,且注意保养。(2)安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且间距适当。(3)光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。(4)照在光屏上的光很弱的主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴;干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行,故应正确调节。4.误差分析(1)双缝到屏的距离l的测量存在误差。(2)测条纹间距Δx带来的误差:①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。③分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图):①下列说法哪一个是错误∙∙∙∙∙∙的    。(填选项前的字母)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减小测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距Δx=a/(n-1)②测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为    mm。解析 ①在不放置单缝和双缝时才能根据光屏上光斑的位置来判定光束是否沿遮光筒的轴线传播,故A错误。因条纹宽度是指相邻亮纹中心或相邻暗纹中心之间的距离,故B正确。微小量累积法可有效减小测量中的偶然误差,故C正确。②手轮读数为1.5mm+47.0×0.01mm=1.970mm。答案 ①A ②1.9701.[2017四川成都二诊,34(1)](多选)下列说法正确的是(  )A.频率越高,振荡电路向外辐射电磁波的本领越大B.高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的偏振现象C.玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的干涉现象D.a、b两束光分别照射同一双缝干涉装置,在屏上得到的干涉图样中,a光的相邻亮条纹间距比b光小,由此可知,在同种玻璃中b光传播速度比a光大E.让黄光、蓝光分别以相同角度斜射向同一平行玻璃砖,光从对侧射出时,两种光的偏转角都为零,但蓝光的侧移量更大。1.答案 ADE 高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干涉现象(薄膜干涉),选项B错误;玻璃中的气泡看起来特别􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋4    5年高考3年模拟B版(教师用书)明亮是因为光由玻璃(光密介质)射向空气泡(光疏介质)发生了全反射,选项C错误。2.[2017广西南宁一模,34(1)](多选)如图所示,一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光,对其中a、b两种色光,下列说法正确的是(  )A.a色光的频率大于b色光的频率B.b色光在该玻璃三棱镜中的速度大于a色光的速度C.a色光的波长大于b色光的波长D.若分别让a、b两种色光通过同一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距较大E.若让a、b两种色光以相同的入射角从某介质射向真空,b光恰能发生全反射,则a光也一定能发生全反射2.答案 ABE 由图可知,玻璃对a光的折射率较大,所以a光的频率大,波长短,由公式v=cn可知在该玻璃三棱镜中vb>va,A、B对,C错。因为其他条件相同时双缝干涉条纹间距与波长成正比,所以b光形成的干涉条纹间距较大,D错。由sinC=1n知,a光临界角小,b光临界角大,所以b光恰能发生全反射时,a光也一定能发生全反射,E对。3.[2015重庆理综,11(1),6分]虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为(  )A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红3.答案 A 由题图可知,射到M点的光线进入玻璃球时的折射角小于射到N点的光线进入玻璃球时的折射角,所以玻璃对射到M点的光的折射率大于玻璃对射到N点的光的折射率,故M点的颜色为紫色,N点的颜色为红色;同理可得P点的颜色为红色,Q点的颜色为紫色,所以只有A项正确。4.[2019四川教考联盟三诊,34(2)]某大型游乐场有一处用单色光来模拟著名诗词“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”的场景。如图横截面为四边形ABCD的玻璃体,AD面竖直,AB面水平,DC面水平,∠B等于60°。当一束单色激光与水平方向成θ=30°斜向右下方射向玻璃体AB面时,BC面会有竖直向下的光射出,配合干冰产生的烟雾效果,颇有“光瀑布”的感觉。请求出这种玻璃对该激光的折射率。4.答案 3解析 画一条光路,如图所示。作AD和BC的延长线交于E点图中∠B=60°,∠E=30°在BC面上出射光线竖直向下与AE平行,即在BC面的光线的折射角θ4=60°,因为θ1=60°所以θ2=θ3,因为∠B=60°θ2+θ3=60°即θ2=30°折射率n=sinθ1sinθ2=sin60°sin30°=3考点二电磁波、相对论  1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够产生电场,变化的电场能够产生磁场。根据这个理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,交替产生,形成一个不可分割的统一体,即电磁场。2.电磁波和机械波的对比电磁波机械波本质电磁现象力学现象产生机理由电磁振荡产生由机械振动产生周期性变化的量电场强度E与磁感应强度B随时间和空间周期性变化质点的位移s、加速度a等随时间和空间周期性变化波的性质横波既有横波,又有纵波传播不需要介质,可在真空中传播需要介质,不能在真空中传播速度特点由介质和频率决定由介质决定  3.电磁波的特性名称特性无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线主要作用波动性强、易发生衍射热作用视觉作用化学作用、荧光效应、杀菌穿透作用贯穿作用产生机理振荡电路中自由电子的周期性运动原子外层电子受激发原子内层电子受激发原子核受激发真空中的速度都是c=3×108m/s频率小→大同介质中速度大→小􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题十七 光学、电磁波、相对论5      4.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。(2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。关于电磁波,下列说法中正确的是(  )A.在真空中,频率高的电磁波传播速度较大B.在真空中,电磁波的能量越大,传播速度越大C.电磁波由真空进入介质,速度变小,频率不变D.只要发射电路的电磁振荡一停止,产生的电磁波立即消失解析 任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是c,故A、B都错。电磁波由真空进入介质,波速变小,而频率不变,C正确。变化的电场、磁场由变化区域向外传播就形成电磁波,发射电路的电磁振荡停止时,虽不再发射电磁波,但已发射出的电磁波还要继续传播,故D错。答案 C1.随着科技的不断发展,无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机,大到电脑、电动汽车的充电,都已经实现了从理论研发到实际应用的转化。如图所示为某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图。关于无线充电,下列说法正确的是(  )A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”B.只有将充电底座接到直流电源上才能对手机进行充电C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同D.只要有无线充电底座,所有手机都可以进行无线充电1.答案 C 当充电底座的发射线圈中通有交变电流时,发射线圈产生交变的磁场,根据电磁感应原理,在接收线圈中产生感应电流,实现对充电设备的充电。无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电磁感应”,只有将充电底座接到交流电源上才能对手机进行充电,所以A、B选项错误。接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同,C选项正确。只有有无线充电功能的手机才可以进行无线充电,D错误。2.(多选)关于电磁波,下列说法正确的是(  )A.电磁波和机械波都可以在真空中传播B.电磁波和机械波都能产生多普勒效应C.电磁波中电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性的变化D.以下三种电磁波按频率由高到低排序为:无线电波、紫外线、γ射线2.答案 BC 电磁波可以在真空中传播,而机械波只能在介质中传播,A错误;当波源与观察者发生相对运动时,电磁波和机械波都能产生多普勒效应,B正确;电磁波中变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,这样一环套一环由近及远地传播就形成了电磁波,因此电磁波中电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性的变化,C正确;以下三种电磁波按频率由高到低排序为:γ射线、紫外线、无线电波,D错误。3.下列关于狭义相对论的说法中错误的是 (  )A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中,光在真空中的速度都等于c,与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系D.狭义相对论在任何情况下都适用3.答案 D 狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系,故选项D的说法错误。4.关于麦克斯韦的电磁场理论,下列说法正确的是(  )A.稳定的电场产生稳定的磁场B.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场,均匀变化的磁场产生均匀变化的电场C.变化的电场产生的磁场一定是变化的D.振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的4.答案 D 麦克斯韦的电磁场理论要点是:变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场),若磁场(电场)的变化是均匀的,产生的电场(磁场)是稳定的,若磁场(电场)的变化是振荡的,产生的电场(磁场)也是振荡的,选项D正确。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋
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分类:高中物理
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