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2022步步高中物理一輪選修3-4 機械振動 機械波 光 電磁波與相對論第4講 光的干涉、衍射和偏振 電磁波與相對論.doc
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第4講　光的干涉、衍射和偏振　電磁波與相對論

知識要點
一、光的干涉
1.定義：在兩列光波疊加的區域，某些區域相互加強，出現亮條紋，某些區域相互減弱，出現暗條紋，且加強區域和減弱區域相互間隔的現象。
2.條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。
3.雙縫干涉圖樣特點
(1)單色光照射時形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中央為白色亮條紋，其余為彩色條紋。
(2)通過亮條紋中心的位置x＝±kldλ(k＝0，1，2…)，得相鄰的亮條紋(或暗條紋)之間距離Δx與波長λ、雙縫間距d及屏到雙縫間距離l的關系為Δx＝ldλ。

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。圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應薄膜厚度相同。
二、光的衍射
1.發生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現象才會明顯。
2.衍射條紋的特點

3.雙縫干涉與單縫衍射圖樣對比
單色光的雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋寬度不均勻，中央條紋最寬，兩邊依次變窄。
三、光的偏振
1.自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。
2.偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。
3.偏振光的形成
(1)讓自然光通過偏振片形成偏振光。
(2)讓自然光在兩種介質的界面發生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。
4.光的偏振現象說明光是一種橫波。
四、電磁波
1.麥克斯韋電磁場理論
變化的磁場能夠在周圍空間產生電場，變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。
2.電磁波
(1)電磁場在空間由近及遠的傳播，形成電磁波。
(2)電磁波的傳播不需要介質，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)。
(3)不同頻率的電磁波，在同一介質中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。
(4)v＝λf，f是電磁波的頻率。
3.電磁波的發射
(1)發射條件：開放電路和高頻振蕩信號，所以要對傳輸信號進行調制(調幅或調頻)。
(2)調制方式
①調幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。
②調頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。
4.無線電波的接收
(1)當接收電路的固有頻率跟接收到無線電波的頻率相等時，激起的振蕩電流最強，這就是電諧振現象。
(2)使接收電路產生電諧振的過程叫做調諧，能夠調諧的接收電路叫做調諧電路。
(3)從經過調制的高頻振蕩中“檢”出調制信號的過程，叫做檢波。檢波是調制的逆過程，也叫做解調。
5.電磁波譜：按照電磁波的頻率或波長的大小順序把它們排列成譜叫做電磁波譜。
按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。
五、相對論
1.狹義相對論的兩個基本假設
(1)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的。
(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光速和光源、觀測者間的相對運動沒有關系。
2.質能關系
用m表示物體的質量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質能方程為E＝mc2。
基礎診斷
1.(多選)以下說法中正確的是(　　)
A.對于同一障礙物，波長越大的光波越容易繞過去
B.白光通過三棱鏡在屏上出現彩色條紋是光的一種干涉現象
C.紅光由空氣進入水中，波長變長、顏色不變
D.用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的干涉
E.不管光源與觀察者是否存在相對運動，觀察者觀察到的光速是不變的
解析　對于同一障礙物，它的尺寸d不變，波長λ越長的光越容易滿足d≤λ，越容易繞過障礙物，所以A項正確；白光通過三棱鏡出現彩色條紋是光的色散現象，B項錯誤；波的頻率由波源決定，波速由介質決定，所以紅光從空氣進入水中，頻率f不變，波速v變小，由v＝λf得，波長λ變小，所以C項錯誤；檢查平面的平整度是利用了光的干涉，所以D項正確；由光速不變原理知E項正確。
答案　ADE
2.(多選)下列關于電磁波的說法正確的是(　　)
A.麥克斯韋提出了電磁場理論，赫茲用實驗證實了電磁波的存在
B.各種電磁波在真空中的傳播速度與光速一樣
C.經過調幅后的電磁波是橫波，經過調頻后的電磁波是縱波
D.紅外線是波長比可見光波長還長的電磁波，常用于醫院和食品消毒
E.電磁波由真空進入介質，速度變小，頻率不變
解析　麥克斯韋提出了電磁場理論，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，選項A正確；各種電磁波在真空中的傳播速度為c＝3×108 m/s，與光速相同，選項B正確；電磁波是橫波，調頻或調幅后的電磁波仍是橫波，選項C錯誤；醫院和食品消毒常用的是紫外線，選項D錯誤；電磁波由真空進入介質，速度變小，頻率不變，選項E正確。
答案　ABE
3.如圖1，用激光照射直徑小于激光束的不透明圓盤，例如小分幣，我們可以在光屏上看到的圖樣為下列圖中的(　　)

