江苏版高考物理一轮复习第13章第2节光的波动性电磁波课时学案

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一、光的干涉
1．产生干涉的条件
两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。
2．杨氏双缝干涉
(1)原理如图所示。
(2)形成亮、暗条纹的条件
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。
光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出现亮条纹。
光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2，…)，光屏上出现暗条纹。
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)。
③条纹间距公式：Δx＝eq \f(l,d)λ。
3．薄膜干涉
(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。
(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹。
二、光的衍射
1．发生明显衍射的条件：只有当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，衍射现象才会明显。
2．衍射条纹的特点
单缝衍射 圆孔衍射 圆盘衍射
(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
(2)泊松亮斑(圆盘衍射)
当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时，在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)。
三、光的偏振现象
1．偏振：光波只沿某一特定的方向振动。
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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。
3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。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。
4．偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。
四、电磁波的产生 电磁波的发射、传播
1．麦克斯韦电磁场理论与电磁场
如图所示：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场；变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。
2．电磁波
(1)产生：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。
①电磁波是横波(选填“纵波”或“横波”)，在空间传播不需要介质。
②真空中电磁波的速度为3×108 m/s。
③公式v＝λf对电磁波同样适用。
④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。
(2)电磁波的发射
①发射条件：足够高的振荡频率和开放电路。
②调制分类：调幅和调频。
(3)电磁波的接收
①调谐：使接收电路产生电谐振的过程。
②解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。
3．电磁波谱
按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱。
五、狭义相对论的基本假设 质能关系
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．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。
一、易错易误辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。(√)
(2)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。(×)
(3)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(×)
(4)自然光是偏振光。(×)
(5)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播便形成了电磁波。(×)
(6)在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短。(√)
二、教材习题衍生
1．(光的干涉)在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光的现象，下列现象中不属于光的干涉的是( )
A．洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象
B．小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象
C．雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象
D．实验室用双缝实验得到的彩色条纹
A [A属于光的色散现象；B、C属于光的薄膜干涉现象；D属于光的双缝干涉现象。]
2．(光的衍射和偏振)下列说法正确的是( )
A．光不能像无线电波那样，作为载体来传递信息
B．摄影师为更清晰地拍摄玻璃橱窗里的陈列物，需在照相机镜头前装一特殊镜片，是利用了光的衍射现象
C．观看立体电影(3D电影)时，观众需戴上一副特殊的眼镜，是利用了光的干涉现象
D．激光精准测距，是利用了激光的平行度较高，且在传播很远的距离后仍能保持一定的强度的特点
