2020年高考物理真题考点逐个击破-专题7.6 光的波动性与电磁波

2020年高考物理真题考点逐个击破-专题7.6 光的波动性与电磁波【专题诠释】一、光的干涉、衍射和偏振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．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．二、电磁波1．麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．2．电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波．(2)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相同(都等于光速)．(3)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，波速越小．(4)v＝λf，f是电磁波的频率．3．电磁波的发射(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)．(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变．4．无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路．(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫作检波．检波是调制的逆过程，也叫作解调．5．电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱．按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．三、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，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系．2．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.【高考领航】【2019·北京卷】利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。

下列关于P处放置的光学元件说法正确的是A．甲对应单缝，乙对应双缝B．甲对应双缝，乙对应单缝C．都是单缝，甲对应的缝宽较大D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大【答案】A【解析】根据单缝衍射图样和双缝干涉图样特点判断。

单缝衍射图样为中央亮条纹最宽最亮，往两边变窄，双缝干涉图样是明暗相间的条纹，条纹间距相等，条纹宽度相等，结合图甲，乙可知，甲对应单缝，乙对应双缝，故A 正确，BCD 错误。

【2019·新课标全国Ⅱ卷】某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。

实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。

回答下列问题：（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可__________； A ．将单缝向双缝靠近 B ．将屏向靠近双缝的方向移动 C ．将屏向远离双缝的方向移动 D ．使用间距更小的双缝（2）若双缝的间距为d ，屏与双缝间的距离为l ，测得第1条暗条纹到第n 条暗条纹之间的距离为Δx ，则单色光的波长λ=_________；（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0．300 mm ，测得屏与双缝间的距离为1.20 m ，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm 。

则所测单色光的波长为______________nm （结果保留3位有效数字）。

【答案】（1）B （2）1x dn l∆⋅-（） （3）630 【解析】（1）由Δx =ldλ ，因Δx 越小，目镜中观察得条纹数越多，故B 符合题意； （2）由1x ln dλ∆=-，λ=(1)d x n l ∆-；（3）λ=(1)d x n l ∆-=3330.310m 7.5610m6.310m 630nm (41) 1.2m---⨯⨯⨯≈⨯=-⨯。

【2017·全国高考卷Ⅱ】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 ( )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【答案】ACD【解析】根据条纹间距表达式Δx＝ldλ可知：因红光的波长大于绿光的波长，则改用红色激光可增大条纹间距，选项A正确；因蓝光的波长小于绿光的波长，则改用蓝色激光可减小条纹间距，选项B错误；减小双缝间距d可增加条纹间距，选项C正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，即增加l可使条纹间距变大，选项D正确；光源与双缝间的距离不影响条纹间距，选项E错误．【最新考向解码】例1.(2019·贵州部分重点中学第四次联考)以下说法正确的是()A．一单摆做简谐运动，摆球相继两次通过同一位置时，摆球的动能必相同B．机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象，所以它们的本质相同C．在观察者靠近波源的过程中，其接收到的波的频率大于波源的振动频率D．γ射线比红外线更容易发生衍射现象E．变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场【答案】ACE【解析】一单摆做简谐运动，摆球相继两次通过同一位置时的速度大小相同，方向不同，因此动能必相同，A正确；机械波和电磁波本质上不相同，前者是机械振动在介质中的传播，而电磁波是由变化的电磁场产生的，可以在真空中传播，但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射，B错误；根据多普勒效应，当观测者靠近波源时，单位时间内到达观察者的完全波的个数增加，观察者接收到的波的频率大于波源的振动频率，C正确；γ射线比红外线的波长短，波长越短越不容易发生衍射现象，D错误；变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场，E正确。

例2.(2019·浙江杭州高三上学期模拟)用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件(其中双缝和光屏连在遮光筒上)：A．白炽灯B．单缝片C．光屏D．双缝E．滤光片(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：____________；(2)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________(填“＞”“＝”或“＜”)Δx2。

若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m ，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm ，则双缝之间的距离为________ mm 。