圖1

答案　B
4.(多選)在單縫衍射實驗中，用紅色激光照射單縫，在下列不同條件下縫后的屏幕上出現的現象，正確的是(　　)
A.當縫較寬時，屏上出現一條與縫寬相當的亮條紋
B.當縫很窄并繼續調窄，中央亮條紋變亮，寬度增大
C.當縫很窄并繼續調窄，中央亮條紋亮度降低，寬度增大
D.當縫很窄，屏上出現了中央亮條紋，增大縫與屏間距離，則中央亮條紋寬度增大
E.當縫很窄，屏上出現了中央亮條紋，改用藍色激光，則中央亮條紋寬度不變
解析　當縫較寬時，不會出現明顯的衍射現象，此時光是直線傳播，因此屏上出現一條與縫寬相當的亮條紋，故A項正確；衍射條紋的寬度與縫的寬度有關，縫變寬，條紋變窄，亮度增大，縫變窄，條紋變寬，亮度減弱，當縫的寬度變窄時，衍射現象更明顯，中央明條紋寬度增加，但亮度降低，故B項錯誤，C項正確；同理，當縫很窄，屏上出現了中央亮條紋，增大縫與屏間距離，則中央亮條紋寬度增大，故D項正確；當縫很窄時，屏上出現了中央亮條紋，若改用藍色激光，因波長變短，則中央亮條紋寬度變小，故E項錯誤。
答案　ACD

　光的干涉現象
1.雙縫干涉
(1)條紋間距公式：Δx＝ldλ，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距越大。
(2)明暗條紋的判斷方法
如圖2所示，相干光源S1、S2發出的光到屏上P′點的路程差為Δr＝r2－r1。
當Δr＝kλ(k＝0，1，2…)時，光屏上P′處出現明條紋。

圖2
當Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2…)時，光屏上P′處出現暗條紋。
2.薄膜干涉
(1)形成原因：如圖3所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。

圖3
(2)明暗條紋的判斷方法
兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。
在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出現明條紋。
在Q處，Δr＝(2n＋1)λ2(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出現暗條紋。
【例1】 (多選)[2017·全國Ⅱ卷，34(1)]在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是(　　)
A.改用紅色激光
B.改用藍色激光
C.減小雙縫間距
D.將屏幕向遠離雙縫的位置移動
E.將光源向遠離雙縫的位置移動
解析　根據干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝ldλ 可知，要使Δx增大，可以增大波長或增大雙縫到屏的距離或縮小雙縫間的距離，所以選項A、C、D正確，B、E錯誤。
答案　ACD

1.(2019·上海楊浦調研)如圖4所示，把酒精燈放在肥皂液膜前，從薄膜上可看到明暗相間的條紋，能解釋這一現象產生原因的示意圖是(圖中實線、虛線為光照射到液膜上時，從膜的前后表面分別反射形成的兩列波)(　　)

圖4


解析　肥皂液膜上薄下厚，波峰與波峰、波谷與波谷疊加處，出現明條紋，波峰與波谷疊加處，出現暗條紋，故C正確。
答案　C
2.(多選)如圖5所示是a、b兩光分別經過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，則(　　)

