【物理】2019届一轮复习人教版第40讲光的波动性电磁波和相对论学案 19页

第40讲　光的波动性　电磁波和相对论 考纲要求 考情分析 命题趋势 ‎1.光的干涉、衍射和偏振现象(Ⅰ)‎ ‎2．变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波的形成(Ⅰ)‎ ‎3．电磁波的产生、发射和接收(Ⅰ)‎ ‎4．电磁波谱(Ⅰ)‎ ‎5．狭义相对论的基本假设(Ⅰ)‎ ‎6．相对论质能关系式(Ⅰ)‎ ‎2017·全国卷Ⅱ，34(1)‎ ‎2017·江苏卷，12B(1)‎ ‎2016·全国卷Ⅱ，34(1)‎ 高考试题可能考查光的干涉和衍射的条件、干涉条纹和衍射条纹的区别、干涉条纹宽度的计算、电磁波的理解、电磁波和机械波的区别；简单考查对狭义相对论的了解 ‎1．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：两束光的频率__相同__、相位差恒定．‎ ‎(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为__白色亮__条纹，其余为__彩色__条纹．‎ ‎2．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：单色光的衍射图样为中间__宽且亮__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；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹．‎ ‎②圆孔衍射：明暗相间的__不等距__圆环．如图所示．‎ ‎③泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到__不透明__(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，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)．如图所示．‎ ‎3．光的偏振 ‎(1)自然光：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．‎ ‎(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个__特定__的方向振动的光．‎ ‎(3)偏振光的形成：‎ ‎①让自然光通过__偏振片__形成偏振光．‎ ‎②让自然光在两种介质的界面发生反射和__折射__，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．‎ ‎(4)光的偏振现象说明光是一种__横__波．‎ ‎4．电磁波的产生 ‎(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；‎ ‎③v＝λf对电磁波__同样适用__；‎ ‎④电磁波能产生反射、折射、__干涉__和衍射等现象．‎ ‎5．电磁波的发射和接收 ‎(1)发射电磁波的条件 ‎①要有足够高的__振荡频率__；‎ ‎②电路必须__开放__，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．‎ ‎(2)调制有__调幅__和调频两种方式，解调是调制的逆过程．‎ ‎(3)电磁波谱 ‎①定义：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；递变规律：直线传播能力增强，衍射能力减弱．‎ ‎②电磁波谱的特性、应用 电磁波谱 特性 应用 红外线 ‎__热效应__‎ 红外线遥感 紫外线 化学效应、__荧光效应__、‎ 能杀菌 医用消毒、防伪 X射线 贯穿性强 检查、医用透视 γ射线 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 ‎6.狭义相对论 ‎(1)狭义相对论的两个基本假设 ‎①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是__相同__的．‎ ‎②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是__相同__的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．‎ ‎(2)相对论的质速关系 ‎①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝！！！　　###．‎ ‎②物体运动时的质量m总要__大于__静止时的质量m0．‎ ‎7．相对论质能关系 用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝__mc2__．‎ ‎1．判断正误 ‎(1)光的颜色由光的频率决定．(　√　)‎ ‎(2)只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定的干涉．(　√　)‎ ‎(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．(　×　)‎ ‎(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的．(　×　)‎ ‎(5)自然光是偏振光．(　×　)‎ ‎(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不同．(　×　)‎ ‎(9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的．(　×　)‎ ‎2．光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不能反映光的偏振特性的是(　D　)‎ 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，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，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景象更清晰 D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹 一　光的干涉、衍射和偏振 ‎1．光的双缝干涉现象 ‎(1)明暗条纹的判断方法 ‎①如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2－r1＝kλ (k＝0,1,2，…)时，光屏上出现明条纹．‎ ‎②光的路程差r2－r1＝(2k＋1) (k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹．‎ ‎(2)条纹间距：Δx＝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．对光的衍射的理解 ‎(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显．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．‎ ‎(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，光才可以看做是沿直线传播的．‎ ‎3．