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新高考物理一轮复习讲义第13章 光 电磁波 第2讲 光的波动性 电磁波 相对论 (含解析)
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这是一份新高考物理一轮复习讲义第13章 光 电磁波 第2讲 光的波动性 电磁波 相对论 (含解析)，文件包含人教版物理九年级全册同步精品讲义153串联和并联原卷版doc、人教版物理九年级全册同步精品讲义153串联和并联教师版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共35页， 欢迎下载使用。
一、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
(1)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)条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到屏的距离，d是双缝间的距离。
二、光的衍射
发生明显衍射的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。
三、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。
四、电磁波与相对论
1.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。
2.电磁波及其传播
(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。电磁波是横波。
(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中不同频率的电磁波的传播速度都等于光速。但在同一介质中，不同频率的电磁波的传播速度是不同的，频率越高，波速越小。
(3)波速公式：v＝λf，f是电磁波的频率。
3.电磁波的发射与接收
(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制(两种方式：调幅、调频)。
(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来。调幅波的解调也叫检测。
4.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的谱。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。
5.狭义相对论
(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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。
(2)相对论的质速关系
①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系m＝eq \f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(v,c)))\s\up12(2)))。
②物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0。
考点一 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，如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。
(2)亮、暗条纹的判断方法
当Δr＝nλ(n＝0，1，2，…)时，光屏上P′处出现亮条纹；当Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
2.薄膜干涉
(1)形成原因
如图所示，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，光在薄膜中的波长为λ，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。
(3)薄膜干涉的应用
干涉法检查平面，如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。
角度 双缝干涉
例1 (2021·福建卷，2)在图1所示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400 nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600 nm的光实验时，P处将呈现( )
图1
A.第2条亮条纹 B.第3条亮条纹
C.第2条暗条纹 D.第3条暗条纹
答案 A
解析 由双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，eq \f(PP0,3)＝eq \f(l,d)λ1，当改用波长为600 nm的光实验时，则有eq \f(PP0,n)＝eq \f(l,d)λ2，联立以上两式解得n＝2，即P处将呈现第2条亮条纹，A正确。
跟踪训练
1.(2020·山东卷，3)双缝干涉实验装置的截面图如图2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2
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。
角度 薄膜干涉
例2 (多选)(2021·6月浙江选考)肥皂膜的干涉条纹如图3所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是( )
图3
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°
答案 AB
解析 肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，从形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力、表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，D错误。
跟踪训练
2.(2023·山东潍坊高三期末)如图4所示，两块标准平面玻璃板形成一个劈形空间，内部为空气时，用单色光垂直照射玻璃板上表面，产生等间距的明暗相间的干涉条纹。若在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将( )
图4
A.变小 B.变大
C.不变 D.无法确定
答案 A
解析 从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Δx＝2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差Δx＝kλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为eq \f(1,2)λ ，相邻亮条纹之间的距离Δx＝eq \f(\f(1,2)λ,tan θ)＝eq \f(λ,2tan θ)，同理加入水后Δx2＝eq \f(λ,2ntan θ)，由于n>1，在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将变小，故A正确。
