第十四单元 光　电磁波《巅峰突破》2026版物理高三一轮单元突破验收卷（含答案解析）

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
第十四单元　光　电磁波
满分90分,限时75分钟
考点1 光的折射　全反射　　考点2 测定玻璃的折射率
考点3 光的干涉、衍射和偏振　　考点4 电磁波　　考点5 实验:用双缝干涉测量光的波长
一、选择题(本题共10小题,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1—7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8—10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.图示为通过3D眼镜看电脑显示屏的照片,下列说法正确的是 (　　)
A.左侧镜片上涂有增反膜
B.右侧镜片上涂有增透膜
C.两侧镜片为透振方向不同的偏振片
D.电脑显示屏发出的光为自然光
2.如图所示,四种明暗相间的条纹,是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样,图中黑色部分代表亮条纹,对下列四幅图分析正确的是 (　　)
　　　　　　
A.A是红光的衍射条纹
B.B是紫光的干涉条纹
C.C图对应的色光频率更小
D.在空气中D图对应的色光波长更大
3.如图所示,a、b两束光以相同的入射角射入长方体玻璃砖中,两束出射光在平行于玻璃砖的屏上形成M、N两个光斑,已知a光折射光线的侧移量大于b光折射光线的侧移量。下列说法正确的是 (　　)
A.在真空中,a光的波长更长
B.在真空中,a光光子的动量更大
C.若a、b两束光在屏上会聚于一点,可发生干涉现象
D.若a、b两束光分别通过同一个狭缝,则a光形成的中央亮条纹更宽
4.自然光照射下肥皂膜的前后表面反射光可形成干涉条纹,而窗户玻璃的前后表面反射光则不能形成干涉条纹,这是由于经窗户玻璃前后表面反射的同种色光叠加时 (　　)
A.频率差不恒定　　　　B.波长差不恒定
C.相位差不恒定　　　　D.光速差不恒定
5.珠宝学院的学生实习时,手工师傅往往要求学生打磨出不同形状的工件。某同学打造出的“蘑菇形”透明工件的截面图如图所示,该工件的顶部是半径为R的半球体,OO'为工件的对称轴,A、B是工件上关于OO'轴对称的两点,A、B两点到OO'轴的距离均为d=R,工件的底部涂有反射膜,工件上最高点与最低点之间的距离为2R,一束单色光从A点平行对称轴射入工件且恰好从B点射出,则工件的折射率为 (　　)
A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.
6.某些为屏蔽电磁波设计的人工材料,其折射率为负值(n<0),称为负折射率材料。电磁波从空气射入这类材料时,折射定律和电磁波传播规律仍然不变,但是折射波与入射波位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。如图所示,波源S发出的一束电磁波的入射角i=45°,经折射率n=-的平板介质材料后,从另一侧面射出(图中未画出),已知平板介质的厚度为d,电磁波在真空中的传播速度为c,不考虑电磁波在界面处的反射,下列说法正确的是 (　　)
A.该电磁波的出射点位于法线OO1的上方
B.电磁波的出射方向与电磁波入射到平板介质的方向不平行
C.电磁波的出射方向与电磁波入射到平板介质的方向垂直
D.电磁波在平板介质中的传播时间为
7.刘慈欣的科幻小说《三体·死神永生》中提到人类想要通过探测恒星亮度以寻找适合人类居住的宜居行星。在某次探测中发现距地球数光年处有一颗相对太阳静止的质量为M的恒星K,将恒星K视为黑体,根据斯特藩-玻尔兹曼定律:一个黑体表面单位面积辐射出的功率与黑体本身的热力学温度T的四次方成正比,即黑体表面单位面积辐射出的功率为σT4(其中σ为常数),K的表面温度为T0,地球上正对K的单位面积接收到K辐射出的功率为I。已知K在地球轨道平面上,地球公转半径为R0,一年内地球上的观测者测得地球与K的连线之间的最大夹角为θ(θ很小,可认为sin θ≈tan θ≈θ)。则恒星K的半径为 (　　)
