2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义:第十二章 光 电磁波 第2讲 Word版含答案.docx
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1、第2讲光的波动性电磁波考试标准知识内容考试要求说明光的干涉c1.不要求定量计算以双缝干涉为背景的问题.2.不要求推导相邻两个明条纹或暗条纹中心间距的计算公式.3.不要求讨论衍射光栅.4.不要求讨论立体电影和液晶显示屏的原理.5.不要求定量分析涉及薄膜干涉的有关问题.6.不要求了解激光的产生机理.7.不要求了解全息照相原理.8.不要求理解“变化的电场相当于一种电流”.9.不要求知道等幅振荡的概念及等幅振荡电路补充能量的方法.10.不要求掌握不同波段无线电波的传播特点.11.不要求掌握调谐、解调的方法与相关计算.12.不要求知道摄像管的工作原理和技术细节.13.不要求知道电视、雷达、移动电话、因特
2、网的技术细节.14.不要求知道模拟信号和数字信号的区别.光的衍射b光的偏振b激光a电磁波的发现a电磁振荡c电磁波的发射和接收b电磁波与信息化社会a电磁波谱a一、光的干涉1.产生条件两列光的频率相同,振动方向相同,且具有恒定的相位差,才能产生稳定的干涉图样.2.杨氏双缝干涉(1)原理如图1所示.图1(2)条纹特点单色光:形成明暗相间的条纹,中央为亮条纹.白光:光屏上出现彩色条纹,且中央亮条纹是白色(填写颜色).(3)条纹间距公式:x.3.薄膜干涉(1)相干光:光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面反射的两列光波.(2)图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等.单色光照射薄膜时
3、形成明暗相间的条纹,白光照射薄膜时形成彩色条纹.自测1一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹,除中央白色亮条纹外,两侧还有彩色条纹,其原因是()A.各色光的波长不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同B.各色光的速度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同C.各色光的强度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同D.上述说法都不正确答案A解析白光包含各种颜色的光,它们的波长不同,在相同条件下做双缝干涉实验时,它们的干涉条纹间距不同,所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹,A正确.二、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时,衍射现象
4、才会明显.2.衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹,两侧为明暗相间的条纹,且越靠外,亮条纹的亮度越弱,宽度越小中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度越弱,宽度越小.亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小白光中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑,周围是不等间距的彩色的同心圆环(2)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
5、有不等间距的明暗相间的圆环).三、光的偏振现象1.偏振:光波只沿某个特定方向的振动.2.偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光.光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光.自测2下列说法正确的是()A.两支铅笔靠在一起,自然光从笔缝中通过后就成了偏振光B.偏振光可以是横波,也可以是纵波C.因为激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象D.激光可以像手术刀一样切除肿瘤答案D解析两支铅笔靠在一起,中间的缝远远地大于光的波长,因此,光从中通过时不会成为偏振光,故A错误;光是横波,偏振光也是横波,故B错误;激光也是光,因此激光具有光波的特性,能够发生衍射现象,故C错误;
6、医学上利用激光切除肿瘤,主要是因为激光的方向性好,而且具有很高的能量,故D正确.四、电磁振荡和电磁波1.LC振荡电路和图象(如图2所示):图22.LC电路的周期、频率公式:T2,f .3.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.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.4.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(填“需要”或“不需要”)介质;(2)真空中电磁波的速度为3.0108 m/s;(3)vf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.发射电磁波的条件:(1)要有足
7、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.6.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、可见光、紫外线、X射线和射线,形成电磁波谱;递变规律:直线传播能力增强,衍射能力减弱.自测3(多选)关于电磁波及其应用,下列说法正确的是()A.麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在B.电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象C.电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程D.微波能使食物中的水分子的热运动加剧从而实现加热的目的答案BD解析麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹首先通过实验证实了电磁波的存在,故A错误;电磁波的接收要经过调谐和解调两个过程,故C错误.命题点一
8、光的干涉现象类型1杨氏双缝干涉1.条纹间距公式:x,对同一双缝干涉装置,光的波长越长,干涉条纹的间距越大.2.亮暗条纹的判断方法:如图3所示,图3光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差为rr2r1.(1)当rk(k0,1,2)时,光屏上P处出现亮条纹.(2)当r(2k1)(k0,1,2)时,光屏上P处出现暗条纹.例1(多选)(2017浙江4月选考16)图4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0.80 mm,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S1和S2上,在屏上形成干涉条纹.中心轴线OO上方第1条亮纹中心位置在P1处,第3条