考点二 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)(2022·山东卷，10)某同学采用图5甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是( )
图5
A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
答案 ACD
解析 题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。
跟踪训练
3.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图6所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是( )
图6
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.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D.如果屏上条纹变宽，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，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距变宽，A、D正确。
4.(多选)光的偏振现象说明光是横波。下列现象能反映光的偏振特性及其应用的是( )
A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使图像更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
答案 ABC
解析 在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象。故A、B、C正确，D错误。
考点三 电磁振荡与电磁波 相对论
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.LC振荡电路
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。
(4)LC振荡电路的周期和频率
周期：T＝2πeq \r(LC)
频率：f＝eq \f(1,2π\r(LC))(其中L指自感系数，C指电容)。
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。
(2)电磁波与机械波的比较
角度 电磁振荡
例4 (多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图7所示，则( )
图7
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。
角度 电磁波
例5 (多选)在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是( )
A.红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短
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.微波主要用于广播及其他信号的传播
D.X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞
答案 CD
解析 红外线、X射线、γ射线中红外线的频率最小，波长最长，选项A错误；银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的是红外线，选项B错误；微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号传输，故C正确；X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线有极强的穿透能力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确。
角度 相对论
例6 (多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有( )
A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C.地球上的人观测到地球上的钟较快
D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
答案 AC
解析 根据相对论，运动的时钟变慢，这是一种观测效应。结合运动的相对性，故飞船上的人观测到地球上的钟较慢，认为飞船上的钟较快。地球上的人观测到飞船上的钟较慢，认为地球上的钟较快，故A、C正确。
A级 基础对点练
对点练1 光的干涉现象
1.(2022·浙江6月选考，4)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是( )
A.用复色光投射就看不到条纹
B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大
答案 B
解析 用复色光投射时同样能看到条纹，A错误；在双缝干涉实验中，明暗相间的条纹是两列光在屏上叠加形成的干涉条纹，B正确；由条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ知，把光屏前移或后移，改变了l，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；因为λ蓝 <λ红，由条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ知，蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误。
2.如图1甲所示，利用激光器发射出的激光照射到双缝上，在双缝后面的光屏上能呈现出明、暗相间的干涉条纹。若实验中仅改变某一个实验条件，在其他条件均不变的情况下，得到的干涉图样分别如图乙和丙所示。对于这两次实验，下列说法中正确的是( )
图1
A.由于选用的激光器不同，乙图对应的激光的频率较高
B.双缝到光屏的距离l不同，乙图对应的l较大
C.双缝的间距不同，乙图对应的间距较大
D.激光器到双缝的距离不同，乙图对应的距离较大
答案 B
解析 根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ并结合乙图中的干涉条纹间距Δx较大，知A、C错误，B正确；光源到双缝的距离不影响双缝干涉条纹的间距，故D错误。
3.(2023·山东泰安高三期末)如图2实验装置，单色线光源S垂直纸面水平放置，平面镜水平放置在桌面上。单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上，光屏上会出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是( )
图2
A.光屏上的条纹与水平面垂直，是光的干涉现象
B.光屏上的条纹与水平面平行，是光的衍射现象
C.将光屏沿水平方向远离线光源S，相邻条纹间距增大
