第十四章 第2讲 光的干涉、衍射和偏振 电磁波公开课.docx

第2讲 光的干涉、衍射和偏振 电磁波【目标要求】1 .知道什么是光的干涉、衍射和偏振2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件3 知道发生明显衍射的条件4理解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生、发射、传播和接 收过程.考点一光的干涉现象【基础回扣】光的干涉定义：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 现喳条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.条件：两束光的频率相同、相位差恒定.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.【技巧点拨】.双缝干涉条纹间距：1=夕，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大.明暗条纹的判断方法：如图1所示，相干光源S、S2发出的光到屏上，点的路程差为加=-2小当Ar=&(Z=0,l,2)时,光屏上P 处出现明条纹.当Ar=(2Z+l)架=01,2)时，光屏上P'处出现暗条纹.薄膜干涉形成原因：如图2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.光照 射到薄膜上时，从膜的前外表A4'和后外表84分别反射回来，形成两列频率相同的光波, 并且叠加.立能力提升练7.（多项选择）（2019四川南充市第二次适应性考试）由、。两种单色光构成的复色光束从水中斜射 入空气中的光路图如图3所示，关于、人两种单色光，以下说法正确的选项是（）A.从同种介质中斜射入空气发生全反射时，。光的临界角小于匕光的临界角B.在同种介质中传播，。光传播速度大于b光传播速度C.相同条件的双缝干涉实验中，Q光的相邻亮条纹间距比人光的相邻亮条纹间距小D.通过同一狭缝，。光的衍射现象比b光的衍射现象更明显答案BD解析 由题图可知光的折射程度较大，可知水对人光的折射率较大，根据sin。=,可知， 几从同种介质中斜射入空气发生全反射时，b光的临界角小于光的临界角，选项A错误；根 据可知，在同种介质中传播，a光传播速度大于人光传播速度，选项B正确；b光的折 射率较大，那么b光波长较短，根据可知，相同条件的双缝干涉实验中，b光的相邻亮 条纹间距比光的相邻亮条纹间距小，选项C错误；b光波长较短，那么通过同一狭缝，光 的衍射现象比b光的衍射现象更明显，选项D正确.8.（2020山东卷3）双缝干涉实验装置的截面图如图4所示.光源S到Si、S2的距离相等，O 点为$、S2连线中垂线与光屏的交点.光源S发出的波长为2的光，经$出射后垂直穿过玻 璃片传播到。点，经§2出射后直接传播到。点，由S1到。点与由§2到。点，光传播的时 间差为，.玻璃片厚度为10九玻璃对该波长光的折射率为L5,空气中光速为c,不计光在玻 璃片内的反射.以下判断正确的选项是（）答案A解析 无玻璃片时，光传播10%所用时间为。=%D有玻璃片时，光传播104所用时间为t2=且智且智1.联立式得加=殳一九=选项A正确.9.（多项选择X2017.浙江4月选考.16）图5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0.80mm,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$和S2上，在屏上形成干涉条纹.中心轴线O。'上方第1条亮纹中心位置在Pi 处，第3条亮纹中心位置在P2处.现有1号、2号虫子分别从Si、S出发以相同速度沿垂直 屏方向飞行，1号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到外，2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到 尸2假定两只虫子爬行速率均为ICT? m/s.正确的选项是（）S2O-*S2O-*尸2出匚O'图5A.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 sC.两只虫子运动的时间差为1.0 sD.条件不够，两只虫子运动时间差无法计算答案AB解析 由题意结合双缝干涉的条纹间距公式可知，该光的干涉条纹相邻亮条纹中心 的间距：Ax=nQn-3X500X 10-9 m=5X W4 m,U.oU X 1 （J -中心轴线00'上方第1条亮纹中心位置在Pl处，所以 O' Pl =Ar=5X 10-4m中心轴线00,上方第3条亮纹中心位置在P2处,所以 O' P2 =3Ax=1.5X10-3m所以1号虫子的路程为：*=/+ O' Pi2号虫子的路程为：S2=/+ O' P? 一条那么 52-51 = Or P2 - O' P -d=1.5 X IO-3 m-5X 10-4 m-0.80X 1O_3 m=2X 10"4 m,故 A§ s 2 10-4正确；两只虫子运动的时间差加=+3=1()-3 s = 0.2s,故B正确，C、D错误.图2(2)明暗条纹的判断方法：两个外表反射回来的两列光波的路程差片等于薄膜厚度的2倍.在Pi、尸2处,在=2(= 1,2,3),薄膜上出现明条纹.在。处，厂=(2+1)彳(=0,23)，薄膜上出现暗条纹.【例11如图3所示，用频率为了的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹,条纹,光速为c,那么P到双缝S、S2的距离之差仍一R应为()答案D解析解析出现第3条暗条纹，说明S、S2到P点距离之差为负2-1)=夕2义31)=京，而7=c5 5c所以一闻= 2于，故D正确.跟进训练1.(波长与条纹间距的关系)(2020.山东青岛市西海岸区模拟)如图4所示，双缝干涉实验装置 中，屏上一点尸到双缝的距离之差为2.1 pim,假设用单色光A照射双缝时，发现P点正好是从 屏中间O算起的第四条暗条纹，换用单色光3照射双缝时，发现P点正好是从屏中间。算 起的第三条亮条纹，那么以下说法正确的选项是()A.单色光5的频率大于单色光A的频率B.单色光B的波长小于单色光A的波长C.单色光B的相邻亮条纹间的距离小于单色光A的相邻亮条纹间的距离D.