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(共58张PPT)
课时2　光的波动性　电磁波
基础梳理
一、光的干涉
1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被
,出现亮纹,某些区域的光被
,出现暗纹,且
和
互相间隔的现象叫做光的干涉现象。
2.条件:两列光的
,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。
加强
减弱
加强
减弱
频率相等
频率
波长的整数倍
奇数倍
4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)
反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度
。
二、光的衍射
1.光的衍射现象
光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的
衍射。
前后表面
相同
小
2.光发生明显衍射现象的条件
当孔或障碍物的尺寸比光波波长
,或者跟光波波长
时,光才能发生明显的衍射现象。
3.衍射图样
(1)单缝衍射:中央为亮条纹,两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同。白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是
光,最远离中央的是
光。
相差不多
紫
红
(2)圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环。
(3)泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的
斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。
亮
三、光的偏振
1.偏振光:在跟光传播方向垂直的平面内,光在某一方向振动较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光。光的偏振现象证明光是
(选填“横波”或“纵波”)。
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.偏振光的产生
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,叫做
。第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光,叫做
。
横波
各个方向
强度
起偏振器
检偏振器
四、电磁振荡
1.LC振荡电路
由
和
组成的电路。
2.电磁振荡的过程
线圈L
电容器C
(1)振荡起始:如图所示,电容器充电完毕后,将开关S掷向b的瞬间,电路中
电流,此时电容器里电场最强,电路里的能量全部储存在电容器的电场中。
(2)放电过程:由于线圈的
作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷
,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场
,电场能逐渐转化为
,放电完毕的瞬间,电场能全部转化为磁场能。
(3)充电过程:电容器放电完毕时,由于线圈的
作用,电流保持
逐渐
,电容器将进行
,线圈的磁场
,电容器里的电场
,
逐渐转化为
,充电完毕的瞬间,磁场能全部转化为电场能。此后,这样的放电和充电过程反复进行下去。
没有
自感
逐渐减少
逐渐增强
磁场能
自感
原来的方向
减小
反向充电
逐渐减弱
逐渐增强
磁场能
电场能
3.电磁振荡的实质
在电磁振荡过程中,电容器极板上的
、电路中的
、电容器里的
、线圈里的
都随时间做周期性变化,电场能与磁场能发生
的相互转化。
电荷量
电流
电场强度
磁感应强度
周期性
4.电磁振荡的周期和频率
(1)周期:电磁振荡完成一次
需要的时间。
(2)频率:1
s内完成的
。
周期性变化
周期性变化的次数
五、电磁波的产生、发射与接收
1.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场产生
,变化的电场产生
。
2.电磁场
变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场。
3.电磁波
电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。
(1)电磁波是横波,在空间传播
介质。
(2)真空中电磁波的速度为
m/s。
(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象。
电场
磁场
不需要
3.0×108
4.电磁波的发射
(1)发射条件:足够高的
和
。
(2)调制分类:调幅和调频。
5.电磁波的接收
(1)调谐:使接收电路产生
的过程。
(2)解调:使声音或图像信号从
中还原出来的过程。
频率
开放电路
电谐振
高频电流
考点一　光的干涉
夯实考点
1.双缝干涉
(2)条纹特点
①单色光:明暗相间、等间距的条纹,条纹间距与波长成正比。
②白光:中央亮条纹,两侧出现彩色条纹。
2.薄膜干涉
(1)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。
(2)光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加,两列光波同向叠加,出现亮纹;反向叠加,出现
暗纹。
(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。
(4)观察薄膜干涉条纹时,应该与光源处在薄膜的同一侧观察。
3.应用
(1)干涉法检查平面
如图所示,检查精密零件的表面质量,将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片,使样板的标准平面和被检查平面间形成一个楔形空气膜,单色光从上面照射,入射光在空气层的上、下表面反射出两列光波叠加情况,从反射光中看到干涉条纹,根据干涉条纹的形状,来确定工件表面情况。
[典例1]
用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　)
A.干涉条纹消失
B.彩色条纹中的红色条纹消失
C.中央条纹变成暗条纹
D.中央条纹变成红色
解析:白光通过双缝形成中间为白色、两侧为彩色的干涉条纹,当在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只透过红光,屏上出现红光(单色光)的干涉条纹,即为红色的明、暗相间的条纹,中间仍为亮纹,选项D正确。
答案:D
C
变式1:如图是光的双缝干涉的示意图。用单色光做双缝干涉实验,P为第二条亮纹的中点,改用频率较高的单色光再做实验(其他不变)时,则第二条亮纹中点的位置(　
　)
A.仍在P点
B.在P点上方
C.在P点下方
D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹
考点二　光的衍射
1.衍射与干涉的比较
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等,中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮,两边变暗
清晰条纹,亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干
涉、衍射都有明暗相间的条纹
2.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。在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。
说明:(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹,但其光学原理不同。
(2)区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可以从条纹宽度,条纹间距、亮度等方面加以区分。