D.将线光源S沿竖直方向靠近平面镜，相邻条纹间距减小
答案 C
解析 平面镜的反射光相当于从S的像点发出的光，所以该装置类似于双缝干涉装置，能在光屏上观察到与镜面平行的干涉条纹，不是光的衍射现象，A、B错误；将光屏沿水平方向远离线光源S，即l增大，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，屏上的两个相邻条纹间的距离增大，C正确；若将线光源S沿竖直方向靠近平面镜平移，相当于减小了两束干涉光的间距d，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，屏上的两个相邻条纹间的距离增大，D错误。
4.(多选)(2022·浙江大学附中模拟)光的干涉现象在技术中有许多应用。如图3甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，下列说法正确的是( )
图3
A.图甲中上板是标准样板，下板是待检查的光学元件
B.若换用频率更大的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变宽
C.若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处出现了凹陷
D.用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变宽的同心圆环
答案 AC
解析 上板是标准样板，下板是待检测板，故A正确；设空气膜厚度为d，则出现亮条纹时需满足2d＝nλ。换用频率更大的单色光，则单色光波长变短，亮条纹左移，条纹变窄，故B错误；图丙条纹向左弯曲，说明亮条纹提前出现，说明被检查的平面在此处出现了凹陷，故C正确；牛顿环中的空气厚度不是均匀变化，空气膜厚度增加的越来越快，则亮条纹提前出现，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的同心圆环，同心圆环间距不相等，故D错误。
5.如图4所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为d，双缝至屏的距离为l，整个装置处于折射率为n的均匀透明介质中。若单色光在真空中波长为λ，则相邻条纹间距Δy为( )
图4
A.eq \f(l,d)λ B.eq \f(nl,d)λ C.eq \f(l,nd)λ D.eq \f(n2l,d)λ
答案 C
解析 设单色光在透明介质中的波长为λ′，由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λf,λ′f)，可得λ′＝eq \f(λ,n)，根据公式Δy＝eq \f(l,d)λ′，可得Δy＝eq \f(l,nd)λ，故C正确，A、B、D错误。
对点练2 光的衍射和偏振现象
6.(2023·山东日照高三期末)物理光学主要研究光的本性以及光与物质相互作用的规律。下列关于物理光学知识的理解正确的是( )
A.泊松亮斑是光通过圆孔衍射时形成的
B.光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理
C.白光通过三棱镜后出现的彩色图样是光的衍射现象
D.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增加透射光的强度
答案 B
解析 泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的，A错误；光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理，B正确；白光通过三棱镜呈现彩色图样是光的色散现象，C错误；在镜头前加装一个偏振片，以消除反射光的透射，D错误。
7.(2019·北京卷，14)利用图5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6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( )
图6
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，选项A正确。
8.如图7所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、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(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
图7
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 双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹。相邻亮条纹间距Δx＝eq \f(l,d)λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确。
对点练3 电磁振荡与电磁波 相对论
9.(2020·浙江1月选考，8)如图8所示，单刀双掷开关S打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则( )
图8
A.LC回路的周期为0.02 s
B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C.t＝1.01 s时线圈中磁场能最大
D.t＝1.01 s时回路中电流沿顺时针方向
答案 C
解析 当电容C充满电后，电容器上极板带正电，电容器电场强度最大，电场能最大，然后开始放电，当电荷释放完瞬间，LC振荡电路电流最大，电场能转化为磁场能；接着自感线圈对电容器反向充电，电流逐渐减弱，磁场能转化为电场能，此时电容器下极板带正电；随后电容器开始反向放电，然后自感线圈对电容器充电，最后电容器上极板带正电，一个完整的电磁振荡周期结束。根据以上分析T＝0.04 s，选项A错误；电流最大时磁场能最大，电场能最小，选项B错误；t＝1.01 s即相当于25.25T，即从题目初始状态开始，经过0.25T，电荷释放完，电流最大，自感线圈中磁场能最大，选项C正确；根据以上分析，在0.25T时，线路中的电流是逆时针方向，选项D错误。
10.太赫兹辐射通常是指频率在0.1～10 THz(1 THz＝1012 Hz)、即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线。太赫兹波对人体安全， 可以穿透衣物等不透明物体， 实现对隐匿物体的成像。近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一。由上述信息可知，太赫兹波( )
A.其光子的能量比红外线光子的能量更大
B.比微波更容易发生衍射现象
C.比紫外线更难使金属发生光电效应
D.比X射线穿透性更强
答案 C
解析 太赫兹波的频率比红外线的频率低，所以其光子的能量比红外线光子的能量更小，故A错误；太赫兹波的频率比微波的频率高，波长比微波的短，所以比微波更不容易发生衍射现象，故B错误；太赫兹波的频率比紫外线的频率低，所以比紫外线更难使金属发生光电效应，故C正确；太赫兹波的频率远低于X射线的频率，其光子能量远低于X射线的光子能量，所以比X射线穿透性更弱，故D错误。
B级 综合提升练