A.　　　　B. C.　　　　D.
8.当前光纤通信速率的纪录为每秒可以传达1.84 Pbit,这相当于每秒可以传输约236个1 TB硬盘的数据。目前正常的网速想要传输1 TB硬盘的数据,需要花费四到八小时,如果这项技术能大规模商用,网速将得到大幅提升。光纤通信中信号传播的主要载体是光纤,它的结构如图甲所示,一束激光由光导纤维左端的点O以α=60°的入射角射入一直线光导纤维内,恰好在光导纤维的侧面(侧面与过O的法线平行)发生全反射,如图乙所示。下列说法中正确的是 (　　)
　
A.光纤内芯的折射率比外套的小
B.光从左端空中进入光纤内芯后,其频率不变
C.频率越大的光在光纤中传播的速度越大
D.内芯对这种激光的折射率n=
9.如图所示,玻璃球冠的半径为R,底面镀有反射膜,底面的半径为R;在纸面内有一条过球心O的光线,经过底面AB反射后恰好从M点射出,已知出射光线的反向延长线恰好经过A点,光在真空中的速度为c。下列说法正确的是 (　　)
A.该条光线入射方向与底面AB的夹角为30°
B.该玻璃球的折射率为
C.即使底面不镀反射膜,光线也能完全从M点射出
D.光线从入射到射出经历的时间为
10.2021年12月9日,“天宫课堂”第一课正式开讲。某同学在观看太空水球光学实验后,想研究光在含有气泡的水球中的传播情况,于是找到一块环形玻璃砖模拟光的传播,俯视图如图乙所示。光线a沿半径方向入射玻璃砖,光线b与光线a平行,两束光线之间的距离设为x,已知玻璃砖内圆半径为R,外圆半径为2R,折射率为,光在真空中的速度为c,不考虑反射光线。下列关于光线b的说法正确的是 (　　)
　　
A.当x=R时,光可以进入内圆
B.当x=R时,光线从外圆射出的折射角为45°
C.当x=R时,光线从外圆射出的折射角为45°
D.当x=R时,光从内圆通过的时间为
二、非选择题(本题共4小题,共50分)
11.(10分)用“双缝干涉测量光的波长”的实验装置图如图甲所示。
(1)已知单缝与双缝间的距离L1=100 mm,双缝与屏间的距离L2=800 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心间的距离,测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻度线对准第1条亮纹的中心(如图乙所示),此时手轮的读数如图丙所示,是　　　　mm,转动测量头,使分划板中心刻度线对准第4条亮纹的中心,此时手轮的读数如图丁所示。则该被测光的波长为　　　　m(保留2位有效数字)。
(2)图戊为上述实验装置的简化示意图。S为单缝,S1、S2为双缝,屏上会出现明暗相间的干涉条纹。若实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,则可以观察到　　　　。
A.干涉条纹消失
B.仍能看到干涉条纹,且条纹整体向上平移
C.仍能看到干涉条纹,且条纹整体向下平移
12.(12分)在用“插针法”测量玻璃折射率的实验中:
(1)在“用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率”的实验中,其实验光路图如图1所示,对实验中的一些具体问题,下列说法正确的是　　　　。
A.为减小作图误差,P3和P4的距离应适当小一些
B.为减小测量误差,P1和P2连线与玻璃砖界面法线的夹角应适当取大一些
C.为减小误差,应当选用宽度较大的玻璃砖完成实验
D.实验中玻璃砖在纸上的位置不可移动,可用玻璃砖代替尺子画出边界线以固定玻璃砖在纸上的位置
(2)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa'和bb'后,不小心碰了玻璃砖使它向aa'一侧平移了少许,如图2所示,他随后实验测出的折射率　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
　　
(3)乙同学在画界面时,不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻璃砖宽度大些(bb'仍然与aa'平行),如图3所示,他随后实验测得的折射率　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(4)丙同学在画界面时,不小心将界面bb'画歪了一些,如图4所示,他随后实验测得的折射率　　　　　。
13.(12分)如图所示,在水平桌面上倒立着一个透明圆锥,底面是半径r=0.24 m的圆,圆锥轴线与桌面垂直,过轴线的竖直截面是等腰三角形,底角θ=30°。有一束光线从距轴线a=0.15 m处垂直于圆锥底面入射,透过圆锥后在水平桌面上形成一个小光点。已知透明圆锥介质对该光的折射率n=,真空中光速c=3.0×108 m/s。求:
(1)光在圆锥中传播的时间;