(3)干涉和衍射是波的特性,波长越长,干涉和衍射现象越明显,条纹越宽。光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。
[典例2]
下列现象中,属于光的衍射的是(　　)
A.雨后天空出现彩虹
B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C.海市蜃楼现象
D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹
答案:B
解析:出现彩虹是大气对光的折射造成的;海市蜃楼是光的折射与全反射现象造成的;肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉的结果;通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象,选项B正确。
变式2:如图所示的四种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是(　
　)
A.红、黄、蓝、紫
B.红、紫、蓝、黄
C.蓝、紫、红、黄
D.蓝、黄、红、紫
B
考点三　光的偏振
1.自然光与偏振光的比较
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振片后的光
光的振
动方向
在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向光振动的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向
2.偏振片并非刻有狭缝,而是其具有一种特性,即存在一个透振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了。
3.自然光经过偏振片后就变成了偏振光。
4.平时我们所看到的绝大部分光,除直接从太阳、电灯等光源发出的光外,都是偏振光。
5.偏振光的应用:应用于照相机镜头、立体电影等。
[典例3]
(多选)“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬,奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标,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,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,则下列说法中正确的是(　　)
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α
D.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α
答案:ACD
解析:A,B之间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后,变成偏振光,通过B后到O处。当在A,B间放糖溶液时,由于糖溶液的旋光作用,使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度,不能再通过B,到达O处的光强度会明显减弱;但当B转过一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时,O处光强又为最强,故α为旋转角度即为糖溶液的旋光度;因为A,B的偏振方向一致,故转动偏振片A也可以。
BD
变式3:(多选)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光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
解析:自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180°后,P处仍无光亮,C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D正确。
考点四　激光
1.激光:是人工产生的自然界中没有的光。
2.特点:平行度好,亮度高,相干性好。
3.激光的应用:激光测距、激光通信、激光炮弹、全息照相、工业探伤、激光全息摄影、切割金属、激光手术等。
[典例4]
(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9
m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的(　　)
A.单色性好
B.相干性好
C.平行度好
D.高能量
答案:CD
D
变式4:激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科学技术和日常生活中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是(　
　)
A.激光是纵波
B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C.两束频率不同的激光能产生干涉现象
D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
考点五　电磁波的产生和传播
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.对电磁波的认识
(1)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是相同的(都等于光速)。
(2)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,速度
越小。
[典例5]
下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B.电磁波在真空和介质中传播速度相同
C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
答案:A
解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,交替变化的电磁场在空间产生电磁波,所以选项A正确,C错误。电磁波在真空和介质中传播速度不同,故选项B错误。电磁波在同种非均匀介质中不沿直线传播,D选项错误。
变式5:(多选)如图表示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增加
C.电感线圈中的电流正在增大
D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
BCD
解析:由题图中磁场方向和安培定则可知,此时电流沿逆时针方向,即电容器处于放电过程中,这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程,而电流和线圈中磁场能处于增加过程,由楞次定律可知,线圈中感应电动势阻碍电流的增加.故选项B,C,D正确。
考点六　电磁波谱及特性
1.电磁波谱
按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线,形成电磁波谱。
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
<3×1011
>10-3
波动性强,易发生衍射
无线电技术
红外线
1011～1015
10-3～10-7
热效应
红外线遥感
可见光
1015
10-7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015～1017
10-7～10-9
化学效应、荧光效应、能杀菌
医用消毒、防伪
X射线
1016～1019
10-8～10-11
贯穿性强
检查、医用透视
γ射线
>1019
<10-11
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
[典例6]
(多选)关于红外线的以下说法中正确的是(　　)
A.不同的物体辐射红外线的波长和强度不同,可以在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
B.利用红外线的热效应可对物体进行烘干
