（新高考）2022届高中物理一轮复习 第十五单元 光 电磁波 相对论 训练卷 A卷 教师版

     （新高考）2022届高三一轮单元训练卷

第十五单元 光 电磁波 相对论训练卷（A）

注意事项：

1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。

2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。

一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

1．下列关于电磁波的说法正确的是(　　)

A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场

B．电磁波在真空和介质中传播速度相同

C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波

D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播

【答案】A

【解析】均匀变化的磁场产生恒定的电场，故A正确；电磁波在真空中以光速c传播，而在介质中的传播速度小于光速，故B错误；恒定的电场不能产生磁场，恒定的磁场不能产生电场，所以不能产生电磁波，故C错误；电磁波在同一均匀介质中沿直线匀速传播，当介质不均匀时可以发生折射和反射，故传播方向可以改变，故D错误。

2．下列说法正确的是(　　)

A．一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时长

B．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

C．大量事实证明，电磁波不能产生衍射现象

D．受迫振动的频率总等于系统的固有频率

【答案】B

【解析】根据，知这条沿自身长度方向运动的杆其长度总比杆静止时的长度小，故A错误；只要是波，均有多普勒效应现象，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，故B正确；电磁波是波，电磁波能产生衍射现象，故C错误；受迫振动的频率总等于策动力的频率，故D错误。

3．如图所示，在空气中有一直角棱镜ABC，∠A＝30°，一束单色光从AB边射入棱镜，入射角为45°，垂直于BC边射出，则该棱镜的折射率为(　　)

A．     B．     C．1.5     D．

【答案】B

【解析】如图所示，由几何关系得i′＝60°，r＝30°，则该棱镜的折射率，故选B。

4．如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B 两点光的强度变化情况是(　　)

A．A、B均不变

B．A、B均有变化

C．A不变，B有变化

D．A有变化，B不变

【答案】C

【解析】白炽灯的光线沿各个方向的都有，旋转偏振片P，A点光的强度不会变化；而偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽，旋转偏振片P，PQ放置的方向不同，通过P的光线有一部分不能通过Q，所以通过Q的光线在B点强度会发生变化。选项C正确，ABD错误。

5．双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是(　　)

A．     B．     C．     D．

【答案】A

【解析】波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v＝，通过10λ的距离，光传播的时间差，故选A。

6．在光纤制造过程中，由于拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体，而呈现圆台形状（如图所示）。已知此光纤长度为L，圆台对应底角为θ，折射率为n，真空中光速为c。现光从下方垂直射入下台面，则(　　)

A．光从真空射入光纤，光的频率变大

B．光通过此光纤到达小截面的最短时间为

C．从上方截面射出的光束一定是平行光

D．若满足sin C＞，则光在第一次到达光纤侧面时不会从光纤侧面射出

【答案】D

【解析】光的频率由光源决定，与介质无关，所以光从真空射入光纤，光的频率不变，故A错误；光通过此光纤到达小截面的最短距离为L，光在光纤中的传播速度v＝，则光通过此光纤到达小截面的最短时间，故B错误；通过光纤侧面反射后再从上方截面射出的光束与垂直射出，上方截面的光束不平行，故C错误；设临界角为C，则sin C＝，光第一次到达光纤侧面的入射角等于θ，当θ＞C，即sin θ＞时，发生全反射，光不会从光纤侧面射出，故D正确。

7．截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB′C′C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图，三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA′C′C的光线。下列说法正确的是(　　)

A．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的

B．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的

C．若DE发出的单色光频率变大，AA′C′C面有光出射的区域面积将增大

D．若DE发出的单色光频率变大，AA′C′C面有光出射的区域面积将减小

【答案】D

【解析】由题可知sin C＝，临界角为45°，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在AA′C′C平面上有一半的面积有光线射出，故A正确，B错误；由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变大时，折射率也会变大，导致临界角会减小，出射光线区域的面积将减小，故C错误，D正确。

8．甲、乙两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图a、b所示，图c中有一半圆玻璃砖，O是圆心，MN是法线，PQ是足够长的光屏。甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点，折射角为r。则下列说法正确的是(　　)

A．乙光以i入射时一定发生全反射

B．甲光的频率比乙光的频率小

C．甲光在玻璃砖中的临界角C满足sin C＝

D．若绕O点逆时针旋转玻璃砖，PQ上一定能接收到甲光

【答案】C

【解析】对同一种介质，甲的折射率大，设全反射的临界角为C，根据sin C＝，可知甲的临界角小，乙的临界角大，当甲单色光以入射角i由玻璃砖内部射向O点发生折射时，乙光以i入射时一定不会发生全反射，故A错误；根据双缝干涉相邻亮条纹的间距公式Δx＝λ知甲的波长较小，乙的波长较大，所以甲的频率大，乙的频率小，故B错误；对甲光有sin C＝，，可得sin C＝，故C正确；绕O点逆时针旋转玻璃砖，随着i的增大，甲光可能会发生全反射，所以PQ上可能接收不到甲光，故D错误。