(2)桌面上光点到圆锥顶点O间的距离。
14.(16分)2022年2月23日,黑龙江省逊克县上空出现三日同辉的情景(如图a),这是大气中一种特殊的光学现象。当气温较低时,高空中可出现均匀分布的正六边形板状冰晶(图b为其截面图)。若此时太阳处于地平线附近,光线从冰晶侧面射入(图b为从AB中点射入),由冰晶的另一侧面射出,当最后的出射角r2等于最初的入射角i1时,偏向角δ(光线经过冰晶折射偏转的角度)最小,为22°,这时出射光线若到达人的眼睛,人们能够在相对太阳中心观察角度约为22°的两侧观察到好似太阳的两个亮点。已知sin 41°=0.656,cos 41°=0.755,正六边形边长为L,真空中的光速为c,试求:
(1)冰晶的折射率n;
(2)从AB中点射入的光线在冰晶内的传播时间(不考虑反射)。
　
答案全解全析
1.C　3D眼镜的2个镜片是两个透振方向互相垂直的偏振片,图中电脑显示屏发出的偏振光的振动方向与左侧镜片的透振方向垂直,没有光穿过左侧镜片,通过左侧镜片看不见电脑显示屏,电脑显示屏发出的偏振光的振动方向与右侧镜片的透振方向平行,有光穿过右侧镜片,通过右侧镜片看得见电脑显示屏,A、B错误,C正确。手机、电脑、电视等电子显示设备发出的光是偏振光,D错误。故选C。
易混易错
增透膜与增反膜
增透膜的原理是利用光在膜的前、后两个表面产生的反射光发生干涉相消,从而增强透射。增透膜在光学领域有着广泛的应用,如镜头保护膜、光学元件保护膜、光学窗口保护膜、太阳能电池保护膜等。
增反膜利用的是光在膜的前、后两个表面产生的反射光发生干涉加强。
2.D　干涉图样为等间距的,由Δx=λ可知,紫光产生的干涉条纹的间距较小,所以图样A为红光的干涉条纹,图样B为紫光的衍射条纹,图样C为紫光的干涉条纹,图样D为红光的衍射条纹,故A、B错误;红光的频率小于紫光的频率,所以C图对应的色光频率更大,故C错误;红光的波长大于紫光的波长,在空气中D图对应的色光波长更大,故D正确。故选D。
3.B　由题意和图可知,玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,故a光的频率大于b光的频率,两束光会聚于一点,不可能发生干涉现象,C错误;根据c=λf可知,在真空中a光的波长较短,若a、b两束光分别通过同一个狭缝,则a光形成的中央亮条纹更窄,A、D错误;由p=可知,在真空中a光光子的动量更大,B正确。故选B。
4.C　由于窗户玻璃厚度较大,前后表面反射光没有恒定相位差,不再相干。故选C。
5.A　单色光的光路如图所示,设A点处的入射角为α,折射角为β。由几何关系得 sin α==,α=60°,由几何知识得β=30°,由折射定律得n==,故选A。
归纳总结
解决光的折射问题的思路
1.根据题意画出正确的光路图。
2.利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角均以法线为标准。
3.利用折射定律、折射率公式求解。
4.注意:在折射现象中光路是可逆的。
6.D　根据题意,出射点位于法线OO1的下方,A项错误;电磁波的出射方向与电磁波的入射方向平行,B、C项错误;根据题意可知,电磁波在平板介质传播时,折射定律和电磁波传播规律仍然不变,所以根据折射定律可得n=-,可知电磁波在平板介质中的传播速度为c,根据折射定律n=,可得折射角θ=-30°,利用三角函数可求得电磁波在平板介质中的传播距离为d,所以电磁波在平板介质中的传播时间为t==,D正确。故选D。
7.A
模型建构
光辐射模型
解析　根据题意可得恒星K与地球的位置关系如图,则设恒星K的半径为RK,恒星K辐射的总功率为P0=4πσ,由于恒星K距地球数光年,远远大于地球绕太阳公转的半径,因此可认为一年内恒星K与地球的距离大小不变,设该距离为L,根据题意,由几何知识可得L=≈=,故地球上正对K的单位面积接收到K辐射出的功率为I=,解得RK= ,故选A。
8.BD　激光在内芯和外套的界面上发生全反射,所以内芯是光密介质,外套是光疏介质,即光纤内芯的折射率比外套的大,故A错误;光从左端空中进入光纤内芯后,波长和波速会发生变化,但频率和周期不变,故B正确;频率越大的光,介质对它的折射率越大,根据v=,光在光纤中传播的速度越小,故C错误;根据折射定律有n=,根据全反射公式n=,联立解得n=,故D正确。故选B、D。
9.BD　光线从P点射入,设球冠底面中心为O',连接OO',如图所示,由题可知cos∠OAO'==,解得∠OAO'=30°,由于MA⊥AB,则有∠OAM=60°,△OAM为等边三角形,由几何关系OO'∥MA,可知∠PNO'=60°,该条光线入射方向与底面AB的夹角为60°,A错误;由几何关系可知,∠ONE=∠ENM=30°,则有i=60°,r=30°,由折射定律可得n==,B正确;由产生全反射的临界角公式可得sin C==>,解得C>30°,可知,底面不镀反射膜,光线在AB面不会产生全反射,光线不能完全从M点射出,C错误;光线从P点射入到从M点射出,所经的路程为s=R+R tan 30°+,又有v=,则有传播时间为t=,联立解得t=,D正确。故选B、D。
