第2讲　光的波动性　电磁波高考物理总复习新教材版

第讲光的波动性电磁波[教材阅读指导](对应人教版新教材选择性必修第一册、必修第三册、选择性必修第二册页码及相关问题)选择性必修第一册P92～93，阅读“干涉条纹和光的波长之间的关系”，用如图4.3－4的同一装置分别使红光和蓝光发生干涉现象，哪种光的条纹间距较大？依据是什么？提示：据Δx＝eq\f(l,d)λ，红光的条纹间距较大。选择性必修第一册P94[练习与应用]T2，两列光干涉时，光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？提示：亮条纹到两光源的距离差为半波长的偶数倍；暗条纹到两光源的距离差为半波长的奇数倍。选择性必修第一册P94[练习与应用]T4，再做该题，抽去一张纸片后，干涉条纹变密还是变疏？提示：变疏。选择性必修第一册P96图4.4－4、选择性必修第一册P98图4.5－2，比较这两个图，双缝干涉图样和单缝衍射图样有什么异同？提示：不同之处：干涉条纹是等间距等宽度的，衍射条纹的中央亮纹最宽，越向两侧条纹越窄，间距越小。相似之处：双缝间距或单缝宽度越窄，光的波长越长，条纹间距越大。选择性必修第一册P101[练习与应用]T3；T4。提示：T3：三角形→圆形→彩色三角形环，分别对应光的直线传播→小孔成像(光的直线传播)→光的衍射。T4：可见光通过瞳孔时发生衍射，则外部世界是模糊的。选择性必修第一册P103，阅读[演示]“观察光的偏振现象”，图4.6－3丙中，若使偏振片Q在垂直于光的传播方向上逐渐旋转90°，光屏上会有什么变化？提示：由暗变亮。必修第三册P121图13.4－4，熟悉电磁波谱及其应用。选择性必修第二册P74～76，阅读“2电磁场与电磁波”这一节内容，理解麦克斯韦电磁场、电磁波理论，以及电磁波的性质。物理观念光的干涉1．如果两列光的eq\x(\s\up1(01))频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉现象。2．光的双缝干涉(1)原理如图2所示。(2)出现亮、暗条纹的条件①光的路程差r2－r1＝eq\x(\s\up1(02))±kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹。②光的路程差r2－r1＝eq\x(\s\up1(03))±(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹。(3)相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距公式：eq\x(\s\up1(04))Δx＝eq\f(l,d)λ。(4)干涉条纹的特点①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为eq\x(\s\up1(05))亮条纹，如图3所示。②白光：光屏上出现eq\x(\s\up1(06))彩色条纹且中央亮条纹是eq\x(\s\up1(07))白色(填写颜色)，即发生色散，如图4所示。3．薄膜干涉(1)原理：如图5所示，不同位置的薄膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的eq\x(\s\up1(08))路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹。(2)应用①增透膜和增反膜。②利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。(3)图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的eq\x(\s\up1(09))厚度相等。单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹，即薄膜干涉中的色散。物理观念光的衍射1．几种典型衍射条纹的特点(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为eq\x(\s\up1(01))宽且亮(填特点)的单色条纹，两侧是eq\x(\s\up1(02))明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的eq\x(\s\up1(03))圆形光斑，周围分布着明暗相间的eq\x(\s\up1(04))不等距圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现eq\x(\s\up1(05))亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。2．发生明显衍射的条件在障碍物或狭缝的尺寸与光的波长eq\x(\s\up1(06))相当，甚至比光的波长eq\x(\s\up1(07))还小的时候，衍射现象才会十分明显。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。物理观念光的偏振1．偏振在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向eq\x(\s\up1(01))垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是eq\x(\s\up1(02))不同的，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。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eq\x(\s\up1(03))一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。如图11所示。3．偏振光在eq\x(\s\up1(04))垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是eq\x(\s\up1(05))横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。物理观念电磁波的产生、发射、传播和接收1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生eq\x(\s\up1(01))电场，变化的电场产生eq\x(\s\up1(02))磁场(如图13所示)。2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个eq\x(\s\up1(03))不可分割的统一的电磁场。3．电磁波(1)产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。(2)电磁波是横波，在空间传播eq\x(\s\up1(04))不需要介质。(3)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝eq\x(\s\up1(05))3.0×108m/s。(4)v＝λf对电磁波eq\x(\s\up1(06))同样适用。(5)电磁波能产生反射、折射、eq\x(\s\up1(07))干涉、偏振和衍射等现象。(6)eq\x(\s\up1(08))赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论。4．电磁波的发射(1)发射电磁波的条件①要有足够高的eq\x(\s\up1(09))振荡频率；②必须是eq\x(\s\up1(10))开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有eq\x(\s\up1(11))调幅和eq\x(\s\up1(12))调频两种调制方法。