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(新高考)高考物理一轮复习讲义 第14章 第4讲 光的波动性 电磁波和相对论（含解析）
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这是一份(新高考)高考物理一轮复习讲义 第14章 第4讲 光的波动性 电磁波和相对论（含解析），共18页。试卷主要包含了光的干涉，电磁波和相对论等内容，欢迎下载使用。
第4讲 光的波动性 电磁波和相对论
一、光的干涉、衍射和偏振
1．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，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．
(2)条件：两束光的频率相同、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；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹．
2．光的衍射
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的时候，衍射现象才会明显．
3．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)光的偏振现象说明光是一种横波．
自测1 (多选)下列属于光的干涉现象的是( )
答案 BC
解析 图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C.
二、电磁波和相对论
1．电磁场、电磁波、电磁波谱
(1)麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．
(2)电磁波
①电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波．
②电磁波的传播不需要介质，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，波速越小．
④v＝λf，f是电磁波的频率．
(3)电磁波的发射
①发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)．
②调制方式
a．调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．
b．调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变．
(4)无线电波的接收
①当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．
②使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路．
③从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波．检波是调制的逆过程，也叫做解调．
(5)电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱．
按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
2．相对论
(1)狭义相对论的两个基本假设
①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．
②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系．
(2)质速关系
①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：
m＝.
②物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0.
(3)质能关系
用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc2.
自测2 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
答案 B
解析 电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，选项A错误；手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波，选项B正确；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，选项C错误；遥控器发出的红外线波长比X射线波长大得多，选项D错误．
自测3 关于狭义相对论的说法，不正确的是( )
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关
C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性参考系
D．狭义相对论在任何情况下都适用
答案 D
1．双缝干涉
(1)条纹间距公式：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1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＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹．
当Δr＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹．
图1
2．薄膜干涉
(1)形成原因：如图2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2
(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．
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．
类型1 光的双缝干涉
例1 如图3所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
图3
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)；
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象．
答案 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析
解析 (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δr＝2.1×10－6 m
所以N1＝＝＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝得
n＝＝
由此可知，B光在空气中波长为：
λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝＝＝4
由此可知，B光做光源时，P点为亮条纹．
(3)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗．
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，B正确；光屏上出现暗条纹处距两缝的路程差等于半个波长的奇数倍，故C错误；单色光的频率越高，波长越短，根据Δx＝λ，可知相邻条纹的间距越小，条纹越窄，故D错误．
类型2 光的薄膜干涉
例2 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图4甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，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．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
图4
(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．
现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )
A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失
答案 A
解析 如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确．
变式2 一个半径较大的透明玻璃球体，截取其下面的一部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图5所示，在反射光中看到的是( )
图5
A．平行的明暗相间的直干涉条纹
B．环形的明暗相间的干涉条纹
C．只能看到同颜色的平行反射光
D．一片黑暗
答案 B
拓展点 实验：用双缝干涉测光的波长
1．实验原理
如图6所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.
图6
两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图7所示．
图7
2．实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图8所示．
图8
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．
④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．(2)测定单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图9所示，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝.
图9
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)．
④重复测量、计算，求出波长的平均值．
3．数据处理
(1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝.
(2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离．
(3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值．
4．注意事项
(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮．
(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上．
(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离．
(4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差．
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层．
例3 (2019·全国卷Ⅱ·34(2))某同学利用图10所示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题：
图10
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为________ nm(结果保留3位有效数字)．
答案 (1)B (2) (3)630
解析 (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝λ可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D项错误．
(2)由题意可知，＝λ⇒λ＝.
(3)将已知条件代入公式解得λ＝630 nm.
变式3 (多选)(2017·全国卷Ⅱ·34(1))在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样．若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( )
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
答案 ACD
解析 根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，要使Δx增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A、C、D正确，B、E错误．
变式4 用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图11丁中游标卡尺的读数；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小是图丙中的毫米刻度尺的读数；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划板中心刻线对准靠近最左边的一条亮条纹中心(如图乙所示)，并记下手轮上的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划板中心刻线向右移动，直到对准第7条亮条纹中心并记下手轮上的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保留两位有效数字)
图11
答案 8.0×10－7 m
解析 根据条纹间距公式Δx＝λ可知，波长λ＝Δx，由题图丁可直接读出d＝0.25 mm＝0.000 25 m，双缝到屏的距离由题图丙读出l＝74.90 cm＝0.749 0 m．由题图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离Δx＝ mm＝2.400 mm＝0.002 400 m.
将以上数据代入得λ＝＝ m≈8.0×10－7 m.
