35 光的波动性 电磁波——【冲刺2023】高考物理考试易错题（全国通用）（原卷版+解析版）

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例题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( )
A.eq \f(c,2f) B.eq \f(3c,2f) C.eq \f(3c,f) D.eq \f(5c,2f)
【答案】D
【解析】
出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为eq \f(λ,2)(2n－1)＝eq \f(λ,2)(2×3－1)＝eq \f(5,2)λ，而λ＝eq \f(c,f)，所以|r1－r2|＝eq \f(5,2)λ＝eq \f(5c,2f)，故D正确．
【误选警示】
误选ABC的原因：对明暗条纹的产生条件理解不到位，计算出错。
例题2. 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
【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Δx＝eq \f(l,d)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．
【误选警示】
误选ACD的原因： 对干涉条纹的条纹间距与波长双缝间距和缝与屏之间的距离的规律掌握不清楚。
一．双缝干涉
(1)条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)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)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹．
二．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)eq \f(λ,2)(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．
三、光的衍射和偏振
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小的时候，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．
(2)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．
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光．
②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横波．
四、电磁波
1．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波．
2．电磁波的特点：
(1)电磁波在空间传播不需要介质；
(2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波．
(3)电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s.
(4)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．
3．电磁波具有能量
电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程．
易混点：
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，双缝的作用是获得相干光．
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．
5．阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是不光的衍射形成的而是小孔成像．
6．泊松亮斑是光的衍射形成的．
7．光遇到障碍物时都能产生衍射现象．
8．自然光不是偏振光．
9．LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最大．
10．电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场．
11．电磁波既可以传递能量，也可以用来传递信息．
1. (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，如图所示．下列说法正确的是( )
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．
2. 下列说法中正确的是( )
A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B．偏振光的传播方向与振动方向不一定垂直
C．透过转动的偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的阳光，能感觉到明暗的变化
D．透过转动的偏振片观察阳光能感觉到明暗的变化
【答案】C
【解析】
拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以消除反射光，故A错误；偏振光的传播方向与振动方向一定垂直，故B错误；偏振片只允许某一方向振动的光通过，故透过转动的偏振片观察玻璃表面、光滑桌面反射来的阳光，能感觉到明暗的变化，故C正确；透过转动的偏振片观察阳光不能感觉到明暗的变化，因为阳光为自然光，故D错误．
3. (多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
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．
一、单选题
1．利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差（约为微米量级），实验装置如图甲所示。T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶，A0为标准金属丝，直径为D0；A为待测金属丝，直径为D；两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹如图乙所示，测得相邻条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是（ ）
A．|D-D0|=
B．A与A0直径相差越大，ΔL越大
C．轻压T1右端，若ΔL增大则有D＜D0
D．A与A0直径相等时可能产生图乙中的干涉条纹
【答案】A
【解析】A．设标准平面的玻璃晶之间的夹角为，由题可知，有
有空气薄膜干涉的条件可知
A正确；
B．由上述分析可知，与直径相差越大，越大，越小；，B错误；
C．轻压T1右端，若ΔL增大则有减小，说明，C错误；
D．当A与A0直径相等时， ，形不成图乙中的干涉条纹，D错误。
故选A。
2．如图所示，圆形铁丝圈上附有一层肥皂液膜，灯泡发出一种单色光。先后把铁丝圈水平摆放在灯泡上方的a位置和竖直摆放在灯泡附近的b位置，则观察到的干涉条纹是（ ）
A．a、b位置都是横条纹B．a、b位置都是环形条纹
C．a位置是横条纹，b位置是环形条纹D．a位置是环形条纹，b位置是横条纹
【答案】D
【解析】单色光在光程差相同的位置干涉连成的线会形成条纹，在a位置，单色光垂直照射肥皂液膜，在凸面和平面反射形成，可知距离圆心相等的位置的光程差相同，不同位置在前后面的反符合牛顿环干涉的特点，故为环形条纹；在b位置，单色光垂直照射肥皂液膜，同一条水平线上的薄膜的厚度大致相同，光程差基本相同，会形成干涉横条纹。
故选D。
3．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当某单色光垂直入射后，从上往下看到亮暗相间的干涉条纹如图乙所示。下面关于条纹的说法正确的是（ ）
A．任意相邻暗条纹所对应的薄膜厚度差随其厚度增加而增大
B．任意一条亮条纹所在位置对应的空气薄膜厚度不一定相等