9．关于光现象及其应用，下列说法正确的有(　　)

A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性高的特点

B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象

C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度

D．经过调制后的高频电磁波向外辐射的本领更强

【答案】ACD

【解析】全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性高的特点，A正确；通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，B错误；拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度，从而使得拍摄照片更清晰，C正确；调制是把低频信号加到高频电磁波上增强发射能力，频率变大，穿透能力更强，即辐射本领更强，D正确。

10．2021年7月1日上午，中国共产党成立100周年庆祝大会在北京天安门隆重举行，中央广播电视总台全程直播。央视首次使用5G网络代替传统微波技术进行移动4K高清视频直播，5G技术大带宽、低时延的技术优势在直播中得以充分展现，全国人民看到了精彩的现场直播。下列说法正确的是(　　)

A．现场影像资料传输的时候利用了5G高速网络，5G网络技术使用更高频率的传输波段，单个基站覆盖范围更大，更利于信号绕过障碍传播

B．在广场上两个喇叭之间行走时，听到声音忽高忽低是两个喇叭发出的声波的干涉现象造成的

C．当天活动结束后有演职人员发现，前方路面有水可以看到前方行车的倒影，但是走到前方发现路面无水，这是因为柏油马路温度较高，靠近地表的空气密度减少，发生了全反射

D．现在很多家庭使用的是光纤有线网络电视，信号在光纤中高速传播利用了光的干涉原理

【答案】BC

【解析】现场影像资料传输的时候利用了5G高速网络，5G网络技术使用更高频率的传输波段，意味着波长更短，缺点就是单个基站覆盖范围小，需要更多基站才能实现信号全覆盖，故A错误；广场上两个喇叭之间行走时，听到声音忽高忽低是两个喇叭发出的声波的干涉现象造成的，故B正确；当前方路面有水可以看到前方行车的倒影，但是走到前方发现路面无水，这是因为柏油马路温度较高，靠近地表的空气密度减少，光在传播过程中发生了全反射，故C正确；现在很多家庭使用的是光纤有线网络电视，信号在光纤中高速传播利用的是光的全反射原理，故D错误。

11．如图甲所示的共享单车，外观结构简单，没有链条，但单车质量比普通自行车大，达到了25 kg。如图乙所示，单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等，便于监控单车在路上的具体位置，实现防盗。同时手机APP上有定位系统，也能随时了解单车的实时位置；手机还可以通过扫描二维码自动开锁，关锁后APP就显示计时、计价等信息．此外，单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电．根据以上信息下列说法正确是(　　)

A．单车比普通自行车运动状态更容易改变

B．单车某个时刻的准确位置信息是借助通讯卫星定位确定的

C．单车是利用电磁感应原理实现充电的

D．单车和手机之间是利用声波传递的

【答案】BC

【解析】质量越大运动状态越难改变，故单车的运动状态难以改变，故A错误；单车某个时刻的准确位置信息是借助通讯卫星定位确定的，故B正确；单车在运动过程通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电，故C正确；单车和手机之间没有电路连接，是利用电磁波传递信息的，故D错误。

12．如图是不平行玻璃砖的截面，a、b两束单色光从空气垂直玻璃砖上表面射入，在下表面上反射和折射情况如图所示，则a、b两束光(　　)

A．在同种均匀介质中传播时，b光的传播速度大

B．在真空中，a光的波长大于b光波长

C．在玻璃中，na＜nb

D．让b光以入射点为轴，逆时针转动，则b光会在玻璃砖的下表面发生全反射

【答案】AD

【解析】由图可知，a光发生了全反射，b光没有发生全反射，即a光发生全反射的临界角C小于b光发生全反射的临界角C，由sin C＝知b光的折射率小，即，故C错误；由于，则，由知，B错误；当b光逆时针转动时，b光在玻璃砖下表面的入射角会增大，当该角大于b光的临界角时，b光就会发生全反射，D正确。

二、非选择题：本题共5小题，共52分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

14．(8分)小明同学为探究光的折射规律设计了如图所示的实验装置，在玻璃水槽中竖直放置的光屏由E和F两个半圆形光屏组成，其竖直方向的直径NOM为两半圆屏的分界线，其中光屏可绕直径NOM在水平方向前后折转。

(1)实验时，先让光屏E、F位于同一平面内，一束激光贴着光屏E从空气斜射入水中，在光屏F上______（选填“能”或“不能”）看到折射后的光束；小明将光屏F向后折转一定角度后，则在光屏F上______（选填“能”或“不能”）看到折射光线，这说明折射光线和入射光线______（选填“在”或“不在”）同一平面内；

(2)小明探究光从水射向空气时，折射角与入射角的关系，测得的数据如下表所示。由表中数据可知，光从水斜射入空气中时，折射角______（选填“大于”“等于”或“小于”）入射角。

【答案】(1)能    不能    在    (2)大于    (每空2分)