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
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，光沿任意方向振动，且沿各个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，光沿特定方向振动
(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4 如图12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( )
图12
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＝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分别对应于红光和蓝光．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分别对应于紫光和黄光．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13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．
图13
(1)偏振片A的作用是_________________________________．
(2)偏振现象证明了光是一种________．
(3)以下说法中正确的是________．
A．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α
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α
答案 (1)把自然光变成偏振光 (2)横波 (3)ACD
变式5 (多选)(2020·湖北恩施州教学质量检测)下列说法正确的是( )
A．全息照相主要是利用了光的干涉
B．单反相机的增透膜利用了光的偏振
C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉
D．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象
E．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样
答案 ACE
变式6 (多选)(2019·四川南充市第二次适应性考试)由a、b两种单色光构成的复色光束从水中斜射入空气中的光路图如图14所示，关于a、b两种单色光，下列说法正确的是( )
图14
A．a光的频率小于b光的频率
B．从同种介质中斜射入空气发生全反射时，a光的临界角小于b光的临界角
C．在同种介质中传播，a光传播速度大于b光传播速度
D．相同条件的双缝干涉实验中，a光的相邻明条纹间距比b光的相邻明条纹间距小
E．通过同一狭缝，a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显
答案 ACE
解析 由题图可知b光的折射程度较大，可知b光的折射率较大，则b光的频率大于a光的频率，选项A正确；根据sin C＝可知，从同种介质中斜射入空气发生全反射时，b光的临界角小于a光的临界角，选项B错误；根据n＝可知，在同种介质中传播，a光传播速度大于b光传播速度，选项C正确；b光波长较短，根据Δx＝λ可知，相同条件的双缝干涉实验中，b光的相邻明条纹间距比a光的相邻明条纹间距小，选项D错误；b光波长较小，则通过同一狭缝，a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显，选项E正确.
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.对电磁波的理解
(1)电磁波是横波．电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图15所示．
图15
(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
波的特点
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速c＝3×108 m/s
在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)
是否需要介质
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)
能量传播
电磁能
机械能
类型1 对电磁波的理解
例6 (多选)(2016·全国卷Ⅱ·34(1))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
E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
答案 ABC
解析 电磁波在真空中传播速度等于光速，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；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，E错误．
变式7 (多选)电磁波与声波比较，下列说法中正确的是( )
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大
D．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关
E．电磁波能产生干涉和衍射现象，声波不能
答案 ABC
解析 电磁波在介质中的传播速度与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，声波的传播速度是由介质决定的，电磁波和声波都能产生干涉和衍射现象，所以D、E错误．
类型2 对狭义相对论的理解和应用
例7 如图16所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上的人测得它们相距为L，则飞船A上的人测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，飞船A上的人测得该信号的速度为________．
图16
答案 大于 c(或光速)
解析 狭义相对论的两个基本原理之一就是光速不变原理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人测得两飞船距离应大于L.
变式8 (多选)(2019·吉林长春市质量监测)以下说法中正确的是( )
A．在同一种玻璃中，频率越大的光速度越小
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
C．麦克斯韦利用实验证实了电磁波的存在
D．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
E．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的
答案 ADE
解析 频率越大折射率越大，在同种介质中的光速度越小，故A对；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，故B错；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹利用实验证实了电磁波的存在，故C错；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，故D对；根据狭义相对论原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故E对．
1．关于电磁波的说法中正确的是( )
A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
B．电磁波会发生偏振现象，是纵波
C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象
D．紫外线的频率比红外线的频率小
答案 C
2．(2020·四川成都市调研)小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都有彩色花纹．这是下列哪种原因形成的( )
A．光的色散 B．光的干涉
C．光的直线传播 D．光的衍射
答案 B
3．下列说法正确的是( )
A．雨后天空中的彩虹是由光的干涉产生的
B．紫外线可杀菌消毒是因为它有较强的热效应
C．红光和黄光分别通过同一双缝干涉装置，红光形成的相邻亮条纹间距大
D．观察者相对于频率一定的声源运动时，接收到声波的频率与波源频率相同
答案 C
4．(多选)(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)下列说法正确的是( )
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．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象
D．泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了激光的相干性
E．光纤通信和医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
答案 CDE
5．(多选)(2019·广东深圳市第二次调研)下列有关光学现象的说法正确的是( )
A．光从光疏介质射入光密介质，若入射角大于临界角，则一定发生全反射
B．做双缝干涉实验时，用红光替代紫光，相邻明条纹间距变大
C．在白光下观察肥皂泡，其表面的相邻各条纹是等间距的
D．光的偏振现象表明光是横波
E．在同一种物质中，波长越短的光传播速度越小
答案 BDE
6．(多选)(2019·贵州毕节市适应性监测(三))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．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深
D．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
E．在空气中传播的声波是横波
答案 ACD
解析 电磁波在真空中传播的速度是光速，和频率无关，A正确；电磁波可由电磁振荡产生，当波源停止振动，已经产生的电磁波会继续向前传播，不会消失，B错误；光由水中射入空气中进入人的眼睛，折射角比入射角大，人眼看见的是折射光线的反向延长线会聚形成的虚像，比鱼的实际深度浅，因此鱼的实际深度更深，C正确；由干涉条纹的间距公式Δx＝λ可知波长越长，产生的条纹间距越宽，红光的波长大于蓝光的波长，因此红光的条纹宽度更宽，D正确；在空气中传播的声波是纵波，E错误．
7．(多选)(2019·安徽淮南市第二次模拟)下列关于波的叙述，说法正确的是( )
