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(新高考)高考物理一轮复习课时练习第15章第2讲《光的波动性 电磁波和相对论》(含解析)
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这是一份(新高考)高考物理一轮复习课时练习第15章第2讲《光的波动性 电磁波和相对论》(含解析)，共22页。试卷主要包含了光的干涉，电磁波和相对论等内容，欢迎下载使用。
一、光的干涉、衍射和偏振
1.光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。
(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定。
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。
2.光的衍射
发生明显衍射的条件：在障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。
3.光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光。
②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。
(4)光的偏振现象说明光是一种横波。
【自测1】 (多选)下列属于光的干涉现象的是( )
答案 BC
解析 图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C。
二、电磁波和相对论
1.电磁振荡
(1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流，振荡电流实际上就是交变电流，不过习惯上指频率很高的交变电流。
(2)振荡电路：产生振荡电流的电路，最基本的振荡电路为LC振荡电路。
LC振荡电路：由线圈和电容器组成的电路叫作LC振荡电路，是最简单的振荡电路。LC振荡电路产生的振荡电流按正弦规律变化。
2.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。
3.电磁波
(1)变化的电场和磁场，形成了电磁波。
(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。
(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。
(4)v＝λf，f是电磁波的频率。
4.电磁波的发射
(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，要对传输信号进行调制(调幅或调频)。
(2)调制方式
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。
5.无线电波的接收
(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。
(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是调制的逆过程，也叫做解调。
6.电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。
按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
7.相对论
(1)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，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系。
(2)相对论时空观
①如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个运动的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝eq \f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(v,c)))\s\up12(2)))。
②如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l＝l0eq \r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(v,c)))\s\up12(2))。
(3)质能关系
用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为E＝mc2。
【自测2】 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
答案 B
解析 电磁波可以传递信息，如电视信号；声波也可以传递信息，如人说话，故A错误；手机用电磁波传递信息，人说话发出声波，故B正确；太阳光中的可见光是电磁波，在真空中的传播速度约为3×108 m/s，“B超”中的超声波是声波，常温下，在空气中的速度大约为340 m/s，故C错误；遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线频率不同，波速相同，根据c＝λf可知波长不同，故D错误。
【自测3】 关于狭义相对论的说法，不正确的是( )
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参考系
D.狭义相对论在任何情况下都适用
答案 D
命题点一 光的干涉现象
1.双缝干涉
(1)条纹间距公式：Δx＝eq \f(l,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。
(2)明暗条纹的判断方法
如图1所示，
图1
相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。
当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹。
当Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
2.薄膜干涉
图2
(1)形成原因：如图2所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。
(2)亮暗条纹的判断方法
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。
在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹。
在Q处，Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。
类型1 光的双缝干涉
【例1】 (2020·山东卷，3)双缝干涉实验装置的截面图如图3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( )
图3
A.Δt＝eq \f(5λ,c) B.Δt＝eq \f(15λ,2c)
C.Δt＝eq \f(10λ,c) D.Δt＝eq \f(15λ,c)
答案 A
解析 波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v＝eq \f(c,n)，通过10λ的距离，光传播的时间差Δt＝eq \f(10λn,c)－eq \f(10λ,c)＝eq \f(5λ,c)，选项A正确。
【变式1】 (多选) (2020·浙江杭州市教学质量检测)如图4所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处在P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心。已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为d，双缝到屏的距离为l，若整个装置处于真空中，则下列说法正确的是( )
图4
A.来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为eq \f(3λ,c)
B.屏上P点和P0点之间仅能观察到两条暗条纹
C.仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹
D.仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹
答案 AD
解析 来自双缝S1和S2的光传播到P点处的路程差为3λ，则时间差为eq \f(3λ,c)，选项A正确；由题意可知，屏上P点和P0点之间能观察到三条暗条纹，选项B错误；根据Δx＝eq \f(l,d)λ可知，仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，条纹间距不变，则P点处仍是亮条纹，选项C错误；根据Δx＝eq \f(l,d)λ可知，仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中，l变大，则条纹间距变大，则P点处能观察到暗条纹，选项D正确。
类型2 光的薄膜干涉
【例2】 (多选) (2020·山东滨州第二次模拟)如图5所示，在观察薄膜干涉现象时，把铁丝圈P在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜、在酒精灯火焰上撒食盐，用肥皂液膜观察灯焰S的像，下列说法正确的是( )