10.CD　当x=R时,光路如图1所示,由几何关系可知i=30°,sin i=,根据折射定律有n=,得sin r=,由正弦定理得=,解得α=45°,光线在内圆界面上的入射角为45°,刚好发生全反射,无法进入内圆。由对称性及折射定律得,光线从外圆射出的折射角为30°,故A、B错误。当折射光线恰好与内圆相切时,作出光路图如图2所示,根据几何关系可得sin θ=,sin β=,根据折射率公式有n=,代入数据得x=R,因此当x=R时,光线从外圆射出的入射角与光线从外圆射入的折射角相等,所以光线从外圆射出的折射角为45°,故C正确。当x=R时,光路如图3所示,由几何关系可知sin θ1=,根据折射定律有n=,得sin θ2=,由正弦定理得=,解得θ3=30°,再根据折射定律求得θ4=45°,根据对称性,光从内圆通过的距离为L==R,则光从内圆通过的时间为t=,故D正确。故选C、D。
　　　　
归纳总结
光的折射和全反射问题的解题要点
两个技巧 四点注意
(1)解答全反射类问题时,要抓住发生全反射的两个条件: ①光必须从光密介质射入光疏介质; ②入射角大于或等于临界角。 (2)利用好光路图中的临界光线,准确地作出恰好发生全反射的光路图是解题的关键,且在作光路图时尽量与实际相符 (1)明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。 (2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。 (3)光的反射、折射和全反射现象,光路均是可逆的。 (4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射
11.答案　(1)2.190(2分)　5.9×10-7(4分)　(2)B(4分)
解析　(1)对准第1条亮纹中心时手轮的读数为x1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm,对准第4条亮纹中心时手轮的读数为x2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm,相邻两亮条纹的间距为Δx==×10-3 m≈1.89×10-3 m,根据Δx=λ,得波长为λ== m≈5.9×10-7 m。
(2)实验时单缝偏离光轴,向下微微移动,通过双缝S1、S2的光仍是相干光,仍可产生干涉条纹,A错误;对于中央亮纹来说,从单缝S经过S1、S2到中央亮纹的路程差仍等于0,SS1>SS2,SS1+S1P=SS2+S2P,那么S1P12.答案　(1)BC(3分)　(2)不变(3分)　(3)偏小(3分)
(4)见解析(3分)
解析　(1)为减小作图误差,P3和P4的距离应适当大一些,A错误;P1和P2连线与玻璃砖界面法线的夹角适当大一些,折射现象更明显,误差较小,B正确;宽度较大的玻璃砖,光在玻璃砖中的路程长,入射点与出射点距离较大,确定角度越准确,误差越小,C正确;不可用玻璃砖代替尺子,应沿玻璃砖描点后,用尺子画出玻璃砖界面,D错误。故选B、C。
(2)根据题意,如图1,入射角与折射角没有误差,测量的折射率不变。
　　
(3)根据题意,如图2,入射角不受影响,但折射角的测量值大于真实值,根据n=,测得的折射率偏小。
(4)画出的界面与真实界面存在交点,左侧界面宽度变小,若光线从左侧出射,则测得折射率偏大;若从交点出射,测得折射率不变;若从右侧出射,测得折射率偏小。故不能准确说明测得折射率误差,视情况而定。
13.答案　(1)3.0×10-10 s　(2)0.10 m
解析　(1)圆锥中的光速
v= (1分)
光在圆锥中传播的时间
t= (2分)
解得t=3.0×10-10 s(2分)
(2)由sin C=可得sin C=>sin 30°,可知光线从底面垂直入射后沿直线射到圆锥侧面上的O'点发生折射,光路如图所示
由几何关系可知入射角为θ,设折射角为α,则
=n (2分)
解得α=60° (2分)
由几何关系可知△OPO'为等腰三角形,则
2l cos θ= (2分)
解得l=0.10 m(1分)
14.答案　(1)1.312　(2)
解析　(1)如图所示,由折射定律有n= (1分)
由最后的出射角等于最初的入射角,知
i1=r2 (2分)
i2=r1 (2分)
根据几何知识有δ=2(i1-r1)=22° (2分)
r1+i2=60° (1分)
联立解得n=1.312 (2分)
(2)由几何关系可知,光在冰晶中的传播路程s=1.5L (2分)
太阳光在冰晶中传播的速度为v= (1分)
则在冰晶中传播的时间为t= (1分)
联立解得t= (2分)