圖5
A.在同種均勻介質中，a光的傳播速度比b光的大
B.在真空中a、b兩光傳播速度相同
C.從真空射入同種介質發生全反射時，a光全反射臨界角小
D.從同種介質射入真空發生全反射時，a光全反射臨界角小
E.在相同的條件下，b光比a光更容易產生明顯的衍射現象
解析　根據題圖可知，b光的干涉條紋間距大于a光的干涉條紋間距。由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝ldλ可知，b光的波長比a光的大。由λ＝cf可知，b光的頻率比a光的小，則在同種介質中，b光的折射率小于a光，根據n＝cv可知，在介質中，a光的傳播速度比b光的小，選項A錯誤；在真空中a、b兩光傳播速度相同，均為光速，選項B正確；從真空射入同種介質不會發生全反射，選項C錯誤；由介質射入真空發生全反射的臨界角公式sin C＝1n可知，a光折射率較大，從同種介質射入真空發生全反射時a光全反射臨界角小，選項D正確；由于b光的波長比a光的大，根據發生明顯衍射現象的條件可知，在相同的條件下，b光比a光更容易產生明顯的衍射現象，選項E正確。
答案　BDE
　光的衍射和偏振
1.對光的衍射的理解
(1)波長越長，衍射現象越明顯。在任何情況下都可以發生衍射現象，只是明顯與不明顯的差別。
(2)衍射現象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看做是沿直線傳播的。
2.單縫衍射與雙縫干涉的比較
單縫衍射 雙縫干涉
不同點 條紋寬度 條紋寬度不等，中央最寬 條紋寬度相等
條紋間距 各相鄰條紋間距不等 各相鄰條紋等間距
亮度情況 中央條紋最亮，兩邊變暗 條紋清晰，亮度基本相同
相同點 干涉、衍射都是波特有的現象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋
3.光的干涉和衍射的本質
光的干涉和衍射都屬于波的疊加，從本質上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理。都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。
4.光的偏振
(1)自然光與偏振光的比較
(2)偏振光的應用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。
【例2】 如圖6所示的4種明暗相間的條紋分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮條紋)。在下面的4幅圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是(　　)

圖6
A.紅黃藍紫 B.紅紫藍黃
C.藍紫紅黃 D.藍黃紅紫
解析　雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋除中央亮條紋最寬、最亮之外，兩側條紋亮度、寬度都逐漸減小，因此1、3為雙縫干涉條紋，2、4為單縫衍射條紋。雙縫干涉條紋的寬度(即相鄰亮、暗條紋間距)Δx＝ldλ，紅光波長比藍光波長長，則紅光干涉條紋間距大于藍光干涉條紋間距，即1、3分別對應于紅光和藍光。而在單縫衍射中，當單縫寬度一定時，波長越長，衍射越明顯，即中央條紋越寬越亮，2、4分別對應于紫光和黃光。綜上所述，1、2、3、4四個圖中亮條紋的顏色依次是：紅、紫、藍、黃，B正確。
答案　B

1.(多選)光的偏振現象說明光是橫波。下列現象中能反映光的偏振特性的是(　　)
A.一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉其中一個偏振片，透射光的強度發生變化
B.一束自然光入射到兩種介質的分界面上，當反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時，反射光是偏振光
C.日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰
D.通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋
E.陽光在水面的反射光是自然光
解析　在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定方向振動的光是偏振光，選項A、B反映了光的偏振特性；選項C是偏振現象的應用；選項D是光的衍射現象，D項錯誤；陽光在水面的反射光是偏振光，故選項E錯誤。
答案　ABC
2.(多選)關于波的干涉、衍射等現象，下列說法正確的是(　　)
A.有的波只能發生干涉現象，有的波只能發生衍射現象
B.產生干涉現象的條件之一，就是兩列波的頻率相等
C.薄膜干涉條紋是光在膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結果
D.屋外的人雖然看不到屋里的人，卻能聽到屋里人的聲音，這屬于波的衍射現象
E.泊松亮斑是光的干涉現象
解析　干涉、衍射是波特有的現象，波可以發生干涉，也可以發生衍射，A錯誤；當兩列波發生干涉時，兩列波的頻率相等，B正確；由于重力的影響，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，薄膜干涉條紋的產生是光在膜的前后兩表面反射，形成的兩列光波疊加的結果，C正確；屋外的人雖然看不到屋里的人，卻能聽到屋里人的聲音，這屬于聲波的衍射現象，D正確；光通過小圓盤，在屏中央出現亮斑，說明光偏離原來直線方向傳播，是光的衍射現象，E錯誤。
答案　BCD
3.(多選)(2019·河北石家莊模擬)下列說法中正確的是(　　)