图5
A.在酒精灯上撒一些食盐、目的是为了灯焰能发出的光更亮
B.实验时应观察液膜反射酒精灯的光，使我们看到灯焰的像
C.实验时应在另一侧透过液膜观察火焰，来观察薄膜干涉现象
D.用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的
答案 BD
解析 在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光，所以目的是为了灯焰能发出明亮的黄光，故A错误；用酒精灯的黄光照射竖直放置的液膜，液膜反射的光使我们看到灯焰的像，故B正确；当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，产生干涉现象，所以实验时应在酒精灯一侧来观察薄膜干涉现象，故C错误；发生薄膜干涉时，相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距与入射光在膜中的波长有关，所以用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的，故D正确。
【变式2】 (多选)(2020·江西九江市第二次模拟)图6甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其平面的物体，C为入射光，图乙和图丙分别为两次观察到的干涉条纹，下列说法正确的是( )
图6
A.图示条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的
B.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹
C.若所观察的条纹是图乙，被检查表面上有洞状凹陷
D.若所观察的条纹是图丙，被检查表面上有沟状凹陷
答案 AD
解析 薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生，故A正确；当A、B之间某处上下反射光的光程差为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗亮条纹，故B错误；薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相等，亮条纹右偏说明被检查表面上有凸起，故C错误；图丙中亮条纹左偏说明被检查表面上有沟状凹陷，故D正确。
命题点二 光的衍射和偏振现象
1.对光的衍射的理解
(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的。
2.单缝衍射与双缝干涉的比较
3.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理。都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4.光的偏振
(1)自然光与偏振光的比较
(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。
【例3】 (多选)(2020·江苏苏北四市第一次调研)下列说法正确的有( )
A.光的偏振现象说明光是一种纵波
B.红外线比紫外线更容易发生衍射
C.白光下镀膜镜片看起来有颜色，是因为光发生了衍射
D.交警可以利用多普勒效应对行驶的汽车进行测速
答案 BD
解析 光的偏振现象说明光是一种横波，故A错误；当波长与障碍物的尺寸差不多或大于障碍物的尺寸，可以发生明显的衍射，故对同一障碍物，波长越长越容易发生明显的衍射；根据电磁波谱可知红外线比紫外线的波长更长，则红外线更容易出现明显衍射现象，B正确；白光下镀膜镜片看起来有颜色，是因为镜片的前后表面的反射光相遇后发生光的干涉现象，且只有一定波长(一定颜色)的光干涉时，才会相互加强，所以看起来有颜色，故C错误；交警借助测速仪根据微波发生多普勒效应时，反射波的频率与发射波的频率有微小差异，对差异进行精确测定，再比对与速度的关系，就能用电脑自动换算成汽车的速度，故D正确。
【变式3】 (2021·1月江苏新高考适应性考试，1)小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜片时发现光有强弱变化，下列说法能够解释这一现象的是( )
A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用
B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用
C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用
D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用
答案 B
解析 发现光有强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏振，当偏振片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时，通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用，故选B。
命题点三 电磁振荡、电磁波与相对论
1.电磁振荡的特点
LC电路工作过程具有对称性和周期性。
(1)两个物理过程
①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板。
②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板。
(2)两个特殊状态
①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为零)。
②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为零)。
(3)在一个周期内，充电、放电各两次，振荡电流的方向改变两次；电场能(或磁场能)完成两次周期性变化。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
3.对电磁波的理解
(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图7所示。
图7
(2)电磁波与机械波的比较
类型1 对电磁振荡的理解
【例4】 (多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图8所示，则( )
图8
A.若磁感应强度正在减弱，则电容器正在充电，电流方向由b向a
B.若磁感应强度正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C.若磁感应强度正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电
D.若磁感应强度正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
答案 ABC
解析 若磁场正在减弱，则电流在减小，是电容器的充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误。
【变式4】 (多选)如图9所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知( )
图9
A.在t1时刻，电路中的磁场能最小
B.在t1～t2时间内，电路中的电流值不断变小
C.在t2～t3时间内，电容器正在充电
D.在t4时刻，电容器中的电场能最小
答案 ACD
解析 在t1时刻，电容器极板上电荷量q为最大值，两板间电场能最大，线圈中磁场能最小，选项A正确；在t1～t2时间内，电容器极板上电荷量q从正的峰值降为零，电场能正在不断地转变为磁场能，电路中的电流正在不断增大，选项B错误；在t2～t3时间内，电容器极板上电荷量q又不断增大，表明电容器正在反向充电，选项C正确；在t4时刻，电容器放电结束，极板上电荷量为零，电场能也为零，已全部转化为磁场能，选项D正确。
类型2 对电磁波的理解
【例5】 (2020·天津卷，3)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较( )
A.红外线的光子能量比紫外线的大
B.真空中红外线的波长比紫外线的长
C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大
D.红外线能发生偏振现象，而紫外线不能
答案 B
解析 根据电磁波谱可知，红外线的频率小于紫外线的频率，真空中红外线的波长大于紫外线的波长，由光子能量公式可知，红外线光子能量小于紫外线光子能量，选项A错误，B正确；真空中任何光的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度，选项C错误；由于光是横波，都能够发生偏振现象，所以红外线和紫外线都能够发生偏振现象，选项D错误。
【变式5】 (2020·7月浙江选考，4)在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图10所示。下列说法正确的是( )
图10
A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线
B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的
