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统考版高考物理一轮复习第十四章机械振动、机械波、光、电磁波与相对论第4讲光的干涉与衍射电磁波相对论学案
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第4讲 光的干涉与衍射 电磁波 相对论 一、光的干涉、衍射和偏振 1．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________条纹，某些区域相互减弱，出现________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________、相位差恒定． (3)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________条纹，其余为________条纹． 2．薄膜干涉 (1)相干光：光照射到透明薄膜上，从________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________．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． 3．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________，甚至比光的波长________的时候，衍射现象才会明显． (2)衍射条纹的特点 4．光的偏振 (1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿________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________的方向振动的光． (3)偏振光的形成 ①让自然光通过________形成偏振光． ②让自然光在两种介质的界面发生反射和________，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． 二、光的偏振现象 1．偏振：光波只沿________的方向振动． 2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿________振动的光，而且沿各个方向振动的光波的________都相同，这种光叫做自然光． 3．偏振光：在________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________．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、________、消除车灯眩光等． 三、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________(选填“纵波”或“横波”)，在空间传播不需要________． (2)真空中电磁波的速度为________． (3)公式v＝λf对电磁波同样适用． (4)电磁波能产生反射、________、干涉和________等现象． 2．电磁波的发射 (1)发射条件：足够高的振荡频率和________电路． (2)调制分类：________和________． 3．电磁波的接收 (1)调谐：使接收电路产生________的过程． (2)解调：使声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程． 4．电磁波谱 按电磁波的波长从长到短分布是________、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱． 四、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________． (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________，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＝________．, 生活情境 1.(1)日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象．( ) (2)通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹是单缝衍射现象．( ) (3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象．( ) 教材拓展 2.[人教版选修3－4P62T1、T2、T3，P61做一做改编](多选)下列说法正确的是( ) A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象 B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮纹变窄 C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像 D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射 E．减小不透光的挡板上的狭缝宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射现象更明显 3．[人教版选修3－4P56T3改编](多选)在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，则下列判断正确的是( ) A．黄光的波长是5×10－7 m B．黄光的波长是5×10－6 m C．P点出现的是亮条纹 D．P点出现的是暗条纹 4．[鲁科版选修3－4原题]将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过．如果将其中的一个偏振片逐渐旋转180°，在旋转过程中，将会产生的现象是( ) A．透过偏振片的光先增强，然后又减弱到零 B．透过偏振片的光先增强，然后减弱到非零的最小值 C．透过偏振片的光在整个过程中都增强 D．透过偏振片的光先增强，再减弱，然后又增强 考点一 光的干涉现象 角度1双缝干涉 1.条纹间距公式：Δx＝ldλ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大． 2．明暗条纹的判断方法：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. 当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹． 例1. [2022·福建漳州一模]如图，在双缝干涉实验中，S1和S2为狭缝，P是光屏上的一点，已知双缝S1、S2和P点的距离差为2.1×10－6 m，用单色光A在空气中做双缝干涉实验，若光源到缝S1、S2距离相等，且A光频率为f＝5.0×1014 Hz.则P点处是________(填“亮”或“暗”)条纹；若将S2用遮光片挡住，光屏上的明暗条纹________(填“均匀”或“不均匀”)分布．(光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s) 角度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．明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝0，1，2，3…)．薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹． 例2.(多选)如图所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是( ) A．薄膜上的干涉条纹是竖直的 B．薄膜上的干涉条纹是水平的 C．用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的小 D．干涉条纹是光线在薄膜前、后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 E．干涉条纹的间距是不相等的 跟进训练 1.(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的____________相同．如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹． (2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m.求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距． 2．