A．机械波在介质中传播的速度随波的频率升高而增大
B．频率小于20 Hz的声波称为次声波
C．声波是机械波，而超声波是电磁波
D．光波是电磁波，在介质中传播速度小于真空中传播速度
E．光的偏振现象说明光波是横波
答案 BDE
解析 机械波在介质中传播的速度与介质有关，与波的频率无关，选项A错误；频率小于20 Hz的声波称为次声波，选项B正确；声波是机械波，超声波也是机械波，选项C错误；光波是电磁波，在介质中传播速度小于真空中传播速度，选项D正确；光的偏振现象说明光波是横波，纵波不能发生光的偏振现象，选项E正确．
8．(多选)(2019·山西五地联考上学期期末)下列说法正确的是( )
A．机械波和电磁波都能发生干涉、衍射现象
B．海啸发生后尚未到达海岸边，沿海渔民没有反应，但狗显得烦躁不安，这是因为次声波传播速度比超声波大
C．一质点做简谐运动，质点每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同
D．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象
E．在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是不相同的
答案 ACD
解析 所有的波都具有的特性是：能产生干涉和衍射现象，故A正确；海啸发生时，发出很强的次声波，狗能接收到次声波，但人无法接收到次声波，故B错误；做简谐运动的质点每次通过同一位置时，位移一定，速度有两种可能的方向，速度不一定相同，加速度一定相同，故C正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确；根据光速不变原理，在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相同的，故E错误．
第4讲 光的波动性 电磁波和相对论
一、光的干涉、衍射和偏振
1．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，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．
(2)条件：两束光的频率相同、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；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹．
2．光的衍射
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的时候，衍射现象才会明显．
3．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)光的偏振现象说明光是一种横波．
自测1 (多选)下列属于光的干涉现象的是( )
答案 BC
解析 图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C.
二、电磁波和相对论
1．电磁场、电磁波、电磁波谱
(1)麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．
(2)电磁波
①电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波．
②电磁波的传播不需要介质，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，波速越小．
④v＝λf，f是电磁波的频率．
(3)电磁波的发射
①发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)．
②调制方式
a．调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．
b．调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变．
(4)无线电波的接收
①当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．
②使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路．
③从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波．检波是调制的逆过程，也叫做解调．
(5)电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱．
按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
2．相对论
(1)狭义相对论的两个基本假设
①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．
②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系．
(2)质速关系
①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：
m＝.
②物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0.
(3)质能关系
用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc2.
自测2 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
答案 B
解析 电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，选项A错误；手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波，选项B正确；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，选项C错误；遥控器发出的红外线波长比X射线波长大得多，选项D错误．
自测3 关于狭义相对论的说法，不正确的是( )
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
B．狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关
C．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性参考系
D．狭义相对论在任何情况下都适用
答案 D
1．双缝干涉
(1)条纹间距公式：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1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＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹．
当Δr＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现暗条纹．
图1
2．薄膜干涉
(1)形成原因：如图2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2
(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．
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．
类型1 光的双缝干涉
例1 如图3所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
图3
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)；
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象．
答案 (1)暗条纹 (2)亮条纹 (3)见解析
解析 (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝＝得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δr＝2.1×10－6 m
所以N1＝＝＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹．
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝得
n＝＝
由此可知，B光在空气中波长为：
λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
所以N2＝＝＝4
由此可知，B光做光源时，P点为亮条纹．
(3)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗．
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，B正确；光屏上出现暗条纹处距两缝的路程差等于半个波长的奇数倍，故C错误；单色光的频率越高，波长越短，根据Δx＝λ，可知相邻条纹的间距越小，条纹越窄，故D错误．
类型2 光的薄膜干涉
例2 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图4甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，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．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：
图4
(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．
现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )
A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失
答案 A
解析 如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确．
变式2 一个半径较大的透明玻璃球体，截取其下面的一部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图5所示，在反射光中看到的是( )
图5
A．平行的明暗相间的直干涉条纹
B．环形的明暗相间的干涉条纹
C．只能看到同颜色的平行反射光
D．一片黑暗
答案 B
拓展点 实验：用双缝干涉测光的波长
1．实验原理
如图6所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.