【解析】(1)先让光屏E、F位于同一平面内，一束激光贴着光屏E从空气斜射入水中，在光屏F上能看到折射后的光束；当F板向后折转一定的角度后，则呈现折射光线的F板和呈现入射光线的E板不在同一平面内，所以在F板上不能看到折射光线；这说明折射光线和入射光线在同一平面内。

(2)分析表格数据可知，光从水斜射入空气时，折射角大于入射角，且入射角增大时，折射角也增大。

15．(8分)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，请按照题目要求回答下列问题。

(1)如图1所示，其中干涉图样是___________（选填“甲” 或“乙”）。

(2)将下表中的光学元件放在图2所示的光具座上组装成“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置，并用此装置测量红光的波长。

将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各光学元件的排列顺序应为___________（填写元件代号）。

(3)已知该装置中双缝间距d＝0.50 mm，双缝到光屏的距离l＝0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图3中(a)所示，分划板在图中A位置时游标卡尺示数如图3中(b)所示，在B位置时游标卡尺示数如图3中(c)所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为___________m。（结果保留3位有效数字）

【答案】(1)甲 (2分)    (2)EDBA  (3分)    (3)6.1×10-7 m  (3分)

【解析】(1)图甲中的条纹间距和亮度相同，是干涉图样，图乙中的条纹中央亮纹最宽，是衍射图样。

(2)光源发出的白光，各种频率都有，加上透红光的滤光片后通过的只有红光了，变成单色光，加上单缝和双缝后，就得到两列频率相同、步调一致的相干光，最后放置光屏，干涉条纹呈现在光屏上，所以顺序为EDBA。

(3)由图可知，游标卡尺是20分度的卡尺，其精确度为0.05 mm，由游标卡尺可读出，主尺读数为111 mm，可动部分第三个刻度与主尺对齐，所以A位置的示数为，B位置的示数为115.45 mm，所以图（a）中A、B之间的距离，则相邻条纹的间距，根据公式可得波长。

16．(10分)如图，小伟学习了光学后，在自己家门上开了一个半径为1.5 cm的圆孔，圆孔正对门外走廊的中心线，门厚度为4 cm，门外走廊的宽度d＝243 cm。他通过小孔观察门外走廊墙壁，能够看到与小孔在同一水平高度上距墙拐角最近的点是P点；然后切割了一块高等于门厚度的圆柱形玻璃，恰好镶嵌到小孔中，把圆孔补好，他通过玻璃向外看同一墙壁，能看到距离墙拐角最近的位置为P'点，P'点到墙拐角的距离L'＝90 cm，P、P'在同一水平高度。求：

(1)P点到墙角的距离L；

(2)该玻璃的折射率。

【解析】(1)光路如图所示，由几何知识知    (1分)

根据光的直线传播可知    (1分)

解得xp＝1.6 m。    (2分)

(2)根据折射定律    (2分)

其中：，    (2分)

解得n＝≈1.33。    (2分)

17．(12分)如图所示，一装满水的水槽放在太阳光下，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使一束太阳光从O点经水面折射和平面镜反射，然后经水面折射回到空气中，最后射到槽左侧上方的屏幕N上，即可观察到彩色光带。如果逐渐增大平面镜的倾角θ，各色光将陆续消失。已知所有光线均在同一竖直平面。

(1)从屏幕上最后消失的是哪种色光；（不需要解释）

(2)如果射向水槽的光线与水面成30°，当平面镜M与水平面夹角θ＝45°时，屏幕上的彩色光带恰好全部消失，求对于最后消失的那种色光，水的折射率。

【解析】(1)红色光。    (2分)

(2)   画出如图所示的光路图    (2分)

由图可知，入射角α＝60°，OA是入射到平面镜上的光线，AD是法线，设∠AOF＝β，∠OAD＝γ，由几何关系得

β＋γ＝45°，C＝β＋2γ    (2分)

由折射定律得    (2分)

由全反射条件得sin C＝    (2分)

联立解得。    (2分)

18．(14分)如图所示，一棱镜的截面是半径为R的半圆形，a、b两束同频率的平行单色光同时照射到AC界面上D点和O点，OD＝R，光线a的入射角α＝60°，光线a恰好从B点射出棱镜。已知光在真空中传播的速度为c。判断两束光线射出棱镜后能否相交，若相交，求两束光线到交点的时间差。

【解析】光线在D点折射的光路如图所示，由图可知两束光线会相交，交点为E。   (2分)

由几何关系有   (1分)

光线a在D点折射有   (1分)

光线a在B点折射有   (1分)

   (1分)

光线b在O点的折射光线与光线a在D点的折射光线平行，由于过圆心O点，所以射出棱镜时不改变传播方向，由几何关系可知△OBE为等腰三角形   (2分)

由几何关系可知，   (2分)

由折射定律有   (1分)

光线a到达交点所用时间   (1分)

光线b到达交点所用时间   (1分)

所以两束光线到交点的时间差。   (1分)