11.如图9所示为某款玩具内的LC振荡电路，已知线圈自感系数L＝2.5×10－3 H，电容器电容C＝4 μF，LC振荡电路的周期公式为T＝2πeq \r(LC)。t＝0时刻，上极板带正电，下极板带负电，瞬时电流为零，则( )
图9
A.LC振荡电路的周期T＝π×10－4 s
B.当t＝eq \f(π,2)×10－4 s时，电路中的磁场能最大
C.当t＝eq \f(3π,2)×10－4 s时，线圈中的自感电动势最大
D.在t＝eq \f(π,2)×10－4 s至 eq \f(3π,2)×10－4 s时间内，电路中电流始终沿逆时针方向
答案 B
解析 由周期公式可得T＝2π×10－4 s，A错误；经过t＝eq \f(π,2)×10－4 s，即eq \f(T,4)，放电完毕，电场能最小，电流最大，磁场能最大，B正确；经过t＝eq \f(3π,2)×10－4 s，即eq \f(3T,4)，电流最大，但变化最慢，故自感电动势最小，C错误；以顺时针方向为正方向，可画出电流随时间的变化图像，如图所示，故在eq \f(T,4)～eq \f(3T,4)时间内，电流先顺时针减小再逆时针增大，即电流方向发生变化，D错误。
12.(2023·山东威海高三期末)增透膜是一种表面镀层，它利用光的干涉原理减少反射光来增加光在表面的透过率。某同学的眼镜片镀有一层材料为氟化镁的增透膜，反射光呈现蓝紫色，已知绿光的频率为5.45×1014 Hz，在真空中的波速为3×108 m/s，氟化镁对绿光的折射率为1.38，为增加绿光的透过率，该增透膜的最小厚度约为( )
A.100 nm B.200 nm
C.300 nm D.400 nm
答案 A
解析 由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的eq \f(1,4)，使绿光在增透膜的前、后两个表面上的反射光互相抵消。光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化，若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ0f,λf)，得λ＝eq \f(λ0,n)，解得增透膜厚度d＝eq \f(1,4)λ＝eq \f(λ0,4n)＝1×10－7 m＝100 nm，故A正确。
13.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为真空)，如图10所示，特制容器未画出，通过对比填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处是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，则下列说法正确的是( )
图10
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.x2>x1
C.该矿泉水的折射率为eq \f(x1,x2)
D.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
答案 C
解析 第三条亮条纹对应路程差s＝3λ，但光在介质中的传播速度小于c，故A错误；由Δx＝eq \f(L,d)λ，n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ,λ0)可知(λ0为光在矿泉水中的波长)，光在矿泉水中的波长小于真空中的波长，所以x2＜x1，故B错误；由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ,λ0)，x1＝eq \f(L,d)λ，x2＝eq \f(L,d)λ0，得n＝eq \f(x1,x2)，故C正确；由Δx＝eq \f(L,d)λ可知，向左移动S0对观察结果没有影响，故D错误。
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
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
(1)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)条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到屏的距离，d是双缝间的距离。
二、光的衍射
发生明显衍射的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象十分明显。
三、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。
四、电磁波与相对论
1.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。
2.电磁波及其传播
(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。电磁波是横波。
(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中不同频率的电磁波的传播速度都等于光速。但在同一介质中，不同频率的电磁波的传播速度是不同的，频率越高，波速越小。
(3)波速公式：v＝λf，f是电磁波的频率。
3.电磁波的发射与接收
(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制(两种方式：调幅、调频)。
(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来。调幅波的解调也叫检测。
4.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的谱。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。
5.狭义相对论
(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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。
(2)相对论的质速关系
①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系m＝eq \f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(v,c)))\s\up12(2)))。
②物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0。
考点一 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，如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。
(2)亮、暗条纹的判断方法
当Δr＝nλ(n＝0，1，2，…)时，光屏上P′处出现亮条纹；当Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
2.薄膜干涉
(1)形成原因
如图所示，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，光在薄膜中的波长为λ，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。
