高考物理一轮复习15.2光的干涉、衍射和偏振　电磁波(原卷版+解析)

考点47光的干涉、衍射和偏振电磁波新课程标准1．观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长。2．通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。命题趋势考查的内容主要体现模型建构和科学推理等物理学科的核心素养。命题多以以双缝干涉、单缝衍射为载体考查光的干涉、衍射等知识。试题情境生活实践类增透膜、偏振滤光片、激光、雷达、射电望远镜、X射线管等学习探究类光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、电磁振荡、用双缝干涉实验测光的波长考向一光的干涉考向二衍射和偏振考向三激光考向四电磁波考向一光的干涉一、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，出现亮条纹；某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。2．条件：(1)两束光的频率相同；(2)相位差恒定。(1)原理如图所示。(2)出现亮、暗条纹的条件①光的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2…)，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…)，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：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，中央为亮条纹，如图3所示。②白光：光屏上出现彩色条纹且中央亮条纹是白色(填写颜色)，即发生色散，如图所示。3．薄膜干涉(1)如图所示(2)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，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路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹(3)亮、暗条纹的判断①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2，3，…)，薄膜上出现亮条纹。②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，3，…)，薄膜上出现暗条纹。(4)应用①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。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。图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等。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。②增透膜和增反膜。【典例1】（多选）（2022年山东省普通高中学业水平等级性考试）10.某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝，的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（）A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹【答案】ACD【解析】A．由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；C．根据条纹间距公式可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；D．照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。故选ACD。【典例2】（2021年湖北省普通高中学业水平选择性考试）5、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】根据双缝干涉条纹间隔公式，△x=，可知λ1>λ2。由两束光通过三棱镜的光路图可知，N是波长为λ1的光出射位置，选项D正确。练习1、（2021福建省新高考适应性测试）2.在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹（记为第0条亮条纹），P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600nm的光实验时，P处将呈现（）A.第2条亮条纹B.第3条亮条纹C.第2条暗条纹D.第3条暗条纹【答案】A【解析】由公式可知当改用波长为600nm的光实验时，则有即解得即P处将呈现第2条亮条纹。故选A。练习2、（2022年6月浙江省普通高中学业水平等级性考试）4.关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（）A.用复色光投射就看不到条纹B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大【答案】B【解析】A．用复色光投射同样能看到条纹，A错误；B．双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加结果，B正确；C．由条纹间知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；D．由条纹间知，且λ蓝<λ红，则蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误。故选B。【巧学妙记】11．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。考向二衍射和偏振一、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宽且亮(填特点)的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，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，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，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相当，甚至比光的波长还小的时候，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。3．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4．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。5．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。二、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垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，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。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。5．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6.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。【典例3】（2021年江苏省普通高等学校招生适应性考试1.）小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光转动镜片时发现光有强弱变化下列说法能够解释这一现象的是（）A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用【答案】B【解析】发现强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏振，当偏振片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时，通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用。故选B。【典例4】(多选)(2022·江苏省淮安市高三下第三次调研)如图(a)所示为单缝衍射示意图，如图(b)所示为甲、乙两束单色光分别通过同一装置形成的单缝衍射图样，下列说法正确的是()A．在同种均匀介质中，甲光的波长较长B．在同种均匀介质中，甲光的传播速度较大C．用同一装置做双缝干涉实验时，在同一光屏上乙光的亮条纹总数更多D．