【答案】 (1)AEBDC (2)＞ 0.3【解析】 (1)在光具座上从左向右，应该是光源、滤光片、单缝片、双缝片、光屏，故合理的顺序是：AEBDC 。

(2)红光的波长大于绿光的波长，由公式Δx ＝Ld λ，可知红光的干涉条纹间距Δx 1与绿光的干涉条纹间距Δx 2相比，Δx 1>Δx 2；因λ＝630 nm ＝6.3×10－7 m ，x ＝10.5 mm ＝1.05×10－2 m ，Δx ＝x 5＝2.1×10－3 m ，由公式Δx ＝L d λ得：d ＝LλΔx＝3×10－4 m ＝0.3 mm 。

例3.(2019·福建龙岩调研)如图所示，a 、b 、c 、d 四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )A ．a 、b 是光的干涉图样B ．c 、d 是光的干涉图样C ．形成a 图样的光的波长比形成b 图样光的波长短D ．形成c 图样的光的波长比形成d 图样光的波长短 【答案】A.【解析】：干涉条纹是等距离的条纹，因此，a 、b 图是干涉图样，c 、d 图是衍射图样，故A 项正确，B 项错误；由公式Δx ＝ld λ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a 图样的光的波长比b 图样的光的波长长，故C 项错误；c 图样的光的波长比d 图样的光的波长长，故D 项错误． 【方法技巧】 干涉和衍射的比较【微专题精练】1．(2019·江西省九校联考)关于光现象及其应用，下列说法正确的有()A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光与物光的相干性高的特点B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度D．当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声波频率低于声源的频率E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短【答案】：ACE【解析】：全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光与物光的相干性高的特点，选项A正确；通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项B错误；拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度，选项C正确；当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声波频率高于声源的频率，选项D错误；一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，频率和周期不变，故波长变短，选项E正确．2．(2019·宁夏罗平中学模拟)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是() A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象E．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄【答案】：CDE【解析】：检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成色散现象，故B错误；光导纤维束内传送图像是利用了光由光密介质到光疏介质时会发生全反射，故C正确；增透膜是利用光的干涉现象，故D正确；在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，因绿光的波长小于红光，根据Δx＝ldλ可知，干涉条纹间距变窄，选项E正确．3．(2019·四川四市二诊)关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波在真空和介质中的传播速度相同B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波谱中的无线电波与可见光相比，更容易产生显著的衍射现象D．电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波随即消失E．发射电磁波是为了用它传递某种信号，载有信号的电磁波可以在真空中传输也可以通过光缆传输【答案】：BCE【解析】：电磁波在真空中的传播速度最大，在其他介质中的速度将变小，而且介质的折射率越大，速度越小，选项A错误；根据电磁波知识知，选项B正确；波长较长的无线电波的波动性更显著，干涉、衍射现象更容易发生，选项C正确；当发射电路的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，选项D错误；电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输，电磁波的频率越高，相同时间传递的信息越大，光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量信息，选项E正确．4．(2019·广西桂林中学模拟)下列关于光学现象的说法中正确的是()A．电磁波和其他可见光一样，也能产生衍射现象B．水中蓝光的传播速度比红光的慢C．光的偏振现象说明光是纵波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E．一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹，是因为玻璃三棱镜吸收了白光中的一些色光【答案】：ABD【解析】：一切波都有干涉、衍射现象，电磁波也是波，因此电磁波和其他可见光一样均具有干涉、衍射等现象，故A正确；蓝光的折射率大于红光的折射率，根据v＝cn知，水中蓝光的传播速度比红光慢，故B正确；光的偏振现象说明光是横波，故C错误；由于红光的波长大于蓝光的波长，根据条纹间距等于Δx＝ldλ，故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，故D正确；一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹是因为光的折射，不是因为三棱镜吸收了光，故E错误．所以A、B、D正确．5.(2019·广东湛江一中等四校联考)下列说法中正确的是()A．交通警示灯选用红色是因为红光更容易穿透云雾烟尘B．光在同一种介质中沿直线传播C．用光导纤维束传输图象信息利用了光的全反射D．让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，形成的干涉条纹间距较大的是绿光E．