第63讲光的波动性电磁波（讲义）

第63讲光的波动性电磁波目录复习目标网络构建考点一光的干涉【夯基·必备基础知识梳理】知识点1产生干涉的条件知识点2杨氏双缝干涉知识点3薄膜干涉的理解和应用【提升·必考题型归纳】考向1杨氏双缝干涉考向2薄膜干涉考点二光的衍射和偏振【夯基·必备基础知识梳理】知识点1光的衍射知识点2光的偏振【提升·必考题型归纳】考向1光的衍射考向2光的偏振考点三电磁振荡【夯基·必备基础知识梳理】知识点1电磁振荡物理量的变化知识点2LC振荡电路的周期和频率【提升·必考题型归纳】考向1电磁振荡物理量的变化考向2LC振荡电路的周期和频率考点四电磁波【夯基·必备基础知识梳理】知识点1电磁场理论知识点2电磁波谱【提升·必考题型归纳】考向1电磁场理论考向2电磁波谱真题感悟理解和掌握光的干涉、衍射和偏振现象。知道电磁振荡、电磁波。考点要求考题统计考情分析（1）光的干涉、衍射和偏振（2）电磁振荡、电磁波2023年重庆卷第5题2023年北京卷第2题2023年山东卷第5题高考对光的干涉、衍射的考查较为频繁，特别是光的干涉问题是考查的热点，大多以选择题中出现，题目难度较为基础。考点一光的干涉知识点1产生干涉的条件两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。知识点2杨氏双缝干涉(1)原理如图所示。(2)形成亮、暗条纹的条件①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出现亮条纹。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。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)。③条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ。知识点3薄膜干涉的理解和应用(1)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。(2)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。(3)应用：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。考向1杨氏双缝干涉1．如图用频率为f的单色光，垂直照射双缝，在光屏上O是中央亮条纹，P点是O上方第二条亮条纹中心，已知双缝间距为d，双缝到光屏的距离为L，光速为c，下列说法正确的是（）

A．该单色光的波长B．C．OP之间的距离为D．若换用频率更大的单色光照射双缝，O点上方第二条亮条纹中心在P点上方【答案】C【详解】A．根据波速、波长关系；故A错误；B．P点是O点上方第二条亮条纹中心故B错误；C．双缝干涉两条相邻亮条纹中心间距，OP之间的距离为故C正确；D．若换用频率更大（波长更短）的单色光照射双缝，O点上方第二条亮条纹中心在P点下方，故D错误。故选C。2．某同学用如图所示装置观察双缝干涉实验，竖直放置的屏上处出现第3级亮纹，将屏沿水平方向移动一段距离时，处出现第3级暗纹，则（）

A．屏一定是向左移动的B．屏一定是向右移动的C．屏移动后，屏上的条纹间距变窄D．将单缝稍向左移一些，条纹间距保持不变【答案】BD【详解】AB．由题意可知，屏移动后，条纹间距变大，由条纹间距公式可知，屏向右移动，故A错误，B正确；C．屏移动后，屏上的条纹间距变宽，故C错误；D．将单缝稍向左移一些，由可知，条纹间距保持不变，故D正确。故选BD。考向2薄膜干涉3．如图是蓝色大闪蝶，在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁。蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，这些翅脊有一串类似台阶的结构，光照射翅脊上“台阶结构”的简化光路如图所示，若台阶结构上下表面平行，则此现象是（）A．光的衍射 B．光的全反射 C．光的偏振 D．光的干涉【答案】D【详解】光照射翅脊上“台阶结构”的简化光路如图所示，若台阶结构上下表面平行，由于光经过上、下表面反射光在上表面叠加形成彩色的条纹，这种是薄膜干涉，所以则此现象是光的干涉。故选D。4．如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板压在另一个矩形平行玻璃板上，一侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是（

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A．条纹与边平行B．乙图弯曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷C．如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向侧移动D．看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚【答案】D【详解】A．设薄膜厚度为d，薄膜干涉的光程厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因此条纹应与AD边平行，故A错误；B．根据薄膜干涉的产生原理可知，表示该出有突起，故B错误；C．如果用手用力捏右侧三层，根据可知条纹间距变大，导致满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，所以条纹向着劈尖移动，故C错误；D．看到的条纹越多，说明相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；说明薄片的厚度越厚，故D正确。故选D。考点二光的衍射和偏振知识点1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相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。2．衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽度越小①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环(2)泊松亮斑(圆盘衍射)当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时，在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)。知识点2光的偏振1．偏振：光波只沿某一特定的方向振动。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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。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、立体电影、消除车灯眩光等。考向1光的衍射1．某同学用红光做实验，拍摄到屏上亮条纹的照片如图甲、乙所示，则该同学做的是（