答案 D
解析 一切物体都在辐射红外线，温度越高，其辐射红外线的强度越大，A、B、C项错误，D项正确。
【变式6】 (2020·江苏卷，13B)(1)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有________。
A.杀菌用的紫外灯
B.拍胸片的X光机
C.治疗咽喉炎的超声波雾化器
D.检查血流情况的“彩超”机
(2)我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯(内层玻璃)的折射率比外套(外层玻璃)的________(选填“大”或“小”)。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为________。(sin 43°＝0.68，cs 43°＝0.73，结果保留2位有效数字)
(3)国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一。在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ，求该月壤层的厚度d。
答案 (1)AB (2)大 1.5 (3)eq \f(fλΔt,2)
解析 (1)紫外线和X光从本质上说是电磁波，A、B项正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D项错误。
(2)当电磁波传播到光纤内芯与外套界面时发生全反射，所以内芯的折射率比外套的折射率大；由临界角与折射率的关系可知，内芯的折射率n＝eq \f(1,sin 43°)≈1.5。
(3)电磁波的传播速度v＝fλ
根据题意2d＝vΔt
解得d＝eq \f(fλΔt,2)。
类型3 对狭义相对论的理解和应用
【例6】 如图11所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上的人测得它们相距为L，则飞船A上的人测得两飞船间的距离__________(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号，飞船A上的人测得该信号的速度为__________________。
图11
答案 大于 c(或光速)
解析 狭义相对论的两个基本原理之一就是光速不变原理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人测得两飞船距离应大于L。
【变式7】 (多选)以下说法中正确的是( )
A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B.麦克斯韦利用实验证实了电磁波的存在
C.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
D.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
答案 CD
解析 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，故A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹利用实验证实了电磁波的存在，故B错误；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，故C正确；根据狭义相对论原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故D正确。
课时限时练
(限时：30分钟)
1.(2020·浙江省山水联盟开学考)如图1所示，一束激光照射在双缝上，在缝后屏上得到干涉条纹，下列说法中正确的是( )
图1
A.增大双缝到光屏的距离，条纹间距变小
B.入射光波长不变，光强增大，条纹间距不变
C.增大激光器到双缝的距离，条纹间距变大
D.若仅将双缝和光屏置于水中，同等条件下条纹间距变大
答案 B
解析 干涉条纹中相邻两个明条纹或暗条纹的中心间距为Δx＝eq \f(l,d)λ，增大双缝到光屏的距离，即增大l，条纹间距变大，所以A错误；入射光波长不变，光强增大，不会改变条纹间距，即条纹间距不变，所以B正确；条纹间距与激光器到双缝的距离无关，所以增大激光器到双缝的距离，条纹间距不变，所以C错误；若仅将双缝和光屏置于水中，根据v＝eq \f(c,n)可知，光的传播速度变小，频率不变，则根据λ＝eq \f(v,f)，可知，光的波长变短，则条纹间距变小，所以D错误。
2. (2020·苏、锡、常、镇四市二模)用红光、蓝光分别做双缝干涉实验，用黄光、紫光分别做单缝衍射实验，得到的图样如图2所示(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
图2
A.红、黄、蓝、紫 B.红、紫、蓝、黄
C.蓝、紫、红、黄 D.蓝、黄、红、紫
答案 B
解析 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，因此第一个和第三个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(l,d)λ可知，波长越长，Δx越大，因此第一个是红光，第三个是蓝光。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越长，中间亮条纹越粗，因此第二个和第四个是单缝衍射图样，而第二个是紫光，第四个是黄光。综上所述，从左到右依次是红、紫、蓝、黄，故A、C、D错误，B正确。
3.(2020·北京市海淀区上学期期末)关于电磁波，下列说法中正确的是( )
A.变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在
C.电磁波和机械波都依赖于介质才能传播
D.各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同
答案 D
解析 均匀变化的电场能够产生稳定的磁场，故A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证明了电磁波的存在，故B错误；电磁波的传播不需要介质，机械波的传播需要介质，故C错误；各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同，均为光速，故D正确。
4.(2020·山东省济南市第一次模拟)2020年初，在抗击2019－nCV，红外线体温计发挥了重要作用。下列关于红外线的说法中正确的是( )
A.红外线的波长比红光短
B.利用红外线的热效应可以加热物体
C.红外遥感是利用红外线的穿透能力强
D.高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线
答案 B
解析 红外线的波长比红光的波长更长，故A错误；红外线是一种看不见的光，通过红外线的照射，可以使物体的温度升高，故B正确；人们利用红外线来实行遥控和遥感，是因为红外线波长长，更容易发生衍射，故C错误；一切物体都向外辐射红外线，故D错误。
5.(2020·山东淄博市4月模拟)汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。汽车使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f ′，则( )
A.当f′＝f时，表明前车一定做匀速直线运动
B.当f′＝f时，表明前车一定处于静止状态
C.当 f′ ＞f 时，表明前车正在减速行驶
D.当 f′＜f 时，表明前车正在减速行驶
答案 C
解析 当声源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和声源发出的频率相等，故当f＝f′时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定做匀速直线运动，也不一定静止，故A、B错误；当f′＞f时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故C正确；当f′＜f时，说明接收到的频率减小，说明两车距离增大，表明前车在加速行驶，故D错误。
6.(2020·山东青岛市上学期期末)如图3所示，为LC振荡电路中电容器极板上所带电荷量随时间变化的q－t图像，下面判断正确的是( )
图3
A.t1时刻，振荡电路中的电流最大
B.t2时刻，电容器C两极板间电势差最大
C.t3时刻电感线圈中磁场的磁感应强度正在减小
D.从t4到t5过程中，磁场能逐渐转化为电场能
答案 C
解析 在t1时刻，电路中的q最大，说明还没放电，所以电路中无电流，则磁场能最小，故A错误；在t1到t2时刻电路中的q不断减小，说明电容器在不断放电，在t2时刻，电容器C电荷量刚好为零，则两极板间电势差最小，故B错误；在t2到t3时刻电路中的q不断增加，说明电容器在不断充电，磁场能减小，电场能增加，则t3时刻电感线圈中磁场的磁感应强度正在减小，故C正确；从t4到t5过程中，电场能逐渐转化为磁场能，故D错误。
7.(多选)(2020·浙江温州市4月适应性测试)如图4甲所示的LC振荡电路中，把通过P点向右的电流方向规定为电流的正方向，通过P点的电流变化规律如图乙所示，则( )
图4
A.0.5 s至1.0 s时间内，电容器在充电
B.0.5 s至1.0 s时间内，电容器的上极板带正电
C.1.0 s至1.5 s时间内，Q点比P点电势高
D.1.0 s至1.5 s时间内，磁场能正在转化为电场能