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是多普勒效应【答案】ACD【解析】：.交通警示灯选用红色是因为红光的波长较长，更容易穿透云雾烟尘，选项A正确；光在同一种均匀介质中沿直线传播，选项B错误；用光导纤维束传输图象信息利用了光的全反射，选项C正确；根据条纹间距表达式Δx＝ldλ可知，因为绿光的波长大于蓝光，故让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，形成的干涉条纹间距较大的是绿光，选项D正确；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是声波的干涉现象，选项E错误．6．(2019·福建三明质量检查)下列说法正确的是()A．偏振光可以是横波，也可以是纵波B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理D．X射线在磁场中能偏转，穿透能力强，可用来进行人体透视E．声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率【答案】BCE.【解析】：偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是横波，故A错误；照相机的镜头上的增透膜是光的干涉现象，故B正确；用光导纤维传播信号是利用了光的全反射，C正确；X射线穿透力较强，但它不带电，不能在磁场中偏转，故D错误；根据多普勒效应可知声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率，E正确．7．(2019·安徽屯溪一中模拟)下列说法正确的是()A．光波在介质中传播的速度与光的频率无关B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的C．杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小D．光的偏振特征说明光是横波E．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的【答案】BDE.【解析】：光的传播速度由介质的本身性质与频率共同决定，所以光波在介质中传播的速度与光的频率有关，故A 错误；油膜形成的彩色条纹，是由膜的前后表面反射光，进行光的叠加，形成的干涉条纹，故B 正确；根据光的干涉条纹间距公式Δx ＝Ld λ，因为红光的波长比蓝光的波长长，则红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距大，故C 错误；光的偏振振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，即光的偏振现象说明光是一种横波而不是纵波，故D 正确；狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的，故E 正确．8.在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm 的光，在距双缝1.00 m 的屏上形成干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm ，则双缝的间距为( ) A ．2.06×10－7 m B ．2.06×10－4 m C ．1.68×10－4 m D ．1.68×10－3 m【答案】C.【解析】：在双缝干涉实验中，相邻明条纹间距Δx 、双缝间距d 与双缝到屏的距离L 间的关系为Δx ＝Ld λ，则双缝间距d ＝LλΔx ＝1.00×589×10－90.350×10－2 m≈1.68×10－4m. 9.双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S 后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S 1和S 2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹．屏上O 点距双缝S 1和S 2的距离相等，P 点是距O 点最近的第一条亮条纹．如果将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O 点及其上方的干涉条纹的情况是( )A ．O 点是红光的亮条纹B ．O 点不是蓝光的亮条纹C ．红光的第一条亮条纹在P 点的上方D ．蓝光的第一条亮条纹在P 点的上方E ．蓝光的第一条亮条纹在P 点的下方 【答案】ACE【解析】：.O 点处波程差为零，对于任何光都是振动加强点，均为亮条纹，A 正确；红光的波长较长，蓝光的波长较短，根据Δx ＝ldλ可知，C 、E 正确．10.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示．(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点： A ．灯丝和单缝及双缝必须平行放置 B ．干涉条纹与双缝垂直C ．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关D ．干涉条纹间距与光的波长有关 以上几点中你认为正确的是________．(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某干涉条纹线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________mm.(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示．则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx 时，测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值． 【答案】：(1)ACD (2)0.702 (3)大于【解析】：(1)为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行；由Δx ＝Ld λ可知，条纹的疏密程度与双缝间距离d 、光的波长λ、双缝到屏的距离L 有关，所以A 、C 、D 选项正确，B 选项错误．(2)固定刻度读数为0.5 mm ，可动刻度读数为20.2，所以测量结果为0.5 mm ＋20.2×0.01 mm ＝0.702 mm. (3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，由几何知识可知测量头的读数大于条纹间的实际距离．。