專題34光的波動性電磁波和相對論考點考情命題方向考點1光的干涉2024全國卷2024山東2024廣西2024湖南2023江蘇2023年北京2023河北1.光的干涉?？迹汗獾牟ㄩL與干涉條紋間距的關系．光波動性實例2.光的衍射和偏振?？迹汗獾钠瘳F象的解釋，衍射的應用3.電磁波與相對論?？迹弘姶挪ǖ陌l(fā)射和接收；功率的定義、物理意義和計算式的推導．考點2光的衍射和偏振2022上海2024全國2023天津2022北京考點3電磁波與相對論2021浙江2021天津題型一光的干涉現象1．產生條件兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產生穩(wěn)定的干涉圖樣．2．楊氏雙縫干涉(1)原理圖如圖所示(2)亮、暗條紋的條件．①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋．a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出現亮條紋．b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)，光屏上出現暗條紋．②白光：光屏上出現彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)．③條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.3．薄膜干涉現象如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．4．薄膜干涉原理分析(1)相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面反射的兩列光波．(2)圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)條紋對應的薄膜的厚度相等．單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時形成彩色條紋．5．薄膜干涉的應用干涉法檢查平面的平整程度如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲．若被檢查平面是凹陷的，則圖像往靠近劈棱的方向偏；若被檢查平面是凸起的，則圖像往遠離劈棱的方向偏。（2024?越秀區(qū)校級模擬）如圖所示，一束光由半圓形玻璃磚的右側面沿半徑射入，經AB界面折射后分為紅光和紫光兩束光，則下列說法正確的是（）A．b光是紅光，則a光是紫光 B．現將入射光繞O點逆時針轉動，則a光先消失 C．分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 D．在半圓形玻璃中，b光的傳播時間小于a光的傳播時間【解答】解：A、因為玻璃對b光的偏折程度大于a光，所以玻璃對b光的折射率大于對a光的折射率，則知b光頻率高，b光是紫光，a光是紅光，故A錯誤。B、b光的折射率大，根據sinC=1n可知，b光臨界角小，現將入射光繞O點逆時針轉動，b光先發(fā)生全反射，則bC、b光頻率高，波長短，根據雙縫干涉條紋間距公式Δx=λLd可知，分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗，a光的干涉條紋間距大于bD、根據v=cn，可知在半圓形玻璃中，b光速度小，路程相同，則b故選：C。（2024?蘇州校級二模）利用光在空氣薄膜的干涉可以測量待測圓柱形金屬絲與標準圓柱形金屬絲的直徑差（約為微米量級），實驗裝置如圖甲所示。T1和T2是具有標準平面的玻璃平晶，A0為標準金屬絲，直徑為D0；A為待測金屬絲，直徑為D；兩者中心間距為L。實驗中用波長為λ的單色光垂直照射平晶表面，觀察到的干涉條紋如圖乙所示，測得相鄰條紋的間距為ΔL。則以下說法正確的是（）A．|D﹣D0|=λLB．A與A0直徑相差越大，ΔL越大 C．輕壓T1右端，若ΔL增大則有D＜D0 D．A與A0直徑相等時可能產生圖乙中的干涉條紋【解答】解：A、設兩標準平面的玻璃平晶之間的夾角為θ，由題圖可得：tanθ=由空氣薄膜干涉的條件可知2ΔLtanθ＝λ又ΔL聯立解得：|D-DB、由上述分析可知，A0與A直徑相差越大，θ越大，ΔL越小，B錯誤；C、輕壓T1右端，若ΔL增大，則θ減小，說明D＞D0，故C錯誤；D、當A與A0直徑相等時，tanθ＝0，空氣薄膜的厚度處處相等，不能形成圖乙中的干涉條紋，故D錯誤。故選：A。（2024?五華區(qū)校級模擬）如圖所示，一束由兩種色光混合的復色光沿與上表面成α角的PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃磚的上表面，經鍍銀的玻璃磚下表面反射后從上表面射出，得到三束光線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。玻璃磚的上下表面較寬，則下列說法正確的是（）A．光束Ⅰ為單色光 B．光束Ⅲ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅱ的大 C．