单缝衍射与双缝干涉的比较 ‎　　　两种现象 比较项目　　　‎ 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 条纹清晰，亮度基本相等 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 ‎4.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．‎ ‎5．光的偏振 ‎(1)自然光与偏振光的比较 类别 自然光(非偏振光)‎ 偏振光 光的来源 从普通光源发出的光 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，光振动沿特定方向 ‎(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。‎ ‎[例1]如图所示为条纹总宽度相同的4种明暗相间的条纹，其中有两种是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样，还有两种是黄光、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)．则图中从左向右排列，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　由于双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．双缝干涉条纹的宽度(即相邻明、暗条纹间距)Δx＝λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4分别对应于紫光和黄光．综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，选项B正确．‎ ‎　二　薄膜干涉现象的理解 ‎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，相互叠加，发生干涉．‎ ‎3．原理分析 ‎(1)单色光 ‎①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜中波长的整数倍．‎ Δr＝nλ (n＝1,2,3，…)，薄膜上出现明条纹．‎ ‎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．Δr＝(2n＋1) (n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹．‎ ‎(2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹．‎ ‎4．薄膜干涉的应用 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；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．‎ ‎[例2](多选)把一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，如图所示．这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是(　AC　)‎ A．干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧 解析　根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以选项A正确，B错误．因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故选项D错误．条纹的位置与空气劈尖膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气劈尖膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故选项C正确．‎ ‎　三　电磁场和电磁波 ‎1．电磁场 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．‎ ‎2．电磁波的波速、波长与频率的关系：c＝λf，λ＝．‎ ‎①同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变．在介质中的速度都比在真空中速度小．‎ ‎②不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大．‎ ‎3．电磁波与机械波的比较 机械波 电磁波 研究对象 研究力学现象 研究电磁现象 周期性变化的物理量 位移随时间和空间做周期性变化 电场E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化 传播 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系 产生 由质点(波源)的振动产生 由周期性变化的电流(电磁振荡)激发 纵波还是横波 可以是纵波也可以是横波 横波 联系 都具有波的一切特性，例如干涉、衍射、反射、折射等性质，它们的波速、波长与频率的关系都是v＝λf，都能传播能量 ‎[例3](多选)关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是(　CD　)‎ A．恒定的电场能够产生电磁波 B．电磁波的传播需要介质 C．电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变 D．电磁波在传播过程中也传递了能量 解析　由麦克斯韦电磁场理论可知，只有非均匀变化的电场、磁场能产生电磁波，选项A错误；电磁波的传播不需要介质，选项B错误；电磁波与机械波一样，在传播过程中频率不变，选项C正确；电磁波传播电磁振荡的运动形式和能量，选项D正确．‎ ‎　四　狭义相对论 ‎1．对“同时”的相对性的理解：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察就不一定是同时发生的．‎ ‎2．对“长度的相对性”的理解：狭义相对论中的长度公式：l＝l0中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l可认为杆沿杆的长度方向以速度v运动时，静止的观察者测量的长度，或观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度．‎ ‎3．对“时间间隔的相对性”的理解：时间间隔的相对性公式：Δt＝中Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt则是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀．(动钟变慢)‎ ‎4．对相对论速度变换公式的理解：速度变换公式u＝.式中u是物体相对静止参考系的速度，v是运动参考系相对静止参考系的速度，u′是物体相对运动参考系的速度．