答案 AC
解析 由图乙可知，在0.5 s至1 s内， 电路电流在减小，电容器C正在充电，故A正确；由图乙可知，在0.5 s至1 s内，电流是正的，即经过P点的电流向右，由于电路中做定向移动的带电粒子是带负电的电子，因此在该时间段内，电子经过P点向左移动，因此电容器上极板带负电，故B错误；由图乙可知，在1 s至1.5 s内，通过电感线圈的电流向上，且增大，电感线圈产生自感电动势，由楞次定律可知，电感线圈下端电势高，上端电势低，即Q点比P点电势高，故C正确；由图乙可知，在1 s至1.5 s内， 电路电流增大，磁场增大，磁感应强度变大，电路处于放电过程，电场能转化为磁场能，故D错误。
8.(2020·江苏盐城市第三次模拟)如图5所示，α、β、γ三种射线的示意图。下列说法中正确的是( )
图5
A.γ射线是电磁波，它的电离作用最强
B.γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的贯穿能力最强
C.α射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱
D.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力
答案 B
解析 γ射线是电磁波，它的电离作用最弱，穿透本领最强，选项A错误；γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的贯穿能力最强，选项B正确；α射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最强，选项C错误；β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，它具有中等的贯穿能力，选项D错误。
9.(2020·山东青岛市5月统一质量检测)测温是防控新冠肺炎的重要环节。在公共场所常用如图6所示的测温枪为出入人员测温，测温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是( )
图6
A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒
B.红外线是波长比紫外线长的电磁波
C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是会伤害身体的
D.红外线的频率大于X光的频率
答案 B
解析 紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故A错误；由电磁波谱可知，红外线是波长比紫外线长的电磁波，故B正确；红外线的热作用很强，接受红外线照射是不会伤害身体的，故C错误；由电磁波谱可知，红外线的频率小于X光的频率，故D错误。
10.(2020·山东威海市模拟考试)2020年我国将全面进入万物互联的商用网络新时代，即5G时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝106)频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是( )
A.4G信号和5G信号都是纵波
B.4G信号更容易发生衍射现象
C.4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象
D.5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
答案 B
解析 电磁波均为横波，选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，选项B正确；两种不同频率的波不能发生干涉，选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，选项D错误。
11.(2020·浙江嘉兴市5月教学测试)我们的生活已经离不开电磁波，如GPS定位系统使用频率为10.23 MHz(1 MHz＝106 Hz)的电磁波，手机工作时使用频率为800～1 900 MHz的电磁波，家用5GWi－Fi使用频率约为5 725 MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波。关于这四种电磁波的说法正确的是( )
A.家用5GWi－Fi电磁波的衍射现象最明显
B.GPS定位系统使用的电磁波的能量最强
C.地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领
D.手机工作时使用的电磁波是纵波且不能产生偏振现象
答案 C
解析 电磁波波长越长，频率越低，则衍射现象越明显，GPS定位系统的电磁波衍射现象最明显，故A错误；根据E＝hν可知，频率越高，能量越强，则地铁行李安检时使用的能量最强，故B错误；地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领，故C正确；电磁波是横波，能产生偏振现象，故D错误。
12.(多选)[2020·浙江省名校联盟创新卷(一)]无线话筒就是LC振荡电路在实际中应用的典型实例，某LC振荡电路某时刻磁场方向如图7所示，则下列说法正确的是( )
图7
A.若增加电容C的带电荷量，振荡电路的周期会变大
B.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
C.若电容器正在放电，则电容器上极板带正电
D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
答案 BD
解析 振荡电路的周期公式为T＝2πeq \r(LC)，与电容器带电荷量无关，故选项A错误；若磁场正在减弱，则说明电容器在充电，由右手定则可知，电容器上极板带正电，所以选项B正确；若电容器正在放电，则线圈中磁场向下，则电容器下极板带正电，故选项C错误；若电容器正在放电，则电流在增大，由楞次定律可知，自感电动势在阻碍电流的增大，所以选项D正确。
13.(多选)(2020·湖北荆门市上学期1月调考)下列说法正确的是( )
A.机械波在介质中传播的速度与波的频率有关
B.电磁波和机械波都需要通过介质传播
C.根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波是横波
D.当声源和观察者背向运动时，观察者接收到的频率小于声源的频率
答案 CD
解析 机械波在介质中传播的速度与波的频率无关，故A错误；电磁波不需要通过介质传播，故B错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波是横波，故C正确；根据多普勒效应，当声源和观察者背向运动时，观察者接收到的频率小于声源的频率，故D正确。
14.(多选)(2020·湖北华中师大第一附中期中)关于机械波与电磁波，下列说法中正确的是( )
A.机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动
B.弹簧振子在四分之一个周期里运动的路程一定等于一个振幅
C.有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去
D.电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、可见光、红外线、γ射线
答案 AC
解析 机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动，选项A正确；弹簧振子只有从平衡位置或者离平衡位置最远处开始振动计时，在四分之一个周期里运动的路程才等于一个振幅，选项B错误；有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去，这是根据多普勒效应，选项C正确；波长越大的衍射能力越强，则电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、红外线、可见光、γ射线，选项D错误。
15.(多选)(2020·广东广州市二模)下列说法正确的是( )
A.光纤通信应用了光的全反射原理
B.单色光通过双缝后，在屏上形成等间距的明暗相间条纹，这是光的干涉现象
C.单色光照射不透明的小圆板，在板后方的屏上出现亮斑，这是光的色散现象
D.乘客在高铁站台发现列车过站时的鸣笛声的音调由高变低，这是多普勒效应
答案 ABD
解析 光纤通信是利用全反射来传递光信号的，故A正确；单色光通过双缝后，在屏上形成等间距的明暗相间条纹是光的干涉现象，故B正确；单色光照射不透明的小圆板，在板后方的屏上出现亮斑，这是光的衍射现象，故C错误；乘客在高铁站台发现列车过站时的鸣笛声的音调由高变低，这是多普勒效应，故D正确。
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
类别
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
从普通光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光沿特定方向振动
名称
项目
电磁波
机械波
产生
由周期性变化的电场、磁场产生
由质点(波源)的振动产生
波的特点
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速c＝3×108 m/s
在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)