(3)薄膜干涉的应用
干涉法检查平面，如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。
角度 双缝干涉
例1 (2021·福建卷，2)在图1所示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400 nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600 nm的光实验时，P处将呈现( )
图1
A.第2条亮条纹 B.第3条亮条纹
C.第2条暗条纹 D.第3条暗条纹
答案 A
解析 由双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，eq \f(PP0,3)＝eq \f(l,d)λ1，当改用波长为600 nm的光实验时，则有eq \f(PP0,n)＝eq \f(l,d)λ2，联立以上两式解得n＝2，即P处将呈现第2条亮条纹，A正确。
跟踪训练
1.(2020·山东卷，3)双缝干涉实验装置的截面图如图2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2
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。
角度 薄膜干涉
例2 (多选)(2021·6月浙江选考)肥皂膜的干涉条纹如图3所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是( )
图3
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°
答案 AB
解析 肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，从形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力、表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，D错误。
跟踪训练
2.(2023·山东潍坊高三期末)如图4所示，两块标准平面玻璃板形成一个劈形空间，内部为空气时，用单色光垂直照射玻璃板上表面，产生等间距的明暗相间的干涉条纹。若在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将( )
图4
A.变小 B.变大
C.不变 D.无法确定
答案 A
解析 从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Δx＝2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差Δx＝kλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为eq \f(1,2)λ ，相邻亮条纹之间的距离Δx＝eq \f(\f(1,2)λ,tan θ)＝eq \f(λ,2tan θ)，同理加入水后Δx2＝eq \f(λ,2ntan θ)，由于n>1，在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将变小，故A正确。
考点二 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)(2022·山东卷，10)某同学采用图5甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是( )
图5
A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
答案 ACD
解析 题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式Δx＝eq \f(L,d)λ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。
跟踪训练
3.(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图6所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同。观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是( )
图6
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.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D.如果屏上条纹变宽，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，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距变宽，A、D正确。
4.(多选)光的偏振现象说明光是横波。下列现象能反映光的偏振特性及其应用的是( )
A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使图像更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
答案 ABC
解析 在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象。故A、B、C正确，D错误。
考点三 电磁振荡与电磁波 相对论
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.LC振荡电路
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。
(4)LC振荡电路的周期和频率
周期：T＝2πeq \r(LC)
频率：f＝eq \f(1,2π\r(LC))(其中L指自感系数，C指电容)。
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。
(2)电磁波与机械波的比较
角度 电磁振荡
例4 (多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图7所示，则( )
图7
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。
角度 电磁波
例5 (多选)在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是( )
A.红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短
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.微波主要用于广播及其他信号的传播
D.X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞
答案 CD