如图所示，某种复合光经过半圆形玻璃砖后分成a、b两束，光束a与法线的夹角为60°，光束b与法线的夹角为45°，则玻璃对a、b两种光的折射率之比na∶nb＝________；若复合光的入射角增大至37°，则a光束射出玻璃砖时与原法线的夹角为________；若用a、b两束光照射同一双缝干涉装置，测量a、b两束光的相邻亮条纹间距之比为Δxa∶Δxb，a、b两束光的频率之比fa∶fb＝________． 考点二 光的衍射和偏振现象 1．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，光才可以看作是沿直线传播的． 2．自然光与偏振光的比较 3.偏振光的应用：照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等． 跟进训练 3.(多选)关于光现象及其应用，下列说法正确的是( ) A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光相干性高的特点 B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象 C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度 D．当观察者向静止的光源运动时，观察者接收到的光波频率低于光源的频率 E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短 4．(多选)光的偏振现象说明光是横波．下列现象中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景像更清晰 D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色干涉条纹 E．阳光在水面的反射光是自然光 5．(多选)对如图所示的图片、示意图或实验装置，下列判断准确无误的是( ) A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑” B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度 C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹 D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹 E．戊图是振动图象，其振幅为8 cm，振动周期为4 s 考点三 实验：用双缝干涉测光的波长 1．基本原理与操作 2.数据处理与分析： (1)数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值． (2)误差分析 ①测条纹间距Δx时带来误差． ②测量双缝到光屏间距离l时产生误差． (3)注意事项 ①保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴． ②保持单缝和双缝平行． 例3. [2021·浙江卷，节选]下图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．实验中 (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________(单选)． A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________(单选)． A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 跟进训练 6.[2022·吉林毓文一模]某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示．双缝间距d＝0.20 mm，测得屏与双缝间的距离L＝500 mm.然后，接通电源使光源正常工作： (1)某同学在测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心，如图乙所示，则游标卡尺的读数为________ cm；然后他继续转动手轮，使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心，若游标卡尺的读数为1.67 cm，此时主尺上的________ cm刻度与游标尺上某条刻度线对齐；入射光的波长λ＝________ m； (2)若实验中发现条纹太密，可采取的改善办法有________(至少写一条)． 考点四 电磁波与相对论 1．电磁波谱的特性及应用 2.电磁波和机械波的比较 跟进训练 7.(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( ) A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变 B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线 E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信 8．(多选)下列说法正确的是( ) A．波的传播过程中，质点的振动频率等于波源的振动频率 B．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 C．当某列声波产生多普勒效应时，相应声源的振动频率一定发生变化 D．物体做受迫振动时，驱动力的频率越高，受迫振动的物体振幅越大 E．X射线的频率比无线电波的频率高 9．[2022·广东佛山一模]小嘉同学参加科技展时了解到，现今5G技术用于传输的电磁波信号频率更高，传播数据的带宽更大，则相对而言，5G技术所用电磁波波长更________(填“长”或“短”)，绕过障碍物的能力更________(填“强”或“弱”)．小嘉同学还了解到，为接收信号，手机都应该有天线，天线的长度应与信号电磁波的波长成正比，最好为波长的14～110，以前的手机天线伸得很长，现在因为________，可以为了美观、方便，将手机天线做在手机内部． 10．自从1865年麦克斯韦预言电磁波的存在，人们的生活已经与电磁波密不可分，不同频率的电磁波被应用于生活的各个领域．例如：我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁波频率约为1 561 MHz，家用WiFi所使用的电磁波频率约为5 725 MHz.则WiFi信号与北斗导航信号叠加时，________(填“能”或“不能”)产生干涉现象：当WiFi信号穿越墙壁进入另一个房间后，其波长________，原因是________________________________________________________________________． 第4讲 光的干涉与衍射 电磁波 相对论 必备知识·自主排查 一、 1．(1)亮 暗 (2)相同 (3)白色亮 彩色 2．(1)薄膜 (2)相等 3．(1)相差不多 还小 4．(1)一切方向 (2)特定 (3)①偏振片 ②折射 二、 1．某一特定 2．一切方向 强度 3．垂直 横波 4．立体电影 三、 1．(1)横波 介质 (2)c＝3×108 m/s (4)折射 衍射 2．(1)开放 (2)调幅 调频 3．电谐振 4．无线电波 四、 1．(1)相同的 (2)相同的 2．mc2 生活情境 1．(1)√ (2)√ (3)√ 教材拓展 2．答案：ADE 3．答案：AD 4．答案：A 关键能力·分层突破 例1 解析：试题考查双缝干涉等必备知识，主要考查理解能力、推理能力，模型建构能力，体现了物理观念、科学思维的学科素养，突出对基础性考查要求． 设A光在空气中波长为λ，由λ＝cf得λ＝6×10－7 m，光的路程差Δs＝2.1×10－6m，所以N＝Δsλ＝3.5，即从S1和S2到P点的光的路程差Δs是波长λ的3.5倍，所以P点为暗条纹．将S2用遮光片挡住．光屏上得到的是衍射条纹，是不均匀分布的． 答案：暗 不均匀 例2 解析：光在肥皂膜的前、后表面反射形成相干光，其波程差与薄膜厚度有关，在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮纹(或暗纹)，因此，干涉条纹应是水平的，故选项A错误，选项B、D正确；蓝光的波长小于红光的波长，因此用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比红光的小，故C正确；干涉条纹间距是相等的，选项E错误． 答案：BCD 1．解析：(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗纹． (2)相邻的亮条纹的中心间距Δx＝ldλ 由题意知，亮条纹的数目n＝10 则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L＝nlλd 代入数据得L＝1.178×10－2 m. 答案：(1)频率 C (2)1.178×10－2 m 2．解析：根据n＝sinisinr可得na＝sin60°sin30°＝3，nb＝sin45°sin30°＝2，则na∶nb＝3∶2.a光的临界角为sin Cn＝1na＝33≈0.577
