2023高中物理步步高大一輪 第十四章 第2講　光的干涉、衍射和偏振　電磁波

1、第2講光的干涉、衍射和偏振電磁波目標(biāo)要求1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振.2.掌握雙縫干涉中出現(xiàn)亮、暗條紋的條件.3.知道發(fā)生明顯衍射的條件.4.理解麥克斯韋電磁場理論，了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收過程考點一光的干涉現(xiàn)象光的干涉(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象(2)條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定(3)雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋1光的顏色由光的頻率決定()2頻率不同的兩列光波不能發(fā)生干涉()3在“雙縫干涉”實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光()4在“雙

2、縫干涉”實驗中，雙縫的作用是用“分光”的方法使兩列光的頻率相同()1雙縫干涉(1)條紋間距：xeq f(l,d)，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距越大(2)明暗條紋的判斷方法：如圖所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點的路程差為rr2r1.當(dāng)rn(n0,1,2)時，光屏上P處出現(xiàn)明條紋當(dāng)r(2n1)eq f(,2)(n0,1,2)時，光屏上P處出現(xiàn)暗條紋2薄膜干涉(1)形成原因：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形光照射到薄膜上時，從膜的前表面AA和后表面BB分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加(2)明暗條紋的判斷方法：兩個表面反射回來的兩

3、列光波的路程差r等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波長為.在P1、P2處，rn(n1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)明條紋在Q處，r(2n1)eq f(,2)(n0,1,2,3)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋(3)應(yīng)用：增透膜、檢查平面的平整度 考向1光的干涉的理解和明暗條紋的判斷例1如圖所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1r2|應(yīng)為()A.eq f(c,2f) B.eq f(3c,2f) C.eq f(3c,f) D.eq f(5c,2f)答案D解析出現(xiàn)第3條暗條紋，說明S1、S2到P點距離之差為eq f(,2)(2n1)eq

4、 f(,2)(231)eq f(5,2)，而eq f(c,f)，所以|r1r2|eq f(5,2)eq f(5c,2f)，故D正確 考向2薄膜干涉例2(多選)(2021浙江6月選考16)肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄下列說法正確的是()A. 過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形B肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化D將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90，條紋也會跟著轉(zhuǎn)動90答案AB解析肥皂膜因為自重會上面薄而下面厚，因表面張力的原因其截面應(yīng)是一個圓滑的曲面而不是梯形，A正確；薄膜干涉是等厚干涉，干涉條紋是前后表面反

5、射光形成的，B正確；形成條紋的原因是前后表面的反射光疊加出現(xiàn)了振動加強(qiáng)點和振動減弱點，從形成到破裂的過程中上面越來越薄，下面越來越厚，因此會出現(xiàn)加強(qiáng)點和減弱點的位置發(fā)生變化，條紋寬度和間距發(fā)生變化，C錯誤；將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90，由于重力、表面張力和粘滯力的作用，肥皂膜的形狀和厚度會重新分布，因此條紋并不會跟著旋轉(zhuǎn)90，D錯誤例3(多選)圖甲是用光的干涉法來檢查物體平面平整程度的裝置，其中A為標(biāo)準(zhǔn)平板，B為待檢查的物體，C為入射光，圖乙為觀察到的干涉條紋，下列說法正確的是()A入射光C應(yīng)采用單色光B圖乙條紋是由A的下表面反射光和B的上表面反射光發(fā)生干涉形成的C當(dāng)A、B之間某處距

6、離為入射光的半波長奇數(shù)倍時，對應(yīng)條紋是暗條紋D由圖乙條紋可知，被檢查表面上有洞狀凹陷答案AB考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象1光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯2光的偏振(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光(3)偏振光的形成讓自然光通過偏振片形成偏振光讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光(4)偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等(5)光的

7、偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波1陽光下茂密的樹林中，地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的()2泊松亮斑是光的衍射形成的()3光遇到障礙物時都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象()4自然光是偏振光()1單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2光的干涉和衍射的本質(zhì)從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都屬于光波的疊加，干涉是從單縫通過兩列頻率相同的光波在屏上疊加形成的，衍射是由來自單縫