D [根据麦克斯韦的理论知：光也是一种电磁波，它可以像无线电波那样，作为载体传递信息，故A错误；拍摄玻璃橱窗内的物品时，在照相机镜头前加偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度，从而使玻璃后的影像清晰，是利用了光的偏振现象，故B错误；3D电影的屏幕上发出两种相互垂直的偏振光，所以观看3D电影时戴上特制的带偏振片的眼镜，才会产生立体感觉，这是利用了光的偏振现象，故C错误；激光精准测距，也就是平行度高，可以用来精确地测量较远的距离，因此在传播很远的距离后仍能保持一定的强度，是利用了激光平行度高的特点，故D正确。]
3．(电磁波)(2018·江苏卷)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波( )
A．是纵波
B．不能在真空中传播
C．只能沿着梳子摇动的方向传播
D．在空气中的传播速度约为3×108 m/s
D [电磁波是横波，传播方向与振动方向垂直，可以沿任意方向传播，既能在真空中传播，也能在介质中传播，电磁波在空气中的传播速度约为3×108 m/s，故选项D正确。]
光的干涉
1．双缝干涉中亮、暗条纹的确定
双缝干涉实验中，光屏上某点到相干光源S1、S2的路程之差为光程差，记为δ。如图所示。
甲 乙
(1)若光程差δ是波长λ的整数倍，即δ＝nλ(n＝1,2，3，…)，P点将出现亮条纹；
(2)若光程差δ是半波长的奇数倍，即δ＝(2n＋1)·eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，P点将出现暗条纹；
(3)光屏上到双缝S1、S2距离相等的点为加强点，故双缝干涉中央条纹为亮条纹。
2．薄膜干涉的理解
(1)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。
(2)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，两列光波同相叠加，出现亮条纹；反相叠加，出现暗条纹。
(3)原理分析
单色光：
①在P1(或P2)处，两个表面反射回来的两列光波的光程差δ等于波长的整数倍，即δ＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹；
②在Q处，两列反射回来的光波的光程差δ等于半波长的奇数倍，即δ＝(2n＋1)·eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹。
白光：薄膜上出现水平彩色条纹。
光的双缝干涉
1．(2023·淮安模拟)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
B [复色光投射时也可以发生干涉，在光屏上呈现干涉条纹，故A错误；明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，故B正确；把光屏前移或后移，也能看到明暗相间条纹，故C错误；根据Δx＝eq \f(L,d)λ，由于蓝光的波长小于红光波长，所以蓝光干涉条纹的间距比红光的小，故D错误。]
2. (双缝干涉中亮、暗条纹的判断)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，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。
[解析] (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，
由n＝eq \f(c,v)＝eq \f(λ1,λ2)得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δx＝2.1×10－6 m
所以N1＝eq \f(Δx,λ1)＝eq \f(2.1×10－6 m,6×10－7 m)＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝eq \f(1,n′)得
n′＝eq \f(1,sin 37°)＝eq \f(5,3)
由此可知，B光在空气中波长λ3为
λ3＝n′λ介＝eq \f(5,3)×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝eq \f(Δx,λ3)＝eq \f(2.1×10－6 m,5.25×10－7 m)＝4
可见，用B光作光源，P点为亮条纹。
[答案] (1)暗条纹 (2)亮条纹
薄膜干涉现象
3．把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示，这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是( )
A．干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上下两面反射形成的两列光叠加的结果
B．干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
A [根据薄膜干涉的产生原理可知，题述现象是由空气劈尖膜上下两面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确，B项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的一侧，故D项错误；条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖方向移动，故条纹向着劈尖“移动”，故C项错误。]
4．(2021·江苏卷)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )

A B C D
C [薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在复色光时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹的间距上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误。]
5．如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法不正确的是( )
甲 乙
A．干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．若使用半径大一些的凸薄透镜，则干涉条纹的间距要变大
B [由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，B错误；由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故C正确；若使用半径大一些的凸薄透镜，则空气薄膜上的厚度变化更慢，则形成的干涉条纹的间距要变大，故D正确。]
