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(新高考)高考物理一轮复习教案第13章第2讲《光的波动性电磁波》(含详解)
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这是一份(新高考)高考物理一轮复习教案第13章第2讲《光的波动性电磁波》(含详解)，共33页。教案主要包含了堵点疏通，对点激活等内容，欢迎下载使用。
第2讲 光的波动性 电磁波
知识点 光的干涉 Ⅰ
1．如果两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉现象。
2．光的双缝干涉
(1)原理如图2所示。
(2)出现亮、暗条纹的条件
①光的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹。
②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹。
(3)相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝λ。
(4)干涉条纹的特点
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹，如图3所示。
②白光：光屏上出现彩色条纹且中央亮条纹是白色(填写颜色)，即发生色散，如图4所示。
3．薄膜干涉
(1)原理：如图5所示，不同位置的薄膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹。
(2)应用
①增透膜和增反膜。
②利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。
(3)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹，即薄膜干涉中的色散。
知识点 光的衍射 Ⅰ
1．几种典型衍射条纹的特点
(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮(填特点)的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。
②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。
(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。
(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
2．发生明显衍射的条件
在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会十分明显。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。
知识点 光的偏振 Ⅰ
1．偏振
在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
2．自然光
太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，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，这种光叫作自然光。如图11所示。
3．偏振光
在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。
知识点 电磁波的产生、发射、传播和接收 Ⅰ
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场(如图13所示)。
2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
3．电磁波
(1)产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
(2)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。
(3)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3.0×108 m/s。
(4)v＝λf对电磁波同样适用。
(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
(6)赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论。
4．电磁波的发射
(1)发射电磁波的条件
①要有足够高的振荡频率；
②必须是开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有调幅和调频两种调制方法。
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．电磁波的传播
三种传播方式：天波、地波、直线传播。
6．电磁波的接收
(1)当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。
(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出原来的信号的过程叫作解调，它是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。
7．电磁波的应用
电视、雷达和移动电话。
知识点 电磁波谱 Ⅰ
1．定义
按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
将电磁波按波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
2．电磁波谱的特性、应用
电磁
波谱
频率
/Hz
真空中
波长/m
特性
应用
递变
规律
无线
电波
小于
3×1011
大于
10－3
波动性强，
易发生衍射
无线电技术
红外线
1011～
1015
10－3
～10－7
热效应
红外线
遥感
可见光
1015
10－7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015～
1017
10－7
～10－9
化学效应、
荧光效应、
能杀菌
医用消毒、
防伪
X射线
1016～
1019
10－8
～10－11
穿透能力强
检查、医用
透视
γ射线
大于
1019
小于
10－11
穿透能
力最强
工业探伤、
医用治疗
一 堵点疏通
1．薄膜干涉是薄膜前、后表面的反射光叠加产生的，所以要观察薄膜干涉条纹，应该从光源一侧观察。( )
2．在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在空气中波长的时，可起到减小反射光强度、增大透射光强度的作用。( )
3．太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光。( )
4．当光照到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。( )
5．电磁波的传播需要介质。( )
6．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。( )
7．无线电波不能发生干涉和衍射现象。( )
8．波长不同的电磁波在本质上完全相同。( )
答案 1.√ 2.× 3.√ 4.√ 5.× 6.× 7.×
8．√
二 对点激活
1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( )
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D．上述说法都不正确
答案 A
解析 根据双缝干涉中相邻的两个亮(或暗)条纹中心间距公式Δx＝λ，可以看出装置一定时，条纹中心间距只与光的波长有关。因为各种颜色的光都在中间形成亮条纹，故中央亮条纹显示白色。在其他区域，由于各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的中心间距不同，从而形成彩色条纹。故选A。
2．(人教版选择性必修第一册·P101·T1、T2、T3，改编)(多选)下列说法正确的是( )
A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象
B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮条纹变窄
C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像
D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射
答案 AD
解析 当缝的宽度与光的波长差不多或比波长小时，会发生明显的衍射现象，且缝的宽度越小，衍射现象越明显，故A、D正确；光的波长不变时，狭缝越窄衍射时中央亮条纹越宽，B错误；当三角形孔减小时，太阳光通过它先形成影，然后是小孔成像，当其尺寸与光的波长差不多时，会出现衍射图样，C错误。
3．(人教版选择性必修第一册·P97·T1改编)(多选)用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.2 mm，用的是绿色滤光片，在毛玻璃屏上可以看到绿色干涉条纹。下列说法正确的是( )
A．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直
B．如果仅把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离变大
C．仅把绿色滤光片换为红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了
D．如果仅改用间距为0.3 mm的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离变大
答案 BC
解析 干涉条纹与双缝平行，A错误。根据双缝干涉时相邻两个亮(或暗)条纹中心间距公式Δx＝λ可知，如果仅l增大，则Δx增大，B正确；仅把绿色滤光片换为红色，λ变大，则Δx增大，C正确；如果仅改用0.3 mm的双缝，即仅d增大，则Δx减小，D错误。
4．(多选)下列说法正确的是( )
A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B．用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的偏振现象
C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象
D．泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了激光的相干性
答案 CD
解析 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射光的强度，使照片清晰，但不能增加透射光的强度，故A错误；用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的干涉，故B错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射，形成光的色散现象，故C正确；泊松亮斑是光的衍射现象，根据激光的应用可知，全息照相的拍摄利用了激光的相干性的特点，与干涉原理有关，故D正确。
