新高考物理一輪復習重難點練習專題32 光的干涉、衍射和偏振　電磁波（原卷版）

專題32光的干涉、衍射和偏振電磁波1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振.2.掌握雙縫干涉中出現(xiàn)亮、暗條紋的條件.3.知道發(fā)生明顯衍射的條件.4.理解麥克斯韋電磁場理論，了解電磁波的產生、發(fā)射、傳播和接收過程．考點一光的干涉現(xiàn)象光的干涉(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)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：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋． 1．雙縫干涉(1)條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ，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：如圖所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點的路程差為Δr＝r2－r1.當Δr＝nλ(n＝0,1,2…)時，光屏上P′處出現(xiàn)明條紋．當Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2…)時，光屏上P′處出現(xiàn)暗條紋．2．薄膜干涉(1)形成原因：如圖所示，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，從膜的前表面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．(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，光在薄膜中的波長為λ.在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋．在Q處，Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋．(3)應用：增透膜、檢查平面的平整度．【典例1】（2022·江蘇省昆山中學模擬預測）在薄膜干涉實驗中，鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置，形成如圖所示的肥皂膜側視圖，用黃色光從左側照射薄膜，會觀察到明暗相間的干涉條紋，則下列結論錯誤的是（）A．實驗者應該從薄膜右側觀察干涉圖樣B．干涉條紋的分布上疏下密C．任意兩相鄰亮條紋處對應的薄膜厚度之差不變D．若換用紅光照射，則條紋間距將變大【典例2】（2022·上海嘉定·二模）利用圖a所示的裝置，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到圖b中甲和乙兩種圖樣。則（）A．甲對應單縫，乙對應雙縫B．甲對應雙縫，乙對應單縫C．都是單縫，甲對應的縫寬較大D．都是雙縫，甲的雙縫間距較大考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象1．光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯．2．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(fā)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)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．(5)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波．1．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(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2．光的干涉和衍射的本質從本質上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都屬于光波的疊加，干涉是從單縫通過兩列頻率相同的光波在屏上疊加形成的，衍射是由來自單縫上不同位置的光在屏上疊加形成的．【典例3】（2022·天津市新華中學高三階段練習）關于圖的說法，正確的是（）A．圖：光導纖維內芯的折射率比外套小，光傳播時在內芯與外套的界面發(fā)生全反射B．圖乙：研究光的干涉現(xiàn)象時，將紫光換為紅光，可在目鏡中觀測到更多的干涉條紋C．圖丙：一束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分解為a、b兩種單色光，a光比b光衍射現(xiàn)象更明顯D．圖?。?D影院中看立體電影時戴偏光鏡的原理和照相機鏡頭表面涂上增透膜的原理是相同的【典例4】（2022·江蘇南通·三模）如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，卻看不到光亮，則（）A．電燈S發(fā)出的光是偏振光 B．偏振片A起檢偏器的作用C．以SP為軸將A轉過45°，在P處看到光亮 D．將B沿SP向A平移至某位置時，在P處看到光亮考點三電磁振蕩電磁波1．電磁振蕩(以LC振蕩電路為例)(1)產生：在LC振蕩電路中，電容器不斷地充電和放電，就會使電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器內的電場強度E、線圈內的磁感應強度B發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩．(2)周期和頻率周期：T＝2πeq\r(LC)頻率：f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))(其中L指自感系數(shù)，C指電容)．