解析 红外线、X射线、γ射线中红外线的频率最小，波长最长，选项A错误；银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的是红外线，选项B错误；微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号传输，故C正确；X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线有极强的穿透能力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确。
角度 相对论
例6 (多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有( )
A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C.地球上的人观测到地球上的钟较快
D.地球上的人观测到地球上的钟较慢
答案 AC
解析 根据相对论，运动的时钟变慢，这是一种观测效应。结合运动的相对性，故飞船上的人观测到地球上的钟较慢，认为飞船上的钟较快。地球上的人观测到飞船上的钟较慢，认为地球上的钟较快，故A、C正确。
A级 基础对点练
对点练1 光的干涉现象
1.(2022·浙江6月选考，4)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是( )
A.用复色光投射就看不到条纹
B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大
答案 B
解析 用复色光投射时同样能看到条纹，A错误；在双缝干涉实验中，明暗相间的条纹是两列光在屏上叠加形成的干涉条纹，B正确；由条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ知，把光屏前移或后移，改变了l，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；因为λ蓝 <λ红，由条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ知，蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误。
2.如图1甲所示，利用激光器发射出的激光照射到双缝上，在双缝后面的光屏上能呈现出明、暗相间的干涉条纹。若实验中仅改变某一个实验条件，在其他条件均不变的情况下，得到的干涉图样分别如图乙和丙所示。对于这两次实验，下列说法中正确的是( )
图1
A.由于选用的激光器不同，乙图对应的激光的频率较高
B.双缝到光屏的距离l不同，乙图对应的l较大
C.双缝的间距不同，乙图对应的间距较大
D.激光器到双缝的距离不同，乙图对应的距离较大
答案 B
解析 根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ并结合乙图中的干涉条纹间距Δx较大，知A、C错误，B正确；光源到双缝的距离不影响双缝干涉条纹的间距，故D错误。
3.(2023·山东泰安高三期末)如图2实验装置，单色线光源S垂直纸面水平放置，平面镜水平放置在桌面上。单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上，光屏上会出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是( )
图2
A.光屏上的条纹与水平面垂直，是光的干涉现象
B.光屏上的条纹与水平面平行，是光的衍射现象
C.将光屏沿水平方向远离线光源S，相邻条纹间距增大
D.将线光源S沿竖直方向靠近平面镜，相邻条纹间距减小
答案 C
解析 平面镜的反射光相当于从S的像点发出的光，所以该装置类似于双缝干涉装置，能在光屏上观察到与镜面平行的干涉条纹，不是光的衍射现象，A、B错误；将光屏沿水平方向远离线光源S，即l增大，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，屏上的两个相邻条纹间的距离增大，C正确；若将线光源S沿竖直方向靠近平面镜平移，相当于减小了两束干涉光的间距d，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，屏上的两个相邻条纹间的距离增大，D错误。
4.(多选)(2022·浙江大学附中模拟)光的干涉现象在技术中有许多应用。如图3甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，下列说法正确的是( )
图3
A.图甲中上板是标准样板，下板是待检查的光学元件
B.若换用频率更大的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变宽
C.若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处出现了凹陷
D.用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变宽的同心圆环
答案 AC
解析 上板是标准样板，下板是待检测板，故A正确；设空气膜厚度为d，则出现亮条纹时需满足2d＝nλ。换用频率更大的单色光，则单色光波长变短，亮条纹左移，条纹变窄，故B错误；图丙条纹向左弯曲，说明亮条纹提前出现，说明被检查的平面在此处出现了凹陷，故C正确；牛顿环中的空气厚度不是均匀变化，空气膜厚度增加的越来越快，则亮条纹提前出现，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的同心圆环，同心圆环间距不相等，故D错误。
5.如图4所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为d，双缝至屏的距离为l，整个装置处于折射率为n的均匀透明介质中。若单色光在真空中波长为λ，则相邻条纹间距Δy为( )
图4
A.eq \f(l,d)λ B.eq \f(nl,d)λ C.eq \f(l,nd)λ D.eq \f(n2l,d)λ
答案 C
解析 设单色光在透明介质中的波长为λ′，由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λf,λ′f)，可得λ′＝eq \f(λ,n)，根据公式Δy＝eq \f(l,d)λ′，可得Δy＝eq \f(l,nd)λ，故C正确，A、B、D错误。
对点练2 光的衍射和偏振现象
6.(2023·山东日照高三期末)物理光学主要研究光的本性以及光与物质相互作用的规律。下列关于物理光学知识的理解正确的是( )
A.泊松亮斑是光通过圆孔衍射时形成的
B.光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理
C.白光通过三棱镜后出现的彩色图样是光的衍射现象
D.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增加透射光的强度
答案 B
解析 泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的，A错误；光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理，B正确；白光通过三棱镜呈现彩色图样是光的色散现象，C错误；在镜头前加装一个偏振片，以消除反射光的透射，D错误。
7.(2019·北京卷，14)利用图5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6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( )