①eq\x(\s\up1(13))调幅：使高频电磁波的eq\x(\s\up1(14))振幅随信号的强弱而变。②eq\x(\s\up1(15))调频：使高频电磁波的eq\x(\s\up1(16))频率随信号的强弱而变。5．电磁波的传播三种传播方式：天波、eq\x(\s\up1(17))地波、直线传播。6．电磁波的接收(1)当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率eq\x(\s\up1(18))相同时，接收电路中产生的振荡电流eq\x(\s\up1(19))最强，这种现象叫作电谐振。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作eq\x(\s\up1(20))调谐。(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出原来的信号的过程叫作eq\x(\s\up1(21))解调，它是eq\x(\s\up1(22))调制的逆过程。调幅波的解调也叫eq\x(\s\up1(23))检波。7．电磁波的应用电视、雷达和移动电话。物理观念电磁波谱1．定义按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。将电磁波按波长从长到短排列顺序是eq\x(\s\up1(01))无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。2．电磁波谱的特性、应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波小于3×1011大于10－3波动性强，易发生衍射无线电技术红外线1011～101510－3～10－7eq\x(\s\up1(02))热效应红外线遥感可见光101510－7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101710－7～10－9化学效应、eq\x(\s\up1(03))荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪X射线1016～101910－8～10－11穿透能力强检查、医用透视γ射线大于1019小于10－11穿透能力最强工业探伤、医用治疗一堵点疏通1．薄膜干涉是薄膜前、后表面的反射光叠加产生的，所以要观察薄膜干涉条纹，应该从光源一侧观察。()2．在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在空气中波长的eq\f(1,4)时，可起到减小反射光强度、增大透射光强度的作用。()3．太阳、白炽灯等普通光源发出的光都是自然光。()4．当光照到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。()5．电磁波的传播需要介质。()6．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。()7．无线电波不能发生干涉和衍射现象。()8．波长不同的电磁波在本质上完全相同。()答案1.√2.×3.√4.√5.×6.×7.×8.√二对点激活1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是()A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同D．上述说法都不正确答案A解析根据双缝干涉中相邻的两个亮(或暗)条纹中心间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，可以看出装置一定时，条纹中心间距只与光的波长有关。因为各种颜色的光都在中间形成亮条纹，故中央亮条纹显示白色。在其他区域，由于各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的中心间距不同，从而形成彩色条纹。故选A。2．(人教版选择性必修第一册·P101·T1、T2、T3，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条纹变窄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，这是光的衍射答案AD解析当缝的宽度与光的波长差不多或比波长小时，会发生明显的衍射现象，且缝的宽度越小，衍射现象越明显，故A、D正确；光的波长不变时，狭缝越窄衍射时中央亮条纹越宽，B错误；当三角形孔减小时，太阳光通过它先形成影，然后是小孔成像，当其尺寸与光的波长差不多时，会出现衍射图样，C错误。3．(人教版选择性必修第一册·P97·T1改编)(多选)用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.2mm，用的是绿色滤光片，在毛玻璃屏上可以看到绿色干涉条纹。下列说法正确的是()A．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直B．如果仅把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离变大C．仅把绿色滤光片换为红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了D．如果仅改用间距为0.3mm的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离变大答案BC解析干涉条纹与双缝平行，A错误。根据双缝干涉时相邻两个亮(或暗)条纹中心间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，如果仅l增大，则Δx增大，B正确；仅把绿色滤光片换为红色，λ变大，则Δx增大，C正确；如果仅改用0.3mm的双缝，即仅d增大，则Δx减小，D错误。4．(多选)下列说法正确的是()A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度B．用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的偏振现象C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象D．泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了激光的相干性答案CD解析拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射光的强度，使照片清晰，但不能增加透射光的强度，故A错误；用透明的标准平面样板检查光学平面的平滑度是利用光的干涉，故B错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射，形成光的色散现象，故C正确；泊松亮斑是光的衍射现象，根据激光的应用可知，全息照相的拍摄利用了激光的相干性的特点，与干涉原理有关，故D正确。5．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是()A．变化的电场一定产生变化的磁场B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场D．变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波答案CD解析均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以A、B均错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。