2．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地向周圍傳播，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?。躹＝λf，f是電磁波的頻率．(3)電磁波的發(fā)射與接收①發(fā)射電磁波需要開放的高頻振蕩電路，并對電磁波根據(jù)信號的強弱進行調制(兩種方式：調幅、調頻)．②接收電磁波需要能夠產生電諧振的調諧電路，再把信號從高頻電流中解調出來，調幅波的解調也叫檢波．(4)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．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．1．對麥克斯韋電磁場理論的理解2．電磁波與機械波的比較名稱項目電磁波機械波產生由周期性變化的電場、磁場產生由質點(波源)的振動產生傳播介質不需要介質(在真空中仍可傳播)必須有介質(真空中不能傳播)波的種類橫波既有橫波也有縱波速度特點由介質和頻率決定，在真空中等于光速(c＝3×108m/s)僅由介質決定能量都能攜帶能量并傳播能量速度公式v＝λf遵循規(guī)律都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象【典例5】（2022·全國·高三課時練習）關于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是（）A．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波B．利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸C．太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D．遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同【典例6】（2022·全國·高三課時練習）“4G改變生活，5G改變社會”。5G網(wǎng)絡使用的無線電通信頻率是在3.0GHz以上的超高頻段和極高頻段，比4G網(wǎng)絡（無線電通信頻率在1.8～2.7GHz之間）通信擁有更大的帶寬，相同時間傳遞的信息量更大。下列說法正確的是（）A．5G信號和4G信號都是橫波B．5G信號比4G信號波長更長C．在真空中，5G信號比4G信號傳播速度更快D．5G信號比4G信號更容易繞過障礙物，便于遠距離傳播一、單選題1．（2022·北京市十一學校三模）下列說法正確的是（）A．光照射細金屬絲，在其后的陰影中有亮線，這是光的干涉現(xiàn)象B．通過兩支夾緊的筆桿間縫隙看發(fā)白光的燈絲能觀察到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象C．看立體電影時需要戴特制的眼鏡，這是利用了光的偏振現(xiàn)象D．肥皂泡在陽光下出現(xiàn)彩色條紋，這是光的全反射現(xiàn)象2．（2022·江蘇南京·模擬預測）下列四幅圖中對應于光的干涉現(xiàn)象場景的是（）A． B．C． D．3．（2022·山東·泰安一中模擬預測）光照中的彩色條紋令人印象深刻，裝點出了我們繽紛絢爛的童年世界。下列說法正確的是（）A．肥皂泡表面能看到斑斕條紋，是發(fā)生了光的干涉B．太陽光通過三棱鏡后出現(xiàn)彩色條紋，是發(fā)生了光的衍射C．通過狹縫看日光燈出現(xiàn)彩色條紋，是發(fā)生了光的干涉D．夏天雨后看到的彩虹，是發(fā)生了光的干涉4．（2022·全國·高三專題練習）關于雙縫干涉實驗，下列說法正確的是（

）A．用復色光投射就看不到條紋B．明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結果C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相間條紋D．藍光干涉條紋的間距比紅光的大5．（2022·全國·高三）一束平行光垂直入射到某個光柵上，該光束有兩種波長的光，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。兩種波長的譜線第二次重合于衍射角SKIPIF1<0的方向上，則光柵常數(shù)為（）A．3.05μm B．0.95μm C．1.27μm D．0.19μm6．（2022·上海徐匯·三模）如圖是單色光的“楊氏雙縫干涉實驗”，若要使干涉條紋變寬，可以（）A．增大單縫到雙縫之間的距離B．減小單縫到雙縫之間的距離C．增大雙縫到屏幕之間的距離D．減小雙縫到屏幕之間的距離7．（2022·天津·耀華中學一模）a、b、c三條平行光線垂直于半圓柱體玻璃磚的截面直徑從空氣射向玻璃磚，如圖所示，光線b正好過圓心O，光線a、c從光線b的兩側對稱入射，光線a、c從玻璃磚下表面進入空氣后與光線b交于P、Q，則下列說法正確的是（）A．玻璃對三種光的折射率關系為SKIPIF1<0B．將c光向左側平移，可能發(fā)生全反射而不能折射入玻璃磚內C．在相同條件下進行雙縫干涉實驗，a光的條紋間距比c光寬D．a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時間長8．（2022·山東·高三專題練習）如圖所示為雙縫干涉部分示意圖，雙縫間距為d，雙縫至屏的距離為SKIPIF1<0，整個裝置處于折射率為SKIPIF1<0的均勻透明介質中。若單色光在真空中波長為SKIPIF1<0，則相鄰條紋間距SKIPIF1<0為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<09．（2022·山東·肥城市教學研究中心模擬預測）如圖所示，將兩塊平面鏡邊緣對齊，之后分別傾斜微小的角度θ，在右側有一豎直光屏，單色光源S剛好位于兩平面鏡夾角的角平分線上，D為半圓形遮光板，使光源S發(fā)出的光不能直接照射到光屏上。