高考物理一轮复习 第十一章 波粒二象性 光的波动性 电磁波.pdf

课时2光的波动性$加矶1 fresh基础梳理一、光的干涉/J、1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被上幅纹,某些区 域的光被 减弱，出现暗纹,且 加强 利.呼力，血漏幢的现象叫做光的干涉现象。一2.条件:两列光的 频率相等，且具有恒定的相位春崖产生稳定的S/VL矶I十心干涉现象。3.双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束相等的相干光波,世上 某点到双缝的路程差是波长的整数倍 时出现亮条纹;路程差是半波长的奇数倍时 出现暗条纹。相邻的亮条纹（或暗条纹）之间距离Ax与波长入 职藻距d及屏到双缝距禺1的关系为Ax=:入。.4.薄膜干涉:利用薄膜（如肥皂液薄膜）前后表面 反珂萩福而形成的。图样中同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度 相同;二、光的衍射1.光的衍射现象光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的 衍射。2.光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长，L,或者跟光波波长 相差干多 时,光才能发生明显的衍射现象。.3.衍射图样.；或淋(1)单缝衍射:中央为亮条纹,两侧有明暗相间的条纹,但!嗣祠。白光 衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是工光，最远离中光。Smfl Ll fresh小圆孔(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的泊松亮斑三、光的偏振 小1.偏振光:在跟光传播方向垂直的平面内，光在某一方向振动斡强而在另一些方 向振动较弱的光即为偏振光。光的偏振现象证明光是当匹3根填“横波”或“纵波”)2.自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括族!向上沿 各个方向 振动的光,而且沿各个方向振动的光波忆嬖 都相同,这种光叫做自然光。加屈/心卜3.偏振光的产生通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振 光，叫做 起偏振器。第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫 做检偏振器。四、电磁振荡1.LC振荡电路由 线圈L 和 电容器C2.电磁振荡的过程b组成的电路。$加矶1 f心卜E(I)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。*/jlV.(2)放电过程：由于线圈的自感 作用,放电电源由零嘲片岫容器极板上 的电荷逐渐减少，电容器里的电场逐渐减弱，线南的成型即幽，电 场能逐渐转化为磁场能，放电完毕的瞬间，电场能全部孰引磁场能。(3)充电过程:电容器放电完毕时，由于线圈的 自矶/心卜 作用,电流保 持 原来的方向 逐渐 减小,电容器将讲行 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*1做瞿月性变化.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 周期：电磁振荡完成一次 周期性变化 需要的时间。U(2)频率：1 s内卓成的 周期性变化的次数“仇if心卜.5.LC电路的周期(频率)公式 JT=2tt 4LC,所以其振荡频率f=2 n辰。*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胡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熬矶(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 3.0X108 m/So 磁场。(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y/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(2)解调:使声音或图像信号从 高频电流与K矶1 f心卜的过程。一中还原出来的过夯实考点考点一光的干涉1.双缝干涉条纹间距:相邻亮纹或相邻暗纹的间距A x缝之间距离d成反比,与光的波长入成正比,A 亮纹区:光的路程差Ald-r1二k入(k=0,1,2,)，光屏上出现亮条纹。暗纹区:光的路程差A Fik+l)-(k=。,1,2,),光屏上出现暗条纹。(2)条纹特点单色光：明暗相间、等间距的条纹,条纹间距与波长成正比。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，形成土；孕L L frCG卜光照射到薄膜上时，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:单色光:明暗相间的水平条纹;(4)观察薄膜干涉条纹时,应该与光源处在薄膜3.应用(1)干涉法检查平面I 标准样板被检查平面如图所示,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1时,在薄膜的两个面上的反射光的路程差恰好詈于9达到减 小反射光、增大透射光强度的作用。small fresh.,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）.IsB.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 x=,入知,相邻条纹 d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0点，不需要移动光屏,故D错误。-=-;-n-S阴矶I fresh考点二光的衍射1.衍射与干涉的比较不同点条纹宽度单缝衍射条纹宽度不等,中央最宽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,可以从离普通过两列或 多列频率相同的光波,它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹固说明：白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩光学原理不同。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。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下列现象我属于光的衍射的是（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/F列M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mm iiiiiii IIIIIHI muabed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入，可知波长入越大，Ax d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光的来源自然光（非偏振光）直接从光源发出的光_ _ 自然益光的振 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SzvlQII 十丫仁丸,一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。/13.自然光经过偏振片后就变成了偏振光。.14.平时我们所看到的绝大部分光,除直接从太阳.电灯徵光外,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。匚二典例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商呼嗔旋转一个角度 a,这一角度a称为“旋光度”，a的值只与糖海液的缪的测量值 与标度值相比较,就能确定被测样品的含糖量了，如囱A,B是 偏振片，转动B,使到达0处的光最强,最后将被测样品P置于1|幽则下列说法 中正确的是（）平一飞心人.a.