(u′与v同向取正值，反之取负值)‎ ‎[例4]—艘太空飞船静止时的长度为‎30m，他以‎0.6c(c为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是(　B　)‎ A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于‎30 m B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于‎30 m C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 解析　飞船上的观察者相对飞船是静止的，测得飞船长度为静止长度‎30 m，选项A错误；地球上的观察者相对飞船的速度为‎0.6 c，测得飞船的长度l＝l0＝‎0.8 l0＝‎24 m，选项B正确；由光速不变原理知光信号的速度与参考系无关，选项C、D皆错误．‎ 狭义相对论问题的求解技巧 ‎(1)解决“同时”的相对性问题，可从三个方面入手：‎ ‎①令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化．‎ ‎②结合光速不变原理，分析光传播到两个事件所用的时间．‎ ‎③光先传播到的事件先发生，光后传播到的事件后发生．‎ ‎(2)“动尺缩短”是沿运动方向上的长度比其相对静止时测量的长度要短一些，在垂直于运动方向上的长度没有变化．‎ ‎(3)“动钟变慢”是两个不同惯性系进行时间比较的结果，也是相对的，即两个惯性系中的观察者都发现对方的钟变慢了．‎ ‎1．(多选)下列属于光的干涉现象的是(　BC　)‎ 解析　图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是选项B、C．‎ ‎2．(多选)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(　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 解析　由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距就大，选项A、D正确．‎ ‎3．奶粉中碳水化合物(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．偏振光通过糖的水溶液后，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的测量值与标准值相比较，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，然后将被测样品P置于A、B之间．‎ ‎(1)偏振片A的作用是__把自然光变成偏振光__．‎ ‎(2)偏振现象证明了光是一种__横波__．‎ ‎(3)(多选)以下说法中正确的是(　ACD　)‎ 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处光强度最强，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处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α 解析　(1)自然光源发出的光不是偏振光，但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光变成偏振光．‎ ‎(2)偏振现象证明了光是一种横波．‎ ‎(3)因为A、B的透振方向一致，故A、B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.当在A、B间加上糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，使通过B到达O的光的强度不是最大，但当B转过了一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度．若偏振片B不动而将A旋转一个角度，再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A转过的角度也为a，故选项A、C、D正确．‎ ‎[例1](5分)从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为(　　)‎ A．手电筒射出的光不是单色光 B．干涉图样太细小看不清楚 C．周围环境的光太强 D．这两束光为非相干光源 ‎[答题送检]来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 B 生活中任何两个独立发光的光源产生的光在空间相叠加都不会产生干涉，这是由物体的发光机理决定的，即任何两个独立的光源都不是相干光源．光的相干条件中，中学主要考查的是频率，频率相同是光发生干涉的必要条件，要注意从题目中挖掘.‎ ‎－5‎ ‎[解析]　本题虽然强调两只相同的手电筒，但它们发出的光仍然频率不同．不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样，所以选项D正确，A、B、C都是错误的．‎ ‎[答案]　D ‎1．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(在灯芯上撒些食盐)，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　在转动金属丝圈的过程中，由于肥皂液薄膜的厚度不变，故反射形成的光的路程差不会发生变化，故产生的干涉条纹仍保持原来状态不变．选项D正确．‎ ‎2．(多选)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(　AC　)‎ 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．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的 解析　由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故选项A正确，B错误；由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故选项C正确，D错误．‎ ‎3．(2017·全国卷Ⅱ)(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样．若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是(　ACD　)‎ A．改用红色激光 B．改用蓝色激光 C．减小双缝间距 D．将屏幕向远离双缝的位置移动 E．将光源向远离双缝的位置移动 解析　由相邻两亮条纹间距Δx＝λ可知，若要增大两相邻亮条纹的间距，应增大双缝与光屏间距离L、减小双缝间距d或增大照射光波长λ，而λ红＞λ绿＞λ蓝，故选项A、C、D正确．‎ ‎1．(2017·江苏卷)(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有(　AC　)‎ A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 C．地球上的人观测到地球上的钟较快 D．地球上的人观测到地球上的钟较慢 解析　(1)由狭义相对论的“钟慢效应”原理可知，飞船上的人观测到地球上的钟较慢，地球上的人观测到飞船上的钟较慢，故选项A、C正确，选项B、D错误．‎ ‎2．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　ABC　)‎ A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．