高考物理一轮复习(全国版) 第16章 第2讲　光的干涉、衍射和偏振　电磁波

大一轮复习讲义第十六章光电磁波第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.内容索引考点一光的干涉现象考点二光的衍射和偏振现象考点三电磁振荡电磁波课时精练考点一光的干涉现象光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现

条纹，某些区域相互减弱，出现

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.夯实必备知识基础梳理亮暗相同1.光的颜色由光的频率决定.(

)2.频率不同的两列光波不能发生干涉.(

)3.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光.(

)4.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同.(

)√√×√提升关键能力方法技巧1.双缝干涉(1)条纹间距：Δx＝

λ，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)明暗条纹的判断方法：如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝nλ(n＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹.当Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹.2.薄膜干涉(1)形成原因：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.光照射到薄膜上时，从膜的前表面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.(2)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹.在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹.(3)应用：增透膜、检查平面的平整度.例1如图所示，用频率为f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，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为考向1光的干涉的理解和明暗条纹的判断√例2

(多选)(2021·浙江6月选考·16)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄.下列说法正确的是A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C.肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°√√考向2薄膜干涉肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；薄膜干涉是等厚干涉，干涉条纹是前后表面反射光形成的，B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，从形成到破裂的过程中上面越来越薄，下面越来越厚，因此会出现加强点和减弱点的位置发生变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力、表面张力和粘滞力的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此条纹并不会跟着旋转90°，D错误.例3

(多选)图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为待检查的物体，C为入射光，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是A.入射光C应采用单色光B.图乙条纹是由A的下表面反射光和B的上

表面反射光发生干涉形成的C.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹D.由图乙条纹可知，被检查表面上有洞状凹陷√√考点二光的衍射和偏振现象1.光的衍射发生明显衍射的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够

的时候，衍射现象才会明显.2.光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿

振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都

.(2)偏振光：在

于光的传播方向的平面上，只沿着某个

的方向振动的光.夯实必备知识基础梳理小一切方向相同垂直特定(3)偏振光的形成①让自然光通过

形成偏振光.②让自然光在两种介质的界面发生反射和

，反射光和折射光可以成为部分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.(5)光的偏振现象说明光是一种

波.偏振片折射横1.阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.(

)2.泊松亮斑是光的衍射形成的.(

)3.光遇到障碍物时都能产生衍射现象.(

)4.自然光是偏振光.(

)√×√×1.单缝衍射与双缝干涉的比较提升关键能力方法技巧

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2.光的干涉和衍射的本质从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加，干涉是从单缝通过两列频率相同的光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的.例4如图所示的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(黑色部分表示亮条纹).在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是A.红黄蓝紫

B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄

D.蓝黄红紫考向1单缝衍射与双缝干涉的比较√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.例5奶粉的碳水化合物(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.考向2光的偏振(1)偏振片A的作用是______________________.把自然光变成偏振光自然光通过偏振片后变为偏振光.(2)偏振现象证明了光是一种_______.横波偏振现象证明光是一种横波.(3)以下说法中正确的是________.A.到达O处光的强度会减弱B.到达O处光的强度不会减弱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αD.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αACD偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是α，即偏振方向不再与B的透光方向平行，到达O处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于α，并与偏振光的方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确.

考点三电磁振荡电磁波1.电磁振荡(以LC振荡电路为例)(1)产生：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，就会使电容器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度B发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡.(2)周期和频率夯实必备知识基础梳理2.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

，变化的电场能够在周围空间产生

.(2)电磁波①电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成

.②电磁波的传播不需要

，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

.④v＝λf，f是电磁波的频率.电场磁场电磁波介质小(3)电磁波的发射与接收①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

(两种方式：调幅、调频).②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

出来，调幅波的解调也叫

.(4)电磁波谱按照电磁波的

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、

、紫外线、X射线、γ射线.调制解调检波频率可见光1.LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最小.(

)2.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场.(

)3.电磁波既可以传递能量，也可以用来传递信息.(

)√××1.对麦克斯韦电磁场理论的理解提升关键能力方法技巧2.电磁波与机械波的比较

名称项目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，在真空中等于光速(c＝3×108m/s)仅由介质决定能量都能携带能量并传播能量速度公式v＝λf遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象例6

(2020·浙江1月选考·8)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电.t＝0时开关S打到b端，t＝0.02s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值.则A.LC回路的周期为0.02sB.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大C.t＝1.01s时线圈中磁场能最大D.t＝1.01s时回路中电流沿顺时针方向√例7

(多选)关于电磁波和电磁振荡，下列说法正确的有A.在LC振荡电路中，电流最大时，线圈L中的磁通量最大B.产生电磁波的条件是只要空间某个区域有变化的电场或磁场C.雷达是利用波长较短的微波来测定物体位置的无线电装置D.电磁波从发射电路向空间传播时电磁振荡一停止，产生的电磁波立即

消失E.常用的电视遥控器是利用发出红外线来变换频道的√√√在LC振荡电路中，电流最大时，电容器放电完毕，电场能转化为磁场能，磁通量最大，故A正确；均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，恒定磁场的周围不会产生电场，不能产生电磁波，故B错误；雷达是利用波长较短的微波来测定物体位置的无线电装置，故C正确；电磁波从发射电路向空间传播时电磁振荡停止，产生的电磁波不会立即消失，故D错误；常用的电视遥控器是利用发出的波长较长的红外线来变换频道的，故E正确.例8