5．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是( )
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波
答案 CD
解析 均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以A、B均错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。
6．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s
B．红外线的波长比可见光长，比无线电波的波长短
C．雷达是用X光来测定物体位置的设备
D．使载波随各种信号而改变的技术叫作解调
答案 AB
解析 电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s，A正确；由电磁波谱可知，B正确；雷达是利用无线电波来测定物体位置的设备，C错误；使载波随各种信号而改变的技术叫调制，把经调制的高频振荡电流中的信号还原出来的过程叫解调，D错误。
考点 1 光的干涉现象
1. 双缝干涉
(1)亮暗条纹的判断方法
①如图甲所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹。
②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹。
(2)亮条纹中心的位置的推导
如图甲所示，在线段P1S2上作P1M＝P1S1，于是S2M＝r2－r1。由于两缝之间的距离d远远小于缝到屏的距离l，所以能够认为三角形S1S2M是直角三角形。根据三角函数的关系，有r2－r1＝dsinθ。
另一方面：当角θ很小时，用弧度表示的θ与它的正弦sinθ、正切tanθ，三者近似相等。所以x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ，有r2－r1＝d，当两列波的路程差为波长的整数倍，即d＝nλ，(n＝0，±1，±2，…)时出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为x＝nλ。
(3)条纹间距：由上面的分析可知，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。
2．薄膜干涉
(1)如图乙所示，竖直放置的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。
(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别发生反射，形成两列频率相同的光波相互叠加，发生干涉，在某些位置两列光波叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹。
(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；
②白光：彩色水平条纹。
例1 (2020·河北省衡水中学高中毕业班四月份教学质量监测)如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，发生全反射的临界角为37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象。
(1)如何判定P点是亮条纹还是暗条纹？
提示：光的路程差是光的半波长的奇数倍时是暗条纹，是偶数倍时是亮条纹。
(2)光通过一条细小的狭缝会发生什么现象？
提示：单缝衍射。
尝试解答 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽、最亮，从中央向两边，亮条纹逐渐变窄变暗
(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据光的路程差Δr＝2.1×10－6 m
所以N1＝＝＝3.5
由此可知，用A光在空气中做双缝干涉实验，从S1和S2到P点光的路程差Δr是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据全反射的临界角与介质的折射率的关系
sinC＝得
该介质对B光的折射率为n′＝＝
由此可知，B光在空气中波长λ3为
λ3＝n′λ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝＝＝4
可见，用B光在空气中做双缝干涉实验，P点为亮条纹。
(3)当用A光照射并遮住其中一条缝时，A光将发生单缝衍射，光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽、最亮，从中央向两边，亮条纹逐渐变窄变暗。
1.双缝干涉中亮暗条纹的分析步骤和应注意的问题
(1)一般解题步骤
①由题设情况，根据λ真＝nλ介求得光在真空(或空气)中的波长。
②由屏上出现亮暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。
③根据出现亮条纹的判断式Δx＝±kλ(k＝0,1，2，…)或出现暗条纹的判断式Δx＝±(2k＋1)(k＝0，1,2，…)判断出k的取值，从而判断条纹数。
(2)应注意的问题
①λ真＝nλ介可以根据c＝λ真f，v＝λ介f，n＝三个式子推导得到。
②两列光发生干涉的必要条件是两列光的频率相同，相位差恒定。
③相干光的获得方法。
a．将一束光分成两束而获得，此法称为分光法。
b．利用激光。
2．薄膜干涉现象的应用
(1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。
(2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。
[变式1－1] (2020·北京市海淀区首都师范大学附中入学考试)如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中，哪个图是蓝光形成的干涉图样( )
答案 A
解析 干涉图样的条纹间的距离都是相等的，衍射图样最中间的条纹最宽，向两旁依次变窄，故A、C是干涉图样，B、D是衍射图样；又由于红光比蓝光的频率低，而空气中两种色光光速相同，所以空气中红光的波长较长，蓝光的波长较短，则蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小，所以A是蓝光形成的干涉图样，故A正确，B、C、D错误。
[变式1－2] (多选)把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，俯视可以观察到明暗相间的同心圆环，如图所示。这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫作牛顿环。为了使同一级圆环的半径变大(例如从中心数起的第二条圆环)，则应( )
A．将凸透镜的曲率半径变大
B．将凸透镜的曲率半径变小
C．改用波长更长的单色光照射
D．改用波长更短的单色光照射
答案 AC
解析 牛顿环的形成原理是空气薄膜干涉，为了使同一级圆环半径变大，可以使空气薄膜更薄，或改用波长更长的单色光照射，故A、C正确。
考点 2 光的衍射和偏振
1.单缝衍射与双缝干涉的比较
两种现象
单缝衍射
双缝干涉
不
同
点
图样特点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹中
心间距
两相邻亮条纹中心间距不等
两相邻亮条纹中心间距相等
亮度情况
中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗
条纹清晰，亮度基本相等
发生条件
产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小
两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹
2．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因
(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝nλ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。
(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。
3．干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。
4．偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。
例2 (2020·北京市顺义区3月模拟)如图甲，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样。现保持激光器与狭缝的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动，下面关于本实验说法正确的是( )
A．将会观察到乙图样
B．光屏上条纹更宽
C．移动后，条纹变得模糊
D．该现象说明光具有波动性
(1)如何区别光的衍射图样和干涉图样？
提示：衍射图样中中央亮条纹宽两侧窄，干涉图样中，亮条纹和暗条纹均等间距。
(2)将光屏向狭缝处适当移动，条纹如何变化？
提示：条纹变窄，条纹变得清晰。
尝试解答 选D。
让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现的单色条纹图样是光的衍射图样，衍射图样中，中央亮条纹最亮，宽度最大，从中央向两侧，亮条纹逐渐变窄、变暗，故将会观察到丙图样，A错误；当保持激光器与狭缝的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动时，光屏上条纹变窄，但条纹变得清晰，B、C错误；光的衍射现象说明光具有波动性，D正确。
1.对光的衍射的理解
(1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有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，光才可以看成是沿直线传播的。
2.自然光和偏振光的比较
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
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，光的振动沿任意方向，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，光的振动沿特定方向
3.光的偏振的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。
(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。
[变式2－1] (多选)关于波的干涉、衍射等现象，下列说法正确的是( )
A．有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象
B．产生干涉现象的条件之一，就是两列波的频率相等
C．薄膜干涉条纹是光在膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