用单色光A和3在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光8更容 易发生明显衍射答案D解析 由题意可知，单色光A照射双缝时条纹间距较小，根据Ax=）可知单色光A的波长 较小，频率较大，选项A、B、C错误；因单色光B的波长较大，那么用单色光A和B在同一单缝衍射的装置上做实验，在缝宽不变的情况下，单色光8更容易发生明显衍射, 选项D正确.2.（薄膜干涉的应用）（多项选择）如图5所示，把一个凸透镜的弯曲外表压在另一个玻璃平面上， 让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关说法合理 的是（）图5A.远离中心点处亮环的分布较密B.用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环C.这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的D.与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的答案AD解析 远离中心点处亮环的分布较密，故A正确；用白光照射时，仍然会出现干涉形成的圆 环，故B错误；这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，故C 错误；与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的，故D正确.考点二光的衍射和偏振现象【基础回扣】1 .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.2 .光的偏振自然光：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.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.偏振光的形成让自然光通过偏振片形成偏振光.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局部偏振光或完全 偏振光.（4）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.光的偏振现象说明光是一种横波.【技巧点拨】.单缝衍射与双缝干涉的比拟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，亮度基本相同相同点干涉、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.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理， 都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的.【例2】如图6所示的4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（黑色局部表示亮条纹）.在 下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（）mm IIIII ilium niiiiii1234图6A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫答案B解析 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.相邻亮条纹间 距 1=夕，红光波长比蓝光波长长，那么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，黄光波长比紫光波长长，即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，B正确.跟进训练.（光的衍射X多项选择）雾霾天气严重影响人们的身体健康，雾霾天气时能见度只有几米，天气 变黄变暗，这是由于这种情况下（）A.只有波长较短的一局部光才能到达地面B.只有波长较长的一局部光才能到达地面C.只有频率较大的一局部光才能到达地面D.只有频率较小的一局部光才能到达地面答案BD解析 根据光发生明显衍射的条件，雾霾天气时，只有波长较长、频率较小的一局部光发生 衍射绕过空气中的颗粒物到达地面，选项A、C错误，B、D正确.1 .（光的偏振）（多项选择）食品安全检验中碳水化合物（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呢 这一角度a称为“旋光度”，a的值只与糖溶液的浓 度有关，将。的测量值与标准值相比拟，就能确定被测样品的含糖量了.如图7所示，S是 自然光源，A、B是偏振片,转动8,使到达0处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之 间.以下说法中正确的选项是（）SAPB图7A.到达。处光的强度会明显减弱B.到达。处光的强度不会明显减弱C.将偏振片8转动一个角度，使得。处光强度最强，偏振片5转过的角度等于aD.将偏振片A转动一个角度，使得。处光强度最强，偏振片A转过的角度等于。答案ACD解析 偏振光通过糖的水溶液后，假设迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋 转一个角度 所以到达。处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；将偏振片8转动一 个角度，使得。处光强度最强，偏振片8转过的角度等于见故C正确；同理，将偏振片A 转动一个角度，使得0处光强度最强，偏振片A转过的角度等于见 故D正确.考点三电磁波【基础回扣】.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.1 .电磁波电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.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it回（都 等于光速）.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）17 = ；/, /是电磁波的频率.2 .电磁波的发射与接收发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行制（两种方式：调 幅、调频）.接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解谡出来，调幅波的 解调也叫检波.3 .