改變α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可能不平行 D．通過相同的雙縫干涉裝置，光束Ⅱ產生的干涉條紋寬度大于光束Ⅲ產生的寬度【解答】解：A．所有色光都能反射，反射角相同，則由圖可知光束I是復色光，故A錯誤；B．根據題意做出光路圖可知光線Ⅱ的偏折較大，光線Ⅱ的折射率較大，根據v=可知光束Ⅲ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅱ的大，故B正確；C．光束I發(fā)生反射，光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同導致偏折分離，因為厚玻璃平面鏡的上下表面是平行的，根據光的可逆性以及對稱性，可知光束I、Ⅱ、Ⅲ仍然平行射出，且光束Ⅱ、Ⅲ是單色光，故C錯誤；D．光線Ⅱ的折射率較大，光線Ⅱ的頻率較大，根據λ=可知光線Ⅱ的波長較小，根據雙縫干涉條紋間距公式Δx=通過相同的雙縫干涉裝置，光束Ⅱ產生的干涉條紋寬度小于光束Ⅲ產生的寬度，故D錯誤。故選：B。（2024?濟寧三模）在圖示的雙縫干涉實驗中，光源S到縫S1、S2距離相等，P0為S1、S2連線中垂線與光屏的交點。用波長為400nm的光實驗時，光屏中央P0處呈現中央亮條紋（記為第0條亮條紋），P處呈現第3條亮條紋。當改用波長為600nm的光實驗時，P處將呈現（）A．第2條亮條紋 B．第3條亮條紋 C．第2條暗條紋 D．第3條暗條紋【解答】解：雙縫干涉實驗中，出現亮條紋的條件為x＝kldλ（k＝用波長為400nm的光實驗時P處呈現第3條亮條紋，則x當波長為600nm的光實驗時，x=k'lP點為波長的整數倍，故為亮條紋，且為第2條亮條紋，故A正確，BCD錯誤故選：A。（2024?泰安三模）如圖甲所示，將兩塊平板玻璃M、N放在水平桌面上，并在兩塊玻璃之間右側邊緣墊上兩個紙條，用平行單色光豎直向下照射玻璃板，就會在玻璃板上方看到如圖乙所示的明暗相間的條紋。下列說法正確的是（）A．圖乙中的條紋是M的上表面、N的下表面兩列反射光發(fā)生干涉的結果 B．在任意一條明條紋的下方，空氣薄膜的厚度都是均勻變化的 C．如果撤掉一個紙條，則條紋間距增大 D．若改用頻率更高的單色光進行實驗，則條紋間距會更大【解答】解：A、乙圖中的條紋是單色光分別在M的下表面和N的上表面的反射光發(fā)生干涉而形成的，故A錯誤；B、在任意一條明條紋的下方，反射光的光程差相等，所以空氣薄膜的厚度都是相等的，故B錯誤；C、若抽去一張紙片，同一位置沿著斜面的方向，光程差的變化變緩，條紋間距將變寬，故C正確；D、根據tanθ=λ2Δx故選：C。題型二光的衍射和偏振現象1．衍射與干涉的比較兩種現象比較項目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，亮度基本相等相同點干涉、衍射都是波特有的現象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋注意①白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現彩色條紋，但光學本質不同．②區(qū)分干涉和衍射，關鍵是理解其本質，實際應用中可從條紋寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分．2．干涉與衍射的本質光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結果，從本質上講，衍射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理．在衍射現象中，可以認為從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，它們在屏上疊加形成單縫衍射條紋．3．偏振：光波只沿某一特定的方向的振動．4．自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，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，這種光叫做自然光．5．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光．光的偏振證明光是橫波．自然光通過偏振片后，就得到了偏振光．6．偏振光的理論意義及應用(1)理論意義：光的干涉和衍射現象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波．光的偏振現象說明了光波是橫波．(2)應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等．（2024?香坊區(qū)校級四模）如圖，兩種顏色的光從真空中沿同一光路由圓心O點斜射入橫截面為半圓形的玻璃柱體，其透射光線分別為a和b。已知入射角α＝45°，a光束與玻璃磚左側平面的夾角β＝60°，下列說法正確的是（）A．若a光束為藍光，b光束可能是紅光 B．