图6
两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图7所示．
图7
2．实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图8所示．
图8
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．
④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．(2)测定单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图9所示，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝.
图9
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)．
④重复测量、计算，求出波长的平均值．
3．数据处理
(1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝.
(2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离．
(3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值．
4．注意事项
(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮．
(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上．
(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离．
(4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差．
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层．
例3 (2019·全国卷Ⅱ·34(2))某同学利用图10所示装置测量某种单色光的波长．实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．回答下列问题：
图10
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm.则所测单色光的波长为________ nm(结果保留3位有效数字)．
答案 (1)B (2) (3)630
解析 (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝λ可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D项错误．
(2)由题意可知，＝λ⇒λ＝.
(3)将已知条件代入公式解得λ＝630 nm.
变式3 (多选)(2017·全国卷Ⅱ·34(1))在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样．若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是( )
A．改用红色激光
B．改用蓝色激光
C．减小双缝间距
D．将屏幕向远离双缝的位置移动
E．将光源向远离双缝的位置移动
答案 ACD
解析 根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距Δx＝λ可知，要使Δx增大，可以增大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项A、C、D正确，B、E错误．
变式4 用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图11丁中游标卡尺的读数；双缝到毛玻璃屏间的距离的大小是图丙中的毫米刻度尺的读数；实验时先移动测量头(如图甲所示)上的手轮，把分划板中心刻线对准靠近最左边的一条亮条纹中心(如图乙所示)，并记下手轮上的读数x1(如图戊所示)，然后转动手轮，把分划板中心刻线向右移动，直到对准第7条亮条纹中心并记下手轮上的读数x2(如图己所示)，由以上测量数据求该单色光的波长．(结果保留两位有效数字)
图11
答案 8.0×10－7 m
解析 根据条纹间距公式Δx＝λ可知，波长λ＝Δx，由题图丁可直接读出d＝0.25 mm＝0.000 25 m，双缝到屏的距离由题图丙读出l＝74.90 cm＝0.749 0 m．由题图乙、戊、己可知，两条相邻亮条纹间的距离Δx＝ mm＝2.400 mm＝0.002 400 m.
将以上数据代入得λ＝＝ m≈8.0×10－7 m.
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
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，光沿任意方向振动，且沿各个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，光沿特定方向振动
(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4 如图12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( )
图12
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＝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分别对应于红光和蓝光．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分别对应于紫光和黄光．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13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．
图13
(1)偏振片A的作用是_________________________________．
(2)偏振现象证明了光是一种________．
(3)以下说法中正确的是________．
A．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α
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α
答案 (1)把自然光变成偏振光 (2)横波 (3)ACD
变式5 (多选)(2020·湖北恩施州教学质量检测)下列说法正确的是( )
A．全息照相主要是利用了光的干涉
B．单反相机的增透膜利用了光的偏振
C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉
D．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象
E．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样
答案 ACE
变式6 (多选)(2019·四川南充市第二次适应性考试)由a、b两种单色光构成的复色光束从水中斜射入空气中的光路图如图14所示，关于a、b两种单色光，下列说法正确的是( )
图14
A．a光的频率小于b光的频率
B．从同种介质中斜射入空气发生全反射时，a光的临界角小于b光的临界角
C．在同种介质中传播，a光传播速度大于b光传播速度
D．相同条件的双缝干涉实验中，a光的相邻明条纹间距比b光的相邻明条纹间距小
E．通过同一狭缝，a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显
答案 ACE
解析 由题图可知b光的折射程度较大，可知b光的折射率较大，则b光的频率大于a光的频率，选项A正确；根据sin C＝可知，从同种介质中斜射入空气发生全反射时，b光的临界角小于a光的临界角，选项B错误；根据n＝可知，在同种介质中传播，a光传播速度大于b光传播速度，选项C正确；b光波长较短，根据Δx＝λ可知，相同条件的双缝干涉实验中，b光的相邻明条纹间距比a光的相邻明条纹间距小，选项D错误；b光波长较小，则通过同一狭缝，a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显，选项E正确.