C.利用红外线波长较短,容易发生衍射的特点进行远距离和高空摄影
D.利用不同物体辐射红外线的波长和强度的不同可以对物体进行远距离探测
解析:由于红外线是一种光波,一切物体都在不停地对外辐射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射性强一些。由于红外线的热效应,可用来烘干,又由于坦克、舰艇、人体等一切物体都在不停地辐射红外线,并且不同的物体所辐射的红外线其波长和强度不同,故在夜间或浓雾天气可通过红外线探测器来接收信号,并用电子仪器对接收到的信号进行处理,或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄影和高空摄影,就可察知物体的形状和特征。所以选项中的A,B,D均正确,C错误。
答案:ABD
变式6:如图所示为某型号飞机的“黑匣子”,“黑匣子”在水下定位主要依靠超声波而不是无线电波.“黑匣子”入水后,超声波脉冲发生器启动,向周围水域发射信号。下列关于无线电波和超声波的说法正确的是(　
　)
A.均能在真空中传播
B.均能发生干涉和衍射
C.从水中进入空气传播速度均变小
D.在真空中传播速度均为3.0×108
m/s
B
解析:无线电波能在真空中传播,而超声波只能在介质中传播,选项A错误;一切波都能发生干涉和衍射现象,选项B正确;超声波在水中传播速度比空气中的大,无线电波在水中的速度比空气中的小,选项C错误;无线电波在真空中的传播速度为3.0×108
m/s,而超声波无法在真空中传播,选项D错误。
课堂训练
BC
1.(光的干涉)(多选)关于光的干涉现象,下列说法正确的是(　
　)
A.在波峰与波峰叠加处,将出现亮条纹;在波谷与波谷叠加处,将出现暗条纹
B.在双缝干涉实验中,光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置,将出现亮条纹
C.把入射光由黄光换成紫光,两相邻亮条纹间的距离变窄
D.当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等
B
2.(光的偏振)关于光的偏振现象,下列说法中正确的是(　
　)
A.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同
B.自然光在水面反射时,反射光和折射光都是一定程度的偏振光
C.光的偏振现象说明光是一种纵波
D.照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用
3.(光的衍射)(多选)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
AD
4.(电磁波的产生和传播)(多选)有关电磁波和声波,下列说法错误的是(　
　)
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大
C.电磁波是横波,声波也是横波
D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长变长,声波的波长变短
CD
解析:电磁波本身就是一种物质,它的传播不需要介质,而声波的传播需要介质,选项A的说法正确;电磁波由空气进入水中时,传播速度变小,但声波在水中的传播速度比其在空气中大,选项B的说法正确;电磁波是横波,而声波是纵波,选项C说法错误;电磁波由空气进入水中传播时,波速变小,波长变小,而声波由空气进入水中传播时,波速变大,波长变大,选项D的说法错误。
5.(电磁波谱的特性和应用)太阳表面温度约为6
000
K,主要发出可见光;人体温度约为310
K,主要发出红外线;宇宙间的温度约为3
K,所发出的辐射称为“3
K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热,若要进行“3
K背景辐射”的观测,应该选择下列哪一个波段(　
　)
A.无线电波
B.紫外线
C.X射线
D.γ射线
A
解析:3
K时发出的光波长比310
K发出的红外线波长更长,故A正确。
真题试做
1.(2016·浙江10月选考,14)(多选)用a,b两种不同波长的光,先后用同一装置做双缝干涉实验,得到两种干涉条纹,其中a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距,则(　
　)
A.a光的波长大于b光的波长
B.a光的频率大于b光的频率
C.在玻璃中,a光的速度等于b光的速度
D.从玻璃射向空气发生全反射时,a光的临界角大于b光的临界角
AD
2.(2017·浙江4月选考,16)(多选)图中给出了“用双缝干涉测量光的波长”实验示意图,双缝S1和S2间距为0.80
mm,双缝到屏的距离为0.80
m。波长为500
nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上,在屏上形成干涉条纹。中心轴线OO′上方第1条亮纹中心位置在P1处,第3条亮纹中心位置在P2处。现有1号、2号虫子分别从S1和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行,1号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P1,2号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P2。假定两只虫子爬行速率均为
10-3
m/s。正确的是(　
　)
A.1号虫子运动路程比2号短
B.两只虫子运动的时间差为0.2
s
C.两只虫子运动的时间差为1.0
s
D.已知条件不够,两只虫子运动时间差无法计算
AB
3.(2018·江苏卷,12B)(多选)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波(　
　)
A.是横波
B.不能在真空中传播
C.只能沿着梳子摇动的方向传播
D.在空气中的传播速度约为3×108
m/s
AD
解析:电磁波传播方向与电磁场方向垂直,是横波,选项A正确;电磁波传播不需要介质,可以在真空中传播,选项B错误;电磁波可以朝任意方向传播,选项C错误;电磁波在空气中的传播速度接近光速,选项D正确。
4.(2017·北京卷,20)物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如,利用波的干涉,可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示,两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中,当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是(　
　)
A.天线发出的两种无线电波必须一样强
B.导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉
C.两种无线电波在空间的强弱分布稳定
D.两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合
C
解析:两个天线发出的波长为λ1的两列波发生干涉,两个天线发出的波长为λ2的两列波也发生干涉,中垂线位置(跑道位置)均是两列干涉波的加强区,故当飞机接收到两列干涉波的信号都最强时表明飞机已经对准跑道,不需要必须让天线发出的两种无线电波一样强,选项A错误;发生干涉的是两列波长为λ1的波和两列波长为λ2的波,不是波长为λ1和λ2的波(频率不同,不能发生干涉现象),选项B错误;两列波长为λ1的波干涉后形成干涉波,两列波长为λ2的波干涉后也形成干涉波,干涉波在空间的强弱分布是稳定的,但由于波长为λ1的波和波长为λ2的波波长不等,故两种干涉波各自在空间的强弱分布是不重合的,选项C正确,D错误。课时2　光的波动性　电磁波
1.(多选)光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹,衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应,这一现象说明(　BC　)
A.光是电磁波
B.光具有波动性
C.光可以携带信息
D.光具有波粒二象性
