2022版高考物理一輪復習-第14章-光-電磁波-第2節(jié)-光的波動性-電磁波學案

2022版高考物理一輪復習第14章光電磁波第2節(jié)光的波動性電磁波學案2022版高考物理一輪復習第14章光電磁波第2節(jié)光的波動性電磁波學案PAGE10-2022版高考物理一輪復習第14章光電磁波第2節(jié)光的波動性電磁波學案2022版高考物理一輪復習第14章光電磁波第2節(jié)光的波動性電磁波學案年級：姓名：第2節(jié)光的波動性電磁波一、光的干涉、衍射及偏振1．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，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強區(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；白光照射時，中央為白色條紋，其余為彩色條紋。2．光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。3．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①讓自然光通過偏振片形成偏振光。②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)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。二、電磁場電磁波電磁波的特點(1)電磁波是橫波，電場強度E和磁感應強度B的方向都與傳播方向垂直。(2)電磁波傳播時不需要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c＝3×108m/s。(3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量。(4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。1．思考辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉。 (√)(2)在雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光。 (×)(3)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。 (×)(4)自然光是偏振光。 (×)(5)均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場向外傳播便形成了電磁波。 (×)(6)在真空中傳播的電磁波，當它的頻率增加時，它的傳播速度不變，波長變短。 (√)(7)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。 (×)2．在五彩繽紛的大自然中，我們常常會見到一些彩色光的現(xiàn)象，下列現(xiàn)象中不屬于光的干涉的是()A．灑水車噴出的水珠在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象B．小孩兒吹出的肥皂泡在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象C．雨后天晴馬路上油膜在陽光照耀下出現(xiàn)的彩色現(xiàn)象D．實驗室用雙縫實驗得到的彩色條紋A[A屬于光的色散現(xiàn)象；B、C屬于光的薄膜干涉現(xiàn)象；D屬于光的雙縫干涉現(xiàn)象。]3．下列說法正確的是()A．“3D電影”的播放和觀看利用了光的衍射B．色散現(xiàn)象表明白光是復色光C．泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象D．增透膜的厚度應為入射光在增透膜中波長的eq\f(1,2)B[“3D電影”利用光的偏振現(xiàn)象，選項A錯誤；泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象，選項C錯誤；增透膜的厚度應為入射光在增透膜中波長的eq\f(1,4)，選項D錯誤。]4．(2018·江蘇高考)梳子在梳頭后帶上電荷，搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波()A．是縱波B．不能在真空中傳播C．只能沿著梳子搖動的方向傳播D．在空氣中的傳播速度約為3×108m/sD[電磁波是橫波，傳播方向與振動方向垂直，可以沿任意方向傳播，既能在真空中傳播，也能在介質(zhì)中傳播。電磁波在空氣中的傳播速度約為3×108m/s，故選項D正確。]5．在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中：(1)將激光束照在如圖乙所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖甲中的________。甲乙(2)換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將________(以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”)。[解析](1)雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋，A圖正確。(2)根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ知，雙縫間的距離d減小時，條紋間距變寬；當雙縫到屏的距離l減小時，條紋間距變窄。[答案](1)A(2)變寬變窄光的干涉[分考向訓練]1．雙縫干涉中亮、暗條紋的確定雙縫干涉實驗中，光屏上某點到相干光源S1、S2的路程之差為光程差，記為δ。如圖所示。甲乙(1)若光程差δ是波長λ的整數(shù)倍，即δ＝nλ(n＝1,2,3，…)，P點將出現(xiàn)亮條紋；(2)若光程差δ是半波長的奇數(shù)倍，即δ＝(2n＋1)·eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，P點將出現(xiàn)暗條紋；(3)光屏上到雙縫S1、S2距離相等的點為加強點，故雙縫干涉中央條紋為亮條紋。2．薄膜干涉的理解(1)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。(2)光照射到薄膜上時，在膜的前表面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，兩列光波同相疊加，出現(xiàn)亮條紋；反相疊加，出現(xiàn)暗條紋。