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 D．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 E．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 解析　电磁波在真空中的传播速度为3×‎108 m/s，与电磁波的频率无关，选项A正确；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场，它们相互激发向周围传播，就形成了电磁波，选项B正确；电磁波是横波，因此其电场强度和磁感应强度均与传播方向垂直，选项C正确；光是电磁波，利用光纤对光的全反射可以传播信息，选项D错误；波源的电磁振荡停止后，已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播，选项E错误．‎ ‎3．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到甲图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示．他改变的实验条件可能是(　B　)‎ A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 解析　由甲和乙两图可知改变条件以后条纹变宽，由Δx＝λ可知，只有选项B正确．‎ ‎4．(多选)关于下列光学现象，说法正确的是(　CD　)‎ A．水中蓝光的传播速度比红光快 B．光从空气射人玻璃时可能发生全反射 C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深 D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽 解析　因为频率f蓝>f红，则n蓝>n红，又因为在水中v＝，得到v蓝λ蓝，同一装置相同，所以用红光时条纹间距更宽，选项D正确．‎ ‎5．我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究有创新的里程碑．米波雷达发射无线电波的波长在1～‎10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是(　C　)‎ A．米波的频率比厘米波频率高 B．和机械波一样须靠介质传播 C．同光波一样会发生反射现象 D．不可能产生干涉和衍射现象 解析　无线电波与光波均为电磁波，均能发生反射、干涉、衍射现象，故选项C正确、D错误．电磁波在真空中传播速度最快，故选项B错误．由c＝λf可知，频率与波长成反比，故选项A错误．‎ ‎6．(2017·天津卷)明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是(　D　)‎ A．若增大入射角i，则b光先消失 B．在该三棱镜中a光波长小于b光 C．a光能发生偏振现象，b光不能发生 D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低 解析　当增大入射角i时，两单色光在左侧界面的折射角增大，但在右侧界面的入射角均减小，故不会引起全反射，选项A错误；由图知三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率，而同种介质对频率越大的光折射率越大，故νa＜νb，光在三棱镜中的波长λ＝＝，na＜nb，则λa＞λb，选项B错误．偏振是横波所特有的现象，故a、b两光都能发生偏振，选项C错误．由eUc＝Ek＝hν－W可知，在照射同一光电管即W相同的条件下，a光波长长、频率低、故a光的遏止电压Uc也低，选项D正确．‎ 课时达标　第40讲 ‎[解密考纲]考查光的干涉、衍射条件、干涉条纹和衍射条纹的区别、干涉条纹宽度的计算、电磁波的理解、狭义相对论的简单了解．‎ ‎1．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是(　B　)‎ A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同 D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同 解析　声波也能传递信息，选项A错误；手机通话过程中，手机之间通过电磁波传递信息，人和手机之间通过声波传递信息，选项B正确；太阳中的可见光传播速度为光速，即为3×‎108 m/s，而超声波的传播速度等于声音在空气中(‎15 ℃‎下)的传播速度，即为‎340 m/s，选项C错误；红外线的频率小于X射线的频率，故红外线的波长大于X射线的波长，选项D错误．‎ ‎2．下列说法正确的是(　B　)‎ A．麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性 B．红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的作用是化学作用 C．X射线的穿透本领比γ射线更强 D．X射线与γ射线的产生机理不同，因此它们的频率范围界线分明，不可能重叠 解析　麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性．X射线是原子的内层电子受激发而产生的，γ射线是原子核受激发而产生的，产生机理确实不同，但X射线和γ射线都有一个较大的频率范围，较高频率的X射线与较低频率的γ射线产生了重叠，其他相邻电磁波间也存在重叠．综上所述，选项A、D错误，选项B与事实一致，选项C与事实相反．所以只有选项B正确．‎ ‎3．验钞机发出的电磁波能使钞票上用于防伪的荧光物质发光，电视机的遥控器用它发出的电磁波来控制电视机．对于它们发出的电磁波，下列判断正确的是(　D　)‎ A．它们发出的都是红外线 B．它们发出的都是紫外线 C．验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线 D．验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线 解析　激发荧光物质发出荧光的是紫外线，用来控制电视机的遥控器发出的电磁波属于红外线，选项D正确．‎ ‎4．太阳表面的温度约为6 000 K，所辐射的电磁波中辐射强度最大的在可见光波段；人体的温度约为310 K，所辐射的电磁波中辐射强度最大的在红外线波段；宇宙空间内的电磁辐射相当于温度为3 K的物体发出的，这种辐射称为“3 K背景辐射”．若要对“3 K背景辐射”进行观测研究，则应选择的观测波段为(　D　)‎ A．X射线 B．γ射线 ‎ C．紫外线 D．无线电波 解析　无线电波用于通信、广播及其他信号传输．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究．选项D正确．‎ ‎5．惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象可能是(　C　)‎ 解析　由相对论知识易得运动方向上的边长变短，垂直运动方向的边长不变，故选项C正确．‎ ‎6．(多选)电子的电荷量为1.6×10－‎19 C，质量为9.1×10－‎31 kg，一个电子被电压为106 V的电场加速后，关于该电子的质量和速度，以下说法正确的是(　BD　)‎ A．电子的质量不变 B．电子的质量增大 C．电子的速度可以达到‎1.9c D．