(多选)关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是A.机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线B.雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备C.γ射线可以用来治疗某些癌症D.医院给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强√√√一切物体均发出红外线，温度不同，辐射强度不同，测量人体温度的测温仪应用的是红外线，A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的，B正确；γ射线可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症，C正确；给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强，D正确.课时精练1.(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√必备基础练123456789101112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.2.(多选)(2020·江苏卷·13B(1))电磁波广泛应用在现代医疗中.下列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√123456789101112√3.(多选)以下说法正确的是A.真空中蓝光的波长比红光的波长长B.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C.光纤通信利用了光的全反射原理D.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同E.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123456789101112√√√123456789101112从电磁波谱中可以知道，蓝光的频率比红光大，蓝光的波长比红光短，故A错误；双缝干涉实验中，条纹间距的表达式Δx＝

λ，其他条件不变的前提下，条纹间距与入射光的波长成正比，红光的波长长，用红光得到的条纹间距更宽，故B正确；一般所说的光纤是由纤芯和包层组成，相对来讲，包层是光疏介质，纤芯是光密介质，当光以一定角度从纤芯射向包层的分界面时，会发生全反射，这就可以将光信号封闭在纤芯中传输，故C正确；123456789101112可见光是电磁波，在真空中的传播速度是3×108m/s，超声波是一种机械波，在空气中20℃时速度大约340m/s，故D错误；人体的红外热辐射聚焦到检测器上，检测器将辐射功率转换为电信号，该电信号在被补偿环境温度之后可以以摄氏度(或华氏度)为单位显示.人体温度越高，辐射红外线的功率越大.故E正确.4.(多选)下列说法正确的是A.光可以像无线电波那样，作为载体来传递信息，从而实现光纤通信B.两束光振动方向相同，即使频率不同也可以发生明显干涉现象C.摄影师为更加清晰地拍摄玻璃橱窗里的陈列物，需在照相机镜头前装

一特殊镜片，这是利用了光的偏振现象D.观看立体电影(3D电影)时，观众需戴上一副特殊的眼镜，这是利用了

光的干涉现象E.激光精准测距，是利用了激光的平行度较高，且在传播很远的距离后

仍能保持一定的强度的特点123456789101112√√√123456789101112光可以像无线电波那样，作为载体来传递信息，从而实现光纤通信，所以A正确；两束光振动方向相同，频率不同则不可以发生明显干涉现象，所以B错误；摄影师为更加清晰地拍摄玻璃橱窗里的陈列物，需在照相机镜头前装一特殊镜片，这是利用了光的偏振现象，所以C正确；123456789101112观看立体电影(3D电影)时，观众需戴上一副特殊的眼镜，这是利用了光的偏振现象，所以D错误；激光精准测距，是利用了激光的平行度较高，且在传播很远的距离后仍能保持一定的强度的特点，所以E正确.5.(多选)如图，光源S从水下向空气中射出一束由红光、黄光和蓝光组成的复色光，在水面上的P点分裂成a、b、c三束单色光，下列说法正确的是A.c光为红色光B.在水中传播时a光速度最大，c光波长最小C.逐渐增大入射角，a光最先发生全反射D.b光比c光更容易发生明显的衍射现象E.a、b、c三种色光分别用同一双缝干涉实验

装置发生干涉，a光相邻亮条纹间距最大123456789101112√√√123456789101112由光路图可知，c光的偏折程度最大，折射率最大，故c光为蓝光，a光的偏折程度最小，折射率最小，a光为红光，则b光为黄光，A错误；由v＝

可知，a光的折射率最小，在水中传播的光速最大，由λ＝

可知，c光的频率最高，光速最小，故波长最小，B正确；123456789101112由sinC＝

可知，c光的临界角最小，逐渐增大入射角，c光最先发生全反射，C错误；b光的波长比c光的波长大，故b光比c光更容易发生明显的衍射现象，D正确；由Δx＝

λ，可知a、b、c三种色光分别用同一双缝干涉实验装置发生干涉，a光波长最大，相邻亮条纹间距最大，E正确.6.用如图甲所示装置做圆孔衍射实验，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围.下列说法正确的是A.此实验说明了光沿直线传播B.圆孔变小，衍射图样的范围反而变大C.圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大D.用不同波长的光做实验，衍射图样完全相同123456789101112√此实验说明了光的衍射现象，故A错误；圆孔变小，衍射现象更明显，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱，衍123456789101112射图样的范围反而变大，故B正确，C错误；用不同波长的光做实验，衍射图样并不相同，因为波长越长，对同一圆孔而言，衍射现象越明显，故D错误.7.雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示.下列说法正确的是A.雷达利用电磁波的干涉特性工作B.电磁波发射时需要进行调谐和解调C.电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大D.在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化√123456789101112123456789101112电磁波同声波一样，遇到障碍物反射，雷达利用电磁波的反射特性工作，故A错误；电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故B错误；电磁波的频率由波源决定，与介质无关，故C错误；电磁波电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故D正确.8.(2019·北京卷·14)利用图示的装置(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123456789101112√123456789101112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.9.(2021·山东卷·7)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹.下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图象，可能正确的是123456789101112能力综合练√123456789101112从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Δx＝2d，即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差Δx＝nλ时此处为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为

λ，在题图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，则薄膜的厚度逐渐变小，因条纹宽度逐渐变宽，则厚度不是均匀变小，故选D.10.(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则下列有关结论正确的是A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B.若电容器正在充电，则电容器下极板带正电C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大E.若电容器正在放电，则线圈中电流正在减小123456789101112√√√123456789101112若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C正确，A错误；若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，故B正确；若电容器正在放电，则线圈中电流增大，由楞次定律可判定自感电动势正在阻碍电流增大，故D正确，E错误.11.将一矩形玻璃板水平固定，另一矩形玻璃板一端放在水平玻璃板M端上，另一端与水平玻璃板N端之间插入两张纸片，侧视如图所示.用单色平行光a从上方竖直射入，从上方可以观察到明暗相