(3)原理分析單色光：①在P1(或P2)處，兩個表面反射回來的兩列光波的光程差δ等于波長的整數(shù)倍，即δ＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋；②在Q處，兩列反射回來的光波的光程差δ等于半波長的奇數(shù)倍，即δ＝(2n＋1)·eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋。光的雙縫干涉1．(2017·全國卷Ⅱ改編)在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，不可選用的方法是()A．改用紅色激光B．改用藍色激光C．減小雙縫間距D．將屏幕向遠離雙縫的位置移動B[在雙縫干涉實驗中相鄰亮條紋的間距Δx＝eq\f(l,d)λ，因此要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可減小雙縫間的距離，增大屏幕與雙縫的距離，換用波長更長或頻率更小的光做光源。故選B。]2．如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1和S2距離之差為2.1×10－6m，今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？(1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10－7m；(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7m，當B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)。[解析](1)設A光在空氣中波長為λ1，在介質(zhì)中波長為λ2，由n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ1,λ2)得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m根據(jù)路程差Δx＝2.1×10－6m所以N1＝eq\f(Δx,λ1)＝eq\f(2.1×10－6m,6×10－7m)＝3.5由此可知，從S1和S2到P點的路程差Δx是波長λ1的3.5倍，所以P點為暗條紋。(2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系sinC＝eq\f(1,n′)得n′＝eq\f(1,sin37°)＝eq\f(5,3)由此可知，B光在空氣中波長λ3為λ3＝n′λ介＝eq\f(5,3)×3.15×10－7m＝5.25×10－7m所以N2＝eq\f(Δx,λ3)＝eq\f(2.1×10－6m,5.25×10－7m)＝4可見，用B光做光源，P點為亮條紋。[答案](1)暗條紋(2)亮條紋薄膜干涉現(xiàn)象3．把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖所示，這時可以看到明暗相間的條紋。下面關(guān)于條紋的說法中正確的是()A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的上下兩面反射形成的兩列光疊加的結(jié)果B．干涉條紋中的暗紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果C．將上玻璃板平行上移，條紋遠離劈尖移動D．觀察薄膜干涉條紋時，應在入射光的另一側(cè)A[根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理可知，題述現(xiàn)象是由空氣劈尖膜上下兩面反射的兩列光疊加而成的，當波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時，振動加強，形成亮條紋，所以A項對，B項錯；因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時，應在入射光的一側(cè)，故D項錯誤；條紋的位置與空氣膜的厚度是對應的，當上玻璃板平行上移時，同一厚度的空氣膜向劈尖移動，故條紋向著劈尖“移動”，故C項錯誤。]4．如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法不正確的是()甲乙A．干涉現(xiàn)象是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B．干涉現(xiàn)象是由凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的D．若使用半徑大一些的凸薄透鏡，則干涉條紋的間距要變大B[由于在凸透鏡和平板玻璃之間的空氣形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透鏡的下表面和平板玻璃的上表面，故A正確，B錯誤；由于凸透鏡的下表面是圓弧面，所以形成的薄膜厚度不是均勻變化的，形成不等間距的干涉條紋，故C正確；若使用半徑大一些的凸薄透鏡，則空氣薄膜上的厚度變化更慢，則形成的干涉條紋的間距要變大，故D正確。]光的衍射和偏振現(xiàn)象eq\o([依題組訓練])1．光的干涉和衍射的比較(1)干涉和衍射的比較干涉衍射現(xiàn)象光在重疊區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與波長差不多或更小典型實驗楊氏雙縫實驗單縫衍射、圓孔衍射和圓盤衍射圖樣不同點條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等，中央最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象：干涉、衍射圖樣都有明暗相間的條紋(2)對光的衍射的理解①干涉和衍射是波的特征，波長越長，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。②衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看成是沿直線傳播的。2．自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿任意方向，且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向光的衍射1．在一束單色光的傳播方向上分別放置單縫、雙縫、小圓孔和小圓板后，在光屏上得到如下四幅圖樣，關(guān)于光屏前傳播方向上放置的裝置，以下說法正確的是()甲乙丙丁A．甲是單縫、乙是雙縫B．乙是雙縫、丙是小圓孔C．丁是小圓孔、甲是雙縫D．丙是小圓孔、丁是小圓板D[根據(jù)衍射與干涉圖樣的區(qū)別是：前者是中間亮條紋明且寬大，越向兩側(cè)寬度越?。