解析:干涉和衍射是波特有的性质,光可以发生衍射,说明光是波。在发生衍射时,衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应,是因为光携带了障碍物的信息,所以B,C正确。光的衍射现象说明光具有波动性,但不能说明光是电磁波;衍射只能说明光具有波动性,光的粒子性是通过光电效应、康普顿效应等来证明的,所以A,D错误。
2.(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(　ABC　)
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,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影像更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹
解析:在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定方向振动的光是偏振光,A,B选项反映了光的偏振特性,C是偏振现象的应用,D是光的衍射现象。
3.(多选)对以下示意图或实验装置图,下列判断正确的是(　BC　)
A.甲图是小孔衍射的图样,其中央会出现“泊松亮斑”
B.乙图是薄膜干涉的应用,可以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的路程差是光的半波长的偶数倍,则是亮纹
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
解析:甲图中暗影的中心有亮斑才叫“泊松亮斑”;丁装置中出现的应是水平干涉条纹。
4.下列关于光现象及其应用的说法中正确的是(　B　)
A.雨后天空出现彩虹,是光的干涉现象
B.激光全息照相是利用了激光相干性好的特性
C.用双缝干涉测光的波长时,若减小双缝间的距离,则同种光的相邻亮条纹间距将减小
D.摄影机镜头镀膜增透是利用了光的衍射特性
解析:雨后天空出现彩虹,是光的色散现象,选项A错误;激光全息照相是利用了激光相干性好的特性,选项B正确;用双缝干涉测光的波长时,若减小双缝间的距离,根据Δx=λ,则同种光波的相邻明条纹间距将变大,选项C错误;摄影机镜头镀膜增透是利用了光的薄膜干涉特性,选项D错误。
5.5G,即第五代移动通信技术,采用3
300～5
000
MHz频段,相比于现有的4G(即第四代移动通信技术,1
880～2
635
MHz频段)技术而言,具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是(　C　)
A.5G信号在真空中的传播速度更快
B.5G信号是横波,4G信号是纵波
C.5G信号粒子性更显著
D.5G信号更容易发生明显衍射
解析:任何电磁波在真空中的传播速度均为光速,故传播速度相同,故A错误;电磁波均为横波,故B错误;5G信号的频率更高,则其粒子性更显著,故C正确;5G信号的频率更高,则波长小,较之4G信号更难以发生明显的衍射现象,故D错误。
6.用a,b,c,d表示4种单色光,若:
①a,b从同种玻璃射向空气,a的临界角小于b的临界角;
②用b,c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验,c的条纹间距最大;
③用b,d照射某一狭缝,单色光d在屏上形成的中央亮纹比b宽。
则可推断a,b,c,d可能分别是(　A　)
A.紫光、蓝光、红光、橙光
B.蓝光、紫光、红光、橙光
C.紫光、蓝光、橙光、红光
D.紫光、橙光、红光、蓝光
解析:根据临界角C与折射率的关系n=,由①可知na>nb,a的频率大于b;根据双缝干涉条纹间距Δx=λ,由②可知b,c和d中c的波长最长,b,c,d中c的频率最小;波长越大,衍射现象越明显,中央亮纹越宽,由③可知b和d中b的频率大,综合上述可知a,b,c,d的频率从大到小依次为abdc,只有A选项中满足。
7.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐),图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是(　D　)
A.当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持原来状态不变
解析:金属丝圈的转动,改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状,由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关,仍然是水平的干涉条纹,D正确。
8.市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品处产生热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜(例如氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为(　B　)
A.λ
B.λ
C.λ
D.λ
解析:从膜的上、下表面反射的两束反射光的路程差为膜的厚度的2倍,当该路程差为λ时,两反射光相互干涉而抵消,可以减少光的反射损失。
能力提升
9.(多选)下列说法中正确的是(　ACD　)
A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度
B.图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角i逐渐增大到某一值后不再会有光线从bb′面射出
C.图丙是双缝干涉示意图,若只减小屏到挡板间的距离l,两相邻亮条纹间距离将减小
D.图丁中的M,N是偏振片,P是光屏。当M固定不动,缓慢转动N时,光屏P上的光亮度将会发生变化,此现象表明光波是横波
解析:由题图甲可知,a光的折射率小于b光,则根据n=可知,a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度,选项A正确;由题图乙可知,无论入射角i多大,光线都不可能在bb′面上发生全反射,故总有光线从bb′面射出,选项B错误;根据Δx=λ可知,若只减小屏到挡板间的距离l,两相邻亮条纹间距离将减小,选项C正确;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项正确。
10.矿井中的瓦斯对人危害极大,某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率,于是他根据双缝干涉的原理设计了一个监测仪。如图所示,在双缝与光屏之间放置两个完全相同的透明容器A,B,其中A与干净空气相通,B与矿井中的气体相通,用单色光照射该装置,在屏上形成干涉图样。观察屏上的干涉条纹,如果屏上条纹位置发生改变,说明B中气体(　A　)
A.一定含瓦斯
B.一定不含瓦斯
C.不一定含瓦斯
D.无法判定
解析:如果屏上条纹位置发生改变,说明从双缝到屏的路程差发生了变化,由于含有瓦斯的气体折射率较大,光通过时光速变小,波长变大,会引起两束光到光屏上某点的路程差变化,使条纹位置发生变化,所以B中气体一定含瓦斯。
11.(多选)在信息技术迅猛发展的今天,光盘是存储信息的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。若激光束不是垂直射到盘面上,则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向,如图所示。下列说法中正确的是(　BC　)
A.图中光束①是红光,②是蓝光
B.在光盘的透明介质层中,光束②比①传播速度更快
C.若光束①②先后通过同一单缝衍射装置,光束①的中央亮纹比②
的窄
D.若光束①②先后通过同一双缝干涉装置,光束①的条纹宽度比②
的大
解析:由题图可知①光的折射角小,所以①光的折射率较大,而蓝光的折射率大于红光的折射率,所以①是蓝光,②是红光,故选项A错误;根据公式n=可得折射率越大,在该介质中传播速度越小,故光束②比①传播速度更快,选项B正确;蓝光的折射率大,频率大,所以蓝光的波长小,而波长越长,衍射现象越明显,所以光束①的中央亮纹比②的中央亮纹窄,故选项C正确;蓝光的折射率大于红光的折射率,而蓝光的波长小于红光的波长,由Δx=λ知干涉条纹的间距与波长成正比,则若①光、②光先后通过同一双缝干涉装置,前者得到的条纹比后者的窄,故选项D错误。
