高考物理一轮复习第十四章振动和波光第3课时光的波动性电磁波学案新人教版

第3课时　光的波动性　电磁波

必备知识(一)　光的干涉现象

1．[双缝干涉]

在如图所示的双缝干涉实验中，使用波长λ为600 nm的橙色光照射，在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点到S1、S2的路程差恰为λ，现改用波长为400 nm的紫光照射，则(　　)

A．P0和P都呈现亮条纹

B．P0为亮条纹，P为暗条纹

C．P0为暗条纹，P为亮条纹

D．P0和P都呈现暗条纹

[系统归纳]

　双缝干涉的理解

(1)条件：两束光的频率相同，相位差恒定。

(2)亮暗条纹的判断方法

①如图所示，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．[薄膜干涉]

(2021·湖北三校联考)如图甲所示为用干涉法检查平面平整程度的装置。如图乙所示干涉条纹弯曲处说明被检查的平面在此处是________(填“凹下”或“凸起”)；若仅增大单色光的频率，干涉条纹将________(填“变密”或“变疏”)；若仅减小薄片的厚度，干涉条纹将________(填“变密”或“变疏”)。

薄膜干涉的理解

 (1)形成：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)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，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。　　

[精解详析]

1．选B　由题意可知，PS2－PS1＝λ＝λ′，故当改用紫光照射时，光到P点的路程差为半波长的奇数倍，P变为暗条纹，P0仍为亮条纹，B正确。

2．解析：薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，检查平面左边处的空气膜与右边的空气膜厚度相同，知该处凹下；增大光的频率，则波长变短，由Δx＝λ可知，干涉条纹将变密，若仅减小薄片的厚度，即d减小，干涉条纹将变疏。

答案：凹下　变密　变疏

　　　　必备知识(二)　光的衍射和光的偏振　　　　　　　　　　　　

1．[单缝衍射的应用]

(多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，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(　　)

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

[系统归纳]

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，光才可以看作是沿直线传播的。

2．[干涉、衍射图样的比较]

(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

单缝衍射与双缝干涉的比较

3．[光的偏振的应用]

奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间。

(1)偏振片A的作用是_____________________________________________。

(2)偏振现象证明了光是一种________。

(3)以下说法中正确的是________。

A．到达O处光的强度会明显减弱

B．到达O处光的强度不会明显减弱

C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于α

D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α

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。　　

[精解详析]

1．选AD　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，即相当于遮光板上的窄缝变窄，条纹间距变宽，A、D正确。

2．选A　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选项正确。

3．解析：(1)自然光源发出的光不是偏振光，但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光变成偏振光。

(2)偏振现象证明了光是一种横波。

(3)因为A、B的透振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后变成偏振光，通过B后到达O处。当在A、B间加上糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，使通过B到达O处的光的强度不是最大，但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度。若偏振片B不动而将A旋转一个角度，再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A转过的角度也为α，故选项A、C、D正确。

答案：(1)把自然光变成偏振光　(2)横波　(3)ACD

　　　　　　必备知识(三)　电磁波与相对论　　　　　　　　　　　　　

1．[电磁波的理解]

(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

2．[电磁波的特性]

我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是(　　)

A．米波的频率比厘米波频率高

B．和机械波一样须靠介质传播

C．同光波一样会发生反射现象

D．不可能产生干涉和衍射现象

[系统归纳]

1.电磁波的四大特点

(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。

(2)在真空中电磁波的传播速度为3×108 m/s。

(3)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．电磁波谱的特性及应用

3．[狭义相对论的理解]

(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

4．[狭义相对论的结论应用]

一艘太空飞船静止时的长度为30 m，他以0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是(　　)

A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m

B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m

C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c

D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c

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．狭义相对论的质能关系

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。

3．狭义相对论的三个有用的结论

(1)运动的时钟变慢了。

(2)运动的尺子长度缩短了。

(3)运动的物体质量增大了。

[精解详析]

1．选ABC　电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确； 周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波的传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项C正确；电磁波可以通过光缆传输，选项D错误。

2．选C　由ν＝可知，波长越长，频率越低，故米波的频率比厘米波频率低，选项A错误；无线电波是电磁波，它的传播不须靠介质，选项B错误；无线电波与光波一样具有波的特性，会发生反射、折射、干涉和衍射现象，选项C正确，选项D错误。

3．选AC　相对论告诉我们，运动的钟会变慢，由于飞船上的人相对飞船上的钟是静止的，而观测到地球上的钟是高速运动的，因此飞船上的人观测到飞船上的钟相对于地球上的钟快，A项正确，B项错误；同样，地球上的人观测到飞船上的钟是高速运动的，因此地球上的人观测到地球上的钟比飞船上的钟快，C项正确，D项错误。

4．选B　飞船上的观测者相对飞船静止，测得的长度仍为30 m，而地球上的观测者观测高速飞行的飞船，长度缩短了，故A错误，B正确；根据狭义相对论的基本假设可知，飞船和地球上的观测者测得光信号的速度均为c，C、D均错误。