缓笳呙靼禇l紋寬度相等，可知甲圖是雙縫干涉條紋，乙圖是單縫衍射條紋；根據(jù)小孔衍射與泊松亮斑的區(qū)別可知，小圓孔做衍射的圖樣是中央較大的區(qū)域內(nèi)是亮的，周圍是明暗相間的圓環(huán)，可知丙是小孔衍射，丁是小圓板衍射圖樣。所以只有D是正確的。]2．抽制高強度纖維細絲時可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示，觀察激光束經(jīng)過細絲后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細絲粗細的變化()A．這里應用的是光的衍射現(xiàn)象B．這里應用的是光的直線傳播性C．這里應用的是光的干涉現(xiàn)象D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗A[當障礙物的尺寸與波的波長相當，或小于波的波長，會發(fā)生明顯的衍射，該裝置的原理是運用光的衍射現(xiàn)象，如果屏上條紋變寬，則說明衍射現(xiàn)象更加明顯，可知金屬絲變細。故B、C、D錯誤，A正確。]光的偏振3．假設所有的汽車前窗玻璃和車燈玻璃均按同一要求設置，使司機不僅可以防止對方汽車強光的刺激，也能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。以下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向也是豎直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈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°，車燈玻璃的透振方向也是斜向右上45°D[如果透振方向是豎直的話，那么會車時，兩車的光不能疊加相消，也就是對方車輛的光仍要照到自己，感到眼花；若前窗玻璃的透振方向和前燈玻璃的透振方向都是斜向右上45°，則對方車輛的光與自己前窗正好成90度，對方的光就通不過你的前窗射到你的眼，不會發(fā)生眼花，故D正確。]4．(2021·江蘇省新高考適應性考試)小華通過偏振太陽鏡觀察平靜水面上反射的陽光轉(zhuǎn)動鏡片時發(fā)現(xiàn)光有強弱變化下列說法能夠解釋這一現(xiàn)象的是()A．陽光在水面反射時發(fā)生了偏振，鏡片起起偏器的作用B．陽光在水面反射時發(fā)生了偏振，鏡片起檢偏器的作用C．陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振，鏡片起起偏器的作用D．陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振，鏡片起檢偏器的作用B[發(fā)現(xiàn)強弱變化說明水面上反射的陽光是偏振光，而陽光本身是自然光，在反射時發(fā)生了偏振，當偏振片的方向與光的偏振方向平行時，通過的光最強，而當偏振片的方向與光的偏振方向垂直時，通過的光最弱，因此鏡片起到檢偏器的作用。故選B。]電磁場電磁波電磁波譜eq\o([依題組訓練])1．對麥克斯韋電磁場理論的理解2．LC振蕩電路(1)放電過程：電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，q↓→i↑，充電過程：磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，q↑→i↓。(2)充電完畢：磁場能向電場能轉(zhuǎn)化完畢，電場能最大，磁場能最??；放電完畢：電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完畢，磁場能最大，電場能最小。(3)LC回路的周期和頻率T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。3．對電磁波的理解(1)電磁波是橫波。電磁波的電場強度E、磁感應強度B、傳播方向v三者兩兩垂直，如圖所示。(2)電磁波與機械波不同，機械波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)有關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)。4．電磁波譜分析及應用電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應用遞變規(guī)律無線電波<3×1011>10－3波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)紅外線1011～101510－3～10－7熱效應紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101710－7～10－9化學效應、熒光效應、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910－8～10－11貫穿本領強檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10－11貫穿本領最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療LC振蕩電路1．某個智能玩具的聲響開關(guān)與LC電路中的電流有關(guān)，如圖所示為玩具內(nèi)的LC振蕩電路部分。已知線圈自感系數(shù)L＝2.5×10—3H，電容器電容C＝4μF，在電容器開始放電時(取t＝0)，上極板帶正電，下極板帶負電，則()A．LC振蕩電路的周期T＝π×10－4sB．當t＝π×10－4s時，電容器上極板帶正電C．當t＝eq\f(2π,3)×10－4s時，電路中電流方向為順時針D．當t＝eq\f(2π,3)×10－4s時，電場能正轉(zhuǎn)化為磁場能C[由公式T＝2πeq\r(LC)＝2×3.14×eq\r(2.5×10－3×4×10－6)s＝6.28×10－4s，故A錯誤；當t＝π×10－4s＝eq\f(T,2)，即電容器先放電再反向充電，所以電容器上極板帶負電，故B錯誤；當t＝eq\f(2π,3)×10－4s即eq\f(T,4)<t<eq\f(T,2)，即電容器處于反向充電過程，所以電流方向為順時針，磁場能正在轉(zhuǎn)化為電場能，故C正確，D錯誤。]2．如圖所示，LC振蕩電路的導線及自感線圈的電阻不計，在圖示狀態(tài)回路中電流方向如箭頭所示，且此時電容器C的極板A帶正電荷，則該狀態(tài)()A．電流i正在增大B．電容器帶電量正在增加C．電容器兩極板間電壓正在減小D．線圈中電流產(chǎn)生的磁場的磁感應強度正在增大B[根據(jù)圖示電路知，該LC振蕩電路正在充電，電流在減小，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，A