12.某同学自己动手利用如图所示器材,观察光的干涉现象。其中,A为单缝屏,B为双缝屏,C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时,屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因,最大的可能是(　B　)
A.单缝S太窄
B.单缝S太宽
C.S到S1和S2距离不等
D.阳光不能作光源
解析:双缝干涉中单缝的作用是获得线光源,这里观察不到光的干涉现象可能是由于单缝太宽,不能获得线光源,不满足相干条件。故B
正确。
13.(多选)雷达站可探测飞机的速度,在某次测量中,与测速装置连接的计算机屏幕上显示了如图所示的波形,图中P1,P2是测速仪发出的雷达脉冲信号,n1,n2分别是P1,P2由飞机反射回来的信号,则下列说法中正确的是(　AC　)
A.测速仪发出的脉冲频率为1
Hz
B.测速仪接收到的脉冲频率为
Hz
C.测速仪接收到的脉冲频率为
Hz
D.因测速仪接收到的脉冲的频率在增大,故飞机远离测速仪运动
解析:从图看出测速仪发出的脉冲波周期为P1,P2信号之间的时间,即T发=1.0
s,故测速仪发出的脉冲频率为f发==1
Hz,A正确;测速仪接收到的脉冲周期为n1,n2之间的时间,即T收=1.3
s-0.4
s=0.9
s,故测速仪接收到的脉冲波频率为f收==
Hz=
Hz,故B错误,C正确;测速仪接收到的脉冲波周期减小,故飞机向着测速仪运动,D错误。
14.(多选)为了体现考试的公平公正,有些考场安装了手机信号屏蔽器。该屏蔽器的工作过程是连续不断地以一定的速率从手机通信所使用的频率的低端向高端扫描,在扫描过程中向手机发送一定频率的电磁波信号,使手机不能与基站建立正常的联系,从而对手机通信形成干扰。对于手机信号屏蔽器的工作过程,下列说法中正确的是(　CD　)
A.手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B.手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
C.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的
D.手机信号屏蔽器发射的电磁波信号可以覆盖各基站发出的电磁波的频率
解析:根据题述手机信号屏蔽器的工作过程可知,手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的,手机信号屏蔽器发射的电磁波信号可以覆盖各基站发出的电磁波的频率,选项C,D正确。
15.(多选)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验,比普通光源效果更好,图象更清晰.如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况.下列说法正确的是(　AD　)
A.当做单缝实验时,光强分布图如图乙所示
B.当做单缝实验时,光强分布图如图丙所示
C.当做双缝实验时,光强分布图如图乙所示
D.当做双缝实验时,光强分布图如图丙所示
解析:当做单缝实验时,中间是亮条纹,往两侧条纹亮度逐渐降低,且亮条纹的宽度不等,所以其光强分布图如题图乙所示,A项正确,B项错误;当做双缝实验时,在光屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布图如题图丙所示,C项错误,D项正确。
16.与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是(　C　)
A.地球上有人用红色激光照射月球
B.太阳照射到地球的红光反射到月球
C.太阳光中的红光经地球大气层折射到月球
D.太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹
解析:月全食的示意图如图所示。月全食发生时,月球处于地球的本影区。从原理上来说,地球上的人不会看到月亮。为什么会看到“红月亮”呢?是因为有一部分太阳光经过地球大气层的折射后,波长较短的蓝紫光大部分被吸收了,而波长较长的红光更多地照向月球表面,所以“红月亮”是地球大气层对太阳光的折射造成的。
月全食是自然现象,小虎看到整个月球是暗红色的,也是自然现象,不是人用红色激光照射的结果,故A错误。月全食时月球在地球的背面,地球反射的光不会照向月球,故B错误。月全食时,太阳光无法直接照到月球,即使照到也不具备发生光的干涉的条件,即使具备发生光的干涉的条件,干涉图样也应该是条纹状的,故D错误。用排除法也应该选C。
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-课时2　光的波动性　电磁波
一、光的干涉
1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被加强,出现亮纹,某些区域的光被减弱,出现暗纹,且加强和减弱互相间隔的现象叫做光的干涉现象。
2.条件:两列光的频率相等,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉现象。
3.双缝干涉:由同一光源发出的光经双缝后形成两束频率相等的相干光波,屏上某点到双缝的路程差是波长的整数倍时出现亮条纹;路程差是半波长的奇数倍时出现暗条纹。相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为Δx=λ。
4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度相同。
二、光的衍射
1.光的衍射现象
光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射。
2.光发生明显衍射现象的条件
当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟光波波长相差不多时,光才能发生明显的衍射现象。
3.衍射图样
(1)单缝衍射:中央为亮条纹,两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同。白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光。
(2)圆孔衍射:明暗相间的不等距圆环。
(3)泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一。
三、光的偏振
1.偏振光:在跟光传播方向垂直的平面内,光在某一方向振动较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光。光的偏振现象证明光是横波(选填“横波”或“纵波”)。
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各个方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫做自然光。
3.偏振光的产生
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,叫做起偏振器。第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光,叫做检偏振器。
四、电磁振荡
1.LC振荡电路
由线圈L和电容器C组成的电路。
2.电磁振荡的过程
(1)振荡起始:如图所示,电容器充电完毕后,将开关S掷向b的瞬间,电路中没有电流,此时电容器里电场最强,电路里的能量全部储存在电容器的电场中。
(2)放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减少,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁场能,放电完毕的瞬间,电场能全部转化为磁场能。
(3)充电过程:电容器放电完毕时,由于线圈的自感作用,电流保持原来的方向逐渐减小,电容器将进行反向充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,充电完毕的瞬间,磁场能全部转化为电场能。此后,这样的放电和充电过程反复进行下去。
3.电磁振荡的实质