是否需要介质
不需要介质(在真空中仍可传播)
必须有介质(真空中不能传播)
能量传播
电磁能
机械能
一、光的干涉、衍射和偏振
1.光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。
(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定。
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。
2.光的衍射
发生明显衍射的条件：在障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显。
3.光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光。
②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。
(4)光的偏振现象说明光是一种横波。
【自测1】 (多选)下列属于光的干涉现象的是( )
答案 BC
解析 图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C。
二、电磁波和相对论
1.电磁振荡
(1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流，振荡电流实际上就是交变电流，不过习惯上指频率很高的交变电流。
(2)振荡电路：产生振荡电流的电路，最基本的振荡电路为LC振荡电路。
LC振荡电路：由线圈和电容器组成的电路叫作LC振荡电路，是最简单的振荡电路。LC振荡电路产生的振荡电流按正弦规律变化。
2.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。
3.电磁波
(1)变化的电场和磁场，形成了电磁波。
(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。
(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。
(4)v＝λf，f是电磁波的频率。
4.电磁波的发射
(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，要对传输信号进行调制(调幅或调频)。
(2)调制方式
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。
5.无线电波的接收
(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。
(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是调制的逆过程，也叫做解调。
6.电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。
按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
7.相对论
(1)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，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系。
(2)相对论时空观
①如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个运动的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝eq \f(Δτ,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(v,c)))\s\up12(2)))。
②如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是l＝l0eq \r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(v,c)))\s\up12(2))。
(3)质能关系
用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为E＝mc2。
【自测2】 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
答案 B
解析 电磁波可以传递信息，如电视信号；声波也可以传递信息，如人说话，故A错误；手机用电磁波传递信息，人说话发出声波，故B正确；太阳光中的可见光是电磁波，在真空中的传播速度约为3×108 m/s，“B超”中的超声波是声波，常温下，在空气中的速度大约为340 m/s，故C错误；遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线频率不同，波速相同，根据c＝λf可知波长不同，故D错误。
【自测3】 关于狭义相对论的说法，不正确的是( )
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参考系
D.狭义相对论在任何情况下都适用
答案 D
命题点一 光的干涉现象
1.双缝干涉
(1)条纹间距公式：Δx＝eq \f(l,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。
(2)明暗条纹的判断方法
如图1所示，
图1
相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。
当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹。
当Δr＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
2.薄膜干涉
图2
(1)形成原因：如图2所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。
(2)亮暗条纹的判断方法
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。
在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹。
在Q处，Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。
类型1 光的双缝干涉
【例1】 (2020·山东卷，3)双缝干涉实验装置的截面图如图3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( )
图3
A.Δt＝eq \f(5λ,c) B.Δt＝eq \f(15λ,2c)
C.Δt＝eq \f(10λ,c) D.Δt＝eq \f(15λ,c)
答案 A
解析 波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v＝eq \f(c,n)，通过10λ的距离，光传播的时间差Δt＝eq \f(10λn,c)－eq \f(10λ,c)＝eq \f(5λ,c)，选项A正确。
【变式1】 (多选) (2020·浙江杭州市教学质量检测)如图4所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处在P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心。已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为d，双缝到屏的距离为l，若整个装置处于真空中，则下列说法正确的是( )
图4
A.来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为eq \f(3λ,c)
B.屏上P点和P0点之间仅能观察到两条暗条纹
C.仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹
D.仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹
答案 AD
解析 来自双缝S1和S2的光传播到P点处的路程差为3λ，则时间差为eq \f(3λ,c)，选项A正确；由题意可知，屏上P点和P0点之间能观察到三条暗条纹，选项B错误；根据Δx＝eq \f(l,d)λ可知，仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，条纹间距不变，则P点处仍是亮条纹，选项C错误；根据Δx＝eq \f(l,d)λ可知，仅将屏向右(保持P0在双缝的中垂线上)移动的过程中，l变大，则条纹间距变大，则P点处能观察到暗条纹，选项D正确。
类型2 光的薄膜干涉
【例2】 (多选) (2020·山东滨州第二次模拟)如图5所示，在观察薄膜干涉现象时，把铁丝圈P在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜、在酒精灯火焰上撒食盐，用肥皂液膜观察灯焰S的像，下列说法正确的是( )
图5
A.在酒精灯上撒一些食盐、目的是为了灯焰能发出的光更亮
B.实验时应观察液膜反射酒精灯的光，使我们看到灯焰的像
C.实验时应在另一侧透过液膜观察火焰，来观察薄膜干涉现象
D.用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的
答案 BD