当两束单色光从某种介质以相同入射角射向空气时，有可能乙光不发生全反射而甲光发生全反射【答案】ABC【解析】经过同一单缝，波长越长的光产生的衍射图样中央亮纹越宽，条纹间隔越大，由题图(b)可知，甲光的中央亮纹宽，则甲光的波长较长，故A正确；依据f＝eq\f(c,λ)可知，甲光的频率较小，则甲光的折射率较小，根据v＝eq\f(c,n)知，在同种均匀介质中，甲光的传播速度比乙光的大，故B正确；由Δx＝eq\f(L,d)λ可知，甲光的干涉条纹间距大，则在同一光屏上甲光的亮条纹的总数少，乙光的亮条纹总数更多，故C正确；由sinC＝eq\f(1,n)可知，甲光发生的全反射临界角较大，相比乙而言，不容易发生全反射，故D错误。练习3、(多选)(2022·江苏省徐州市高三下第三次调研)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。练习4、(多选)(2022·江苏省连云港市高三下第三次调研)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使成像更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹【答案】ABC【解析】自然光通过偏振片成为偏振光，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化，A正确；自然光射到光滑非金属表面时，反射光和折射光都是偏振光，B正确；日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片，可以把反射的偏振光过滤，使成像更清晰，C正确；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到的彩色条纹是光的衍射现象，D错误。考向三激光激光特点及应用(1)激光具有高度的相干性．激光具有频率单一、相位差恒定、偏振以及传播方向相同的特点，激光纯净的特殊性能，在实际应用中带来很多方便．例如，双缝干涉实验和衍射实验，用激光要比用自然光更容易完成．(2)激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度．主要应用：①精确的测距；读取光盘上记录的信息等；②利用激光束等各种实用的指向设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引．(3)激光的亮度很高，可以利用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔．医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜．【典例5】(2022·浙江省温州市高三二模)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为λ，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则()A．用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性B．激光的频率为eq\f(λ,c)C．激光光子的动量为eq\f(λ,h)D．每个激光脉冲的能量为nheq\f(c,λ)【答案】D【解析】用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；激光的频率为ν＝eq\f(c,λ)，故B错误；根据λ＝eq\f(h,p)得，激光光子的动量为p＝eq\f(h,λ)，故C错误；根据ε＝hν和c＝νλ可知，则单个光子的能量为heq\f(c,λ)，则每个激光脉冲的能量为nheq\f(c,λ)，故D正确．练习5、(多选)(2022·河北省张家口市高三下三模)一般认为激光器发出的是频率单一的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率是它的中心频率，它所包含的频率范围是也称频率宽度，其中ν＋Δν和ν－Δν分别记为“上限频率”和“下限频率”(如图所示，某红宝石激光器发出的激光其“上限频率”和“下限频率”，对应的分别记为a光和b光)由空气斜射到平行液膜的上表面，射入时与液膜上表面成θ角，则下列说法正确的是()A．逐渐减小θ角，a光在液膜下表面先发生全反射B．a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大C．b光更容易发生明显的衍射现象D．用相同装置做“双缝干涉”实验时，b光产生的干涉条纹间距较小【答案】BC【解析】由于平行液膜的上表面与下表面平行，光在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路的可逆性得知，两种光都不可能在液膜下表面发生全反射，故A错误；由题知，a光的频率大于b光的频率，液膜对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光通过平行液膜后偏移的距离较大，故B正确；由波速公式c＝λf得知，b光的波长大于a光的波长，b光的波动性较强，更容易发生明显的衍射现象，故C正确；干涉条纹的间距与波长成正比，所以相同装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较大，故D错误．考向四电磁波一、电磁振荡1．振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。2．振荡电路：产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。3.电磁振荡中的能量变化(1)放电过程中电容器储存的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。(2)充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化为电容器的电场能。(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。4．电磁振荡的周期和频率(1)周期T＝2πeq\r(LC)。(2)频率f＝eq\f(1,2π\r(LC))。5．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像6．LC振荡电路充、放电过程的判断方法根据电流流向判断当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程根据物理量的变化趋势判断当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程根据能量判断电场能增加时充电，磁场能增加时放电二、电磁场与电磁波1．麦克斯韦电磁场理论2．电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。(4)v＝λf，f是电磁波的频率。3．对麦克斯韦电磁场理论的理解电场磁场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场4．电磁波与机械波的比较(1)电磁波和机械波都遵循波长、波速、频率的关系公式λ＝eq\f(v,f)，电磁波进入介质遵循公式n＝eq\f(c,v)。(2)机械波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质。(3)电磁波只能是横波，而机械波可以是横波，也可以是纵波。三．电磁波的发射和接收1.无线电波的发射(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。2．无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是调制的逆过程，也叫作解调。3.无线电波的发射和接收过程(1)调幅和调频①高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。如图所示是调幅的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调幅的变频振荡电流的波形。②高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波。如图所示调频的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调频的高频振荡电流的波形。③．解调和调制声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。四．电磁波谱1.电磁波谱：按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。2.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。3．无线电波的分类及应用无线电波按波长的长短不同可分为长波、中波、短波、微波等波段。(1)长波：波长范围为30000～3000m，频率范围为0.01～0.1MHz，主要用于调幅广播及航海导航。(2)中波：波长范围为3000～50m，频率范围为0.1～6MHz，主要用于调幅广播及通信。(3)短波：波长范围为50～10m，频率范围为6～30MHz，主要用于远距离短波通信及调幅广播。(4)微波：波长范围为10～0.001m，频率范围为30MHz～300GHz，主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，也可用于微波炉加热食物。