用光源S照射平面鏡，在光屏上會出現(xiàn)明暗相間的條紋，則下列說法正確的是（）A．光屏上出現(xiàn)的條紋是光線衍射的結果B．若增大入射光的頻率，屏上條紋間距減小C．把光屏向右移，屏上條紋間距減小D．把光源S向右移，屏上條紋間距增大10．（2022·江蘇·高三專題練習）鐵絲圈上附有肥皂沫，豎直放置時，可以觀察到上疏下密的彩色條紋，下列說法正確的是（）A．肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化B．肥皂膜前后兩個面的側視形狀為上薄下厚的梯形C．肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋D．將鐵絲圈右側的把柄向上轉動SKIPIF1<0，條紋也會跟著轉動SKIPIF1<0二、填空題11．（2022·上海松江·二模）如圖光學實驗，中間為某同學使用光傳感器對該實驗所采集到的光屏上光強分布圖像，則該同學所做的實驗是光的__________（選填“干涉”或“衍射”）實驗；光屏上中央亮條紋的光強分布特點是____________________________。12．（2022·福建·三明一中模擬預測）如圖是研究光的雙縫干涉用的示意圖，擋板上有兩條狹縫S1、S2，由S1和S2發(fā)出的兩列波到達屏上時會產生干涉條紋，已知入射激光的波長為SKIPIF1<0，屏上的P點到兩縫S1和S2的距離相等，如果把P處的亮條紋記作第0號亮紋，由P向上數(shù)，與0號亮紋相鄰的亮紋為1號亮紋，與1號亮紋相鄰的亮紋為2號亮紋，則P1處的亮紋恰好是10號亮紋。（1）設直線S1P1的長度為SKIPIF1<0，S2P1的長度為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0=________。（2）若將S2用遮光片擋住，光屏上的明暗條紋___________（填“均勻”或“不均勻”）分布。13．（2022·福建·模擬預測）1834年，洛埃利用單面鏡得到了光的干涉結果（稱洛埃鏡實驗），光路原理如圖所示，S為單色光源，M為一平面鏡。S發(fā)出的光直接照射到光屏上與通過M反射的光疊加產生干涉條紋，當入射光波長變長，干涉條紋間距_________（選填“變大”“變小”或“不變”）；如果光源S到平面鏡的垂直距離與到光屏的垂直距離分別為a和L，光的波長為SKIPIF1<0，在光屏上形成干涉條紋間距離SKIPIF1<0_________。14．（2022·貴州貴陽·模擬預測）如圖所示，兩束單色光a、b從水中射向A點，光線經(jīng)折射后合成一束光c，用同一雙縫干涉實驗裝置分別以a、b光做實驗，a光的干涉條紋間距______（填“大于”或“小于”）b光的干涉條紋間距；若a光與b光以相同入射角從水中射向空氣，在不斷增大入射角時水面上首先消失的是______（填“a”或“b”）光；若用c光做單縫衍射實驗，中央亮條紋的邊緣為______（填“a”或“b”）光的顏色；a、b兩種色光中，______（填“a”或“b”）光在水中傳播的速度更快。三、解答題15．（2022·全國·高三專題練習）用如圖所示的實驗裝置觀察雙縫干涉圖樣，雙縫之間的距離是SKIPIF1<0，用的是綠色濾光片，從目鏡中可以看到綠色干涉條紋。(1)如果把毛玻璃屏向遠離雙縫的方向移動，相鄰兩亮條紋中心的距離如何變化？(2)把綠色濾色片換成紅色，相鄰兩個亮條紋中心的距離增大了。這說明哪種色光的波長較長？(3)如果改用間距為SKIPIF1<0的雙縫，相鄰兩個亮條紋中心的距離會有什么變化？16．（2022·內蒙古·二模）冬奧會雪上項目的運動員都佩戴有護目鏡，護目鏡上附有一層“增反膜”，以減小紫外線對眼睛的傷害。制作護目鏡時需要測量紫外線的波長。假設利用雙縫干涉進行波長的測量，實驗中使用的雙縫間距SKIPIF1<0，雙縫到屏的距離SKIPIF1<0，測得屏上干涉條紋中亮條紋間距SKIPIF1<0。求：（1）被測紫外線的頻率SKIPIF1<0；（2）若選用薄膜材料的折射率為SKIPIF1<0，則制作“增反膜”眼鏡時，“增反膜”的最小厚度是多少？17．（2022·江蘇連云港·三模）研究光的干涉現(xiàn)象原理圖如圖所示。光源SKIPIF1<0到雙縫SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的距離相等，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0連線平行于光屏，SKIPIF1<0點為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0連線中垂線與光屏的交點。光源SKIPIF1<0發(fā)出單色光，經(jīng)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0傳播到光屏上SKIPIF1<0點，SKIPIF1<0垂直于光屏，SKIPIF1<0為某亮條紋中心，SKIPIF1<0之間還有SKIPIF1<0條亮條紋，光由SKIPIF1<0、SKIPIF1<0傳播到SKIPIF1<0點的時間差為SKIPIF1<0。現(xiàn)緊貼SKIPIF1<0放置厚度為SKIPIF1<0的玻璃片，光由SKIPIF1<0垂直穿過玻璃片傳播到SKIPIF1<0點與光由SKIPIF1<0直接傳播到SKIPIF1<0點時間相等。已知光在真空中的速度為SKIPIF1<0，玻璃對該單色光的折射率為SKIPIF1<0，不考慮光在玻璃片內的反射，求：（1）單色光在真空中的波長SKIPIF1<0；（2）玻璃片的厚度SKIPIF1<0。18．（2022·江蘇南通·高三階段練習）手機屏會發(fā)出一種對眼睛危害較大的藍光。某同學用所學知識為眼鏡設計“增反膜”來減小藍光對眼睛的傷害，制作前他利用如圖甲所示的裝置測量藍光的波長，光源架在鐵架臺的上端，中間是刻有雙縫的擋板，下面是光傳感器，接受到的光照信息經(jīng)計算機處理