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A．单缝衍射实验，甲图中单缝的宽度小B．单缝衍射实验，乙图中单缝的宽度小C．用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为绿光，中央亮纹宽度更大D．用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为白光，屏上出现黑白相间条纹【答案】A【详解】AB．双缝干涉条纹的特征是等宽等亮度，单缝衍射条纹的特征是中央条纹最宽，向两侧越来越窄，中央条纹最亮，向两侧越来越暗，所以该图片是单缝衍射实验的条纹。又因为单缝越窄条纹越宽，所以甲图中单缝的宽度小，A正确，B错误；C．波长越大，中央条纹越宽，所以用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为绿光，波长变小，中央亮纹宽度更小，C错误；D．用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为白光，屏上出现彩色条纹，D错误。故选A。2．在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况（如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是（）A．这是利用光的干涉现象B．这是利用光的衍射现象C．如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了D．如果屏上条纹变宽，表明细丝细了【答案】BD【详解】AB．由题意知条纹的形成属单缝衍射，并非运用光的干涉，而是利用光的衍射现象，故A错误，B正确；CD．由单缝衍射可知，缝变窄条纹宽度变宽，故如果屏上条纹变宽，表明细丝变细了，故C错误，D正确。故选BD。考向2光的偏振3．图中四幅图片是来自课本的插图，结合图片分析，下列说法中正确的是（）

A．图甲是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角（小于90°）逐渐增大到某一值后不再会有光线从a'面射出B．图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将减小C．图丙是针尖在灯光下发生的现象，这种现象反映了光的干涉现象D．图丁是自然光通过偏振片P、Q的实验结果，右边是光屏，当P固定不动缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是纵波【答案】B【详解】A．图甲中，根据几何关系可知上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路的可逆性，无论怎么增大入射角，下表面的入射角不会达到临界角，光线都会从面射出，故A错误；B．图乙中，根据双缝干涉相邻条纹间距公式可知只减小屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将减小，故B正确；C．图丙是针尖的衍射现象，故C错误；D．只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故D错误。故选B。4．如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则（）

A．图中a光为自然光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看不到光亮D．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮【答案】AB【详解】AB．电灯直接发出的光是自然光，通过偏振片A后变为偏振光，AB正确；CD．人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，说明偏振片A与偏振片B的偏振方向相互垂直，故当以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮；将B转过180°后，在P处将看不到光亮，CD错误。故选AB。考点三电磁振荡知识点1电磁振荡物理量的变化1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示)2.板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(如图所示)u、EE规律与q－t图像相对应；EB规律与i－t图像相对应。3.各物理量变化情况一览表时刻(时间)工作过程qEiB能量0～eq\f(T,4)放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁eq\f(T,4)～eq\f(T,2)充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电eq\f(T,2)～eq\f(3T,4)放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁eq\f(3T,4)～T充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电知识点2LC振荡电路的周期和频率1.明确T＝2πeq\r(LC)，即T取决于L、C，与极板所带电量、两板间电压等无关。2.明确电感线圈的自感系数L及电容器的电容C由哪些因素决定。L一般由线圈的大小、形状、匝数及有无铁芯决定，平行板电容器的电容C由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，与电介质的介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关。考向1电磁振荡物理量的变化1．图甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙，P点电流向左为正，下列说法正确的是（）

A．电容器上极板带正电B．电容器中的电场能增大C．在时刻，线圈中的磁场能最大D．增大电容器两板间距，振荡电流的周期将减小【答案】D【详解】A．根据图乙可知，内电流逐渐减小，则磁场能逐渐减小，电场能逐渐增大，电容器被充电，且电流为正方向，即电流方向为逆时针方向，可知下极板带正电，上极板带负电，故A错误；B．内电流逐渐增大，则磁场能逐渐增大，电场能逐渐减小，故B错误；C．在时刻，电流为0，则线圈中的磁场能最小，故C错误；D．增大电容器两板间距，根据；可知电容减小，振荡电流的周期减小，故D正确。故选D。2．某时刻，LC振荡电路的状态如图所示（电流流向电容器带正电的极板），则下列判断中正确的是（）