D．泊松亮斑是光的干涉现象
答案 BC
解析 干涉、衍射是波特有的现象，所有波都可以发生干涉现象，也可以发生衍射现象，A错误；两列波发生干涉现象的条件之一，就是两列波的频率相等，B正确；由于重力的影响，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，薄膜干涉条纹的产生是光在膜的前后两表面反射，形成的两列光波叠加的结果，C正确；泊松亮斑是光的衍射现象，D错误。
[变式2－2] (多选)关于光的偏振，下列说法正确的是( )
A．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光
B．拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰
C．立体电影是应用光的偏振的一个实例
D．自然光射到两种介质的界面上，折射光是偏振光，反射光不是偏振光
答案 ABC
解析 自然光通过偏振片后，得到在某一方向振动的光，这就是偏振光，故A正确；拍摄水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，可减弱水面反射光的影响，可使像更清晰，故B正确；立体电影的制作利用了光的偏振现象，放映的时候也是用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故C正确；自然光射到两种介质的界面上后，折射光和反射光都是偏振光，故D错误。
考点 3 电磁波
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．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，如图所示。
(2)电磁波与机械波的比较
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；在介质中波速较小
在空气中不大(如声波波速在空气中约为340 m/s)；在液体和固体中较大
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)
传播能量
电磁能
机械能
例3 (多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信
(1)电磁波谱波长由长到短如何排列？
提示：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(2)哪种电磁波最容易发生衍射？
提示：无线电波。
尝试解答 选ABD。
X射线的频率比较高，能量比较大，对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，A正确；根据电磁波谱的排列顺序可知，γ射线是波长最短的电磁波，它的频率比X射线的频率高，B正确；紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，C错误；无线电波广泛应用于通信、广播，D正确。
对电磁波谱的四点说明
(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。
(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。
(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。
(4)电磁波的能量随频率的升高而增大。
[变式3－1] (2020·北京高考)随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波( )
A．光子能量更大 B.衍射更明显
C．传播速度更大 D.波长更长
答案 A
解析 因为与4G相比，5G使用的电磁波频率更高，根据E＝hν可知，5G使用的电磁波光子能量更大，故A正确；因为与4G相比，5G使用的电磁波频率更高，根据ν＝可知，5G使用的电磁波波长更短，故衍射更不明显，故B、D错误；所有频率的电磁波在真空中的传播速度都是c，在介质中的传播速度为v＝，因为与4G相比，5G使用的电磁波频率更高，故折射率更大，在介质中的传播速度更小，故C错误。
[变式3－2] (2016·全国卷Ⅱ)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
答案 ABC
解析 电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s，与频率无关，A项正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，B项正确；变化的电场和磁场相互激发，且相互垂直，形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直，C项正确；电磁波可以通过电缆、光缆传播，D项错误；电磁振荡停止后，电磁波可以在空间继续传播，直到能量消耗完为止，E项错误。
1．(2020·江苏高考)(多选)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
答案 AB
解析 紫外光的频率高，能量强，常用于杀菌，紫外灯属于电磁波的应用，A正确；X光的穿透能力较强，常用于拍胸片，X光机属于电磁波的应用，B正确；超声波雾化器属于超声波的应用，与电磁波无关，C错误；“彩超”机属于超声波的应用，与电磁波无关，D错误。
2．(2020·北京高考)以下现象不属于干涉的是( )
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
答案 C
解析 根据光的干涉的定义可知，白光经过杨氏双缝得到彩色图样是双缝干涉现象，故A错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样是薄膜干涉现象，故B错误；白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；白光照射水面油膜呈现彩色图样是薄膜干涉现象，故D错误。
3．(2020·天津高考)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 因为红外线的频率比紫外线的低，根据E＝hν可知，红外线的光子能量比紫外线的小，故A错误；真空中红外线和紫外线的传播速度都是光速c，根据ν＝可知，真空中红外线的波长比紫外线的长，故B正确，C错误；红外线和紫外线都是横波，都能发生偏振现象，故D错误。
4. (2020·浙江7月选考)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，如图所示。下列说法正确的是( )
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 在任何体温下人体都会辐射红外线，A、B错误；根据热辐射的规律，人体温度越高，辐射的红外线越强，红外体温计就是依据这个原理来测体温的，故C错误，D正确。
5．(2019·北京高考)利用图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )
A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
答案 A
解析 单缝衍射图样的中央条纹亮且宽，相邻条纹间距不等；双缝干涉图样中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，A正确。
6．(2019·江苏高考)将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的________(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度________(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时，这种现象十分明显。
答案 衍射 接近
解析 光能绕过障碍物发生衍射；产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长相差不多或小于光的波长。
时间：40分钟 满分：100分
一、选择题(本题共14小题，共88分。其中1～8题为单选，每小题5分；9～14题为多选，每小题8分)
1. (2020·山东省潍坊市在线考试)在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的( )
A．很小的不透明圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明挡板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明挡板
答案 D
解析 用光照射很小的不透明圆板时，后面出现圆形阴影，影区边缘是衍射圆环，影区中央有泊松亮斑，故A错误；用光照射很大的中间有大圆孔的不透明挡板时，后面是一照亮的大圆面，不会出现明显的衍射现象，故B错误；用光照射很大的不透明圆板时，后面是一片阴影，不会出现明显的衍射现象，故C错误；用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时，后面是明暗相间的圆环状衍射图样，故D正确。
2．(2018·北京高考)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后( )
A．干涉条纹消失
B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹
D．中央条纹变成红色
答案 D
解析 当用白光做干涉实验时，频率相同的色光，相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，A、B、C错误，D正确。
3. (2020·山东省青岛市西海岸新区4月模拟)如图所示，双缝干涉实验装置中，屏上一点P到双缝的距离之差为2.1 μm，若用单色光A照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第四条暗条纹，换用单色光B照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第三条亮条纹，则下列说法正确的是( )
A．单色光B的频率大于单色光A的频率
B．单色光B的波长小于单色光A的波长
C．单色光B的相邻亮条纹间的距离小于单色光A的相邻亮条纹间的距离
D．用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射
答案 D
解析 由题意可知，单色光A照射双缝时相邻两亮条纹中心间距较小，根据Δx＝λ可知单色光A的波长较短，频率较高，A、B、C错误；因单色光B的波长较长，则用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射，D正确。
4．(2017·上海高考)用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为( )
答案 B
解析 薄膜因为重力作用上薄下厚，来自前后两个液面的反射光干涉，同一条纹对应薄膜的厚度相同，故条纹是水平的，B正确。
5．(2020·天津市耀华中学第一次模拟)有关光的知识，下列说法正确的是( )
A．电视机遥控器发出的红外线的波长比医院里“CT”中发出的X射线的波长要短
B．偏振光可以是横波，也可以是纵波