在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量、电路中的电流、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都随时间做周期性变化,电场能与磁场能发生周期性的相互转化。
4.电磁振荡的周期和频率
(1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
(2)频率:1
s内完成的周期性变化的次数。
5.LC电路的周期(频率)公式
T=2π,所以其振荡频率f=。
五、电磁波的产生、发射与接收
1.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。
2.电磁场
变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场。
3.电磁波
电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。
(1)电磁波是横波,在空间传播不需要介质。
(2)真空中电磁波的速度为3.0×108
m/s。
(3)电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象。
4.电磁波的发射
(1)发射条件:足够高的频率和开放电路。
(2)调制分类:调幅和调频。
5.电磁波的接收
(1)调谐:使接收电路产生电谐振的过程。
(2)解调:使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。
考点一　光的干涉
1.双缝干涉
(1)条纹间距:相邻亮纹或相邻暗纹的间距Δx与双缝到屏的距离l成正比,与两狭缝之间距离d成反比,与光的波长λ成正比,Δx=λ。
亮纹区:光的路程差Δr=r2-r1=kλ(k=0,1,2,…),光屏上出现亮条纹。
暗纹区:光的路程差Δr=r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…),光屏上出现暗条纹。
(2)条纹特点
①单色光:明暗相间、等间距的条纹,条纹间距与波长成正比。
②白光:中央亮条纹,两侧出现彩色条纹。
2.薄膜干涉
(1)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。
(2)光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加,两列光波同向叠加,出现亮纹;反向叠加,出现暗纹。
(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。
(4)观察薄膜干涉条纹时,应该与光源处在薄膜的同一侧观察。
3.应用
(1)干涉法检查平面
如图所示,检查精密零件的表面质量,将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片,使样板的标准平面和被检查平面间形成一个楔形空气膜,单色光从上面照射,入射光在空气层的上、下表面反射出两列光波叠加情况,从反射光中看到干涉条纹,根据干涉条纹的形状,来确定工件表面情况。
(2)镜片增透膜
在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜,当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时,在薄膜的两个面上的反射光的路程差恰好等于,因而相互抵消,达到减小反射光、增大透射光强度的作用。
[典例1]
用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　)
A.干涉条纹消失
B.彩色条纹中的红色条纹消失
C.中央条纹变成暗条纹
D.中央条纹变成红色
解析:白光通过双缝形成中间为白色、两侧为彩色的干涉条纹,当在光源与单缝之间加上红色滤光片后,只透过红光,屏上出现红光(单色光)的干涉条纹,即为红色的明、暗相间的条纹,中间仍为亮纹,选项D正确。
答案:D
变式1:如图是光的双缝干涉的示意图。用单色光做双缝干涉实验,P为第二条亮纹的中点,改用频率较高的单色光再做实验(其他不变)时,则第二条亮纹中点的位置(　C　)
A.仍在P点
B.在P点上方
C.在P点下方
D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹
解析:频率增大,则波长变小,根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,相邻条纹的间距变小,则第二条亮纹的中点在P点的下方,故A,B错误,C正确;当波长变小时,出现明(暗)条纹的间距宽度变小,而第一条亮纹的中点仍在O点,不需要移动光屏,故D错误。
考点二　光的衍射
1.衍射与干涉的比较
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等,中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮,两边变暗
清晰条纹,亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹
2.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。在衍射现象中,可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。
说明:(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹,但其光学原理不同。
(2)区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可以从条纹宽度,条纹间距、亮度等方面加以区分。
(3)干涉和衍射是波的特性,波长越长,干涉和衍射现象越明显,条纹越宽。光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。
[典例2]
下列现象中,属于光的衍射的是(　　)
A.雨后天空出现彩虹
B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C.海市蜃楼现象
D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹
解析:出现彩虹是大气对光的折射造成的;海市蜃楼是光的折射与全反射现象造成的;肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉的结果;通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象,选项B正确。
答案:B
变式2:如图所示的四种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)。则在下面的四个图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是(　B　)
A.红、黄、蓝、紫
B.红、紫、蓝、黄
C.蓝、紫、红、黄
D.蓝、黄、红、紫
解析:双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,故a,c两图是双缝干涉图样,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,可知波长λ越大,Δx越大,故a是红光,c是蓝光。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,故b,d是单缝衍射图样,b为紫光的单缝衍射图样,d为黄光的单缝衍射图样。故从左向右依次是红光(双缝干涉)、紫光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和黄光(单缝衍射)。
考点三　光的偏振
1.自然光与偏振光的比较
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过偏振片后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿任意方向,且沿各个方向光振动的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿特定方向