6．(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为3×108m/sB．红外线的波长比可见光长，比无线电波的波长短C．雷达是用X光来测定物体位置的设备D．使载波随各种信号而改变的技术叫作解调答案AB解析电磁波在真空中的传播速度为3×108m/s，A正确；由电磁波谱可知，B正确；雷达是利用无线电波来测定物体位置的设备，C错误；使载波随各种信号而改变的技术叫调制，把经调制的高频振荡电流中的信号还原出来的过程叫解调，D错误。考点1光的干涉现象[科学思维梳理]1．双缝干涉(1)亮暗条纹的判断方法①如图甲所示，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)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹。(2)亮条纹中心的位置的推导如图甲所示，在线段P1S2上作P1M＝P1S1，于是S2M＝r2－r1。由于两缝之间的距离d远远小于缝到屏的距离l，所以能够认为三角形S1S2M是直角三角形。根据三角函数的关系，有r2－r1＝dsinθ。另一方面：当角θ很小时，用弧度表示的θ与它的正弦sinθ、正切tanθ，三者近似相等。所以x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ，有r2－r1＝deq\f(x,l)，当两列波的路程差为波长的整数倍，即deq\f(x,l)＝nλ(n＝0，±1，±2，…)时出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为x＝neq\f(l,d)λ。(3)条纹间距：由上面的分析可知，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。2.薄膜干涉(1)如图乙所示，竖直放置的肥皂薄膜，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′分别发生反射，形成两列频率相同的光波相互叠加，发生干涉，在某些位置两列光波叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹。(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；②白光：彩色水平条纹。例1(2021·湖北高考)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置，反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则()A．λ1＜λ2，M是波长为λ1的光出射位置B．λ1＜λ2，N是波长为λ1的光出射位置C．λ1＞λ2，M是波长为λ1的光出射位置D．λ1＞λ2，N是波长为λ1的光出射位置[答案]D[解析]由双缝干涉条纹间距的公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知，λ1＞λ2；反射光经过三棱镜后分成两束色光，由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，则nM>nN；由于λ1＞λ2，则f1<f2，n1＜n2，所以N是波长为λ1的光出射位置。D正确，A、B、C错误。[关键能力升华]1.双缝干涉中亮暗条纹的分析步骤和应注意的问题(1)一般解题步骤①由题设情况，根据λ真＝nλ介求得光在真空(或空气)中的波长。②由屏上出现亮暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。③根据出现亮条纹的判断式Δx＝±kλ(k＝0,1，2，…)或出现暗条纹的判断式Δx＝±(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1,2，…)判断出k的取值，从而判断条纹数。(2)应注意的问题①λ真＝nλ介可以根据c＝λ真f，v＝λ介f，n＝eq\f(c,v)三个式子推导得到。②两列光发生干涉的必要条件是两列光的频率相同，相位差恒定。③相干光的获得方法。a．将一束光分成两束而获得，此法称为分光法。b．利用激光。2．薄膜干涉现象的应用(1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。(2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。[对点跟进训练]1．(双缝干涉亮暗条纹的分析)(2021·福建省漳州市高三下第一次教学质量检测)如图所示，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2.1×10－6m，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＝5.0×1014Hz，则P点处是________(填“亮”或“暗”)条纹；若将S2用遮光片挡住，光屏上的明暗条纹分布________(填“均匀”或“不均匀”)。(光在空气中的速度c＝3.0×108m/s)答案暗不均匀解析设A光在空气中波长为λ，由λ＝eq\f(c,f)得λ＝6×10－7m，光的路程差δ＝2.1×10－6m，所以N＝eq\f(δ,\f(1,2)λ)＝7，即从S1、S2到P点的光的路程差δ是半波长eq\f(1,2)λ的奇数倍，所以P点处为暗条纹；将S2用遮光片挡住，光屏上将得到单缝衍射条纹，中央条纹最宽最亮、两边逐渐变窄变暗，所以分布是不均匀的。2．(薄膜干涉现象的应用及分析)(2021·江苏省南京市高三下5月冲刺练习)关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是()A．如图甲所示，竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，形成明暗相间的竖直条纹B．如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的eq\f(1,2)C．如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹下的D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的圆环状条纹答案C解析如图甲所示，竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，由于同一高度上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹，故A错误；如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，从薄膜前后两表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，其目的是为了减弱反射光的影响，所以膜的厚度可为光在膜中波长的eq\f(1,4)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(若膜的厚度为光在膜中波长的\f(1,2)，则为增反膜))，故B错误；如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，如果某处凹下去，则从左向右对应亮纹(或暗纹)提前出现，所以图中条纹弯曲说明此处是凹下的，故C正确；根据干涉产生明暗条纹的原理可知，若空气膜的侧面是平面，则干涉条纹是等间距的，而由于图丁空气膜是曲面，所以看到的明暗相间的圆环状条纹不是等间距(条纹越往外越密)，故D错误。