第4讲 光的干涉与衍射 电磁波 相对论 一、光的干涉、衍射和偏振 1．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________条纹，某些区域相互减弱，出现________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________、相位差恒定． (3)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________条纹，其余为________条纹． 2．薄膜干涉 (1)相干光：光照射到透明薄膜上，从________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________．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． 3．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________，甚至比光的波长________的时候，衍射现象才会明显． (2)衍射条纹的特点 4．光的偏振 (1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿________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________的方向振动的光． (3)偏振光的形成 ①让自然光通过________形成偏振光． ②让自然光在两种介质的界面发生反射和________，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． 二、光的偏振现象 1．偏振：光波只沿________的方向振动． 2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿________振动的光，而且沿各个方向振动的光波的________都相同，这种光叫做自然光． 3．偏振光：在________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________．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、________、消除车灯眩光等． 三、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________(选填“纵波”或“横波”)，在空间传播不需要________． (2)真空中电磁波的速度为________． (3)公式v＝λf对电磁波同样适用． (4)电磁波能产生反射、________、干涉和________等现象． 2．电磁波的发射 (1)发射条件：足够高的振荡频率和________电路． (2)调制分类：________和________． 3．电磁波的接收 (1)调谐：使接收电路产生________的过程． (2)解调：使声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程． 4．电磁波谱 按电磁波的波长从长到短分布是________、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱． 四、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________． (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________，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＝________．, 生活情境 1.(1)日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象．( ) (2)通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹是单缝衍射现象．( ) (3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象．( ) 教材拓展 2.[人教版选修3－4P62T1、T2、T3，P61做一做改编](多选)下列说法正确的是( ) A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象 B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮纹变窄 C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像 D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射 E．减小不透光的挡板上的狭缝宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射现象更明显 3．[人教版选修3－4P56T3改编](多选)在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，则下列判断正确的是( ) A．黄光的波长是5×10－7 m B．黄光的波长是5×10－6 m C．P点出现的是亮条纹 D．P点出现的是暗条纹 4．[鲁科版选修3－4原题]将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过．如果将其中的一个偏振片逐渐旋转180°，在旋转过程中，将会产生的现象是( ) A．透过偏振片的光先增强，然后又减弱到零 B．透过偏振片的光先增强，然后减弱到非零的最小值 C．透过偏振片的光在整个过程中都增强 D．透过偏振片的光先增强，再减弱，然后又增强 考点一 光的干涉现象 角度1双缝干涉 1.条纹间距公式：Δx＝ldλ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大． 2．明暗条纹的判断方法：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. 当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹． 例1. [2022·福建漳州一模]如图，在双缝干涉实验中，S1和S2为狭缝，P是光屏上的一点，已知双缝S1、S2和P点的距离差为2.1×10－6 m，用单色光A在空气中做双缝干涉实验，若光源到缝S1、S2距离相等，且A光频率为f＝5.0×1014 Hz.则P点处是________(填“亮”或“暗”)条纹；若将S2用遮光片挡住，光屏上的明暗条纹________(填“均匀”或“不均匀”)分布．(光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s) 角度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．明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝0，1，2，3…)．薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹． 例2.(多选)如图所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是( ) A．薄膜上的干涉条纹是竖直的 B．薄膜上的干涉条纹是水平的 C．用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的小 D．干涉条纹是光线在薄膜前、后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 E．干涉条纹的间距是不相等的 跟进训练 1.(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的____________相同．如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹． (2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m.求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距． 2．如图所示，某种复合光经过半圆形玻璃砖后分成a、b两束，光束a与法线的夹角为60°，光束b与法线的夹角为45°，则玻璃对a、b两种光的折射率之比na∶nb＝________；若复合光的入射角增大至37°，则a光束射出玻璃砖时与原法线的夹角为________；若用a、b两束光照射同一双缝干涉装置，测量a、b两束光的相邻亮条纹间距之比为Δxa∶Δxb，a、b两束光的频率之比fa∶fb＝________． 