2.偏振片并非刻有狭缝,而是其具有一种特性,即存在一个透振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了。
3.自然光经过偏振片后就变成了偏振光。
4.平时我们所看到的绝大部分光,除直接从太阳、电灯等光源发出的光外,都是偏振光。
5.偏振光的应用:应用于照相机镜头、立体电影等。
[典例3]
(多选)“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬,奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标,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,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,则下列说法中正确的是(　　)
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α
D.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α
解析:A,B之间不放糖溶液时,自然光通过偏振片A后,变成偏振光,通过B后到O处。当在A,B间放糖溶液时,由于糖溶液的旋光作用,使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度,不能再通过B,到达O处的光强度会明显减弱;但当B转过一个角度,恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时,O处光强又为最强,故α为旋转角度即为糖溶液的旋光度;因为A,B的偏振方向一致,故转动偏振片A也可以。
答案:ACD
变式3:(多选)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(　BD　)
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
解析:自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180°后,P处仍无光亮,C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D正确。
考点四　激光
1.激光:是人工产生的自然界中没有的光。
2.特点:平行度好,亮度高,相干性好。
3.激光的应用:激光测距、激光通信、激光炮弹、全息照相、工业探伤、激光全息摄影、切割金属、激光手术等。
[典例4]
(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9
m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的(　　)
A.单色性好
B.相干性好
C.平行度好
D.高能量
答案:CD
变式4:激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科学技术和日常生活中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是(　D　)
A.激光是纵波
B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C.两束频率不同的激光能产生干涉现象
D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
考点五　电磁波的产生和传播
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.对电磁波的认识
(1)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是相同的(都等于光速)。
(2)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,速度越小。
(3)v=λf,f是电磁波的频率,即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f=,改变L或C即可改变f,从而改变电磁波的波长λ。
[典例5]
下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B.电磁波在真空和介质中传播速度相同
C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,交替变化的电磁场在空间产生电磁波,所以选项A正确,C错误。电磁波在真空和介质中传播速度不同,故选项B错误。电磁波在同种非均匀介质中不沿直线传播,D选项错误。
答案:A
变式5:(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是(　BCD　)
A.电容器正在充电
B.电感线圈中的磁场能正在增加
C.电感线圈中的电流正在增大
D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
解析:由题图中磁场方向和安培定则可知,此时电流沿逆时针方向,即电容器处于放电过程中,这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程,而电流和线圈中磁场能处于增加过程,由楞次定律可知,线圈中感应电动势阻碍电流的增加.故选项B,C,D正确。
考点六　电磁波谱及特性
1.电磁波谱
按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线,形成电磁波谱。
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
<3×1011
>10-3
波动性强,易发生衍射
无线电技术
红外线
1011～1015
10-3～10-7
热效应
红外线遥感
可见光
1015
10-7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015～1017
10-7～10-9
化学效应、荧光效应、能杀菌
医用消毒、防伪
X射线
1016～1019
10-8～10-11
贯穿性强
检查、医用透视
γ射线
>1019
<10-11
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
[典例6]
(多选)关于红外线的以下说法中正确的是(　　)
A.不同的物体辐射红外线的波长和强度不同,可以在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射
B.利用红外线的热效应可对物体进行烘干
C.利用红外线波长较短,容易发生衍射的特点进行远距离和高空摄影
D.利用不同物体辐射红外线的波长和强度的不同可以对物体进行远距离探测
解析:由于红外线是一种光波,一切物体都在不停地对外辐射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射性强一些。由于红外线的热效应,可用来烘干,又由于坦克、舰艇、人体等一切物体都在不停地辐射红外线,并且不同的物体所辐射的红外线其波长和强度不同,故在夜间或浓雾天气可通过红外线探测器来接收信号,并用电子仪器对接收到的信号进行处理,或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄影和高空摄影,就可察知物体的形状和特征。所以选项中的A,B,D均正确,C错误。
答案:ABD
变式6:如图所示为某型号飞机的“黑匣子”,“黑匣子”在水下定位主要依靠超声波而不是无线电波.“黑匣子”入水后,超声波脉冲发生器启动,向周围水域发射信号。下列关于无线电波和超声波的说法正确的是(　B　)
A.均能在真空中传播
B.均能发生干涉和衍射
C.从水中进入空气传播速度均变小
D.在真空中传播速度均为3.0×108
m/s
解析:无线电波能在真空中传播,而超声波只能在介质中传播,选项A错误;一切波都能发生干涉和衍射现象,选项B正确;超声波在水中传播速度比空气中的大,无线电波在水中的速度比空气中的小,选项C错误;无线电波在真空中的传播速度为3.0×108
m/s,而超声波无法在真空中传播,选项D错误。