8、上不同位置的光在屏上疊加形成的 考向1單縫衍射與雙縫干涉的比較例4如圖所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)在下面的4幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A紅黃藍(lán)紫 B紅紫藍(lán)黃C藍(lán)紫紅黃 D藍(lán)黃紅紫答案B解析雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外，兩側(cè)條紋亮度、寬度都逐漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋相鄰亮條紋間距xeq f(l,d)，紅光波長比藍(lán)光波長長，則紅光干涉條紋間距大于藍(lán)光干涉條紋間距，即1、3分別對應(yīng)紅光和藍(lán)光而在單縫衍

9、射中，當(dāng)單縫寬度一定時，波長越長，衍射越明顯，即中央條紋越寬越亮，黃光波長比紫光波長長，即2、4分別對應(yīng)紫光和黃光綜上所述，1、2、3、4四個圖中亮條紋的顏色依次是：紅、紫、藍(lán)、黃，B正確 考向2光的偏振例5奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度，這一角度稱為“旋光度”，的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，然后將被測樣品P置于A、B之間(1)偏振片A的作用是_(

10、2)偏振現(xiàn)象證明了光是一種_(3)以下說法中正確的是_A到達(dá)O處光的強(qiáng)度會減弱B到達(dá)O處光的強(qiáng)度不會減弱C將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于D將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強(qiáng)度最強(qiáng)，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于答案(1)把自然光變成偏振光(2)橫波(3)ACD解析(1)自然光通過偏振片后變?yōu)槠窆?2)偏振現(xiàn)象證明光是一種橫波(3)偏振片只能讓一定偏振方向的光通過，沒有樣品時，要使到達(dá)O處的光最強(qiáng)，偏振片A、B的透光方向應(yīng)相同；當(dāng)放入樣品時，由于樣品的“旋光度”是，即偏振方向不再與B的透光方向平行，到達(dá)O處光的強(qiáng)度會減弱，A正確，B錯誤；偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于，并

11、與偏振光的方向平行時，光到達(dá)O處的強(qiáng)度將再次最大，C正確；同理，D正確考點三電磁振蕩電磁波1電磁振蕩(以LC振蕩電路為例)(1)產(chǎn)生：在LC振蕩電路中，電容器不斷地充電和放電，就會使電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器內(nèi)的電場強(qiáng)度E、線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩(2)周期和頻率周期：T2eq r(LC)頻率：feq f(1,2r(LC)(其中L指自感系數(shù)，C指電容)2電磁波(1)麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(2)電磁波電磁場在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播

12、，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小vf，f是電磁波的頻率(3)電磁波的發(fā)射與接收發(fā)射電磁波需要開放的高頻振蕩電路，并對電磁波根據(jù)信號的強(qiáng)弱進(jìn)行調(diào)制(兩種方式：調(diào)幅、調(diào)頻)接收電磁波需要能夠產(chǎn)生電諧振的調(diào)諧電路，再把信號從高頻電流中解調(diào)出來，調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波(4)電磁波譜按照電磁波的頻率或波長的大小順序把它們排列成譜按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線1LC振蕩電路中，電容器放電完畢時，回路中電流最小()2電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場()3電磁波既可

13、以傳遞能量，也可以用來傳遞信息()1對麥克斯韋電磁場理論的理解2電磁波與機(jī)械波的比較名稱項目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生傳播介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)波的種類橫波既有橫波也有縱波速度特點由介質(zhì)和頻率決定，在真空中等于光速(c3108 m/s)僅由介質(zhì)決定能量都能攜帶能量并傳播能量速度公式vf遵循規(guī)律都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象例6(2020浙江1月選考8)如圖所示，單刀雙擲開關(guān)S先打到a端讓電容器充滿電t0時開關(guān)S打到b端，t0.02 s時LC回路中電容器下極板帶正電荷且電荷量第一次達(dá)到最大值則()ALC回路的

14、周期為0.02 sBLC回路的電流最大時電容器中電場能最大Ct1.01 s時線圈中磁場能最大Dt1.01 s時回路中電流沿順時針方向答案C例7(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波C電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸答案ABC解析電磁波在真空中的傳播速度等于光速，與頻率無關(guān)，A正確；電磁波是周期性變化的電場和磁場互相激發(fā)得到的，B正確；電磁波傳播方向與電場方向、磁場方向均垂直，C正確；光是一種電磁波，光可