C．雨后公路积水上面漂浮的油膜看起来是彩色的，是发生了光的衍射所形成的现象
D．在水下的潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个顶角为2C(C为全反射的临界角)的倒立的圆锥里
答案 D
解析 电视机遥控器发出的红外线的波长比医院里“CT”中发出的X射线的波长要长，A错误；偏振光一定是横波，不可能是纵波，B错误；雨后公路积水上面漂浮的油膜看起来是彩色的，是发生了光的薄膜干涉所形成的现象，C错误；来自岸上的景物的光即使几乎与水面平行，经水面折射后射入水中时，折射角也不会超过其全反射的临界角C，因此在水下的潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个顶角为2C(C为全反射的临界角)的倒立的圆锥里，D正确。
6．(2021·北京市朝阳区高三上期末)如图所示，2020年11月13日，万米深潜器“奋斗者号”再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列选项正确的是( )
A．在海水中，无线电波无法传播，所以要借助激光传输信号
B．无线电波、激光都是横波
C．信号传输到电视台实现直播的过程中无时间延迟
D．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在，带来了通信技术的快速发展
答案 B
解析 无线电波可以在海水中传播，但因为在海水中传播时能量损耗大，所以要借助激光传输信号，A错误；无线电波和激光都是电磁波，电磁波是横波，B正确；信号传输是以无线电波形式通过通信卫星传到电视台实现直播的，无线电波有传输速度，所以传输到电视台实现直播的过程中有时间延迟，C错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹由电火花实验证实了电磁波的存在，D错误。
7．(2020·浙江省嘉兴市模拟)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800～1900 MHz的电磁波，家用5G WiFi使用频率约为5725 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5G WiFi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 这四种电磁波中，GPS定位系统使用的电磁波的频率最低，其波长最长，故其衍射现象最明显，A错误；GPS定位系统使用的电磁波的频率最低，则能量最小，B错误；地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波，频率非常高，利用了电磁波的穿透本领，C正确；电磁波为横波，能产生偏振现象，D错误。
8. (2020·山东省济南市历下区校级模拟)雨后太阳光射入空气中的水滴，先折射一次，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹。如图，太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，在这两条出射光线中，一条是红光，另一条是紫光。下面说法正确的是( )
A．a光线是红光，b光线是紫光
B．用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距大于b光条纹间距
C．a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时间长
D．遇到同样的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射
答案 C
解析 a、b两种光从左侧射入球形水滴时，在水滴表面发生折射现象，入射角相同，由图可知，a光的折射角小于b光，根据折射定律可知，水对a光的折射率大于b光，则a光的频率高于b光，所以a光线是紫光，b光线是红光，故A错误；由λ＝可知，a光的波长小于b光，用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，根据干涉条纹间距公式Δx＝λ，可知a光条纹间距小于b光条纹间距，故B错误；太阳光在水滴表面发生折射时，设a光的折射角为α，b光的折射角为β，球形水滴的半径为R，则a光在水滴中的传播路径长为xa＝4Rcosα，b光在水滴中的传播路径长为xb＝4Rcosβ，因为α<β，所以xa>xb，又因为光在介质中的传播速度为v＝，因为na>nb，所以va
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
答案 ACD
解析 在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距Δx＝λ，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源。故选A、C、D。
10．(2020·四川省泸州市第三次教学质量诊断改编)下列说法中正确的是( )
A．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃的反射光
C．泊松亮斑是光通过圆孔发生衍射时形成的
D．用光导纤维传播信号是利用了光的全反射
答案 BD
解析 用X光扫描肺部，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，而γ射线才是电磁波中穿透能力最强的，故A错误；照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使像清晰，故B正确；泊松亮斑是光通过不透光的圆盘发生衍射时形成的，故C错误；光导纤维由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，光导纤维传播信号就是利用光的全反射，故D正确。
11. 如图所示，白炽灯在S点发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则( )
A．图中b光为偏振光
B．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
C．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
D．无论以SP为轴将B转过多大角度，在P处都将看到光亮
答案 AC
解析 从白炽灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，变为偏振光，即图中b光为偏振光，故A正确；设通过A的光沿竖直方向振动，人眼在P处看不到光亮，则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，将偏振片B以SP为轴转过180°后，在P处仍看不到光亮，故B、D错误；若将偏振片B以SP为轴转过90°，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光b能通过偏振片B，即在P处将看到光亮，故C正确。
12. 抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化( )
A．这里应用的是光的衍射现象
B．这里应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变细
答案 AD
解析 由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以这里应用的是光的衍射现象，当抽制的丝变细时，衍射现象更明显，条纹间距变宽，A、D正确。
13．电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用，下面说法中正确的是( )
A．手机通话使用的无线电波，波长比可见光长
B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线
C．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
答案 AD
解析 手机通话使用的无线电波，其波长要大于可见光，A正确；遥控器采用的是红外线而不是紫外线，B错误；均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场，恒定的磁(电)场在其周围空间不会产生电(磁)场，也就不会产生电磁波，C错误；夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射，D正确。
14．(2021·八省联考湖北卷)如图所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是( )
A．d光的频率最高
B．d光在棱镜中的折射率最小
C．a光产生的干涉条纹间距最大
D．a光打出的光电子的遏止电压最大
答案 BD
解析 由光路图可知，a光通过三棱镜的偏折程度最大，则a光的折射率最大，频率最高；d光通过三棱镜的偏折程度最小，则d光的折射率最小，频率最低，A错误，B正确。因a光的频率最大，则波长最短，根据Δx＝λ可知，a光产生的干涉条纹间距最小，C错误。因为c光恰好可从金属钾板上打出光电子，则用a光照射金属钾板时，一定能发生光电效应，因a光的频率最高，则根据Uce＝mv＝hν－W0可知，a光打出的光电子的遏止电压最大，D正确。
二、非选择题(本题共1小题，共12分)
15．(12分)(1)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是__________现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是__________现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是__________现象。
(2)凡是波都具有衍射现象，而把光看成直线传播的条件是_________________________________________________________________________________________________________________________________________；
要使光产生明显的衍射，条件是______________________________________
____________________________________________________________________。
(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时，分别用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别是_________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明_______________________________________________________。
答案 (1)光的干涉 光的折射 光的衍射
(2)(3)(4)见解析
解析 (1)肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的折射现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象。