1.(光的干涉)(多选)关于光的干涉现象,下列说法正确的是(　BC　)
A.在波峰与波峰叠加处,将出现亮条纹;在波谷与波谷叠加处,将出现暗条纹
B.在双缝干涉实验中,光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置,将出现亮条纹
C.把入射光由黄光换成紫光,两相邻亮条纹间的距离变窄
D.当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时,说明薄膜的厚度处处相等
解析:在波峰与波峰叠加处,或在波谷与波谷叠加处,都是振动加强区,将出现亮条纹,选项A错误;在双缝干涉实验中,出现亮条纹的条件是光屏上某位置距两狭缝的路程差为波长的整数倍,出现暗纹的条件是光屏上某位置距两狭缝的路程差为半波长的奇数倍,选项B正确;条纹间距公式Δx=λ,λ黄>λ紫,则Δx黄>Δx紫,选项C正确;薄膜干涉实验中的薄膜是“楔形”空气膜,选项D错误。
2.(光的偏振)关于光的偏振现象,下列说法中正确的是(　B　)
A.偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同
B.自然光在水面反射时,反射光和折射光都是一定程度的偏振光
C.光的偏振现象说明光是一种纵波
D.照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用
解析:在垂直于传播方向上的沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同的是自然光,而不是偏振光,故A错误;自然光在水面反射时,反射光和折射光的振动方向不同,都是一定程度的偏振光,故B正确;光的偏振现象说明光是一种横波,故C错误;照相机的增透膜,使得反射光发生干涉从而使其减弱,所以反射光的光程差等于光在增透膜中的波长的,则厚度通常为绿光在增透膜中波长的,是光的干涉现象,故D错误。
3.(光的衍射)(多选)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(　AD　)
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
4.(电磁波的产生和传播)(多选)有关电磁波和声波,下列说法错误的是(　CD　)
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大
C.电磁波是横波,声波也是横波
D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长变长,声波的波长变短
解析:电磁波本身就是一种物质,它的传播不需要介质,而声波的传播需要介质,选项A的说法正确;电磁波由空气进入水中时,传播速度变小,但声波在水中的传播速度比其在空气中大,选项B的说法正确;电磁波是横波,而声波是纵波,选项C说法错误;电磁波由空气进入水中传播时,波速变小,波长变小,而声波由空气进入水中传播时,波速变大,波长变大,选项D的说法错误。
5.(电磁波谱的特性和应用)太阳表面温度约为6
000
K,主要发出可见光;人体温度约为310
K,主要发出红外线;宇宙间的温度约为3
K,所发出的辐射称为“3
K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热,若要进行“3
K背景辐射”的观测,应该选择下列哪一个波段(　A　)
A.无线电波
B.紫外线
C.X射线
D.γ射线
解析:3
K时发出的光波长比310
K发出的红外线波长更长,故A正确。
1.(2016·浙江10月选考,14)(多选)用a,b两种不同波长的光,先后用同一装置做双缝干涉实验,得到两种干涉条纹,其中a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距,则(　AD　)
A.a光的波长大于b光的波长
B.a光的频率大于b光的频率
C.在玻璃中,a光的速度等于b光的速度
D.从玻璃射向空气发生全反射时,a光的临界角大于b光的临界角
解析:由Δx=λ,则λa>λb,νa<νb,navb,选项A正确,B,C错误;由sin
C=,则Ca>Cb,选项D正确。
2.(2017·浙江4月选考,16)(多选)图中给出了“用双缝干涉测量光的波长”实验示意图,双缝S1和S2间距为0.80
mm,双缝到屏的距离为0.80
m。波长为500
nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上,在屏上形成干涉条纹。中心轴线OO′上方第1条亮纹中心位置在P1处,第3条亮纹中心位置在P2处。现有1号、2号虫子分别从S1和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行,1号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P1,2号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P2。假定两只虫子爬行速率均为10-3
m/s。正确的是(　AB　)
A.1号虫子运动路程比2号短
B.两只虫子运动的时间差为0.2
s
C.两只虫子运动的时间差为1.0
s
D.已知条件不够,两只虫子运动时间差无法计算
解析:设双缝间距为d,缝与屏距离为L,中心轴线与屏交点为P0。根据公式Δx=λ可得Δx=×500×10-9
m=5.0×10-4
m,而P0P2-P0P1=2Δx,即P1P2=1.0×10-3m。由于P1P2分别为第1,3条亮纹,
则P0P1=Δx=5.0×10-4
m,P0P2=3Δx=1.5×10-3
m。
1号虫的运动路程s1=+L+P0P1,
2号虫的运动路程s2=L+P0P2-。
则s2-s1=P0P2-P0P1-d=P1P2-d=0.2×10-3
m>0,
即2号虫比1号虫多爬行0.2×10-3
m,则爬行时间差Δt=
s=0.2
s,选项A,B正确。
3.(2018·江苏卷,12B)(多选)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波(　AD　)
A.是横波
B.不能在真空中传播
C.只能沿着梳子摇动的方向传播
D.在空气中的传播速度约为3×108
m/s
解析:电磁波传播方向与电磁场方向垂直,是横波,选项A正确;电磁波传播不需要介质,可以在真空中传播,选项B错误;电磁波可以朝任意方向传播,选项C错误;电磁波在空气中的传播速度接近光速,选项D正确。
4.(2017·北京卷,20)物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如,利用波的干涉,可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示,两个可发射无线电波的天线对称地
固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中,当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时,表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是(　C　)
A.天线发出的两种无线电波必须一样强
B.导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉
C.两种无线电波在空间的强弱分布稳定
D.两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合
解析:两个天线发出的波长为λ1的两列波发生干涉,两个天线发出的波长为λ2的两列波也发生干涉,中垂线位置(跑道位置)均是两列干涉波的加强区,故当飞机接收到两列干涉波的信号都最强时表明飞机已经对准跑道,不需要必须让天线发出的两种无线电波一样强,选项A错误;发生干涉的是两列波长为λ1的波和两列波长为λ2的波,不是波长为λ1和λ2的波(频率不同,不能发生干涉现象),选项B错误;两列波长为λ1的波干涉后形成干涉波,两列波长为λ2的波干涉后也形成干涉波,干涉波在空间的强弱分布是稳定的,但由于波长为λ1的波和波长为λ2的波波长不等,故两种干涉波各自在空间的强弱分布是不重合的,选项C正确,D错误。
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