A.如圖甲所示，小球在傾角很小的光滑斜面上來回運動，小球做簡諧運動
B.如圖乙所示，a是一束白光，射向半圓玻璃磚的圓心O，經折射后發生色散，最左側為紫光，最右側為紅光
C.如圖丙所示為雙縫干涉示意圖，雙縫間距d越大，相鄰亮條紋的中心間距越大
D.如圖丁所示為光導纖維示意圖，內芯的折射率比外套的折射率大
E.如圖戊所示為單色光單縫衍射示意圖，如果換成白光，屏上得到的條紋是彩色的
解析　小球在兩個斜面上來回滾動時，小球受到的力與位移不成正比，不屬于簡諧運動，故A錯誤；a是一束白光，射向半圓玻璃磚的圓心O，經折射后發生色散，因為紫光的折射率大于紅光，因此最左側為紫光，最右側為紅光，所以B正確；根據雙縫干涉相鄰兩亮條紋的中心間距公式Δx＝Laλ，雙縫間距d越大，相鄰亮條紋間距越小，故C錯誤；根據光的全反射條件可以知道，內芯的折射率比外套的折射率大，所以D正確；如果換成白光，因白光是各種色光組合而成的，波長不同，導致屏上得到的條紋間距不同，因此是彩色的，故E正確。
答案　BDE

　實驗：用雙縫干涉測光的波長
1.基本原理與操作
裝置及器材 操作要領
(1)安裝：將光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
(2)調節：接好光源，打開開關，使白熾燈正常發光.調節各部件的中心在同一高度。
(3)測量頭讀數：應使測量頭分劃板中心刻線和條紋的中心對齊，讀出手輪上的讀數。
2.數據處理與誤差分析
(1)數據處理
①條紋間距Δx＝a2－a1n－1。
②波長λ＝dlΔx。
③計算多組數據，求λ的平均值。
(2)誤差分析
①雙縫到屏的距離l的測量存在誤差。
②測條紋間距Δx帶來的誤差。
【例3】 [2019·全國Ⅱ卷·34(2)]某同學利用圖7所示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發光；調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問題：

圖7
(i)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，該同學可________。
A.將單縫向雙縫靠近
B.將屏向靠近雙縫的方向移動
C.將屏向遠離雙縫的方向移動
D.使用間距更小的雙縫
(ii)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝________。
(iii)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300 mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20 m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56 mm。則所測單色光的波長為________nm(結果保留3位有效數字)。
解析　(i)相鄰明(暗)干涉條紋的寬度Δx＝ldλ，要增加觀察到的條紋個數，即減小Δx，需增大d或減小l，因此應將屏向靠近雙縫的方向移動，選項B正確。
(ii)第1條到第n條暗條紋間的距離為Δx，則相鄰暗條紋間的距離Δx′＝Δxn－1，又Δx′＝ldλ，解得λ＝Δxd（n－1）l。
(iii)由λ＝Δxd（n－1）l，代入數據解得λ＝630 nm。
答案　(i)B　(ii)Δxd（n－1）l　(iii)630

1.現有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在如圖8所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。

圖8
(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、__________、A。
(2)本實驗的操作步驟有
①取下遮光筒左側的元件，調節光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；
②按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；
③用米尺測量雙縫到屏的距離；
④用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮紋間的距離。
在操作步驟②時還應注意______________________________和______________________________。
解析　(1)雙縫干涉儀各組成部分在光具座上的正確排序為光源、濾光片、單縫、雙縫、屏，因此應填，E、D、B。
(2)單縫與雙縫的間距為5～10 cm，使單縫與雙縫相互平行。
答案　(1)EDB　(2)單縫與雙縫的間距為5～10 cm
使單縫與雙縫相互平行
2.在觀察光的雙縫干涉現象的實驗中：
(1)將激光束照在如圖9乙所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現象是圖甲中的________。