解析 在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光，所以目的是为了灯焰能发出明亮的黄光，故A错误；用酒精灯的黄光照射竖直放置的液膜，液膜反射的光使我们看到灯焰的像，故B正确；当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，产生干涉现象，所以实验时应在酒精灯一侧来观察薄膜干涉现象，故C错误；发生薄膜干涉时，相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距与入射光在膜中的波长有关，所以用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的，故D正确。
【变式2】 (多选)(2020·江西九江市第二次模拟)图6甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其平面的物体，C为入射光，图乙和图丙分别为两次观察到的干涉条纹，下列说法正确的是( )
图6
A.图示条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的
B.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹
C.若所观察的条纹是图乙，被检查表面上有洞状凹陷
D.若所观察的条纹是图丙，被检查表面上有沟状凹陷
答案 AD
解析 薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生，故A正确；当A、B之间某处上下反射光的光程差为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗亮条纹，故B错误；薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相等，亮条纹右偏说明被检查表面上有凸起，故C错误；图丙中亮条纹左偏说明被检查表面上有沟状凹陷，故D正确。
命题点二 光的衍射和偏振现象
1.对光的衍射的理解
(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的。
2.单缝衍射与双缝干涉的比较
3.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理。都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4.光的偏振
(1)自然光与偏振光的比较
(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。
【例3】 (多选)(2020·江苏苏北四市第一次调研)下列说法正确的有( )
A.光的偏振现象说明光是一种纵波
B.红外线比紫外线更容易发生衍射
C.白光下镀膜镜片看起来有颜色，是因为光发生了衍射
D.交警可以利用多普勒效应对行驶的汽车进行测速
答案 BD
解析 光的偏振现象说明光是一种横波，故A错误；当波长与障碍物的尺寸差不多或大于障碍物的尺寸，可以发生明显的衍射，故对同一障碍物，波长越长越容易发生明显的衍射；根据电磁波谱可知红外线比紫外线的波长更长，则红外线更容易出现明显衍射现象，B正确；白光下镀膜镜片看起来有颜色，是因为镜片的前后表面的反射光相遇后发生光的干涉现象，且只有一定波长(一定颜色)的光干涉时，才会相互加强，所以看起来有颜色，故C错误；交警借助测速仪根据微波发生多普勒效应时，反射波的频率与发射波的频率有微小差异，对差异进行精确测定，再比对与速度的关系，就能用电脑自动换算成汽车的速度，故D正确。
【变式3】 (2021·1月江苏新高考适应性考试，1)小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜片时发现光有强弱变化，下列说法能够解释这一现象的是( )
A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用
B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用
C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用
D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用
答案 B
解析 发现光有强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏振，当偏振片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时，通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用，故选B。
命题点三 电磁振荡、电磁波与相对论
1.电磁振荡的特点
LC电路工作过程具有对称性和周期性。
(1)两个物理过程
①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板。
②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板。
(2)两个特殊状态
①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为零)。
②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为零)。
(3)在一个周期内，充电、放电各两次，振荡电流的方向改变两次；电场能(或磁场能)完成两次周期性变化。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
3.对电磁波的理解
(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图7所示。
图7
(2)电磁波与机械波的比较
类型1 对电磁振荡的理解
【例4】 (多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图8所示，则( )
图8
A.若磁感应强度正在减弱，则电容器正在充电，电流方向由b向a
B.若磁感应强度正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C.若磁感应强度正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电
D.若磁感应强度正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
答案 ABC
解析 若磁场正在减弱，则电流在减小，是电容器的充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误。
【变式4】 (多选)如图9所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知( )
图9
A.在t1时刻，电路中的磁场能最小
B.在t1～t2时间内，电路中的电流值不断变小
C.在t2～t3时间内，电容器正在充电
D.在t4时刻，电容器中的电场能最小
答案 ACD
解析 在t1时刻，电容器极板上电荷量q为最大值，两板间电场能最大，线圈中磁场能最小，选项A正确；在t1～t2时间内，电容器极板上电荷量q从正的峰值降为零，电场能正在不断地转变为磁场能，电路中的电流正在不断增大，选项B错误；在t2～t3时间内，电容器极板上电荷量q又不断增大，表明电容器正在反向充电，选项C正确；在t4时刻，电容器放电结束，极板上电荷量为零，电场能也为零，已全部转化为磁场能，选项D正确。
类型2 对电磁波的理解
【例5】 (2020·天津卷，3)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较( )
A.红外线的光子能量比紫外线的大
B.真空中红外线的波长比紫外线的长
C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大
D.红外线能发生偏振现象，而紫外线不能
答案 B
解析 根据电磁波谱可知，红外线的频率小于紫外线的频率，真空中红外线的波长大于紫外线的波长，由光子能量公式可知，红外线光子能量小于紫外线光子能量，选项A错误，B正确；真空中任何光的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度，选项C错误；由于光是横波，都能够发生偏振现象，所以红外线和紫外线都能够发生偏振现象，选项D错误。
【变式5】 (2020·7月浙江选考，4)在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图10所示。下列说法正确的是( )
图10
A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线
B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的
答案 D
解析 一切物体都在辐射红外线，温度越高，其辐射红外线的强度越大，A、B、C项错误，D项正确。
【变式6】 (2020·江苏卷，13B)(1)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有________。
A.杀菌用的紫外灯
B.拍胸片的X光机
C.治疗咽喉炎的超声波雾化器