a光在該玻璃柱體中傳播的速度比b光大 C．玻璃對a光的折射率為62D．用a光和b光分別照射同一狹縫，觀察衍射現象，a光的中央亮條紋更窄【解答】解：A、由圖可知，a光的偏折較小，則從a點射出的光的折射率較小，從b點射出的光的折射率較大，藍光折射率大于紅光，a光束是藍光，b光束不可能是紅色光，故A錯誤；B、a點射出的光的折射率較小，根據v=cn可知，a光在該玻璃柱體中傳播的速度比b光大，故C、由折射定律可知，玻璃對a光的折射率為n=sinαsin(90°-D、因a光的折射率小于b光的折射率，故a光的頻率小于b光的頻率，則a光的波長大于b光的波長，用a光和b光分別照射同一狹縫，觀察衍射現象，a光可能發(fā)生更明顯的衍射現象，則a光的中央亮條紋會更寬，故D錯誤。故選：B。（2024?安徽模擬）DUV光刻機是一種使用深紫外（DEEPULTRAVIOLET，DUV）光源進行曝光的設備。深紫外線具有較短的波長和較高的能量。它通常指的是波長在200納米到300納米之間的紫外線。浸沒式光刻能降低制程，在鏡頭與晶圓曝光區(qū)域之間，充滿對深紫外光折射率為1.44的液體，從而實現在液體中波長變短，實現較短的制程。則與沒加入液體相比，下列說法正確的是（）A．深紫外線進入液體后傳播速度變大 B．傳播相等的距離，深紫外線在液體中所需的時間不變 C．深紫外線光子的能量進入液體不變 D．深紫外線在液體中更容易發(fā)生衍射，能提高分辨率【解答】解：A.光進入介質后，傳播速度變小，故A錯誤；B.光進入介質后，傳播速度變小，傳播相等的距離，深紫外線在液體中所需的時間變長，故B錯誤；C.光從一種介質進入另一種介質，頻率不變，光子的能量不變，故C正確；D.光進入介質后，傳播速度變小，波長變短，更難發(fā)生衍射，故D錯誤。故選：C。（2024?吉林模擬）夏季常出現如圖甲所示的日暈現象，日暈是太陽光通過卷層云時，受到冰晶的折射或反射形成的。圖乙為一束太陽光射到六角形冰晶上時的光路圖，a、b為其折射出的光線中的兩種單色光，比較a、b兩種單色光，下列說法正確的是（）A．在冰晶中，b光的波速比a光大 B．通過同一儀器發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰明條紋間距較大 C．b光比a光更容易發(fā)生明顯衍射現象 D．a、b兩種光分別從水射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角比b光的小【解答】解：A．由圖可知a光的偏折程度小于b光的偏折程度，所以na＜nba光的折射率小于b光的折射率，則a光的頻率小于b光的頻率fa＜fb根據：v可知va＞vb，故A錯誤；B．根據λ=得：λa＞λb根據雙縫干涉條紋間距表達式Δx=可知a光的相鄰明條紋間距較大，故B正確；C．當縫隙和波長差不多或縫隙比波長小的多時能發(fā)生明顯得衍射現象，所以a光比b光更容易發(fā)生明顯衍射現象，故C錯誤；D．根據sinC可知Ca＞Cb，故D錯誤。故選：B。（2024?開福區(qū)校級模擬）如圖所示，半徑為R的特殊圓柱形透光材料圓柱體部分高度為R2，頂部恰好是一半球體，底部中心有一光源S向頂部發(fā)射一束由a、b兩種不同頻率的光組成的復色光，當光線與豎直方向夾角θ變大時，出射點P的高度也隨之降低，只考慮第一次折射，發(fā)現當P點高度h降低為1+22R時只剩下A．在此透光材料中a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B．此透光材料對b光的折射率為10+42C．a光從P點射出時，a光經過SP路程所需的時間為5+22D．同一裝置用a、b光做單縫衍射實驗，b光的衍射現象更加明顯【解答】解：A、半球體底部中心有一光源S向頂部發(fā)射一束由a、b兩種不同頻率的光組成的復色光，當光線與豎直方向夾角θ變大時，出射點P的高度也隨之降低，只剩下a光從頂部射出時，b光發(fā)生全反射，而a光沒發(fā)生全反射，可知b光臨界角比a光小，根據sinC可知b光的折射率比a光的大，根據v可知在此透光材料中b光的傳播速度小于a光的傳播速度，故A錯誤；B、只剩下a光從頂部射出時，如圖所示，由題意可知PB=可得PA=則∠POA＝45°PS=在△OPS中，由正弦定理得PSsinb光發(fā)生全反射有sinC=此透光材料對b光的折射率為nb故B正確；C、a光從P點射出時，a光經過SP路程所需的時間為t=故C錯誤；D、b光的折射率比a光的大，b光的頻率比a光的大，則b光的波長比a光的小，波長越長，越容易發(fā)生明顯的衍射現象，則同一裝置用a、b光做單縫衍射實驗，a光的衍射現象更加明顯，故D錯誤。故選：B。（2024?蜀山區(qū)校級三模）通過對光現象的深入分析可以了解光的本質規(guī)律，以下是一些光現象的示意圖，圖甲是劈尖干涉的裝置及形成的條紋示意圖，圖乙是雙縫干涉示意圖，圖丙是一束復色光進入水珠后傳播光路示意圖，圖丁是自然光通過偏振片P、Q的實驗結果。下列說法中正確的是（）A．圖甲中，將兩平板玻璃中間的紙片拿掉一張后，條紋間距變小 B．圖乙中，若只減小雙縫間距離，兩相鄰亮條紋間距離將減小 C．