(2)障碍物或孔的尺寸比波长大得多时，可把光看成沿直线传播；障碍物或孔的尺寸与光的波长相当或比光的波长更小时，光可产生明显的衍射现象。
(3)红光的中央亮条纹较宽，红光中央亮条纹两侧的亮条纹离中央亮条纹较远。
(4)这个实验说明了光是一种横波。
第2讲 光的波动性 电磁波
知识点 光的干涉 Ⅰ
1．如果两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉现象。
2．光的双缝干涉
(1)原理如图2所示。
(2)出现亮、暗条纹的条件
①光的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹。
②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹。
(3)相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝λ。
(4)干涉条纹的特点
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹，如图3所示。
②白光：光屏上出现彩色条纹且中央亮条纹是白色(填写颜色)，即发生色散，如图4所示。
3．薄膜干涉
(1)原理：如图5所示，不同位置的薄膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹。
(2)应用
①增透膜和增反膜。
②利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。
(3)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹，即薄膜干涉中的色散。
知识点 光的衍射 Ⅰ
1．几种典型衍射条纹的特点
(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮(填特点)的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。
②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。
(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。
(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
2．发生明显衍射的条件
在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会十分明显。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。
知识点 光的偏振 Ⅰ
1．偏振
在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
2．自然光
太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，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，这种光叫作自然光。如图11所示。
3．偏振光
在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。
知识点 电磁波的产生、发射、传播和接收 Ⅰ
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场(如图13所示)。
2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
3．电磁波
(1)产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
(2)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。
(3)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3.0×108 m/s。
(4)v＝λf对电磁波同样适用。
(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
(6)赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论。
4．电磁波的发射
(1)发射电磁波的条件
①要有足够高的振荡频率；
②必须是开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有调幅和调频两种调制方法。
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．电磁波的传播
三种传播方式：天波、地波、直线传播。
6．电磁波的接收
(1)当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。
(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出原来的信号的过程叫作解调，它是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。
7．电磁波的应用
电视、雷达和移动电话。
知识点 电磁波谱 Ⅰ
1．定义
按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
将电磁波按波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
2．电磁波谱的特性、应用
电磁
波谱
频率
/Hz
真空中
波长/m
特性
应用
递变
规律
无线
电波
小于
3×1011
大于
10－3
波动性强，
易发生衍射
无线电技术
红外线
1011～
1015
10－3
～10－7
热效应
红外线
遥感
可见光
1015
10－7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015～
1017
10－7
～10－9
化学效应、
荧光效应、
能杀菌
医用消毒、
防伪
X射线
1016～
1019
10－8
～10－11
穿透能力强
检查、医用
透视
γ射线
大于
1019
小于
10－11
穿透能
力最强
工业探伤、
医用治疗
一 堵点疏通
1．薄膜干涉是薄膜前、后表面的反射光叠加产生的，所以要观察薄膜干涉条纹，应该从光源一侧观察。( )
2．在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在空气中波长的时，可起到减小反射光强度、增大透射光强度的作用。( )
3．太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光。( )
4．当光照到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。( )
5．电磁波的传播需要介质。( )
6．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。( )
7．无线电波不能发生干涉和衍射现象。( )
8．波长不同的电磁波在本质上完全相同。( )
答案 1.√ 2.× 3.√ 4.√ 5.× 6.× 7.×
8．√
二 对点激活
1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( )
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D．上述说法都不正确
答案 A
解析 根据双缝干涉中相邻的两个亮(或暗)条纹中心间距公式Δx＝λ，可以看出装置一定时，条纹中心间距只与光的波长有关。因为各种颜色的光都在中间形成亮条纹，故中央亮条纹显示白色。在其他区域，由于各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的中心间距不同，从而形成彩色条纹。故选A。
2．(人教版选择性必修第一册·P101·T1、T2、T3，改编)(多选)下列说法正确的是( )
A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象
B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮条纹变窄
C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像
D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射
答案 AD
解析 当缝的宽度与光的波长差不多或比波长小时，会发生明显的衍射现象，且缝的宽度越小，衍射现象越明显，故A、D正确；光的波长不变时，狭缝越窄衍射时中央亮条纹越宽，B错误；当三角形孔减小时，太阳光通过它先形成影，然后是小孔成像，当其尺寸与光的波长差不多时，会出现衍射图样，C错误。
3．(人教版选择性必修第一册·P97·T1改编)(多选)用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.2 mm，用的是绿色滤光片，在毛玻璃屏上可以看到绿色干涉条纹。下列说法正确的是( )
A．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直
B．如果仅把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离变大
C．仅把绿色滤光片换为红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了
D．如果仅改用间距为0.3 mm的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离变大
答案 BC
解析 干涉条纹与双缝平行，A错误。根据双缝干涉时相邻两个亮(或暗)条纹中心间距公式Δx＝λ可知，如果仅l增大，则Δx增大，B正确；仅把绿色滤光片换为红色，λ变大，则Δx增大，C正确；如果仅改用0.3 mm的双缝，即仅d增大，则Δx减小，D错误。
4．(多选)下列说法正确的是( )
A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B．用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的偏振现象
C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象
D．泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了激光的相干性
答案 CD
解析 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射光的强度，使照片清晰，但不能增加透射光的强度，故A错误；用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的干涉，故B错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射，形成光的色散现象，故C正确；泊松亮斑是光的衍射现象，根据激光的应用可知，全息照相的拍摄利用了激光的相干性的特点，与干涉原理有关，故D正确。
5．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是( )