【典例6】(2022·云南省昆明市“三诊一模”二模)如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在减小C．电感线圈中的电流正在减小D．此时自感电动势正在阻碍电流的增加【答案】D【解析】根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，A错误；电容器在放电，所以电流在增加，磁场能在增加，自感电动势正在阻碍电流的增加，B、C错误，D正确。【典例7】（多选）（2021年福建省普通高中学业水平选择性考试）5.以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段.2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录.此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示.下列说法正确的是A.“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波B.“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波C.“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现D.“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程.【答案】BD【解析】根据题述，“奋斗者”号与“探索一号”通信是以声波作为信息载体的水声通信，而声波属于纵波，选项A错误；“奋斗者”号与“沧海”号通信以无线蓝绿光作为信息载体的电磁通信，而电磁波属于横波，选项B正确；由于“探索一号”与太空中的通信卫星相距很远，声波不能在真空中传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁波实现，选项C错误；“探索一号”与“探索二号”利用水面无线通信，其通信过程也是能量传播的过程.选项D正确。【典例8】（2020年北京市普通高中学业水平等级性考试物理）3.随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波（）A.光子能量更大 B.衍射更明显C.传播速度更大 D.波长更长【答案】A【解析】A．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据可知5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故A正确；B．发生明显衍射的条件是障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G越不容易发生明显衍射，故B错误；C．光在真空中的传播速度都是相同的；光在介质中的传播速度为5G的频率比4G高，而频率越大折射率越大，光在介质中的传播速度越小，故C错误；D．因5G使用的电磁波频率更高，根据可知波长更短，故D错误。故选A。练习6、(多选)(2022·山东省菏泽市高三下二模)如图(a)所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图(b)所示，且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则()A．0.5～1s时间内，电容器C在放电B．0.5～1s时间内，电容器C的上极板带正电C．1～1.5s时间内，Q点的电势比P点的电势高D．1～1.5s时间内，电场能正在转变成磁场能【答案】CD【解析】0.5～1s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板，故A、B错误；1～1.5s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，Q点的电势比P点的电势高，电场能正在转变成磁场能，故C、D正确。练习7、（2020年浙江省高三7月普通高中学业水平等级性考试物理）4.在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示。下列说法正确的是（）A.当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的【答案】D【解析】AB．凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A错误，B错误；CD．人身体各个部位体温是有变化，所以辐射的红外线强度就会不一样，温度越高红外线强度越高，温度越低辐射的红外线强度就越低，所以通过辐射出来的红外线的强度就会辐射出个各部位的温度；红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的，故C错误，D正确。故选D。练习8、（多选）(2022·山东省济南市高三下二模)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有（）A.杀菌用的紫外灯 B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器 D.检查血流情况的“彩超”机【答案】AB【解析】A．紫外灯的频率高，能量强，所以用于杀菌，属于电磁波的应用，A正确；B．X光的穿透能力较强，所以用于拍胸片，属于电磁波的应用，B正确；C．超声波雾化器是超声波的应用，与电磁波无关，C错误；D．彩超属于超声波的应用，与电磁波无关，D错误。故选AB。【巧学妙记】对电磁波谱的四点说明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。1.（多选）（2020年1月浙江省普通高等学校招生考试15）如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光第1第15题图A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能EKa＞EKbB．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距Δxa＞ΔxbC．在水中的传播速度va＜vbD．光子动量pa＜pb2.（2020年天津市普通高中学业水平等级性考试物理）3.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3.（2020年北京市普通高中学业水平等级性考试物理）1.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4.(2022·山东省泰安市高三下适应性训练三)如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为()A.eq\f(c,2f)B．eq\f(3c,2f)C.eq\f(3c,f) D．eq\f(5c,2f)5.(2022·湖北省武汉市部分学校高三上质量检测)某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是()6.(多选)(2022·广东省深圳市高三3月第一次调研)对以下图片、示意图或实验装置图的描述，下列判断正确的是()A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”B．乙图所示是薄膜干涉现象的应用，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实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，会出现竖直干涉条纹7.(多选)(2022·河北省保定市高三一模)下列说法中正确的是()A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来摇控电视机D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征8.(2022·山东省青岛市高三质量调研检测一)某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是()A．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHzC．使接收电路产生电谐振的过程叫解调D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点9.(2022·北京市西城区高三下统一测试)碳水化合物(糖)的含量是食品安全检验的一个重要的指标，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的测量与标准值进行比较，就能确定被测样品的含糖量．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，则下列说法不正确的是()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处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α10.(2022·山东省日照市二模)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A．变疏B．变密C．不变D．消失11.(2022·山东省青岛市高三下二模)根据你学过的干涉原理，判断下列说法中正确的是()A．在真空中传播速度相等的两束光可以发生干涉现象B．在双缝干涉实验中，用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现等间距的彩色条纹C．其他条件不变的情况下，双缝的间距越大，光屏上产生的干涉条纹间距越小D．在双缝干涉实验中，把其中一缝挡住，则干涉条纹与原来一样，只是亮度减半1.(2022·浙江省杭州市高三二模)下列说法正确的是()A．水波、声波和电磁波等一切波都能发生干涉和衍射B．只要波源不动，观察者接收到的波的频率就跟波源发出的频率一样C．当LC振荡电路中电流最大时，电容器两极板间的电场能最小D．在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫解调2.（多选）（2021湖北省新高考适应性测试）8.如图所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是（）