9、亮纹中心位置在P2处.现有1号、2号虫子分别从S1、S2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P1,2号虫子到达屏后,沿屏直线爬行到P2.假定两只虫子爬行速率均为103 m/s.正确的是()图4A.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.已知条件不够,两只虫子运动时间差无法计算答案AB解析由题,结合双缝干涉的条纹间距公式:x可知,该光的干涉条纹相邻亮条纹中心的间距:x500109 m5104 m,中心轴线OO上方第1条亮纹中心位置在P1处,所以x5104 m中心轴线OO上方第3条亮纹中心位置在P2处,所以3x
10、1.5103 m所以1号虫子的路程为:s1l;2号虫子的路程为:s2l,则s2s1d1.5103 m5104 m0.80103 m2104 m,故A正确;两只虫子运动的时间差t s0.2 s,故B正确,C、D错误.变式1关于杨氏双缝干涉实验,下列说法正确的是()A.单缝的作用是获得频率相同的两相干光源B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源C.光屏上距两缝的路程差等于半个波长的整数倍处出现暗条纹D.照射到单缝的单色光的频率越高,光屏上出现的条纹越宽答案B解析单缝的作用是获得一束细光,故A错误;双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源,故B正确;屏上出现暗条纹处距两缝的路程差等于半个波长
11、的奇数倍,故C错误;单色光的频率越高,波长越短,根据x,知相邻条纹的间距越小,条纹越窄,故D错误.变式2(多选)如图5所示是杨氏双缝干涉实验示意图,其中S1、S2为双缝,D为光屏,实验中观察到屏上O点为中央亮条纹的中心,P1为第一级亮条纹的中心,若将双缝间的距离变小,其他条件不变,则()图5A.屏上的干涉条纹的间距将变大B.屏上的O点可能出现暗条纹C.屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心D.屏上P1位置可能为暗条纹的中心答案AD解析由x知,d变小,x变大,A正确;O点到S1、S2光程差仍然为零,仍为中央亮条纹,B错误;x变大,P1到双缝的光程差小于一个波长,不可能是亮条纹的中心,但可能为暗条纹的
12、中心,故C错误,D正确.类型2薄膜干涉1.形成如图6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,在膜的前表面AA和后表面BB分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.图62.亮、暗条纹的判断(1)在P1、P2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差r等于波长的整数倍,即rn(n1,2,3),薄膜上出现亮条纹.(2)在Q处,两列反射回来的光波的路程差r等于半波长的奇数倍,即r(2n1)(n0,1,2,3),薄膜上出现暗条纹.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7所示.这时可以看到明暗相间的条纹
13、.下面关于条纹的说法中正确的是()图7A.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答案AC解析根据薄膜干涉的产生原理,上述现象是由空气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A项正确,B项错误;条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当上玻璃板平行上移时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,故C项正确;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D项错误.变
14、式3用如图8所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.左侧点燃酒精灯(在灯芯上洒些食盐),右侧是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈.下列是在肥皂膜上观察到的干涉图样示意图,其中最合理的是()图8答案B解析由于重力的作用使下侧的肥皂膜厚度比较大,而上侧的比较薄,相同高度的肥皂膜的厚度相同,故出现水平的明暗相间的干涉条纹.故B正确,A、C、D错误.命题点二光的衍射和偏振现象1.对光的衍射的理解(1)波长越长,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.2.单缝衍射与
15、双缝干涉的比较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,属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹3.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.4.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振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
16、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3单色光源发出的光经一狭缝,照射到光屏上,可观察到的图象是下图中()答案A解析在光的单缝衍射图样中,中间是宽度最大最亮的亮条纹,在中央亮条纹两边的亮条纹宽度越来越小,亮度也越来越低,故选项A正确.变式4(多选)关于光的衍射现象,下面说法正确的是()A.红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B.白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹C.光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑,说明发生了衍射D.光照到较大圆孔上出现大光斑,说明光沿直线传播,不存在光的衍射答
17、案AC解析单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹;白光的衍射图样是彩色条纹;光照到不透明小圆盘上,在其阴影处出现亮点,是衍射现象;衍射是波特有的现象,只有明显与不明显之分,光照到较大圆孔上出现大光斑,大光斑的边缘模糊,正是光的衍射造成的,不能认为不存在光的衍射现象.故A、C正确.例4(多选)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,这一角度称为“旋光度”,的值只与糖溶液的浓度有关,将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9所示,S是自然光源,
18、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.以下说法中正确的是()图9A.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转过的角度等于答案ACD解析偏振光通过糖的水溶液后,若迎着射来的光线看,偏振方向会以传播方向为轴线,旋转一个角度,所以到达O处光的强度会明显减弱,故A正确,B错误;将偏振片B转动一个角度,使得O处光的强度最大,偏振片B转过的角度等于,故C正确;同理,将偏振片A转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片A转过的角
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