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波
答案 CD
解析 均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以A、B均错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。
6．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s
B．红外线的波长比可见光长，比无线电波的波长短
C．雷达是用X光来测定物体位置的设备
D．使载波随各种信号而改变的技术叫作解调
答案 AB
解析 电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s，A正确；由电磁波谱可知，B正确；雷达是利用无线电波来测定物体位置的设备，C错误；使载波随各种信号而改变的技术叫调制，把经调制的高频振荡电流中的信号还原出来的过程叫解调，D错误。
考点 1 光的干涉现象
1. 双缝干涉
(1)亮暗条纹的判断方法
①如图甲所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹。
②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹。
(2)亮条纹中心的位置的推导
如图甲所示，在线段P1S2上作P1M＝P1S1，于是S2M＝r2－r1。由于两缝之间的距离d远远小于缝到屏的距离l，所以能够认为三角形S1S2M是直角三角形。根据三角函数的关系，有r2－r1＝dsinθ。
另一方面：当角θ很小时，用弧度表示的θ与它的正弦sinθ、正切tanθ，三者近似相等。所以x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ，有r2－r1＝d，当两列波的路程差为波长的整数倍，即d＝nλ，(n＝0，±1，±2，…)时出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为x＝nλ。
(3)条纹间距：由上面的分析可知，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。
2．薄膜干涉
(1)如图乙所示，竖直放置的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。
(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别发生反射，形成两列频率相同的光波相互叠加，发生干涉，在某些位置两列光波叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹。
(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；
②白光：彩色水平条纹。
例1 (2020·河北省衡水中学高中毕业班四月份教学质量监测)如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，发生全反射的临界角为37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)；
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象。
(1)如何判定P点是亮条纹还是暗条纹？
提示：光的路程差是光的半波长的奇数倍时是暗条纹，是偶数倍时是亮条纹。
(2)光通过一条细小的狭缝会发生什么现象？
提示：单缝衍射。
尝试解答 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽、最亮，从中央向两边，亮条纹逐渐变窄变暗
(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据光的路程差Δr＝2.1×10－6 m
所以N1＝＝＝3.5
由此可知，用A光在空气中做双缝干涉实验，从S1和S2到P点光的路程差Δr是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据全反射的临界角与介质的折射率的关系
sinC＝得
该介质对B光的折射率为n′＝＝
由此可知，B光在空气中波长λ3为
λ3＝n′λ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝＝＝4
可见，用B光在空气中做双缝干涉实验，P点为亮条纹。
(3)当用A光照射并遮住其中一条缝时，A光将发生单缝衍射，光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽、最亮，从中央向两边，亮条纹逐渐变窄变暗。
1.双缝干涉中亮暗条纹的分析步骤和应注意的问题
(1)一般解题步骤
①由题设情况，根据λ真＝nλ介求得光在真空(或空气)中的波长。
②由屏上出现亮暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。
③根据出现亮条纹的判断式Δx＝±kλ(k＝0,1，2，…)或出现暗条纹的判断式Δx＝±(2k＋1)(k＝0，1,2，…)判断出k的取值，从而判断条纹数。
(2)应注意的问题
①λ真＝nλ介可以根据c＝λ真f，v＝λ介f，n＝三个式子推导得到。
②两列光发生干涉的必要条件是两列光的频率相同，相位差恒定。
③相干光的获得方法。
a．将一束光分成两束而获得，此法称为分光法。
b．利用激光。
2．薄膜干涉现象的应用
(1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。
(2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。
[变式1－1] (2020·北京市海淀区首都师范大学附中入学考试)如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中，哪个图是蓝光形成的干涉图样( )
答案 A
解析 干涉图样的条纹间的距离都是相等的，衍射图样最中间的条纹最宽，向两旁依次变窄，故A、C是干涉图样，B、D是衍射图样；又由于红光比蓝光的频率低，而空气中两种色光光速相同，所以空气中红光的波长较长，蓝光的波长较短，则蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小，所以A是蓝光形成的干涉图样，故A正确，B、C、D错误。
[变式1－2] (多选)把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，俯视可以观察到明暗相间的同心圆环，如图所示。这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫作牛顿环。为了使同一级圆环的半径变大(例如从中心数起的第二条圆环)，则应( )
A．将凸透镜的曲率半径变大
B．将凸透镜的曲率半径变小
C．改用波长更长的单色光照射
D．改用波长更短的单色光照射
答案 AC
解析 牛顿环的形成原理是空气薄膜干涉，为了使同一级圆环半径变大，可以使空气薄膜更薄，或改用波长更长的单色光照射，故A、C正确。
考点 2 光的衍射和偏振
1.单缝衍射与双缝干涉的比较
两种现象
单缝衍射
双缝干涉
不
同
点
图样特点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹中
心间距
两相邻亮条纹中心间距不等
两相邻亮条纹中心间距相等
亮度情况
中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗
条纹清晰，亮度基本相等
发生条件
产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小
两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹
2．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因
(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝nλ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。
(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。
3．干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。
4．偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。
例2 (2020·北京市顺义区3月模拟)如图甲，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样。现保持激光器与狭缝的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动，下面关于本实验说法正确的是( )
A．将会观察到乙图样
B．光屏上条纹更宽
C．移动后，条纹变得模糊
D．该现象说明光具有波动性
(1)如何区别光的衍射图样和干涉图样？
提示：衍射图样中中央亮条纹宽两侧窄，干涉图样中，亮条纹和暗条纹均等间距。
(2)将光屏向狭缝处适当移动，条纹如何变化？
提示：条纹变窄，条纹变得清晰。
尝试解答 选D。
让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现的单色条纹图样是光的衍射图样，衍射图样中，中央亮条纹最亮，宽度最大，从中央向两侧，亮条纹逐渐变窄、变暗，故将会观察到丙图样，A错误；当保持激光器与狭缝的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动时，光屏上条纹变窄，但条纹变得清晰，B、C错误；光的衍射现象说明光具有波动性，D正确。
1.对光的衍射的理解
(1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有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，光才可以看成是沿直线传播的。
2.自然光和偏振光的比较
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
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，光的振动沿任意方向，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，光的振动沿特定方向
3.光的偏振的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。
(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。
[变式2－1] (多选)关于波的干涉、衍射等现象，下列说法正确的是( )
A．有的波只能发生干涉现象，有的波只能发生衍射现象
B．产生干涉现象的条件之一，就是两列波的频率相等
C．薄膜干涉条纹是光在膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
D．泊松亮斑是光的干涉现象
答案 BC