15、在光導(dǎo)纖維中傳播，D錯誤例8(多選)關(guān)于物理知識在生活中的應(yīng)用，下列說法正確的是()A機(jī)場、車站所用的測量人體溫度的測溫儀應(yīng)用的是紫外線B雷達(dá)是利用無線電波中的微波來測定物體位置的無線電設(shè)備C射線可以用來治療某些癌癥D醫(yī)院給病人做的腦部CT應(yīng)用的是X射線的穿透本領(lǐng)較強(qiáng)答案BCD解析一切物體均發(fā)出紅外線，溫度不同，輻射強(qiáng)度不同，測量人體溫度的測溫儀應(yīng)用的是紅外線，A錯誤；雷達(dá)是利用無線電波中的微波來測定物體位置的，B正確；射線可以摧毀病變的細(xì)胞，用來治療某些癌癥，C正確；給病人做的腦部CT應(yīng)用的是X射線的穿透本領(lǐng)較強(qiáng)，D正確課時精練1(2020北京卷1)以下現(xiàn)象不屬于干涉的是()A白光經(jīng)過楊氏雙

16、縫得到彩色圖樣B白光照射肥皂膜呈現(xiàn)彩色圖樣C白光經(jīng)過三棱鏡得到彩色圖樣D白光照射水面油膜呈現(xiàn)彩色圖樣答案C解析選項A是雙縫干涉，選項B是薄膜干涉，選項C是光的色散，選項D是薄膜干涉故選C.2(多選)(2020江蘇卷13B(1)電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中下列屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有()A殺菌用的紫外燈B拍胸片的X光機(jī)C治療咽喉炎的超聲波霧化器D檢查血流情況的“彩超”機(jī)答案AB3.(2020浙江7月選考4)在抗擊新冠病毒的過程中，廣泛使用了紅外體溫計測量體溫，如圖所示下列說法正確的是()A當(dāng)體溫超過37.3 時人體才輻射紅外線B當(dāng)體溫超過周圍空氣溫度時人體才輻射紅外線C紅外體溫計是依據(jù)體溫計發(fā)射

17、紅外線來測體溫的D紅外體溫計是依據(jù)人體溫度越高，輻射的紅外線強(qiáng)度越大來測體溫的答案D解析所有物體都會輻射出紅外線，故A、B錯誤；紅外體溫計是依據(jù)人體發(fā)射紅外線來測體溫的，且人體溫度越高，輻射的紅外線強(qiáng)度越大，故C錯誤，D正確4下列說法中正確的是()A拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強(qiáng)度B偏振光的傳播方向與振動方向不一定垂直C透過轉(zhuǎn)動的偏振片觀察玻璃表面、光滑桌面反射來的陽光，能感覺到明暗的變化D透過轉(zhuǎn)動的偏振片觀察陽光能感覺到明暗的變化答案C解析拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以消除反射光，故A錯誤；偏振光的傳播方向與振動方向一定垂直，故B錯誤；偏

18、振片只允許某一方向振動的光通過，故透過轉(zhuǎn)動的偏振片觀察玻璃表面、光滑桌面反射來的陽光，能感覺到明暗的變化，故C正確；透過轉(zhuǎn)動的偏振片觀察陽光不能感覺到明暗的變化，因為陽光為自然光，故D錯誤5“4G改變生活，5G改變社會”.5G網(wǎng)絡(luò)使用的無線電通信頻率是在3.0 GHz以上的超高頻段和極高頻段，比4G網(wǎng)絡(luò)(無線電通信頻率在1.82.7 GHz之間)通信擁有更大的帶寬，相同時間傳遞的信息量更大下列說法正確的是()A5G信號和4G信號都是橫波B5G信號比4G信號波長更長C在真空中，5G信號比4G信號傳播速度更快D5G信號比4G信號更容易繞過障礙物，便于遠(yuǎn)距離傳播答案A解析4G和5G信號均為電磁波，電

19、磁波傳播過程中，電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向始終與傳播方向垂直，故電磁波為橫波，故A正確；5G信號比4G信號頻率高，波長要比4G信號短，故4G信號更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，便于遠(yuǎn)距離傳播，故B、D錯誤；任何電磁波在真空中的傳播速度均為光速，故傳播速度相同，故C錯誤6用如圖甲所示裝置做圓孔衍射實驗，在屏上得到的衍射圖樣如圖乙所示，實驗發(fā)現(xiàn)，光繞過孔的邊緣，傳播到了相當(dāng)大的范圍下列說法正確的是()A此實驗說明了光沿直線傳播B圓孔變小，衍射圖樣的范圍反而變大C圓孔變小，中央亮斑和亮紋的亮度反而變大D用不同波長的光做實驗，衍射圖樣完全相同答案B解析此實驗說明了光的衍射現(xiàn)象，故A錯誤；圓孔變小，衍射現(xiàn)象更