电子的速度不可能达到c 解析　电子被电场加速后，根据相对论效应m＝可知，随电子速度的增大，其质量也增大，故选项A错误，选项B正确；此时不能根据qU＝m0v2求速度，任何物体的速度都不可能超过光速c，故选项C错误，D正确．‎ ‎7．(多选)某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点，你认为正确的是(　ACD　)‎ A．若狭缝与线状白炽灯平行，衍射条纹与狭缝平行 B．若狭缝与线状白炽灯垂直，衍射条纹与狭缝垂直 C．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关 D．衍射条纹的间距与光的波长有关 解析　若狭缝与线状白炽灯平行，衍射条纹与狭缝平行且现象明显；衍射条纹的疏密程度与缝宽有关，狭缝越小，条纹越疏；条纹间距与波长有关，波长越长，间距越大．‎ ‎8．(多选)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光．为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有(　AC　)‎ A．改用红光作为入射光 B．改用蓝光作为入射光 C．增大双缝到屏的距离 D．增大双缝之间的距离 解析　根据条纹间距Δx＝λ可知要增大干涉条纹的间距，可增大λ，λ红>λ黄，选项A正确；λ黄>λ蓝，选项B错误；增大到屏的距离l，Δx增大，选项C正确；增大双缝间距d，Δx减小，选项D错误．‎ ‎9．(多选)甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx，且Δx甲>Δx乙，则下列说法正确的是(　BD　)‎ A．甲光能发生偏振现象，乙光则不能发生 B．真空中甲光的波长一定大于乙光的波长 C．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量 D．在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光 解析　偏振现象是横波特有的现象，甲、乙都可以有偏振现象发生，选项A错误；由Δx甲>Δx乙和Δx＝λ可知甲光的波长大于乙光，选项B正确；光子能量取决于光子的频率，而光子频率与波长成反比，选项C错误；波长短的光频率大，在介质中的传播速度慢，选项D正确．‎ ‎10．(多选)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上表面平行，在它们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，A均匀膨胀，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，则(　BD　)‎ 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加强 C．温度从t‎1升至t2过程中，A的高度增加 D．温度从t‎1升至t2过程中，A的高度增加 解析　出现最亮时，为B的下表面反射光与A上表面的反射光叠加后加强，选项A错误，选项B正确；薄膜干涉中，当薄膜厚度为光在薄膜中半波长的整数倍，反射光加强，为最亮，因此温度由t‎1升至t2时，A的高度变化为波长，选项C错误，D正确．‎ ‎11．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．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进方向，如图所示．下列相关说法正确的是(　D　)‎ A．图中①光是红光，②光是蓝光 B．在光盘的透明介质中，①光比②光传播更快 C．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宽 D．若①光、②光先后通过同一单缝衍射装置，前者得到的中央亮纹比后者的中央亮纹窄 解析　同种介质对蓝光的折射率比对红光的折射率大，故以相同入射角入射时，折射角较小的①是蓝光，折射角较大的②是红光，选项A错误；根据折射率n＝可知，②光速度较大，选项B错误；通过同一干涉装置，红光的波长大于蓝光的波长，由Δx＝λ可知，红光干涉条纹较宽，选项C错误；通过同一单缝衍射装置，蓝光的中央条纹较窄，选项D正确．‎ ‎12．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质.1834年洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃利镜实验)．如图为洛埃利镜实验的原理图，S为单色光源，M为平面镜，光源S到平面镜的距离和到屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹．则相邻的两条亮纹间距离Δx为(　C　)‎ A．λ B．λ ‎ C．λ D．λ 解析　由于反射光线过像点，作出光路图，如图，S和S′相当双缝，其间距离d＝‎2a，‎ 而光源s到光屏的距离可看作双孔屏到像屏距离L，根据双缝干涉的相邻条纹之间距离公式，则Δx＝λ＝λ.故选项C正确．‎ ‎13．下列所示的图片、示意图或实验装置图大都来源于课本，则下列判断错误的是(　B　)‎ A．甲图是薄膜干涉的图样，照相机、望远镜的镜头镀的一层膜是薄膜干涉的应用 B．乙图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”‎ C．丙图是在平静无风的海面上出现的“蜃景”，上方是蜃景，下方是景物 D．丁图是衍射图样，其最明显的特征是条纹间距不等 解析　照相机、望远镜的镜头镀的一层膜是薄膜干涉的应用，选项A正确；乙图是小圆盘衍射的图样，不是小孔衍射的图样，选项B错误；海面上的下层空气的温度比上层低，则下层空气的密度比上层要大，故下层空气的折射率比上层空气的折射率要大，由于人眼认为光线是沿直线传播的，故上方是蜃景，下方是景物，选项C正确；衍射图样最明显的特征是条纹间距不等，选项D正确．‎ ‎14．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力，有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率n＝1.5，所要消除的紫外线的频率ν＝8.1×1014 Hz，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是(　C　)‎ A．9.25×10－‎8 m B．1.85×10－‎‎7 m C．1.24×10－‎7 m D．6.18×10－‎‎8 m 解析　为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2…)因此，薄膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的.紫外线在真空中的波长是λ＝＝3.7×10－‎7 m，在膜中的波长是λ′＝＝2.47×10－‎7 m，故膜的厚度至少是 ‎1.24×10－‎7 m．‎ ‎15．如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观测到钟的面积为S，另一观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，观测到钟的面积为S′.则S和S′的大小关系是！！！_A__.(选填写选项前的字母)‎ A．S>S′ B．S＝S′‎ C．S