解析 干涉、衍射是波特有的现象，所有波都可以发生干涉现象，也可以发生衍射现象，A错误；两列波发生干涉现象的条件之一，就是两列波的频率相等，B正确；由于重力的影响，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，薄膜干涉条纹的产生是光在膜的前后两表面反射，形成的两列光波叠加的结果，C正确；泊松亮斑是光的衍射现象，D错误。
[变式2－2] (多选)关于光的偏振，下列说法正确的是( )
A．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光
B．拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰
C．立体电影是应用光的偏振的一个实例
D．自然光射到两种介质的界面上，折射光是偏振光，反射光不是偏振光
答案 ABC
解析 自然光通过偏振片后，得到在某一方向振动的光，这就是偏振光，故A正确；拍摄水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，可减弱水面反射光的影响，可使像更清晰，故B正确；立体电影的制作利用了光的偏振现象，放映的时候也是用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故C正确；自然光射到两种介质的界面上后，折射光和反射光都是偏振光，故D错误。
考点 3 电磁波
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．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，如图所示。
(2)电磁波与机械波的比较
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；在介质中波速较小
在空气中不大(如声波波速在空气中约为340 m/s)；在液体和固体中较大
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)
传播能量
电磁能
机械能
例3 (多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信
(1)电磁波谱波长由长到短如何排列？
提示：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(2)哪种电磁波最容易发生衍射？
提示：无线电波。
尝试解答 选ABD。
X射线的频率比较高，能量比较大，对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，A正确；根据电磁波谱的排列顺序可知，γ射线是波长最短的电磁波，它的频率比X射线的频率高，B正确；紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，C错误；无线电波广泛应用于通信、广播，D正确。
对电磁波谱的四点说明
(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。
(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。
(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。
(4)电磁波的能量随频率的升高而增大。
[变式3－1] (2020·北京高考)随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波( )
A．光子能量更大 B.衍射更明显
C．传播速度更大 D.波长更长
答案 A
解析 因为与4G相比，5G使用的电磁波频率更高，根据E＝hν可知，5G使用的电磁波光子能量更大，故A正确；因为与4G相比，5G使用的电磁波频率更高，根据ν＝可知，5G使用的电磁波波长更短，故衍射更不明显，故B、D错误；所有频率的电磁波在真空中的传播速度都是c，在介质中的传播速度为v＝，因为与4G相比，5G使用的电磁波频率更高，故折射率更大，在介质中的传播速度更小，故C错误。
[变式3－2] (2016·全国卷Ⅱ)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
答案 ABC
解析 电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s，与频率无关，A项正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，B项正确；变化的电场和磁场相互激发，且相互垂直，形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直，C项正确；电磁波可以通过电缆、光缆传播，D项错误；电磁振荡停止后，电磁波可以在空间继续传播，直到能量消耗完为止，E项错误。
1．(2020·江苏高考)(多选)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
答案 AB
解析 紫外光的频率高，能量强，常用于杀菌，紫外灯属于电磁波的应用，A正确；X光的穿透能力较强，常用于拍胸片，X光机属于电磁波的应用，B正确；超声波雾化器属于超声波的应用，与电磁波无关，C错误；“彩超”机属于超声波的应用，与电磁波无关，D错误。
2．(2020·北京高考)以下现象不属于干涉的是( )
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
答案 C
解析 根据光的干涉的定义可知，白光经过杨氏双缝得到彩色图样是双缝干涉现象，故A错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样是薄膜干涉现象，故B错误；白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；白光照射水面油膜呈现彩色图样是薄膜干涉现象，故D错误。
3．(2020·天津高考)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 因为红外线的频率比紫外线的低，根据E＝hν可知，红外线的光子能量比紫外线的小，故A错误；真空中红外线和紫外线的传播速度都是光速c，根据ν＝可知，真空中红外线的波长比紫外线的长，故B正确，C错误；红外线和紫外线都是横波，都能发生偏振现象，故D错误。
4. (2020·浙江7月选考)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，如图所示。下列说法正确的是( )
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 在任何体温下人体都会辐射红外线，A、B错误；根据热辐射的规律，人体温度越高，辐射的红外线越强，红外体温计就是依据这个原理来测体温的，故C错误，D正确。
5．(2019·北京高考)利用图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )
A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
答案 A
解析 单缝衍射图样的中央条纹亮且宽，相邻条纹间距不等；双缝干涉图样中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，A正确。
6．(2019·江苏高考)将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的________(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度________(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时，这种现象十分明显。
答案 衍射 接近
解析 光能绕过障碍物发生衍射；产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长相差不多或小于光的波长。
时间：40分钟 满分：100分
一、选择题(本题共14小题，共88分。其中1～8题为单选，每小题5分；9～14题为多选，每小题8分)
1. (2020·山东省潍坊市在线考试)在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的( )
A．很小的不透明圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明挡板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明挡板
答案 D
解析 用光照射很小的不透明圆板时，后面出现圆形阴影，影区边缘是衍射圆环，影区中央有泊松亮斑，故A错误；用光照射很大的中间有大圆孔的不透明挡板时，后面是一照亮的大圆面，不会出现明显的衍射现象，故B错误；用光照射很大的不透明圆板时，后面是一片阴影，不会出现明显的衍射现象，故C错误；用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时，后面是明暗相间的圆环状衍射图样，故D正确。
2．(2018·北京高考)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后( )
A．干涉条纹消失
B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹
D．中央条纹变成红色
答案 D
解析 当用白光做干涉实验时，频率相同的色光，相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，A、B、C错误，D正确。
3. (2020·山东省青岛市西海岸新区4月模拟)如图所示，双缝干涉实验装置中，屏上一点P到双缝的距离之差为2.1 μm，若用单色光A照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第四条暗条纹，换用单色光B照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第三条亮条纹，则下列说法正确的是( )
A．单色光B的频率大于单色光A的频率
B．单色光B的波长小于单色光A的波长
C．单色光B的相邻亮条纹间的距离小于单色光A的相邻亮条纹间的距离
D．用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射
答案 D
解析 由题意可知，单色光A照射双缝时相邻两亮条纹中心间距较小，根据Δx＝λ可知单色光A的波长较短，频率较高，A、B、C错误；因单色光B的波长较长，则用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射，D正确。
4．(2017·上海高考)用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为( )
答案 B
解析 薄膜因为重力作用上薄下厚，来自前后两个液面的反射光干涉，同一条纹对应薄膜的厚度相同，故条纹是水平的，B正确。
5．(2020·天津市耀华中学第一次模拟)有关光的知识，下列说法正确的是( )
A．电视机遥控器发出的红外线的波长比医院里“CT”中发出的X射线的波长要短
B．偏振光可以是横波，也可以是纵波
C．雨后公路积水上面漂浮的油膜看起来是彩色的，是发生了光的衍射所形成的现象
D．在水下的潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个顶角为2C(C为全反射的临界角)的倒立的圆锥里