考点2光的衍射和偏振[科学思维梳理]1．单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象单缝衍射双缝干涉不同点图样特点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹中心间距两相邻亮条纹中心间距不等两相邻亮条纹中心间距相等亮度情况中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗条纹清晰，亮度基本相等发生条件产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹2．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝neq\f(l,d)λ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。3．干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。4．偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。例2(多选)如图甲，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样。现将狭缝略微加宽。下面关于本实验说法正确的是()A．将会观察到乙图样B．光屏上条纹更宽C．光屏上条纹更窄D．该现象说明光具有波动性[答案]CD[解析]让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现的单色条纹图样是光的衍射图样，衍射图样中，中央亮条纹最亮，宽度最大，从中央向两侧，亮条纹逐渐变窄、变暗，故将会观察到丙图样，A错误；将狭缝略微加宽，光的衍射将变得不明显些，故条纹变得更窄，B错误，C正确；光的衍射现象说明光具有波动性，D正确。[关键能力升华]1.对光的衍射的理解(1)衍射是波的特有现象，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有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起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，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，光的振动沿特定方向3.光的偏振的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。[对点跟进训练](光的偏振、衍射现象)(多选)如图所示，下列说法正确的有()A．如图甲，自然光由空气射入水面上，反射光是偏振光B．如图乙，立体电影的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样C．如图丙，大头针尖的影子轮廓模糊不清，是光的干涉现象D．如图丁为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样答案AD解析如图甲，自然光由空气射入水面上，反射光是偏振光，A正确；如图乙，立体电影的原理是光的偏振，照相机镜头表面涂上增透膜的原理是光的干涉，B错误；如图丙，影子轮廓模糊不清，是光的衍射现象，故C错误；如图丁，在圆形阴影中心有亮斑，即泊松亮斑，则为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样，D正确。考点3电磁波[科学思维梳理]1．对麦克斯韦电磁场理论的理解2．对电磁波的理解(1)电磁波是横波，电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图所示。(2)电磁波与机械波的比较名称项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s；在介质中波速较小在空气中不大(如声波波速在空气中约为340m/s)；在液体和固体中较大是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)传播能量电磁能机械能例3(2021·浙江省丽水市、衢州市、湖州市三市联考二模)电磁波在生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A．雷达是利用无线电波中的长波来测定物体位置的B．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，人眼对黄绿光最敏感C．在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调谐D．紫外线的波长比可见光的波长更长，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒[答案]B[解析]微波波长较短，直线传播性能好，雷达是利用微波来测定物体位置的，故A错误；太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，而人眼也对黄绿光最敏感，故B正确；在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，故C错误；紫外线的波长比可见光的波长更短，频率更高，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒，故D错误。[关键能力升华]对电磁波谱的四点说明(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。(4)电磁波的能量随频率的升高而增大。[对点跟进训练]1．(电磁波的产生与传播)关于电磁波，下列说法正确的是()A．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波B．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C．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D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失答案B解析均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场，恒定的磁(电)场不会产生电(磁)场，也就不会产生电磁波，A错误；变化的电场和磁场相互激发，且相互垂直，形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直，B正确；电磁波可以通过电缆、光缆传播，C错误；电磁振荡停止后，电磁波可以在空间继续传播，直到能量消耗完为止，D错误。2．(电磁波的应用)(2021·浙江6月选考)大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250W/m2时会引起神经混乱，达到1000W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为()A．100m25m B．100m50mC．200m100m D．200m50m答案B解析设有效攻击的最远距离为r，人体单位面积接收的微波功率的临界值为P′，则P′＝eq\f(P,S)＝eq\f(P,4πr2)，解得r＝eq\r(\f(P,4πP′))。