光的衍射和偏振现象
1．光的干涉和衍射的比较
(1)干涉和衍射的比较
(2)对光的衍射的理解
①干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显。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，光才可以看成是沿直线传播的。
2．自然光和偏振光的比较
光的衍射
1．在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是( )
甲 乙 丙 丁
A．甲是单缝、乙是双缝
B．乙是双缝、丙是小圆孔
C．丁是小圆孔、甲是双缝
D．丙是小圆孔、丁是小圆板
D [根据衍射与干涉图样的区别是：前者是中间亮条纹明且宽大，越向两侧宽度越小；后者明暗条纹宽度相等，可知甲图是双缝干涉条纹，乙图是单缝衍射条纹；根据小孔衍射与泊松亮斑的区别可知，小圆孔衍射的图样是中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，可知丙是小圆孔衍射，丁是小圆板衍射图样。所以只有D是正确的。]
2.抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激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( )
A．这里应用的是光的衍射现象
B．这里应用的是光的直线传播性
C．这里应用的是光的干涉现象
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
A [当障碍物的尺寸与波的波长相当，或小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变宽，则说明衍射现象更加明显，可知金属丝变细。故B、C、D错误，A正确。]
光的偏振
3．假设所有的汽车前窗玻璃和车灯玻璃均按同一要求设置，使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。以下措施中可行的是( )
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向也是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向也是斜向右上45°
D [如果透振方向是竖直的话，那么会车时，两车的光不能叠加相消，也就是对方车辆的光仍会照到司机的眼睛，感到眼花；若前窗玻璃的透振方向和前灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，则对方车辆的光与自己前窗正好成90度角，对方的光就通不过前窗射到司机的眼，不会感到眼花，故D正确。]
4．(2021·江苏省新高考适应性考试)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
B [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，故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。]
电磁场 电磁波 电磁波谱
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．LC振荡电路
(1)放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，充电过程：磁场能转化为电场能，q↑ →i↓。
(2)充电完毕：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小；放电完毕：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。
(3)LC回路的周期和频率T＝2πeq \r(LC)，f＝eq \f(1,2π\r(LC))。
3．对电磁波的理解
(1)电磁波是横波。电磁波的电场强度E、磁感应强度B、传播方向v三者两两垂直，如图所示。
(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关。
4．电磁波谱分析及应用
LC振荡电路
1.某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L＝2.5×10—3 H，电容器电容C＝4 μF，在电容器开始放电时(取t＝0)，上极板带正电，下极板带负电，则( )
A．LC振荡电路的周期T＝π×10－4 s
B．当t＝π×10－4 s时，电容器上极板带正电
C．当t＝eq \f(2π,3)×10－4 s时，电路中电流方向为顺时针
D．当t＝eq \f(2π,3)×10－4 s 时，电场能正转化为磁场能
C [由公式T＝2πeq \r(LC)＝2π×eq \r(2.5×10－3×4×10－6) s＝2π×10－4 s，故A错误；当t＝π×10－4 s＝eq \f(T,2)，即电容器先放电再反向充电，所以电容器上极板带负电，故B错误；当t＝eq \f(2π,3)×10－4 s即eq \f(T,4)2.如图所示，LC振荡电路的导线及自感线圈的电阻不计，在图示状态回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器C的极板A带正电荷，则该状态( )
A．电流i正在增大
B．电容器带电荷量正在增加
C．电容器两极板间电压正在减小
D．线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增大
B [根据图示电路知，该LC振荡电路正在充电，电流在减小，磁场能转化为电场能，A错误；电路充电，电容器的带电荷量在增大，B正确；电容器的带电荷量在增大，根据U＝eq \f(Q,C) 得出，电压在增大，C错误；充电的过程，电荷量在增加，磁场能转化为电场能，电流在减小，所以线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减小，D错误。]
电磁波
3．(电磁波的理解)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有关