C．若仅在图甲装置中抽去一张纸片，则图乙所示干涉条纹将变密
D．若仅减小垂直入射的单色光频率，则图乙所示干涉条纹将变疏
【答案】D
【解析】A．根据 任意相邻暗条纹所对应的薄膜厚度差随其厚度增加而减小，A错误；
B．任意一条亮条纹所在位置对应的空气薄膜厚度一定相等，B错误；
C．根据，若仅在图甲装置中抽去一张纸片，d变小，则图乙所示干涉条纹间距变大，条纹将变疏，C错误；
D．根据，若仅减小垂直入射的单色光频率，波长增大，则图乙所示干涉条纹间距变大，条纹将变疏，D正确。
故选D。
4．有一种魔术道具称为“穿墙而过”。其结构是两片塑料偏振片卷起来，放进空心的透明圆筒内，中间两偏振片重叠区域给观众感觉为一块“挡板”，如图甲所示。当圆筒中的小球从B端滚向A端，居然穿过了“挡板”，如图乙所示。则（ ）
A．该魔术说明光是横波
B．该魔术对观众的观察角度有要求
C．只用一片塑料偏振片也可以完成该魔术
D．该魔术中对两偏振片卷起来的方式无要求
【答案】A
【解析】A．光的偏振现象说明光是横波，故A正确；
B．任何角度的光都会发生偏振现象，故不同角度的观众看到的现象相同，故对观察角度无要求，故B错误；
CD．偏振片的特点为当偏振片偏振方向与偏振光的方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片偏振方向与偏振光的方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间区域的放垂直偏振片和水平偏振片，将两偏振片卷起来，且部分重合，自然光通过两片偏振方向互相垂直的偏振片时，光强减弱，形成黑影，看起来就像一道墙，一片偏振片无法完成实验，故CD错误。
故选A。
5．下列关于光现象或实验结果说法正确的是（ ）
A．在水面上的油膜常常看到彩色条纹是因为光的色散
B．全息照片用激光来拍摄利用了激光相干性好的特性
C．3D电影是利用了光的偏振现象，说明光是一种纵波
D．水中升起的气泡看起来特别亮是因为光由气泡进入海水时发生了全反射
【答案】B
【解析】A．水面上的油膜常常看到彩色条纹是由于油膜的上下表面对光的干涉造成的现象，A错误；
B．全息照片用激光来拍摄利用了激光相干性好的特性，B正确；
C．3D电影是利用了光的偏振现象，偏振是横波特有的现象，说明光是一种横波，C错误；
D．水中升起的气泡看起来特别亮是因为光由海水进入气泡时发生了全反射，D错误。
故选B。
6．下列说法正确的是（ ）
A．在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越长
B．让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较小
C．要确定雷达和目标的距离需测出电磁波从发射到被雷达接收的时间t，再根据求解距离
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个增透膜以减弱玻璃反射光的影响
【答案】C
【解析】A．根据
可知，在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越小，故A错误；
B．蓝光比绿光频率大，波长短，因此根据
可知让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较大，故B错误；
C．雷达和目标的距离为电磁波传播路程的一半，因此距离为
故C正确；
D．玻璃反射光属于偏振光，加偏振片的作用是减弱玻璃反射光的强度，从而增大其他物品透射光的强度，而增透膜是利用薄膜前后两表面反射透射光，反射的两路透射光光程差恰好等于半波长的奇数倍，两列波便产生相消干涉，振动减弱，从而增强透射光的强度，因此若加装增透膜，不仅无法减弱玻璃的反射光，反而会增加玻璃反射光带来的负面效果，故D错误。
故选C。
二、多选题
7．如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（ ）
A．干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．若使用半径小一些的凸薄透镜，则干涉条纹的间距要变小
【答案】ACD
【解析】AB．由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，B错误；
C．由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的，形成不等间距的干涉条纹，故C正确；
D．若使用半径小一些的凸薄透镜，则空气薄膜上的厚度变化更快，则形成的干涉条纹的间距要变小，故D正确。
故选ACD。
8．在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况（如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是（ ）
A．这是利用光的直线传播规律B．这是利用光的衍射现象
C．如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了D．如果屏上条纹变宽，表明细丝细了
【答案】BD
【解析】A．由题意知条纹的形成属单缝衍射，并非运用光的直线传播规律，而是利用光的衍射现象，A错误；
B．单缝衍射现象，其原理是利用光的衍射现象，B正确；
C．由单缝衍射知缝变窄而条纹宽度变宽，故如果屏上条纹变宽，表明细丝变细了，C错误；
D．屏上条纹变宽，表明细丝细了，D正确。
故选BD。
9．下列四种光学现象，对其原理解释正确的是（ ）
A．图甲为薄膜干涉的应用，可检验平面的平整度，条纹间距左窄右宽
B．图乙为泊松亮斑，是光通过小圆板衍射形成的，说明光具有波动性
C．图丙为立体电影原理，和照相机镜头表面涂上的增透膜的原理相同
D．图丁为水中明亮的气泡，其原理与光导纤维的原理相同
【答案】BD
【解析】A．图甲为薄膜干涉的应用，可检验平面的平整度，条纹间距相等，A错误；
B．图乙为泊松亮斑，是光通过小圆板衍射形成的，说明光具有波动性，B正确；
C．图丙中立体电影利用了光的偏振现象，而增透膜利用了光的干涉，C错误；
D．图丁中水中明亮的气泡是全反射现象，与光导纤维原理相同，D正确。
故选BD。
三、实验题
10．某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，将刀片在涂有墨汁的玻璃片上划过便可得到单缝、不同间距双缝的缝屏，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。
（1）某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的两种光a、b的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是___________（选填“单缝”或“双缝”）；
（2）由该图像两条曲线的特征可知___________。
A．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，a光侧移量小
B．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差小
C．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光
D．分别照射在同一金属板，若b光能引起光电效应，a光也一定能
【答案】 单缝 D
【解析】（1）[1]根据图乙分析可知有中央亮条纹，符合单缝衍射的情况。
（2）[2]由图可知b光的波长大，则频率小，光子能量小。
A．b光的频率小折射率小，所以以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量小，故A错误；
B．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生b光的能级能量差小，故B错误；
C．根据可知b的临界角大，以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是b光，故C错误；
D．根据光电效应方程可知，由于a光子能量大，所以分别照射在同一金属板，若b光能引起光电效应，a光也一定能，故D正确；
故选D。