圖9
(2)換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將________(以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”)。
解析　(1)雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋，A圖正確；
(2)根據Δx＝ldλ知，雙縫間的距離d減小時，條紋間距變寬；當雙縫到屏的距離l減小時，條紋間距變窄。
答案　(1)A　(2)變寬　變窄
　電磁波與相對論
1.電磁波的四大特點
(1)電磁波是橫波，在空間傳播不需要介質。
(2)在真空中電磁波的傳播速度為3×108 m/s。
(3)v＝λf對電磁波同樣適用。
(4)電磁波能產生反射、折射、干涉和衍射等現象。
2.電磁波譜的特性及應用
電磁波譜 特性 應用 遞變規律
無線電波 容易發生衍射 通信和廣播
紅外線 熱效應 紅外線遙感
可見光 引起視覺 照明等
紫外線 熒光效應，能殺菌 滅菌消毒、防偽
X射線 穿透能力強 醫用透視、安檢
γ射線 穿透能力很強 工業探傷、醫用治療
【例4】 (多選)[2016·全國Ⅱ卷，34(1)]關于電磁波，下列說法正確的是(　　)
A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關
B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發，形成電磁波
C.電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度、磁感應強度均垂直
D.利用電磁波傳遞信號可以實現無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸
E.電磁波可以由電磁振蕩產生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失
解析　電磁波在真空中傳播的速度均為光速，與頻率無關，選項A正確；電磁波是變化的電場和變化的磁場互相激發得到的，選項B正確；電磁波傳播方向與電場方向、磁場方向均垂直，選項C正確；光是一種電磁波，光可在光導纖維中傳播，選項D錯誤；電磁振蕩停止后，電磁波仍會在介質或真空中繼續傳播，選項E錯誤。
答案　ABC