图6
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，选项A正确。
8.如图7所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、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(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )
图7
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 双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹。相邻亮条纹间距Δx＝eq \f(l,d)λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确。
对点练3 电磁振荡与电磁波 相对论
9.(2020·浙江1月选考，8)如图8所示，单刀双掷开关S打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则( )
图8
A.LC回路的周期为0.02 s
B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C.t＝1.01 s时线圈中磁场能最大
D.t＝1.01 s时回路中电流沿顺时针方向
答案 C
解析 当电容C充满电后，电容器上极板带正电，电容器电场强度最大，电场能最大，然后开始放电，当电荷释放完瞬间，LC振荡电路电流最大，电场能转化为磁场能；接着自感线圈对电容器反向充电，电流逐渐减弱，磁场能转化为电场能，此时电容器下极板带正电；随后电容器开始反向放电，然后自感线圈对电容器充电，最后电容器上极板带正电，一个完整的电磁振荡周期结束。根据以上分析T＝0.04 s，选项A错误；电流最大时磁场能最大，电场能最小，选项B错误；t＝1.01 s即相当于25.25T，即从题目初始状态开始，经过0.25T，电荷释放完，电流最大，自感线圈中磁场能最大，选项C正确；根据以上分析，在0.25T时，线路中的电流是逆时针方向，选项D错误。
10.太赫兹辐射通常是指频率在0.1～10 THz(1 THz＝1012 Hz)、即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线。太赫兹波对人体安全， 可以穿透衣物等不透明物体， 实现对隐匿物体的成像。近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一。由上述信息可知，太赫兹波( )
A.其光子的能量比红外线光子的能量更大
B.比微波更容易发生衍射现象
C.比紫外线更难使金属发生光电效应
D.比X射线穿透性更强
答案 C
解析 太赫兹波的频率比红外线的频率低，所以其光子的能量比红外线光子的能量更小，故A错误；太赫兹波的频率比微波的频率高，波长比微波的短，所以比微波更不容易发生衍射现象，故B错误；太赫兹波的频率比紫外线的频率低，所以比紫外线更难使金属发生光电效应，故C正确；太赫兹波的频率远低于X射线的频率，其光子能量远低于X射线的光子能量，所以比X射线穿透性更弱，故D错误。
B级 综合提升练
11.如图9所示为某款玩具内的LC振荡电路，已知线圈自感系数L＝2.5×10－3 H，电容器电容C＝4 μF，LC振荡电路的周期公式为T＝2πeq \r(LC)。t＝0时刻，上极板带正电，下极板带负电，瞬时电流为零，则( )
图9
A.LC振荡电路的周期T＝π×10－4 s
B.当t＝eq \f(π,2)×10－4 s时，电路中的磁场能最大
C.当t＝eq \f(3π,2)×10－4 s时，线圈中的自感电动势最大
D.在t＝eq \f(π,2)×10－4 s至 eq \f(3π,2)×10－4 s时间内，电路中电流始终沿逆时针方向
答案 B
解析 由周期公式可得T＝2π×10－4 s，A错误；经过t＝eq \f(π,2)×10－4 s，即eq \f(T,4)，放电完毕，电场能最小，电流最大，磁场能最大，B正确；经过t＝eq \f(3π,2)×10－4 s，即eq \f(3T,4)，电流最大，但变化最慢，故自感电动势最小，C错误；以顺时针方向为正方向，可画出电流随时间的变化图像，如图所示，故在eq \f(T,4)～eq \f(3T,4)时间内，电流先顺时针减小再逆时针增大，即电流方向发生变化，D错误。
12.(2023·山东威海高三期末)增透膜是一种表面镀层，它利用光的干涉原理减少反射光来增加光在表面的透过率。某同学的眼镜片镀有一层材料为氟化镁的增透膜，反射光呈现蓝紫色，已知绿光的频率为5.45×1014 Hz，在真空中的波速为3×108 m/s，氟化镁对绿光的折射率为1.38，为增加绿光的透过率，该增透膜的最小厚度约为( )
A.100 nm B.200 nm
C.300 nm D.400 nm
答案 A
解析 由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的eq \f(1,4)，使绿光在增透膜的前、后两个表面上的反射光互相抵消。光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化，若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ0f,λf)，得λ＝eq \f(λ0,n)，解得增透膜厚度d＝eq \f(1,4)λ＝eq \f(λ0,4n)＝1×10－7 m＝100 nm，故A正确。
13.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为真空)，如图10所示，特制容器未画出，通过对比填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处是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，则下列说法正确的是( )
图10
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.x2>x1
C.该矿泉水的折射率为eq \f(x1,x2)
D.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
答案 C
解析 第三条亮条纹对应路程差s＝3λ，但光在介质中的传播速度小于c，故A错误；由Δx＝eq \f(L,d)λ，n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ,λ0)可知(λ0为光在矿泉水中的波长)，光在矿泉水中的波长小于真空中的波长，所以x2＜x1，故B错误；由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ,λ0)，x1＝eq \f(L,d)λ，x2＝eq \f(L,d)λ0，得n＝eq \f(x1,x2)，故C正确；由Δx＝eq \f(L,d)λ可知，向左移动S0对观察结果没有影响，故D错误。
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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