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.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、y射线.【技巧点拨】.对麦克斯韦电磁场理论的理解均匀变化的电场产生恒定磁场均匀变化的电场产生恒定磁场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周期性振荡的磁场产生同频率振荡的电场克韦磁理 麦斯电场论.电磁波与机械波的比拟、名称 项卜、电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点（波源）的振动产生传播介质不需要介质（在真空中仍可传播）必须有介质（真空中不能传播）波的种类横波既有横波也有纵波速度特点由介质和频率决定，在真空中等于光仅由介质决定速(c=3 义 105.（电磁波的理解）（多项选择）（2016全国卷H34（l）改编）关于电磁波，以下说法正确的选项是（）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、光缆传输答案ABC解析电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波是周期性变化的 电场和磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C正 确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误.6.（电磁波的特性）目前，我国正在开展5G网络试点工作，即将全面进入5G时代.届时， 将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变 为现实.5G（即第五代移动通信技术）采用3 3005 000 MHz频段，相比于现有的4G（即第四代 移动通信技术，1 8802 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，以下说法正确的选项是（）A.5G信号在真空中的传播速度更快 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答案C解析 任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，传播速度相同，A错误；电磁波均为横波, B错误；5G信号的频率更高，那么其粒子性更显著，C正确；因5G信号的频率更高，那么波长 更小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，D错误.7.（电磁波的应用）（2020.浙江7月选考.4）在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测 量体温，如图8所示.以下说法正确的选项是（） m/s)能量都能携带能量并传播能量速度公式v=V遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象跟进训练A.当体温超过37.3 时人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的答案D解析 所有物体都会辐射出红外线，故A、B错误；红外体温计是依据人体发射红外线来测 体温的，且人体温度越高，辐射的红外线强度越大，故C错误，D正确.课时精练双基巩固练.（2020北京卷1）以下现象不属于干涉的是（）A.白光经过杨氏双缝得到彩色图样B.白光照射肥皂膜呈现彩色图样C.白光经过三棱镜得到彩色图样D.白光照射水面油膜呈现彩色图样答案C解析 选项A是双缝干涉，选项B是薄膜干涉，选项C是光的色散，选项D是薄膜干涉.故 选C.1 .（多项选择）（2019,广东深圳市第二次调研）以下有关光学现象的说法正确的选项是（）A.光从光疏介质射入光密介质，假设入射角大于临界角，那么一定发生全反射B.做双缝干涉实验时，仅用红光替代紫光，相邻亮条纹间距变大C.在白光下观察肥皂泡，其外表的相邻各条纹是等间距的D.光的偏振现象说明光是横波答案BD3.（多项选择X2020.江苏卷.13B（1）电磁波广泛应用在现代医疗中.以下属于电磁波应用的医用器 械有（）A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机答案AB4.（多项选择）关于电磁波谱，以下说法正确的选项是（）A. X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变B.丫射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是丁射线答案AB解析 紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，故C错误；在电磁波谱中，最容 易发生衍射现象的是无线电波，故D错误.5 .（多项选择）以下说法中正确的选项是（）A.人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射B.光的色散现象是由光的干涉引起的C.根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波D.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大答案AD解析 超声波的频率较大，波长较小，所以人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射，选项 A正确；光的色散现象是由光的折射引起的，选项B错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，周 期性变化的电场周围才可以产生电磁波，选项C错误；光导纤维丝内芯材料的折射率比外套 材料的折射率大，选项D正确.6 .（2019北京卷44）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.以下关于P处放置的光学元件说法正确的选项是（）光源匚二甲对应单缝，乙对应双缝甲对应双缝，乙对应单缝都是单缝，甲对应的缝宽较大都是双缝，甲对应的双缝间距较大 答案A解析 由题图中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样, A项正确，B、C、D项错误.