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方向、磁感应强度方向平行
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
B [电磁波在真空中的传播速度恒为光速，A错误；根据麦克斯韦电磁理论可得周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，B正确；变化的电场与变化的磁场共同产生电磁场，电磁波是横波，电磁波的电场强度方向与磁感应强度方向总是相互垂直，且与传播方向垂直，C错误；电磁波可以在介质中传播，所以可以利用电缆、光缆进行有线传播，也可以不需要介质进行传播，即无线传播，D错误。]
4．(电磁波的特性)目前，我国正在开展5G网络试点工作，即将全面进入5G时代。届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G(即第五代移动通信技术)采用3 300～5 000 MHz频段，相比于现有的4G(即第四代移动通信技术，1 880～2 635 MHz 频段)技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比，下列说法正确的是( )
A．5G信号在真空中的传播速度更快
B．5G信号是横波，4G信号是纵波
C．5G信号粒子性更显著
D．5G信号更容易发生明显衍射
C [任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，传播速度相同，A错误；电磁波均为横波，B错误；5G信号的频率更高，则其粒子性更显著，C正确；因5G信号的频率更高，则波长更小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，D错误。]
5．(电磁波的应用)关于各种电磁波的性质比较，下列说法中正确的有( )
A．由于红外线的波长比可见光长，所以比可见光更难发生干涉、衍射
B．由于γ射线的波长太短了，所以根本无法发生干涉、衍射
C．无论哪一种电磁波，在真空中的传播速度都相同
D．γ射线的穿透能力最强，所以最适于用来透视人体，检查骨骼和其他病变情况
C [由于红外线的波长比可见光长，所以比可见光更容易发生干涉、衍射，故A错误；干涉、衍射是波的特有属性，γ射线是电磁波，尽管γ射线的波长很短，但仍能发生干涉、衍射，故B错误；根据麦克斯韦电磁场理论，无论哪一种电磁波，在真空中的传播速度都相同，故C正确； γ射线对人体有较大的伤害，所以一般不用来做透视，故D错误。]
课时分层作业(三十八) 光的波动性 电磁波
题组一 光的干涉
1．(2022·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( )
A．红、黄、蓝、紫 B．红、紫、蓝、黄
C．蓝、紫、红、黄 D．蓝、黄、红、紫
B [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产生的现象，根据双缝干涉条纹间距公式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。]
2．用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是( )
A B
C D
D [用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，从透明薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现明暗相间的条纹，所以此条纹是由上方透明薄膜的下表面和下方透明薄膜的上表面反射光叠加后形成的，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差Δx＝nλ(n＝1,2,3，…)时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度d＝n·eq \f(λ,2)(n＝1,2,3，…)时对应的条纹为亮条纹，在题目的干涉条纹中，从左向右相邻亮条纹的间距逐渐增大，结合干涉条纹公式对应的厚度公式可知，从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小，则四个选项中，只有D选项符合题意，故D正确，A、B、C错误。]
题组二 光的衍射和偏振
3．下列说法正确的是( )
甲 乙 丙
A．图甲，白光通过三棱镜发生色散现象是因为三棱镜对白光中不同频率的光的折射率不同
B．图乙，肥皂膜上出现彩色条纹是光的衍射现象
C．图丙是红光的干涉条纹
D．图丙，如果在光源与缝之间放一合适凸透镜，不改变其他条件，则条纹变密集
A [题图甲，白光通过三棱镜发生色散现象，是三棱镜对白光中不同频率的光的折射率不同，则偏折角不同造成的，故A正确；题图乙，肥皂膜上出现彩色条纹是光的干涉现象，故B错误；题图丙条纹宽度不等，相邻条纹间距不等，是红光的衍射条纹，故C错误；题图丙，如果在光源与缝之间放一合适凸透镜，因狭缝宽度和光的波长不变，则条纹密集程度不变，故D错误。]
4．(2023·江苏扬州模拟)如图所示，甲、乙两幅图分别是a、b两束单色光，经过单缝的衍射图样。这下列说法正确的是( )
甲 乙
A．在真空中，a光的波长比b光小
B．在同一介质中传播，a光的传播速度比b光慢
C．两束单色光分别入射到同一双缝干涉装置时，在光屏上b光亮纹的条数更多
D．当两束光从空气中射向玻璃时，a光不发生全反射，但b光可能发生全反射
C [根据波长越长的，衍射条纹间距越宽，知甲图条纹间距大，则a光的波长较长，A错误；依据f＝eq \f(c,λ)可知，a光的频率较小，那么a光的折射率较小，根据v＝eq \f(c,n)知，则在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光快，B错误；条纹间距大的，光屏上亮纹的条数少，故b光亮纹的条数更多，C正确；发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角，故两束光从空气中射向玻璃时，均不发生全反射，D错误。]
5．光的偏振现象说明光是横波。下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
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影像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