20、明顯，透光強(qiáng)度變小，中央亮斑和亮紋的亮度變?nèi)?，衍射圖樣的范圍反而變大，故B正確，C錯誤；用不同波長的光做實驗，衍射圖樣并不相同，因為波長越長，對同一圓孔而言，衍射現(xiàn)象越明顯，故D錯誤7雪深雷達(dá)是2020珠峰高程測量主力設(shè)備之一，該系統(tǒng)主要利用天線發(fā)射和接收高頻電磁波來探測珠峰峰頂冰雪層厚度，如圖所示下列說法正確的是()A雷達(dá)利用電磁波的干涉特性工作B電磁波發(fā)射時需要進(jìn)行調(diào)諧和解調(diào)C電磁波從空氣進(jìn)入雪地，頻率減小，波長增大D在電磁波中，電場和磁場隨時間和空間做周期性變化答案D解析電磁波同聲波一樣，遇到障礙物反射，雷達(dá)利用電磁波的反射特性工作，故A錯誤；電磁波發(fā)射時需要調(diào)制，接收時需要調(diào)諧和解調(diào)，

21、故B錯誤；電磁波的頻率由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)，故C錯誤；電磁波電場和磁場隨時間和空間做周期性變化，故D正確8(2019北京卷14)利用圖示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖中甲和乙兩種圖樣下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說法正確的是()A甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫B甲對應(yīng)雙縫，乙對應(yīng)單縫C都是單縫，甲對應(yīng)的縫寬較大D都是雙縫，甲對應(yīng)的雙縫間距較大答案A解析由題圖中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，A項正確，B、C、D項錯誤9(2021山東卷7)用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標(biāo)x的變化圖

22、像，可能正確的是()答案D解析從薄膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，其光程差為x2d，即光程差為薄膜厚度的2倍，當(dāng)光程差xn時此處為亮條紋，故相鄰亮條紋之間的薄膜的厚度差為eq f(1,2)，在題圖中相鄰亮條紋(或暗條紋)之間的距離變大，則薄膜的厚度逐漸變小，因條紋寬度逐漸變寬，則厚度不是均勻變小，故選D.10(多選)如圖所示，圖甲是LC振蕩回路中電流隨時間的變化關(guān)系，若以圖乙回路中順時針方向的電流為正，a、b、c、d均為電場能或磁場能最大的時刻，下列說法正確的是()A圖乙中的a是電場能最大的時刻，對應(yīng)圖甲中的eq f(3T,4)時刻B圖乙中的b是電場能最大的時刻，此后的eq f(T,4)

23、內(nèi)電流方向為正C圖乙中的c是磁場能最大的時刻，對應(yīng)圖甲中的eq f(T,4)時刻D圖乙中的d是磁場能最大的時刻，此后電容C的下極板將充上正電荷答案BC解析題圖乙中的a是電場能最大的時刻，由上極板帶正電，即充電時電流沿順時針方向，對應(yīng)題圖甲中的T時刻，A錯誤；題圖乙中的b是電場能最大的時刻，由下極板帶正電，此后的eq f(T,4)內(nèi)電容器放電，電流沿順時針方向，B正確；題圖乙中的c是磁場能最大的時刻，此后磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，由楞次定律判斷，電流方向為逆時針方向，題圖甲中的eq f(T,4)時刻電流為逆時針方向，C正確；題圖乙中的d是磁場能最大的時刻，此后磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，由楞次定律判斷，電流方向為順時針方向，此后電容C的下極板將充上負(fù)電荷，D錯誤11將一矩形玻璃板水平固定，另一矩形玻璃板一端放在水平玻璃板M端上，另一端與水平玻璃板N端之間插入兩張紙片，側(cè)視如圖所示用單色平行光a從上方豎直射入，從上方可以觀察到明暗相間的條紋換用單色平行光b從上方豎直射入，觀察到條紋間距變小，下列說法正確的是()