D.检查血流情况的“彩超”机
(2)我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯(内层玻璃)的折射率比外套(外层玻璃)的________(选填“大”或“小”)。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为________。(sin 43°＝0.68，cs 43°＝0.73，结果保留2位有效数字)
(3)国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一。在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ，求该月壤层的厚度d。
答案 (1)AB (2)大 1.5 (3)eq \f(fλΔt,2)
解析 (1)紫外线和X光从本质上说是电磁波，A、B项正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D项错误。
(2)当电磁波传播到光纤内芯与外套界面时发生全反射，所以内芯的折射率比外套的折射率大；由临界角与折射率的关系可知，内芯的折射率n＝eq \f(1,sin 43°)≈1.5。
(3)电磁波的传播速度v＝fλ
根据题意2d＝vΔt
解得d＝eq \f(fλΔt,2)。
类型3 对狭义相对论的理解和应用
【例6】 如图11所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)。地面上的人测得它们相距为L，则飞船A上的人测得两飞船间的距离__________(选填“大于”“等于”或“小于”)L。当B向A发出一光信号，飞船A上的人测得该信号的速度为__________________。
图11
答案 大于 c(或光速)
解析 狭义相对论的两个基本原理之一就是光速不变原理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人测得两飞船距离应大于L。
【变式7】 (多选)以下说法中正确的是( )
A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B.麦克斯韦利用实验证实了电磁波的存在
C.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
D.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
答案 CD
解析 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，故A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹利用实验证实了电磁波的存在，故B错误；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，故C正确；根据狭义相对论原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故D正确。
课时限时练
(限时：30分钟)
1.(2020·浙江省山水联盟开学考)如图1所示，一束激光照射在双缝上，在缝后屏上得到干涉条纹，下列说法中正确的是( )
图1
A.增大双缝到光屏的距离，条纹间距变小
B.入射光波长不变，光强增大，条纹间距不变
C.增大激光器到双缝的距离，条纹间距变大
D.若仅将双缝和光屏置于水中，同等条件下条纹间距变大
答案 B
解析 干涉条纹中相邻两个明条纹或暗条纹的中心间距为Δx＝eq \f(l,d)λ，增大双缝到光屏的距离，即增大l，条纹间距变大，所以A错误；入射光波长不变，光强增大，不会改变条纹间距，即条纹间距不变，所以B正确；条纹间距与激光器到双缝的距离无关，所以增大激光器到双缝的距离，条纹间距不变，所以C错误；若仅将双缝和光屏置于水中，根据v＝eq \f(c,n)可知，光的传播速度变小，频率不变，则根据λ＝eq \f(v,f)，可知，光的波长变短，则条纹间距变小，所以D错误。
2. (2020·苏、锡、常、镇四市二模)用红光、蓝光分别做双缝干涉实验，用黄光、紫光分别做单缝衍射实验，得到的图样如图2所示(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
图2
A.红、黄、蓝、紫 B.红、紫、蓝、黄
C.蓝、紫、红、黄 D.蓝、黄、红、紫
答案 B
解析 双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，因此第一个和第三个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(l,d)λ可知，波长越长，Δx越大，因此第一个是红光，第三个是蓝光。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越长，中间亮条纹越粗，因此第二个和第四个是单缝衍射图样，而第二个是紫光，第四个是黄光。综上所述，从左到右依次是红、紫、蓝、黄，故A、C、D错误，B正确。
3.(2020·北京市海淀区上学期期末)关于电磁波，下列说法中正确的是( )
A.变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在
C.电磁波和机械波都依赖于介质才能传播
D.各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同
答案 D
解析 均匀变化的电场能够产生稳定的磁场，故A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证明了电磁波的存在，故B错误；电磁波的传播不需要介质，机械波的传播需要介质，故C错误；各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同，均为光速，故D正确。
4.(2020·山东省济南市第一次模拟)2020年初，在抗击2019－nCV，红外线体温计发挥了重要作用。下列关于红外线的说法中正确的是( )
A.红外线的波长比红光短
B.利用红外线的热效应可以加热物体
C.红外遥感是利用红外线的穿透能力强
D.高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线
答案 B
解析 红外线的波长比红光的波长更长，故A错误；红外线是一种看不见的光，通过红外线的照射，可以使物体的温度升高，故B正确；人们利用红外线来实行遥控和遥感，是因为红外线波长长，更容易发生衍射，故C错误；一切物体都向外辐射红外线，故D错误。
5.(2020·山东淄博市4月模拟)汽车无人驾驶技术已逐渐成熟，最常用的是ACC自适应巡航控制，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。汽车使用的传感器主要是毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多普勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电波的频率为f，接收到的回波的频率为f ′，则( )
A.当f′＝f时，表明前车一定做匀速直线运动
B.当f′＝f时，表明前车一定处于静止状态
C.当 f′ ＞f 时，表明前车正在减速行驶
D.当 f′＜f 时，表明前车正在减速行驶
答案 C
解析 当声源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和声源发出的频率相等，故当f＝f′时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定做匀速直线运动，也不一定静止，故A、B错误；当f′＞f时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故C正确；当f′＜f时，说明接收到的频率减小，说明两车距离增大，表明前车在加速行驶，故D错误。
6.(2020·山东青岛市上学期期末)如图3所示，为LC振荡电路中电容器极板上所带电荷量随时间变化的q－t图像，下面判断正确的是( )
图3
A.t1时刻，振荡电路中的电流最大
B.t2时刻，电容器C两极板间电势差最大
C.t3时刻电感线圈中磁场的磁感应强度正在减小
D.从t4到t5过程中，磁场能逐渐转化为电场能
答案 C
解析 在t1时刻，电路中的q最大，说明还没放电，所以电路中无电流，则磁场能最小，故A错误；在t1到t2时刻电路中的q不断减小，说明电容器在不断放电，在t2时刻，电容器C电荷量刚好为零，则两极板间电势差最小，故B错误；在t2到t3时刻电路中的q不断增加，说明电容器在不断充电，磁场能减小，电场能增加，则t3时刻电感线圈中磁场的磁感应强度正在减小，故C正确；从t4到t5过程中，电场能逐渐转化为磁场能，故D错误。
7.(多选)(2020·浙江温州市4月适应性测试)如图4甲所示的LC振荡电路中，把通过P点向右的电流方向规定为电流的正方向，通过P点的电流变化规律如图乙所示，则( )
图4
A.0.5 s至1.0 s时间内，电容器在充电
B.0.5 s至1.0 s时间内，电容器的上极板带正电
C.1.0 s至1.5 s时间内，Q点比P点电势高
D.1.0 s至1.5 s时间内，磁场能正在转化为电场能
答案 AC