圖丙中，a光在水珠中傳播速度一定大于b光在水珠中傳播速度 D．圖丁中，從圖示位置轉動偏振片P，光屏上亮度將逐漸變暗【解答】解：A、抽去一張紙片后，空氣薄膜的劈尖角（上、下表面所夾的角）變小，相同的厚度差對應的水平距離變大，故相鄰條紋間距變大，故A錯誤；B、根據雙縫干涉條紋間距公式Δx=ldC、圖丙中，b光的偏折程度較大，則b光的折射率較大，根據v=cn，可知a光在水珠中傳播速度一定大于bD、光是橫波，圖丁中，從圖示位置轉動偏振片P，光屏上亮度逐漸變亮，故D錯誤。故選：C。題型三電磁波與相對論1．麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場．2．電磁場：變化的電場和變化的磁場總是相互聯系成為一個完整的整體，這就是電磁場．3．電磁波：電磁場(電磁能量)由近及遠地向周圍傳播形成電磁波．(1)電磁波是橫波，在空間傳播不需要介質．(2)v＝λf對電磁波同樣適用．(3)電磁波能產生反射、折射、干涉和衍射等現象．4．發(fā)射電磁波的條件：(1)要有足夠高的振蕩頻率；(2)電路必須開放，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間．5．調制：有調幅和調頻兩種方法．6．電磁波的傳播：(1)三種傳播方式：天波、地波、空間波．(2)電磁波的波速：真空中電磁波的波速與光速相同，c＝3×108m/s.7．電磁波的接收：(1)當接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率相等時，激起的振蕩電流最強，這就是電諧振現象．(2)使接收電路產生電諧振的過程叫做調諧，能夠調諧的接收電路叫做調諧電路．(3)從經過調制的高頻振蕩中“檢”出調制信號的過程叫做檢波，檢波是調制的逆過程，也叫做解調．8．兩個基本假設(1)相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的．(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，光速與光源、觀測者間的相對運動沒有關系．9．相對論的質速關系(1)物體的質量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運動時的質量m與靜止時的質量m0之間有如下關系：m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).(2)物體運動時的質量m總要大于靜止時的質量m0.10．相對論的質能關系用m表示物體的質量，E表示它具有的能量，則愛因斯坦質能方程為：E＝mc2.（2024?泰州模擬）微波爐是利用微波（高頻電磁波）進行工作的。微波能穿透玻璃、陶瓷等容器，遇到金屬爐壁會反射，遇到水和食物等會被吸收，并使食物內水分子劇烈振動而達到加熱目的。某次利用微波爐加熱食物時出現了受熱不均的情況，造成該現象的主要原因是（）A．電磁波在食物內部發(fā)生了干涉 B．電磁波在食物內部發(fā)生了折射 C．電磁波在食物表面發(fā)生了反射 D．電磁波經過食物時發(fā)生了衍射【解答】解：干涉現象是指兩列或幾列光波在空間相遇時相互疊加，在某些區(qū)域始終加強，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強弱分布的現象。造成微波爐加熱食物時出現受熱不均的情況的主要原因是電磁波的干涉現象，在加強區(qū)和減弱區(qū)受熱不均勻。故A正確，BCD錯誤。故選：A。（2024?海淀區(qū)校級三模）在經典核式結構模型中，氫原子的電子圍繞原子核做圓周運動。經典的電磁理論表明電子做加速運動會發(fā)射電磁波，同時電子的軌道半徑逐漸減?。僭O電子的每一圈運動軌道可近似視為圓周），電磁波的發(fā)射功率可表示為（拉莫爾公式）：P=2ke2a23c3A．電磁波發(fā)射功率越來越小 B．電子的動能變化量大于電勢能的變化量 C．電子發(fā)射的電磁波的波長越來越短 D．電子的物質波的波長越來越長【解答】解：AC.電子的軌道半徑逐漸減小，由庫侖定律可知，電子受到的庫侖力增加，由牛頓第二定律知，電子的加速度逐漸增大，根據拉莫爾公式可知，電磁波發(fā)射功率逐漸增大，發(fā)射的電磁波的頻率也逐漸增大，根據c＝λf可知，波長越來越短，故A錯誤，C正確。B.電子的軌道半徑逐漸減小，電場力做正功，電勢能減小，動能增大，電子還要向外輻射能量，根據能量守恒定律可知，電子的動能變化量小于電勢能的變化量，故B錯誤；D.電子的軌道半徑逐漸減小，電子的速度越來越大，動量也越來越大，根據德布羅意波長公式λ=hp故選：C。（2024?湖南模擬）我國2016年在貴州落成啟用的世界最大的500m口徑球面射電望遠鏡（FAST）如圖所示，它被譽為“中國天眼”，它可以接收來自宇宙深處的電磁波。關于電磁波，下列說法正確的是（）A．電磁波可以在真空中傳播 B．麥克斯韋通過實驗捕捉到電磁波 C．頻率越高的電磁波，波長越長 D．電磁波不能傳遞信息和能量【解答】解：A．電磁波傳播不需要介質，故可以在真空中傳播，故A正確；B．赫茲是最早用實驗證實電磁波存在、證明麥克斯韋電磁場