到达。处光的强度会明显减弱 梯 UJH一出一S A P BB,到达。处光的强度不会明显减弱 自然光源偏振片 被测样品 偏振片C.将偏振片B转动一个角度，使得0处光强度最大，偏振片B转过的角度等于aD.将偏振片A转动一个角度，使得0处光强度最大，偏振片A转过的角度等于a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0 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0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,0处光强 又为最强，故。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*.W/WB.图中b光为偏振光.”词而。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:AB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,贝I 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 全息摄影、切割金属、激光手术等。$阴矶I fresh典例4（多选）将激光束的宽度聚焦到纳米级（KT9 m）范围内，可修复人体已损 坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传 疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的（）.A,单色性好B,相干性好 宿C.平行度好D.高能量 沟匹孤答案:CD变式4:激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活 中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是（口）/八A.激光是纵波*.*/WVB.频率相同的激光在不同介质中的波长相同&剧命C.两束频率不同的激光能产生干涉现象D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离考点五电磁波的产生和传播1.对麦克斯韦电磁场理论的理解麦克 斯韦 电磁 场理 论变化的 磁场产 生电场的产场 化场磁 变电生均匀变化的磁场产生恒定电场 非均匀变化的磁场产生变化的电场 振荡的磁场产生同频率振荡的庖坊 均匀变化的电场产生恒定磁场一 非均匀变化的电场产生变化的磁场 振荡的电场产生同频率振荡的磁场2.对电磁波的认识(1)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。(2)不同频率的电磁波，在同一介质中传播,越小。，速度r,1V二八f,f是电磁波的频率,即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f二,改 2ti4lC变L或C即可改变f,从而改变电磁波的波长入o典例5下列关于电磁波的说法正确的是（A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场B.电磁波在真空和介质中传播速度相同C.只要有电场和磁场，就能产生电磁波D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电 场，交替变化的电磁场在空间产生电磁波，所以选项A正确，C错误。电磁波在 真空和介质中传播速度不同，故选项B错误。电磁波在同种非均匀介质中不沿 直线传播,D选项错误。答案:A变式5:（多选）如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是（BCDA.电容器正在充电B.电感线圈中的磁场能正在增加C.电感线圈中的电流正在增大D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大解析：由题图中磁场方向和安培定则可知，此时电流沿逆时针方向，即电容器 处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和 线圈中磁场能处于增加过程，由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的 增加.故选项B,C,D正确。Sim矶I fresh考点六电磁波谱及特性1.电磁波谱按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可用优、/粗线、X射线和Y射线,形成电磁波谱。A/愉嘛2.电磁波谱的特性、应用电磁波谱频率率Z真空中波 长/m特性加mL什域用递变 规律无线电波1019入b,V a v b,navb,选项A正确,B,C d n错误；由sin C=L,贝|CaG,选项D正确。$阴矶I fresk2.（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Si和$2间距为0.80 mm,双缝到屏的距离为0.80 mo波长为500 nm的 单色平行光垂直入射到双缝Si和$2上,在屏上形成干涉条售黑轴线00,上方 第1条亮纹中心位置在Pi处第3条亮纹中心位置俺2处。号虫子分别 从Si和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行,1号虫子到竭售线爬行到2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P2。假定两只亍速率均为10一3 nl八。正确的是（AB）A.1号虫子运动路程比2号短 s2B.两只虫子运动的时间差为0.2 s 飞，.力C.两只虫子运动的时间差为1.0 s 1D.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P0o根据公式入可 d得八 x=0,80,X 500X 10-9 m=5.0X10-4%而 P0P2PR=2 x,即 P#2=l.OX 10-3叽 由0.8010一3于PB分别为第1,3条亮纹，贝U PP/Ax=5.OXI。m,P0P2=3 Ax=l.5 X 10-3 mo 1号虫的运动路程 S1=-+L+P0Pb 2 号虫的运动路程 s2=L+P0P2-。贝I s2-s1=PoP2-PoP-d=P1P2-d=2 20?x 10-30.2X10-3 mo,即2号虫比1号虫多爬行0.2X10-3叫则爬行时间差At=s=I CT?0.2 s,选项A,B正确。3.（2018江苏卷,12 B）（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3xio8 m/s 卡3r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，它们类似于鹏可磐验中的双缝。两天线同时都发出波长为入1和入2的无线电波。4机降徵端#堂接收到入1 和入2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道。下、歹y够鞋）A.天线发出的两种无线电波必须一样强 大刀B.导航利用了入1与入2两种无线电波之间的干涉 上仇.yrC.两种无线电波在空间的强弱分布稳定 二二二二二二二二二二二代:；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入1的两列波发生干涉，两个天线发出的波长 为入2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 两列波长为入1的波和两歹1波长为入2的波,不是波长为入1和入2的波（频率 不同，不能发生干涉现象），选项B错误；两列波长为入1的波干涉后形成干涉 波,两列波长为入2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，但由于波长为入1的波和波长为入2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。