1.(多選)關于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是(　　)
A.電磁波可以傳遞信息，聲波也能傳遞信息
B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波
C.太陽光中的可見光和醫院“B超”中的超聲波傳播速度相同
D.遙控器發出的紅外線波長和醫院“CT”中的X射線波長相同
E.由空氣進入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大
解析　電磁波可以傳遞信息，如電視信號；聲波也可以傳遞信息，如人說話，故A正確；手機用電磁波傳遞信息，人說話發出聲波，故B正確；太陽光中的可見光是電磁波，在真空中的傳播速度約為3×108 m/s，“B超”中的超聲波是聲波，常溫下，在空氣中的速度大約為340 m/s，故C錯誤；遙控器發出的紅外線和醫院“CT”中的X射線頻率不同，波速相同，根據c＝λf可知波長不同，故D錯誤；由v＝cn知電磁波進入水中速度變小，而聲波由空氣進入水中速度變大，E正確。
答案　ABE
2.(多選)下列說法正確的是(　　)
A.相對論與量子力學否定了經典力學理論
B.真空中的光速在任何慣性參考系中都是相同的
C.狹義相對論只適用于慣性參考系
D.肥皂泡呈現的彩色是光的干涉現象，露珠呈現的彩色是光的色散現象，通過狹縫看太陽光呈現的彩色是光的衍射現象
E.光纖通信、全息照相及醫用纖維式內窺鏡都是利用了光的全反射原理
解析　相對論并不否定經典力學，經典力學是相對論在低速運動時的特例，故選項A錯誤；根據光速不變原理，真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，故選項B正確；根據狹義相對論的基本假設可知，選項C正確；根據光現象的成因知，選項D正確；全息照相不是利用全反射，而是和光的干涉有關，選項E錯誤。
答案　BCD
課時作業
(時間：40分鐘)
基礎鞏固練
1.(多選)關于電磁波的作用，下列說法正確的是(　　)
A.用紅外線熱像儀檢測發熱病人，利用了物體在不同溫度下發射的紅外線的頻率和強度不同
B.刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因為紫外線波長短，分辨率高
C.紅外遙感技術利用了紅外線的顯著熱效應
D.驗鈔機之所以利用紫外線驗鈔是因為紫外線具有熒光效應
E.陰極射線是一種頻率極高的電磁波
解析　物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強，波長越短，紅外線熱像儀利用物體在不同溫度下發射的紅外線的頻率和強度不同檢測發熱病人，選項A正確；因為紫外線波長短，用紫外線拍攝指紋照片，分辨率高，選項B正確；紅外遙感技術利用靈敏的紅外線探測儀接收的物體發射的紅外線探知物體的特征，選項C錯誤；紫外線具有熒光效應，可使鈔票上的熒光物質發光，選項D正確；陰極射線實際是高速電子流，E錯誤。
答案　ABD
2.(多選)有關光纖及光纖通信的說法正確的是(　　)
A.光纖由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大
B.光在光纖中傳輸利用了全反射的原理
C.光纖通信是一種以光波為傳輸介質的通信方式，光波按其波長長短，依次可分為紅外線、可見光和紫外線，但紅外線和紫外線屬不可見光，它們都不可用來傳輸信息
D.光波和無線電波同屬電磁波，光波的頻率比無線電波的頻率低，波長比無線電波的波長長，在真空中傳播的速度大小都約為3.0×108 m/s
E.光纖通信的主要優點是容量大，此外，光纖傳輸還有衰減小、抗干擾性強等優點
解析　發生全反射的條件是光必須從光密介質射入光疏介質，即從折射率大的介質射入折射率小的介質，且入射角大于臨界角，當內芯的折射率比外套的折射率大時，光在界面上才能發生全反射，選項A、B正確；只要是光波，就能夠在光導纖維中傳播，不管是可見光還是不可見光，都可以用來傳輸信息，選項C錯誤；光波的頻率比無線電波的頻率高，波長比無線電波的波長短，選項D錯誤；光纖通信的優點有容量大，衰減小、抗干擾性強等，選項E正確。
答案　ABE
3.(多選)下列說法正確的是(　　)
A.用光導纖維束傳輸圖像和信息，利用了光的全反射原理
B.紫外線比紅外線更容易發生明顯的衍射現象
C.經過同一裝置所得的干涉條紋，紅光比綠光的條紋寬度大
D.光的色散現象都是由于光的干涉現象引起的
E.光的偏振現象說明光是一種橫波
解析　用光導纖維束傳輸圖像和信息，利用了光的全反射原理，A正確；紫外線的頻率比紅外線的大，故波長比紅外線的小，所以二者相比，紅外線更容易發生明顯的衍射現象，B錯誤；根據干涉條紋間距公式Δx＝ldλ知，波長越長，條紋間距越大，因為紅光的波長大于綠光的波長，所以經過同一裝置所得的干涉條紋，紅光比綠光的條紋寬度大，C正確；光的折射、干涉都能引起光的色散，D錯誤；偏振是橫波特有的，光的偏振現象說明光是橫波，E正確。
答案　ACE
4.(多選)關于振動和波動，下列說法正確的是(　　)
A.太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜是光的干涉現象
B.在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可使景象更清晰
C.無線電波的發射能力與頻率有關，頻率越高發射能力越弱
D.一個單擺在海平面上的振動周期為T，那么將其放在某高山之巔，其振動周期一定變大
E.利用紅外攝影可以不受天氣(陰雨、大霧等)的影響，因為紅外線比可見光波長長，更容易繞過障礙物
解析　太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜是光的折射現象，選項A錯誤；在照相機鏡頭前裝上一個偏振濾光片，利用了光的偏振原理，當偏振片的方向與偏振光的振動方向平行時，允許偏振光通過，當它們相互垂直時，偏振光不能通過，在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可以減弱反射光，使照片清楚，選項B正確；無線電波的發射能力與頻率有關，頻率越高發射能力越強，選項C錯誤；單擺的周期公式T＝2πlg，當其放在某高山之巔時，因重力加速度變小，故其振動周期一定變大，選項D正確；因為紅外線比可見光波長長，更容易發生衍射，更容易繞過障礙物，選項E正確。
答案　BDE
5.(多選)下列關于波的說法正確的有(　　)
A.當波從一種介質進入另一種介質時，頻率不會發生變化
B.光波從空氣進入水中后，更容易發生明顯的衍射現象
C.波源沿直線勻速靠近一靜止接收者，則接收者接收到波信號的頻率會比波源頻率低
D.機械波、電磁波都滿足v＝λf，式中三個參量依次為波速、波長、頻率
E.電磁波具有偏振現象
解析　波在傳播過程中波速和波長會變化，始終不變的量是頻率，A正確；光從空氣進入水中后，波長減小，更不容易發生明顯的衍射現象，B錯誤；根據多普勒效應可知，當波源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的波信號的頻率升高，C錯誤；公式v＝fλ適用于任何波，D正確；電磁波是橫波，橫波具有偏振現象，E正確。
答案　ADE
6.(多選)關于光在傳播過程中所表現的現象，下列說法正確的是(　　)
A.雨后天空出現的彩虹是光的衍射現象
B.白光通過分光鏡在光屏上形成的彩色光帶是光的色散現象
C.涂有增透膜的照相機鏡頭呈淡紫色，說明增透膜增強了對淡紫色的透色程度
D.夜間觀看到天邊星座的位置比實際位置偏高，這是光的折射現象
E.利用紅外線進行遙感主要是因為紅外線的波長長，容易發生明顯的衍射現象
解析　雨后天空出現的彩虹是光的折射現象，故A錯誤；白光通過分光鏡在光屏上形成的彩色光帶是由于不同色光折射率不同而產生的色散現象，故B正確；照相機鏡頭所涂增透膜的厚度是綠光在薄膜中的波長的14，從薄膜前、后表面反射的綠光發生干涉相互抵消，即大部分通過增透膜和鏡頭，紅色和紫色光反射后則不發生干涉，所以人眼看到鏡頭呈淡紫色，故C錯誤；夜間觀看到天邊星座的位置比實際位置高，這是光的折射現象，故D正確；波長越長，越容易發生明顯的衍射現象，利用紅外線進行遙感是因為紅外線的波長長，容易發生明顯的衍射現象，故E正確。
答案　BDE
7.(多選)中國的網絡建設開始邁向5G時代，5G即第五代移動通信技術，采用
3 300～5 000 MHz頻段，相比于現有的4G(即第四代移動通信技術，采用1 880～2 635 MHz頻段)技術而言，具有更大的優勢。5G信號與4G信號相比，下列說法正確的是(　　)
A.5G信號比4G信號在真空中的傳播速度快
B.4G信號波動性更顯著
C.4G和5G信號都是橫波
D.5G信號更容易發生明顯衍射現象
E.5G信號能量比4G信號能量更大
解析　任何電磁波在真空中的傳播速度均為光速，故傳播速度相同，故A錯誤；4G信號頻率較低，波動性更顯著，故B正確；電磁波均為橫波，故C正確；因5G信號的頻率高，則波長小，故4G信號更容易發生明顯的衍射現象，故D錯誤；5G信號的頻率更高，所以能量更大，故E正確。
答案　BCE
8.如圖1所示，A、B兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣，其中圖A是光的________(選填“干涉”或“衍射”)圖樣。由此可以判斷出圖A所對應的圓孔的孔徑________(選填“大于”或“小于”)圖B所對應的圓孔的孔徑。