答案 D
解析 电视机遥控器发出的红外线的波长比医院里“CT”中发出的X射线的波长要长，A错误；偏振光一定是横波，不可能是纵波，B错误；雨后公路积水上面漂浮的油膜看起来是彩色的，是发生了光的薄膜干涉所形成的现象，C错误；来自岸上的景物的光即使几乎与水面平行，经水面折射后射入水中时，折射角也不会超过其全反射的临界角C，因此在水下的潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个顶角为2C(C为全反射的临界角)的倒立的圆锥里，D正确。
6．(2021·北京市朝阳区高三上期末)如图所示，2020年11月13日，万米深潜器“奋斗者号”再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列选项正确的是( )
A．在海水中，无线电波无法传播，所以要借助激光传输信号
B．无线电波、激光都是横波
C．信号传输到电视台实现直播的过程中无时间延迟
D．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在，带来了通信技术的快速发展
答案 B
解析 无线电波可以在海水中传播，但因为在海水中传播时能量损耗大，所以要借助激光传输信号，A错误；无线电波和激光都是电磁波，电磁波是横波，B正确；信号传输是以无线电波形式通过通信卫星传到电视台实现直播的，无线电波有传输速度，所以传输到电视台实现直播的过程中有时间延迟，C错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹由电火花实验证实了电磁波的存在，D错误。
7．(2020·浙江省嘉兴市模拟)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800～1900 MHz的电磁波，家用5G WiFi使用频率约为5725 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5G WiFi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 这四种电磁波中，GPS定位系统使用的电磁波的频率最低，其波长最长，故其衍射现象最明显，A错误；GPS定位系统使用的电磁波的频率最低，则能量最小，B错误；地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波，频率非常高，利用了电磁波的穿透本领，C正确；电磁波为横波，能产生偏振现象，D错误。
8. (2020·山东省济南市历下区校级模拟)雨后太阳光射入空气中的水滴，先折射一次，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹。如图，太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，在这两条出射光线中，一条是红光，另一条是紫光。下面说法正确的是( )
A．a光线是红光，b光线是紫光
B．用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距大于b光条纹间距
C．a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时间长
D．遇到同样的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射
答案 C
解析 a、b两种光从左侧射入球形水滴时，在水滴表面发生折射现象，入射角相同，由图可知，a光的折射角小于b光，根据折射定律可知，水对a光的折射率大于b光，则a光的频率高于b光，所以a光线是紫光，b光线是红光，故A错误；由λ＝可知，a光的波长小于b光，用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，根据干涉条纹间距公式Δx＝λ，可知a光条纹间距小于b光条纹间距，故B错误；太阳光在水滴表面发生折射时，设a光的折射角为α，b光的折射角为β，球形水滴的半径为R，则a光在水滴中的传播路径长为xa＝4Rcosα，b光在水滴中的传播路径长为xb＝4Rcosβ，因为α<β，所以xa>xb，又因为光在介质中的传播速度为v＝，因为na>nb，所以va
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
答案 ACD
解析 在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距Δx＝λ，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源。故选A、C、D。
10．(2020·四川省泸州市第三次教学质量诊断改编)下列说法中正确的是( )
A．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃的反射光
C．泊松亮斑是光通过圆孔发生衍射时形成的
D．用光导纤维传播信号是利用了光的全反射
答案 BD
解析 用X光扫描肺部，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，而γ射线才是电磁波中穿透能力最强的，故A错误；照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使像清晰，故B正确；泊松亮斑是光通过不透光的圆盘发生衍射时形成的，故C错误；光导纤维由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，光导纤维传播信号就是利用光的全反射，故D正确。
11. 如图所示，白炽灯在S点发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则( )
A．图中b光为偏振光
B．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
C．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
D．无论以SP为轴将B转过多大角度，在P处都将看到光亮
答案 AC
解析 从白炽灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，变为偏振光，即图中b光为偏振光，故A正确；设通过A的光沿竖直方向振动，人眼在P处看不到光亮，则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，将偏振片B以SP为轴转过180°后，在P处仍看不到光亮，故B、D错误；若将偏振片B以SP为轴转过90°，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光b能通过偏振片B，即在P处将看到光亮，故C正确。
12. 抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化( )
A．这里应用的是光的衍射现象
B．这里应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变细
答案 AD
解析 由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以这里应用的是光的衍射现象，当抽制的丝变细时，衍射现象更明显，条纹间距变宽，A、D正确。
13．电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用，下面说法中正确的是( )
A．手机通话使用的无线电波，波长比可见光长
B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线
C．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
答案 AD
解析 手机通话使用的无线电波，其波长要大于可见光，A正确；遥控器采用的是红外线而不是紫外线，B错误；均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场，恒定的磁(电)场在其周围空间不会产生电(磁)场，也就不会产生电磁波，C错误；夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射，D正确。
14．(2021·八省联考湖北卷)如图所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是( )
A．d光的频率最高
B．d光在棱镜中的折射率最小
C．a光产生的干涉条纹间距最大
D．a光打出的光电子的遏止电压最大
答案 BD
解析 由光路图可知，a光通过三棱镜的偏折程度最大，则a光的折射率最大，频率最高；d光通过三棱镜的偏折程度最小，则d光的折射率最小，频率最低，A错误，B正确。因a光的频率最大，则波长最短，根据Δx＝λ可知，a光产生的干涉条纹间距最小，C错误。因为c光恰好可从金属钾板上打出光电子，则用a光照射金属钾板时，一定能发生光电效应，因a光的频率最高，则根据Uce＝mv＝hν－W0可知，a光打出的光电子的遏止电压最大，D正确。
二、非选择题(本题共1小题，共12分)
15．(12分)(1)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是__________现象；露珠在太阳光照射下呈现的彩色是__________现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是__________现象。
(2)凡是波都具有衍射现象，而把光看成直线传播的条件是_________________________________________________________________________________________________________________________________________；
要使光产生明显的衍射，条件是______________________________________
____________________________________________________________________。
(3)当狭缝的宽度很小并保持一定时，分别用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的主要区别是_________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象，这个实验表明_______________________________________________________。
答案 (1)光的干涉 光的折射 光的衍射
(2)(3)(4)见解析
解析 (1)肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的折射现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象。
(2)障碍物或孔的尺寸比波长大得多时，可把光看成沿直线传播；障碍物或孔的尺寸与光的波长相当或比光的波长更小时，光可产生明显的衍射现象。
(3)红光的中央亮条纹较宽，红光中央亮条纹两侧的亮条纹离中央亮条纹较远。
(4)这个实验说明了光是一种横波。
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