A．振荡电流在减小 B．线圈中的磁场在增强C．电容器极板上的电荷在减少 D．电场能在向磁场能转化【答案】A【详解】C．由于电流流向电容器带正电的极板可知，上极板失去电子，极板所带电荷量增大，故C错误；D．根据上述，电容器处于充电状态，磁场能转化为电场能，故D错误；A．根据上述，电容器处于充电状态，磁场能转化为电场能，则振荡电流在减小，故A正确；B．根据上述，电容器处于充电状态，磁场能转化为电场能，则线圈中的磁场在减弱，故B错误。故选A。考向2LC振荡电路的周期和频率3．某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L=2.5×103H，电容器电容C=4μF，在电容器开始放电时（取t=0），上极板带正电，下极板带负电，则（）

A．LC振荡电路的周期B．当时，电容器上极板带正电C．当时，电路中电流方向为顺时针D．当时，电场能正转化为磁场能【答案】C【详解】A．根据公式，可知LC振荡电路的周期为故A错误；B．由于可知当时，电容器反向充满电，所以上极板带负电，故B错误；C．由于可知当时，处于之间，电容器正在放电，放电电流是由正极板流向负极板，为顺时针电流，故C正确；D．由于可知当时，处于之间，电容器正在充电，磁场能转化为电场能，故D错误。故选C。4．如图所示的LC振荡电路中，某时刻电流的方向为顺时针，以下判断正确的是（）

A．若A板带正电，则电流i在增大B．若电容器在放电，则电流i在减小C．若电流i减小，则电容器两端电压增大D．若只减小电容C，则振荡电流周期变大【答案】C【详解】ABC．若A板带正电，则电容器在充电，振荡电流正在减小，电容器上的电荷量正在增加，由知AB两板间的电压在增加，故AB错误，C正确。D．根据可知，若只减小电容C，则振荡电流周期变小，选项D错误。故选C。考点四电磁波知识点1电磁场理论1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.电磁波与机械波的比较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,在介质中与频率有关与介质有关,与频率无关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)能量传播电磁能机械能知识点2电磁波谱2.电磁波谱的排列按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。3.不同电磁波的特点及应用特点用途无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥测、遥感、红外线制导可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用荧光效应杀菌消毒、治疗皮肤病等X射线穿透力强检查、探测、透视、治疗γ射线穿透力最强探测、治疗考向1电磁场理论1．关于电磁场理论，下列说法正确的是（）A．在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场【答案】D【详解】ABC．根据电磁场理论可知，在稳定电场周围不会产生磁场，在稳定磁场周围不会产生电场；在均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故ABC错误；D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，故D正确。故选D。2．2023年2月12日消息，河北廊坊广阳区实行雷达探测精准“号脉”助力小区治理。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。关于雷达、电磁波的特性，下列说法正确的是（）

A．雷达所用无线电波的波长比短波更长，只有连续发射无线电波才能发现目标B．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用C．雷达发出的电磁波是纵波，电磁波中的电场和磁场平行，是振动方向与传播方向同轴的波D．雷达发出的电磁波可以在真空中传播，是电场和磁场之间的相互感应并向周围空间传播电磁能【答案】D【详解】A．雷达所用无线电波为微波，微波的波长比短波更短，雷达通过发射无线电波的脉冲并接收电磁脉冲工作，故A错误；B．电磁波的使用几乎不受天气影响，故雷达在能见度低的黑夜一样使用，故B错误；C．电磁波中的电场和磁场互相垂直，并都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波，故C错误；D．电磁波可以在真空中传播，是电场和磁场之间的相互感应并向周围空间传播电磁能，故D正确。故选D。考向2电磁波谱3．以下关于红外线的说法正确的是（

）A．红外线可用于杀菌消毒B．红外线的频率大于紫外线的频率C．只有温度高的物体才会发出红外线D．温度不同的人体辐射的红外线存在差异【答案】D【详解】A．紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故A错误；B．红外线的频率小于紫外线的频率，故B错误；C．所有物体都会向外辐射红外线，只不过高温物体比低温物体辐射红外线的强度大，故C错误；D．不同体征的人辐射的红外线频率不同，故D正确。故选D。4．2022年3月中旬，红船起航地嘉兴发生了比较严重的新冠疫情，嘉兴全市人民众志成城，齐心协力打赢了这场疫情歼灭战。在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计