考点二 光的衍射和偏振现象 1．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，光才可以看作是沿直线传播的． 2．自然光与偏振光的比较 3.偏振光的应用：照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等． 跟进训练 3.(多选)关于光现象及其应用，下列说法正确的是( ) A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光相干性高的特点 B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象 C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度 D．当观察者向静止的光源运动时，观察者接收到的光波频率低于光源的频率 E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短 4．(多选)光的偏振现象说明光是横波．下列现象中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景像更清晰 D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色干涉条纹 E．阳光在水面的反射光是自然光 5．(多选)对如图所示的图片、示意图或实验装置，下列判断准确无误的是( ) A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑” B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度 C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹 D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹 E．戊图是振动图象，其振幅为8 cm，振动周期为4 s 考点三 实验：用双缝干涉测光的波长 1．基本原理与操作 2.数据处理与分析： (1)数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值． (2)误差分析 ①测条纹间距Δx时带来误差． ②测量双缝到光屏间距离l时产生误差． (3)注意事项 ①保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴． ②保持单缝和双缝平行． 例3. [2021·浙江卷，节选]下图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置．实验中 (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________(单选)． A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________(单选)． A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 跟进训练 6.[2022·吉林毓文一模]某实验小组在用双缝干涉测光的波长的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图甲所示．双缝间距d＝0.20 mm，测得屏与双缝间的距离L＝500 mm.然后，接通电源使光源正常工作： (1)某同学在测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心，如图乙所示，则游标卡尺的读数为________ cm；然后他继续转动手轮，使分划板中心刻线对准亮条纹B的中心，若游标卡尺的读数为1.67 cm，此时主尺上的________ cm刻度与游标尺上某条刻度线对齐；入射光的波长λ＝________ m； (2)若实验中发现条纹太密，可采取的改善办法有________(至少写一条)． 考点四 电磁波与相对论 1．电磁波谱的特性及应用 2.电磁波和机械波的比较 跟进训练 7.(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( ) A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变 B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线 E．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信 8．(多选)下列说法正确的是( ) A．波的传播过程中，质点的振动频率等于波源的振动频率 B．爱因斯坦狭义相对论指出，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 C．当某列声波产生多普勒效应时，相应声源的振动频率一定发生变化 D．物体做受迫振动时，驱动力的频率越高，受迫振动的物体振幅越大 E．X射线的频率比无线电波的频率高 9．[2022·广东佛山一模]小嘉同学参加科技展时了解到，现今5G技术用于传输的电磁波信号频率更高，传播数据的带宽更大，则相对而言，5G技术所用电磁波波长更________(填“长”或“短”)，绕过障碍物的能力更________(填“强”或“弱”)．小嘉同学还了解到，为接收信号，手机都应该有天线，天线的长度应与信号电磁波的波长成正比，最好为波长的14～110，以前的手机天线伸得很长，现在因为________，可以为了美观、方便，将手机天线做在手机内部． 10．自从1865年麦克斯韦预言电磁波的存在，人们的生活已经与电磁波密不可分，不同频率的电磁波被应用于生活的各个领域．例如：我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁波频率约为1 561 MHz，家用WiFi所使用的电磁波频率约为5 725 MHz.则WiFi信号与北斗导航信号叠加时，________(填“能”或“不能”)产生干涉现象：当WiFi信号穿越墙壁进入另一个房间后，其波长________，原因是________________________________________________________________________． 第4讲 光的干涉与衍射 电磁波 相对论 必备知识·自主排查 一、 1．(1)亮 暗 (2)相同 (3)白色亮 彩色 2．(1)薄膜 (2)相等 3．(1)相差不多 还小 4．(1)一切方向 (2)特定 (3)①偏振片 ②折射 二、 1．某一特定 2．一切方向 强度 3．垂直 横波 4．立体电影 三、 1．(1)横波 介质 (2)c＝3×108 m/s (4)折射 衍射 2．(1)开放 (2)调幅 调频 3．电谐振 4．无线电波 四、 1．(1)相同的 (2)相同的 2．mc2 生活情境 1．(1)√ (2)√ (3)√ 教材拓展 2．答案：ADE 3．答案：AD 4．答案：A 关键能力·分层突破 例1 解析：试题考查双缝干涉等必备知识，主要考查理解能力、推理能力，模型建构能力，体现了物理观念、科学思维的学科素养，突出对基础性考查要求． 设A光在空气中波长为λ，由λ＝cf得λ＝6×10－7 m，光的路程差Δs＝2.1×10－6m，所以N＝Δsλ＝3.5，即从S1和S2到P点的光的路程差Δs是波长λ的3.5倍，所以P点为暗条纹．将S2用遮光片挡住．光屏上得到的是衍射条纹，是不均匀分布的． 答案：暗 不均匀 例2 解析：光在肥皂膜的前、后表面反射形成相干光，其波程差与薄膜厚度有关，在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮纹(或暗纹)，因此，干涉条纹应是水平的，故选项A错误，选项B、D正确；蓝光的波长小于红光的波长，因此用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比红光的小，故C正确；干涉条纹间距是相等的，选项E错误． 答案：BCD 1．解析：(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗纹． (2)相邻的亮条纹的中心间距Δx＝ldλ 由题意知，亮条纹的数目n＝10 则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L＝nlλd 代入数据得L＝1.178×10－2 m. 答案：(1)频率 C (2)1.178×10－2 m 2．解析：根据n＝sinisinr可得na＝sin60°sin30°＝3，nb＝sin45°sin30°＝2，则na∶nb＝3∶2.a光的临界角为sin Cn＝1na＝33≈0.577
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