D [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，D项错误。]
题组三 电磁波
6．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
B．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
C．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
D．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变小
A [手机用电磁波传递信息，人说话发出声波，故A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B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C错误；由v＝eq \f(c,n)知电磁波进入水中速度变小，而声波由空气进入水中的速度变大，D错误。]
7．关于下列光学现象，说法中不正确的是( )
A．电磁波和其他可见光一样，也能产生衍射现象
B．水中蓝光的传播速度比红光的慢
C．光的偏振现象说明光是纵波
D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽
C [一切波都有干涉、衍射现象，电磁波也是波，因此电磁波和其他可见光一样均具有干涉、衍射等现象，故A正确；蓝光的折射率大于红光的折射率，根据v＝eq \f(c,n)知，水中蓝光的传播速度比红光慢，故B正确；光的偏振现象说明光是横波，故C错误；由于红光的波长大于蓝光的波长，根据条纹间距等于Δx＝eq \f(l,d)λ，故在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽，故D正确。]
8．一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器电容为C，从电容器上电压达到最大值Um开始计时，则不正确的是( )
A．至少经过πeq \r(LC)，磁场能达到最大
B．至少经过eq \f(π,2)eq \r(LC)，磁场能达到最大
C．在eq \f(π,2)eq \r(LC)时间内，电路中的平均电流是eq \f(2Um,π)eq \r(\f(C,L))
D．在eq \f(π,2)eq \r(LC)时间内，电容器放电电荷量为CUm
A [LC振荡电路周期T＝2πeq \r(LC)，电容器电压最大时，开始放电，经eq \f(1,2)πeq \r(LC)时间，放电结束，此时电容器电荷量为零，电路中电流最大，磁场最强，磁场能最大，故A错误，B正确；因为Q＝C·U，所以电容器放电荷量Q＝CUm，由I＝eq \f(q,t)，所以eq \(I,\s\up6(－))＝eq \f(CUm,\f(1,2)π\r(LC))，解得eq \(I,\s\up6(－))＝eq \f(2Um,π)eq \r(\f(C,L))，则C、D均正确。]
9．雷达是利用无线电波的回波来探测目标方向和距离的一种装置，雷达的天线犹如喊话筒，能使电脉冲的能量集中向某一方向发射；接收机的作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲的回波。测速雷达主要是利用多普勒效应原理，可由回波的频率改变数值，计算出目标与雷达的相对速度，以下说法错误的( )
A．雷达发射的是不连续的电磁波
B．雷达用的是微波波段的无线电波
C．目标离雷达天线远去时，反射信号频率将高于发射信号频率
D．目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率
C [雷达发射的是不连续的电磁波，A正确，不符合题意；雷达用的是微波波段的无线电波，B正确，不符合题意；根据多普勒效应，目标离雷达天线远去时，反射信号频率将低于发射信号频率；目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率，C错误，符合题意，D正确，不符合题意。]

10.如图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分别为a、b两束，则( )
A．a、b两束光相比较，在真空中b光的波长较长
B．在水中a光的速度与b光的一样大
C．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，从水面上方观察，b光先消失
D．用同一双缝干涉实验装置分别用a、b光做实验，a光干涉相邻条纹间距小于b光干涉相邻条纹间距
C [由题可知，两光束的入射角i相同，折射角有ra11.如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，下列说法正确的是( )
A．a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小
B．若分别让a、b、c三色光通过一双缝装置，则a光形成的干涉条纹的间距最大
C．把温度计放在c的下方，示数增加最快
D．若让a、b、c三色光以同一入射角，从同一介质射入空气中，b光恰能发生全反射，则c光也一定能发生全反射
C [由题图可知，c光的偏折程度最小，a光的偏折程度最大，故na>nb>nc，根据n＝eq \f(c,v)可知：v＝eq \f(c,n)，折射率越大，在介质中传播速度越小，故vafb>fc，则λa<λb<λc，根据Δx＝eq \f(L,d)λ可知c光形成的干涉条纹的间距最大，B错误；在c的下方是红外线区域，其热效应显著，把温度计放在c的下方，示数增加最快，C正确；c光的折射率最小，a光的折射率最大，由临界角公式sin C＝eq \f(1,n)分析得知，a光的临界角最小，c光临界角最大，则若让a、b、c三色光以同一入射角，从空气中某方向射入一介质，b光恰能发生全反射，则c光不能发生全反射，D错误。]
12．LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示，若t2－t1＝eq \f(π,2)eq \r(LC)，则( )
A．在t1时刻电容器正充电
B．在t2时刻电容器两极板间电场正在增强
C．在t1时刻电路中电流正在减小
D．在t2时刻自感线圈中磁场正在增强