则引起神经混乱的有效攻击的最远距离为r1＝eq\r(\f(P,4πP1′))＝eq\r(\f(3×107,4×3.14×250))m≈100m，引起心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离为r2＝eq\r(\f(P,4πP2′))＝eq\r(\f(3×107,4×3.14×1000))m≈50m。故B正确。选择题(本题共11小题，其中第1～6题为单选，第7～11题为多选)1．(2020·北京高考)以下现象不属于干涉的是()A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样C．白光经过三棱镜得到彩色图样D．白光照射水面油膜呈现彩色图样答案C解析根据光的干涉的定义可知，白光经过杨氏双缝得到彩色图样是双缝干涉现象，故A错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样是薄膜干涉现象，故B错误；白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；白光照射水面油膜呈现彩色图样是薄膜干涉现象，故D错误。2．(2020·海南高考)下列说法正确的是()A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小B．观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率小于波源频率C．同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大D．两束频率不同的光，可以产生干涉现象答案A解析根据v＝eq\f(c,n)，可知单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小，故A正确；根据多普勒效应，若观察者向声波波源靠近，则观察者接收到的声波频率大于波源频率，故B错误；蓝光的波长小于红光的波长，根据Δx＝eq\f(L,d)λ，同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的小，故C错误；根据干涉现象产生的条件可知，两束频率不同的光不能产生干涉现象，故D错误。3．(2020·天津高考)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较()A．红外线的光子能量比紫外线的大B．真空中红外线的波长比紫外线的长C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能答案B解析因为红外线的频率比紫外线的低，根据E＝hν可知，红外线的光子能量比紫外线的小，故A错误；真空中红外线和紫外线的传播速度都是光速c，根据ν＝eq\f(c,λ)可知，真空中红外线的波长比紫外线的长，故B正确，C错误；红外线和紫外线都是横波，都能发生偏振现象，故D错误。4.(2021·浙江省嘉兴市高三二模)雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示。下列说法正确的是()A．雷达利用电磁波的干涉特性工作B．电磁波发射时需要进行调谐和解调C．电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大D．在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化答案D解析电磁波同声波一样，遇到障碍物会发生反射，雷达利用电磁波的反射特性工作，故A错误；电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故B错误；电磁波的频率由波源决定，故频率不变，由v＝λf知，波长减小，故C错误；电磁波电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故D正确。5.如图所示，双缝干涉实验装置中，屏上一点P到双缝的距离之差为2.1μm，若用单色光A照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第四条暗条纹，换用单色光B照射双缝时，发现P点正好是从屏中间O算起的第三条亮条纹，则下列说法正确的是()A．单色光B的频率大于单色光A的频率B．单色光B的波长小于单色光A的波长C．单色光B的相邻亮条纹间的距离小于单色光A的相邻亮条纹间的距离D．用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射答案D解析由题意可知，单色光A照射双缝时相邻两亮条纹中心间距较小，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知单色光A的波长较短，频率较高，A、B、C错误；因单色光B的波长较长，则用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光B更容易发生明显衍射，D正确。6.在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法。A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A的上表面平行，在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜。现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性的变化。当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮。(设A受热均匀膨胀)则()A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消C．温度从t1升至t2的过程中，A的高度增加eq\f(λ,4)D．温度从t1升至t2的过程中，A的高度增加eq\f(λ,2)答案D解析A和B之间形成一个厚度均匀的空气膜，则光在空气膜的上表面(即B的下表面)和下表面(即A的上表面)反射出的两列光发生干涉，出现最亮时，两列反射光叠加后加强，光的路程差为波长的整数倍。由于材料A具有热膨胀特性，所以温度为t2时比温度为t1时A的高度增加，使光的路程差减小一个波长，则A的高度增加eq\f(λ,2)。故D正确，A、B、C错误。7.抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化()A．这里应用的是光的衍射现象B．这里应用的是光的干涉现象C．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变粗D．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变细答案AD解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以这里应用的是光的衍射现象，当抽制的丝变细时，衍射现象更明显，条纹间距变宽，A、D正确。8．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，角度α为锐角，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，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，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是()A．到达O处