圖1
解析　A中出現明暗相間的條紋，B中出現圓形亮斑。只有障礙物或孔的尺寸比光波波長小或跟光波波長相差不多時，才能發生明顯的衍射現象。圖A是光的衍射圖樣，圖B的形成可以用光的直線傳播解釋。所以圖A對應的圓孔的孔徑比圖B所對應的圓孔的孔徑小。
答案　衍射　小于
9.某同學用圖2甲所示的實驗裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”實驗，他用帶有游標卡尺的測量頭(如圖乙所示)測量相鄰兩條亮條紋間的距離Δx。轉動測量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對齊某一條亮條紋(將這一條紋確定為第一亮條紋)的中心，此時游標卡尺上的示數如圖丙所示，再轉動測量頭的手輪，使分劃板的中心刻線對齊第6條亮條紋的中心，此時游標卡尺上的示數情況如圖丁所示，則圖丁的示數x2＝________mm。如果實驗所用雙縫之間的距離d＝0.20 mm，雙縫到屏的距離L＝60 cm。根據以上數據可得出光的波長λ＝________nm。(保留1位小數)

圖2
解析　由游標卡尺的讀數規則可得x2＝8 mm＋19×0.05 mm＝8.95 mm。由Δx＝Ldλ，Δx＝x2－x15，x1＝2×0.05 mm＝0.10 mm，解得λ＝590.0 nm。
答案　8.95　590.0
綜合提能練
10.(多選)如圖3所示，光源S從水下向真空發射一束由紅光和藍光組成的復色光，在A點該復色光分成a、b兩束，則下列說法正確的是(　　)