解析 由图乙可知，在0.5 s至1 s内， 电路电流在减小，电容器C正在充电，故A正确；由图乙可知，在0.5 s至1 s内，电流是正的，即经过P点的电流向右，由于电路中做定向移动的带电粒子是带负电的电子，因此在该时间段内，电子经过P点向左移动，因此电容器上极板带负电，故B错误；由图乙可知，在1 s至1.5 s内，通过电感线圈的电流向上，且增大，电感线圈产生自感电动势，由楞次定律可知，电感线圈下端电势高，上端电势低，即Q点比P点电势高，故C正确；由图乙可知，在1 s至1.5 s内， 电路电流增大，磁场增大，磁感应强度变大，电路处于放电过程，电场能转化为磁场能，故D错误。
8.(2020·江苏盐城市第三次模拟)如图5所示，α、β、γ三种射线的示意图。下列说法中正确的是( )
图5
A.γ射线是电磁波，它的电离作用最强
B.γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的贯穿能力最强
C.α射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱
D.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力
答案 B
解析 γ射线是电磁波，它的电离作用最弱，穿透本领最强，选项A错误；γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的贯穿能力最强，选项B正确；α射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最强，选项C错误；β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，它具有中等的贯穿能力，选项D错误。
9.(2020·山东青岛市5月统一质量检测)测温是防控新冠肺炎的重要环节。在公共场所常用如图6所示的测温枪为出入人员测温，测温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是( )
图6
A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒
B.红外线是波长比紫外线长的电磁波
C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是会伤害身体的
D.红外线的频率大于X光的频率
答案 B
解析 紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故A错误；由电磁波谱可知，红外线是波长比紫外线长的电磁波，故B正确；红外线的热作用很强，接受红外线照射是不会伤害身体的，故C错误；由电磁波谱可知，红外线的频率小于X光的频率，故D错误。
10.(2020·山东威海市模拟考试)2020年我国将全面进入万物互联的商用网络新时代，即5G时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝106)频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是( )
A.4G信号和5G信号都是纵波
B.4G信号更容易发生衍射现象
C.4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象
D.5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
答案 B
解析 电磁波均为横波，选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，选项B正确；两种不同频率的波不能发生干涉，选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，选项D错误。
11.(2020·浙江嘉兴市5月教学测试)我们的生活已经离不开电磁波，如GPS定位系统使用频率为10.23 MHz(1 MHz＝106 Hz)的电磁波，手机工作时使用频率为800～1 900 MHz的电磁波，家用5GWi－Fi使用频率约为5 725 MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波。关于这四种电磁波的说法正确的是( )
A.家用5GWi－Fi电磁波的衍射现象最明显
B.GPS定位系统使用的电磁波的能量最强
C.地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领
D.手机工作时使用的电磁波是纵波且不能产生偏振现象
答案 C
解析 电磁波波长越长，频率越低，则衍射现象越明显，GPS定位系统的电磁波衍射现象最明显，故A错误；根据E＝hν可知，频率越高，能量越强，则地铁行李安检时使用的能量最强，故B错误；地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领，故C正确；电磁波是横波，能产生偏振现象，故D错误。
12.(多选)[2020·浙江省名校联盟创新卷(一)]无线话筒就是LC振荡电路在实际中应用的典型实例，某LC振荡电路某时刻磁场方向如图7所示，则下列说法正确的是( )
图7
A.若增加电容C的带电荷量，振荡电路的周期会变大
B.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
C.若电容器正在放电，则电容器上极板带正电
D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
答案 BD
解析 振荡电路的周期公式为T＝2πeq \r(LC)，与电容器带电荷量无关，故选项A错误；若磁场正在减弱，则说明电容器在充电，由右手定则可知，电容器上极板带正电，所以选项B正确；若电容器正在放电，则线圈中磁场向下，则电容器下极板带正电，故选项C错误；若电容器正在放电，则电流在增大，由楞次定律可知，自感电动势在阻碍电流的增大，所以选项D正确。
13.(多选)(2020·湖北荆门市上学期1月调考)下列说法正确的是( )
A.机械波在介质中传播的速度与波的频率有关
B.电磁波和机械波都需要通过介质传播
C.根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波是横波
D.当声源和观察者背向运动时，观察者接收到的频率小于声源的频率
答案 CD
解析 机械波在介质中传播的速度与波的频率无关，故A错误；电磁波不需要通过介质传播，故B错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波是横波，故C正确；根据多普勒效应，当声源和观察者背向运动时，观察者接收到的频率小于声源的频率，故D正确。
14.(多选)(2020·湖北华中师大第一附中期中)关于机械波与电磁波，下列说法中正确的是( )
A.机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动
B.弹簧振子在四分之一个周期里运动的路程一定等于一个振幅
C.有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去
D.电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、可见光、红外线、γ射线
答案 AC
解析 机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动，选项A正确；弹簧振子只有从平衡位置或者离平衡位置最远处开始振动计时，在四分之一个周期里运动的路程才等于一个振幅，选项B错误；有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去，这是根据多普勒效应，选项C正确；波长越大的衍射能力越强，则电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、红外线、可见光、γ射线，选项D错误。
15.(多选)(2020·广东广州市二模)下列说法正确的是( )
A.光纤通信应用了光的全反射原理
B.单色光通过双缝后，在屏上形成等间距的明暗相间条纹，这是光的干涉现象
C.单色光照射不透明的小圆板，在板后方的屏上出现亮斑，这是光的色散现象
D.乘客在高铁站台发现列车过站时的鸣笛声的音调由高变低，这是多普勒效应
答案 ABD
解析 光纤通信是利用全反射来传递光信号的，故A正确；单色光通过双缝后，在屏上形成等间距的明暗相间条纹是光的干涉现象，故B正确；单色光照射不透明的小圆板，在板后方的屏上出现亮斑，这是光的衍射现象，故C错误；乘客在高铁站台发现列车过站时的鸣笛声的音调由高变低，这是多普勒效应，故D正确。
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
类别
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
从普通光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光沿特定方向振动
名称
项目
电磁波
机械波
产生
由周期性变化的电场、磁场产生
由质点(波源)的振动产生
波的特点
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速c＝3×108 m/s
在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)
是否需要介质
不需要介质(在真空中仍可传播)
必须有介质(真空中不能传播)
能量传播
电磁能
机械能
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