A.d光的频率最高B.d光在棱镜中的折射率最小C.a光产生的干涉条纹宽度最大D.a光打出的光电子的遏止电压最大3.（2020年山东省普通高等学校招生考试）3.双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（）A. B. C. D.4..(多选)(2022·北京市丰台区高三上期末)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是()A.干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.若使用半径小一些的凸薄透镜，则干涉条纹的间距要变小5.(多选)(2022·东北三省四市教研联合体4月模拟二)雾霾天气严重影响人们的身体健康，雾霾天气时能见度只有几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下()A.只有波长较短的一部分光才能到达地面B.只有波长较长的一部分光才能到达地面C.只有频率较大的一部分光才能到达地面D.只有频率较小的一部分光才能到达地面6.(多选)(2022·广东省汕头市高三二模)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7.(2022·北京市朝阳区校际联考)把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入(如图)，这时可以看到亮暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是()A．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏B．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏C．将上玻璃板平行下移，条纹向着劈尖移动D．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动8.(2022·山东省菏泽市高三下二模)假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体．以下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向也是竖直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯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°，车灯玻璃的透振方向也是斜向右上45°9.(多选)(2021·浙江卷)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄．下列说法正确的是()A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°10.(多选)(2022·天津市部分区高三上期末)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11.(2022·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12、(多选)(2022·湖南省永州市高三下第一次适应性测试)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13、(2022·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14.(2022·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15.(2022山东省济南市高三下模拟考试)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)1.（2021年山东省普通高中学业水平选择性考试）7．用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（）A．B．C．D．2.（2021年江苏省普通高中学业水平选择性考试）6．铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是（）A．B．C．D．3.（2021年浙江省6月普通高中学业水平选择性考试）16.肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（）

A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动，条纹也会跟着转动4.（多选）（2020年天津市普通高中学业水平等级性考试物理）6.手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示，电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中（）

A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座无需导线连接，这样传递能量没有损失5.（2020年江苏省普通高中学业水平等级性考试物理）20.国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一、在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为。已知电磁波在月壤层中传播的波长为，求该月壤层的厚度d。6.（2021年6月浙江省普通高中学业水平选择性考试）18.图示是“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考点47光的干涉、衍射和偏振电磁波新课程标准1．观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长。2．通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。命题趋势考查的内容主要体现模型建构和科学推理等物理学科的核心素养。命题多以以双缝干涉、单缝衍射为载体考查光的干涉、衍射等知识。试题情境生活实践类增透膜、偏振滤光片、激光、雷达、射电望远镜、X射线管等学习探究类光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、电磁振荡、用双缝干涉实验测光的波长考向一光的干涉考向二衍射和偏振考向三激光考向四电磁波考向一光的干涉一、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，出现亮条纹；某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。2．条件：(1)两束光的频率相同；(2)相位差恒定。(1)原理如图所示。(2)出现亮、暗条纹的条件①光的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2…)，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…)，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：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，中央为亮条纹，如图3所示。②白光：光屏上出现彩色条纹且中央亮条纹是白色(填写颜色)，即发生色散，如图所示。3．薄膜干涉(1)如图所示(2)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，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路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹(3)亮、暗条纹的判断①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2，3，…)，薄膜上出现亮条纹。