B [由t2－t1＝eq \f(π,2)eq \r(LC)知t2－t1＝eq \f(T,4)，从题图可看出t1、t2两个时刻自感线圈处的电流都是从左向右穿过自感线圈，t1时刻与电容器放电电流方向相同，故电容器处于放电状态，只要是放电，振荡电流就是增大的，A、C错误；t2时刻，电流从左向右通过自感线圈，与电容器放电电流方向相反，所以t2时刻电容器在充电，随着极板上电荷增多，两极板间电场增强，B正确；又由于充电过程振荡电流总是减小的，故线圈中磁场也减弱，D错误。]
13．把一个上表面是平面下表面是凸面的凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方垂直射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹( )
A．圆环状条纹是光经凸透镜上下两个玻璃表面之间反射引起的干涉造成的
B．圆环状条纹是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的
C．如果将凸透镜的凸面曲率半径增大而其他条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变小
D．如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变小
B [牛顿环实验反映的是光的干涉现象，呈现条纹是由于两个玻璃表面之间的空气膜上下表面所反射的光发生了干涉，亮暗条纹相间则与光程差是半波长的奇偶数倍有关，而条纹宽窄的差异，则是空气膜变化率的不同所导致的：变化率越大，光程差是半波长的奇偶数倍更替得就越频繁，使得条纹更加密集，从而使条纹看起来更窄。这里应该结合劈尖的知识去理解：越陡，空气膜厚度变化率越大，条纹也随之变密变窄；若换一个曲率半径更大的凸透镜，则相同的水平距离对应空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大；如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，观察到的圆环亮纹间距变大；综上所述，选项B正确，A、C、D错误。]
14．(2022·苏北七市高三三模)如图，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，∠B＝90°，一束频率为f＝5×1014 Hz的光线从AB面中点处垂直射入玻璃砖，在AC面发生全反射，从BC面射出后，进入双缝干涉装置。已知AC长度l＝0.15 m，双缝间距d＝0.2 mm，光屏离双缝L＝1.0 m，光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s。求：
(1)玻璃砖的折射率的最小值n；
(2)光线在玻璃砖中传播的最短时间t；
(3)光屏上相邻亮条纹的间距Δx。
[解析] (1)由图可知光线在AC面发生全反射的临界角C≤45°，sin C＝eq \f(1,n)
解得n＝eq \r(2)。
(2)光线在玻璃砖中传播的最短时间为t＝eq \f(2·\f(l,2)sin 45°,v)
光在玻璃中传播的速度为v＝eq \f(c,n)
解得t＝5×10－10 s。
(3)光屏上相邻亮条纹的间距Δx＝eq \f(L,d)λ , λ＝eq \f(c,f)
解得Δx＝3×10－3 m。
[答案] (1)eq \r(2) (2)5×10－10 s (3)3×10－3 m
单缝衍射
圆孔衍射
单色光
中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽度越小
①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小
②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小
白光
中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光
中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环
频率/Hz
真空中波长/m
特性
应用
递变规律
无线
电波
<3×1011
>10－3
波动性强，易发生衍射
无线电技术
红外线
3×1011～1015
10－7～10－3
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
1015～1016
10－9～10－7
化学效应、荧光效应、能杀菌
医用消毒、防伪
X射线
1016～1019
10－11～10－8
贯穿本领强
检查、医用透视
γ射线
>1019
<10－11
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
干涉
衍射
现象
光在重叠区域出现加强或减弱的现象
光绕过障碍物偏离直线传播的现象
产生条件
两束光频率相同、相位差恒定
障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小
典型实验
杨氏双缝实验
单缝衍射、圆孔衍射和圆盘衍射
图样不同点
条纹宽度
条纹宽度相等
条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距
各相邻条纹间距相等
各相邻条纹间距不等
亮度情况
清晰条纹，亮度基本相等
中央条纹最亮，两边变暗
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射图样都有明暗相间的条纹
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振片后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，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，光振动沿特定方向
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
<3×1011
>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、灭菌消毒
医用消毒、防伪
X射线
1016～1019
10－8～10－11
贯穿本领强
检查、医用透视
γ射线
>1019
<10－11
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