圖3
A.b光是藍光
B.射出水面前a光的傳播速度較大，射出水面后a、b光傳播速度相同
C.逐漸增大入射角，a光最先發生全反射
D.b光比a光更容易發生明顯的衍射現象
E.a、b兩束光在任何情況下都不可能產生穩定的干涉現象
解析　根據n＝sin θ1sin θ2，結合光路圖可知，b光折射率較大，b光是藍光，選項A正確；a光是紅光，折射率較小，由n＝cv知，射出水面前a光的傳播速度較大，射出水面后a、b光傳播速度相同，均為光速c，選項B正確；由n＝1sin C可知，b光的全反射臨界角較小，故逐漸增大入射角，b光最先發生全反射，選項C錯誤；a光波長比b光波長長，故a光更容易發生明顯的衍射現象，選項D錯誤；產生穩定干涉現象的條件是兩束光頻率相同，故知a、b兩束光在任何情況下都不可能產生穩定的干涉現象，選項E正確。
答案　ABE
11.(多選)(2020·河南模擬)通過如圖4甲所示的裝置可研究光的干涉和衍射現象。從光源發出的光經過一縫板，在縫板后有一裝有感光元件的光屏，通過信號轉換，可在電腦上看到屏上的光強分布情況。圖乙分別顯示出A光和B光通過同一縫板得到的光強分布情況。下列有關A、B兩種色光的說法中正確的有(　　)

圖4
A.光通過的可能是縫板上的單縫
B.A光的波長比B光的波長長
C.A光的頻率比B光的頻率大
D.A光在玻璃中的傳播速度大于B光在玻璃中的傳播速度
E.A光比B光更容易發生衍射現象
解析　從光的強度分布可以看出，光屏上的光是等間距、等亮度的，所以是光通過雙縫產生的干涉現象，故A錯誤；由圖樣可看出，A光的條紋間距大于B光的條紋間距，由Δx＝Ldλ可知，A光的波長大于B光的波長，A光的頻率小于B光的頻率，故B正確，C錯誤；A光的頻率小于B光的頻率，則玻璃對A光的折射率小于對B光的折射率，所以A光在玻璃中的傳播速度大于B光在玻璃中的傳播速度，故D正確；由于A光的波長較長，所以更容易發生明顯的衍射現象，故E正確。
答案　BDE
12.如圖5所示，在“楊氏雙縫干涉”實驗中，激光的波長為5.30×10－7 m，屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10－7 m，則在這里出現的應是________(選填“明條紋”或“暗條紋”)。現改用波長為6.30×10－7 m的激光進行上述實驗，保持其他條件不變，則屏上的條紋間距將________(選填“變大”“變小”或“不變”)。

圖5
解析　因為dλ＝7.95×10－75.30×10－7＝32，即P點距雙縫S1、S2的路程差為半波長的奇數倍，所以出現暗條紋。根據條紋間距公式Δx＝ldλ知，當單色光的波長變長時，條紋間距變大。
答案　暗條紋　變大
13.小明在做“用雙縫干涉測量光的波長”實驗時，嘗試用單縫和平面鏡做類似實驗。單縫和平面鏡的放置如圖6所示，白熾燈發出的光經濾光片成為波長為λ的單色光，照射單縫，能在光屏上觀察到明暗相間的干涉條紋。小明測得單縫與鏡面延長線的距離為h，與光屏的距離為D，則條紋間距Δx＝________。隨后小明撤去平面鏡，在單縫下方A處放置同樣的另一單縫，形成雙縫結構，則在光屏上________(選填“能”或“不能”)觀察到干涉條紋。

圖6
解析　該實驗可以看成是雙縫間距d＝2h、雙縫與光屏間距L＝D的雙縫干涉，所以Δx＝Ldλ＝D2hλ。在單縫下方A處放置同樣的另一單縫，可以形成雙縫結構，但白熾燈的光通過濾光片后直接通過雙縫形成了兩個光源，而光波是概率波，隨機發射，即使兩個光源同時打開也不能保證相遇的兩列光波相位差恒定，所以不能形成穩定的相位差，并不能成為相干光。產生干涉的必要條件是兩列波的頻率相等、振動方向相同以及相位差恒定，必須用一分為二的方法獲得相干光，所以雙縫干涉實驗需要在雙縫前再加一個單縫。
答案　D2hλ　不能

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