②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，3，…)，薄膜上出现暗条纹。(4)应用①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。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。图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的厚度相等。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。②增透膜和增反膜。【典例1】（多选）（2022年山东省普通高中学业水平等级性考试）10.某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝，的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（）A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹【答案】ACD【解析】A．由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；C．根据条纹间距公式可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；D．照射两条狭缝时，若光从狭缝、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。故选ACD。【典例2】（2021年湖北省普通高中学业水平选择性考试）5、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】根据双缝干涉条纹间隔公式，△x=，可知λ1>λ2。由两束光通过三棱镜的光路图可知，N是波长为λ1的光出射位置，选项D正确。练习1、（2021福建省新高考适应性测试）2.在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹（记为第0条亮条纹），P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600nm的光实验时，P处将呈现（）A.第2条亮条纹B.第3条亮条纹C.第2条暗条纹D.第3条暗条纹【答案】A【解析】由公式可知当改用波长为600nm的光实验时，则有即解得即P处将呈现第2条亮条纹。故选A。练习2、（2022年6月浙江省普通高中学业水平等级性考试）4.关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（）A.用复色光投射就看不到条纹B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大【答案】B【解析】A．用复色光投射同样能看到条纹，A错误；B．双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加结果，B正确；C．由条纹间知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；D．由条纹间知，且λ蓝<λ红，则蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误。故选B。【巧学妙记】11．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。考向二衍射和偏振一、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宽且亮(填特点)的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，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，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，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相当，甚至比光的波长还小的时候，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。3．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4．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。5．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。二、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垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，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。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。5．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6.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。【典例3】（2021年江苏省普通高等学校招生适应性考试1.）小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光转动镜片时发现光有强弱变化下列说法能够解释这一现象的是（）A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用【答案】B【解析】发现强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏振，当偏振片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时，通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用。故选B。【典例4】(多选)(2022·江苏省淮安市高三下第三次调研)如图(a)所示为单缝衍射示意图，如图(b)所示为甲、乙两束单色光分别通过同一装置形成的单缝衍射图样，下列说法正确的是()A．在同种均匀介质中，甲光的波长较长B．在同种均匀介质中，甲光的传播速度较大C．用同一装置做双缝干涉实验时，在同一光屏上乙光的亮条纹总数更多D．当两束单色光从某种介质以相同入射角射向空气时，有可能乙光不发生全反射而甲光发生全反射【答案】ABC【解析】经过同一单缝，波长越长的光产生的衍射图样中央亮纹越宽，条纹间隔越大，由题图(b)可知，甲光的中央亮纹宽，则甲光的波长较长，故A正确；依据f＝eq\f(c,λ)可知，甲光的频率较小，则甲光的折射率较小，根据v＝eq\f(c,n)知，在同种均匀介质中，甲光的传播速度比乙光的大，故B正确；由Δx＝eq\f(L,d)λ可知，甲光的干涉条纹间距大，则在同一光屏上甲光的亮条纹的总数少，乙光的亮条纹总数更多，故C正确；由sinC＝eq\f(1,n)可知，甲光发生的全反射临界角较大，相比乙而言，不容易发生全反射，故D错误。练习3、(多选)(2022·江苏省徐州市高三下第三次调研)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。练习4、(多选)(2022·江苏省连云港市高三下第三次调研)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使成像更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹【答案】ABC【解析】自然光通过偏振片成为偏振光，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化，A正确；自然光射到光滑非金属表面时，反射光和折射光都是偏振光，B正确；日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片，可以把反射的偏振光过滤，使成像更清晰，C正确；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到的彩色条纹是光的衍射现象，D错误。考向三激光激光特点及应用(1)激光具有高度的相干性．激光具有频率单一、相位差恒定、偏振以及传播方向相同的特点，激光纯净的特殊性能，在实际应用中带来很多方便．例如，双缝干涉实验和衍射实验，用激光要比用自然光更容易完成．(2)激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度．主要应用：①精确的测距；读取光盘上记录的信息等；②利用激光束等各种实用的指向设备，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引．(3)激光的亮度很高，可以利用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔．医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”剥落的视网膜．【典例5】(2022·浙江省温州市高三二模)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为λ，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则()A．用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性B．激光的频率为eq\f(λ,c)C．激光光子的动量为eq\f(λ,h)D．每个激光脉冲的能量为nheq\f(c,λ)【答案】D【解析】用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；激光的频率为ν＝eq\f(c,λ)，故B错误；根据λ＝eq\f(h,p)得，激光光子的动量为p＝eq\f(h,λ)，故C错误；根据ε＝hν和c＝νλ可知，则单个光子的能量为heq\f(c,λ)，则每个激光脉冲的能量为nheq\f(c,λ)，故D正确．练习5、(多选)(2022·河北省张家口市高三下三模)一般认为激光器发出的是频率单一的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率是它的中心频率，它所包含的频率范围是也称频率宽度，其中ν＋Δν和ν－Δν分别记为“上限频率”和“下限频率”(如图所示，某红宝石激光器发出的激光其“上限频率”和“下限频率”，对应的分别记为a光和b光)由空气斜射到平行液膜的上表面，射入时与液膜上表面成θ角，则下列说法正确的是()A．逐渐减小θ角，a光在液膜下表面先发生全反射B．a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大C．b光更容易发生明显的衍射现象D．用相同装置做“双缝干涉”实验时，b光产生的干涉条纹间距较小【答案】BC【解析】由于平行液膜的上表面与下表面平行，光在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路的可逆性得知，两种光都不可能在液膜下表面发生全反射，故A错误；由题知，a光的频率大于b光的频率，液膜对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光通过平行液膜后偏移的距离较大，故B正确；由波速公式c＝λf得知，b光的波长大于a光的波长，b光的波动性较强，更容易发生明显的衍射现象，故C正确；干涉条纹的间距与波长成正比，所以相同装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较大，故D错误．考向四电磁波一、电磁振荡1．振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。2．振荡电路：产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。3.电磁振荡中的能量变化(1)放电过程中电容器储存的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。(2)充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化为电容器的电场能。(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。4．电磁振荡的周期和频率(1)周期T＝2πeq\r(LC)。(2)频率f＝eq\f(1,2π\r(LC))。5．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像6．LC振荡电路充、放电过程的判断方法根据电流流向判断当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程根据物理量的变化趋势判断当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程根据能量判断电场能增加时充电，磁场能增加时放电二、电磁场与电磁波1．麦克斯韦电磁场理论2．电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。(4)v＝λf，f是电磁波的频率。3．对麦克斯韦电磁场理论的理解电场磁场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场4．电磁波与机械波的比较(1)电磁波和机械波都遵循波长、波速、频率的关系公式λ＝eq\f(v,f)，电磁波进入介质遵循公式n＝eq\f(c,v)。(2)机械波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质。(3)电磁波只能是横波，而机械波可以是横波，也可以是纵波。三．电磁波的发射和接收1.无线电波的发射(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。2．无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是调制的逆过程，也叫作解调。3.无线电波的发射和接收过程(1)调幅和调频①高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。如图所示是调幅的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调幅的变频振荡电流的波形。②高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波。如图所示调频的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调频的高频振荡电流的波形。③．解调和调制声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。四．电磁波谱1.电磁波谱：按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。2.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。3．无线电波的分类及应用无线电波按波长的长短不同可分为长波、中波、短波、微波等波段。(1)长波：波长范围为30000～3000m，频率范围为0.01～0.1MHz，主要用于调幅广播及航海导航。(2)中波：波长范围为3000～50m，频率范围为0.1～6MHz，主要用于调幅广播及通信。(3)短波：波长范围为50～10m，频率范围为6～30MHz，主要用于远距离短波通信及调幅广播。(4)微波：波长范围为10～0.001m，频率范围为30MHz～300GHz，主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，也可用于微波炉加热食物。【典例6】(2022·云南省昆明市“三诊一模”二模)如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在减小C．电感线圈中的电流正在减小D．此时自感电动势正在阻碍电流的增加【答案】D【解析】根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，A错误；电容器在放电，所以电流在增加，磁场能在增加，自感电动势正在阻碍电流的增加，B、C错误，D正确。【典例7】（多选）（2021年福建省普通高中学业水平选择性考试）5.以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段.2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录.此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示.下列说法正确的是A.“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波B.“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波C.“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现D.“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程.【答案】BD【解析】根据题述，“奋斗者”号与“探索一号”通信是以声波作为信息载体的水声通信，而声波属于纵波，选项A错误；“奋斗者”号与“沧海”号通信以无线蓝绿光作为信息载体的电磁通信，而电磁波属于横波，选项B正确；由于“探索一号”与太空中的通信卫星相距很远，声波不能在真空中传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁波实现，选项C错误；“探索一号”与“探索二号”利用水面无线通信，其通信过程也是能量传播的过程.选项D正确。【典例8】（2020年北京市普通高中学业水平等级性考试物理）3.随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波（）A.光子能量更大 B.衍射更明显C.传播速