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.对电磁波的理解
(1)电磁波是横波．电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图15所示．
图15
(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
波的特点
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速c＝3×108 m/s
在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)
是否需要介质
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)
能量传播
电磁能
机械能
类型1 对电磁波的理解
例6 (多选)(2016·全国卷Ⅱ·34(1))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
E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
答案 ABC
解析 电磁波在真空中传播速度等于光速，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；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，E错误．
变式7 (多选)电磁波与声波比较，下列说法中正确的是( )
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大
D．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关
E．电磁波能产生干涉和衍射现象，声波不能
答案 ABC
解析 电磁波在介质中的传播速度与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，声波的传播速度是由介质决定的，电磁波和声波都能产生干涉和衍射现象，所以D、E错误．
类型2 对狭义相对论的理解和应用
例7 如图16所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上的人测得它们相距为L，则飞船A上的人测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，飞船A上的人测得该信号的速度为________．
图16
答案 大于 c(或光速)
解析 狭义相对论的两个基本原理之一就是光速不变原理，因此飞船A上的人测得信号的速度仍等于c(或光速)，以地面为参考系，在运动方向有尺缩效应现象，而B相对A是静止的，没有尺缩效应现象，则飞船A上的人测得两飞船距离应大于L.
变式8 (多选)(2019·吉林长春市质量监测)以下说法中正确的是( )
A．在同一种玻璃中，频率越大的光速度越小
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
C．麦克斯韦利用实验证实了电磁波的存在
D．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
E．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的
答案 ADE
解析 频率越大折射率越大，在同种介质中的光速度越小，故A对；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，故B错；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹利用实验证实了电磁波的存在，故C错；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，故D对；根据狭义相对论原理，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故E对．
1．关于电磁波的说法中正确的是( )
A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
B．电磁波会发生偏振现象，是纵波
C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象
D．紫外线的频率比红外线的频率小
答案 C
2．(2020·四川成都市调研)小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都有彩色花纹．这是下列哪种原因形成的( )
A．光的色散 B．光的干涉
C．光的直线传播 D．光的衍射
答案 B
3．下列说法正确的是( )
A．雨后天空中的彩虹是由光的干涉产生的
B．紫外线可杀菌消毒是因为它有较强的热效应
C．红光和黄光分别通过同一双缝干涉装置，红光形成的相邻亮条纹间距大
D．观察者相对于频率一定的声源运动时，接收到声波的频率与波源频率相同
答案 C
4．(多选)(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考)下列说法正确的是( )
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．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象
D．泊松亮斑是光的衍射现象，全息照相的拍摄利用了激光的相干性
E．光纤通信和医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
答案 CDE
5．(多选)(2019·广东深圳市第二次调研)下列有关光学现象的说法正确的是( )
A．光从光疏介质射入光密介质，若入射角大于临界角，则一定发生全反射
B．做双缝干涉实验时，用红光替代紫光，相邻明条纹间距变大
C．在白光下观察肥皂泡，其表面的相邻各条纹是等间距的
D．光的偏振现象表明光是横波
E．在同一种物质中，波长越短的光传播速度越小
答案 BDE
6．(多选)(2019·贵州毕节市适应性监测(三))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．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深
D．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
E．在空气中传播的声波是横波
答案 ACD
解析 电磁波在真空中传播的速度是光速，和频率无关，A正确；电磁波可由电磁振荡产生，当波源停止振动，已经产生的电磁波会继续向前传播，不会消失，B错误；光由水中射入空气中进入人的眼睛，折射角比入射角大，人眼看见的是折射光线的反向延长线会聚形成的虚像，比鱼的实际深度浅，因此鱼的实际深度更深，C正确；由干涉条纹的间距公式Δx＝λ可知波长越长，产生的条纹间距越宽，红光的波长大于蓝光的波长，因此红光的条纹宽度更宽，D正确；在空气中传播的声波是纵波，E错误．
7．(多选)(2019·安徽淮南市第二次模拟)下列关于波的叙述，说法正确的是( )
A．机械波在介质中传播的速度随波的频率升高而增大
B．频率小于20 Hz的声波称为次声波
C．声波是机械波，而超声波是电磁波
D．光波是电磁波，在介质中传播速度小于真空中传播速度
E．光的偏振现象说明光波是横波
答案 BDE
解析 机械波在介质中传播的速度与介质有关，与波的频率无关，选项A错误；频率小于20 Hz的声波称为次声波，选项B正确；声波是机械波，超声波也是机械波，选项C错误；光波是电磁波，在介质中传播速度小于真空中传播速度，选项D正确；光的偏振现象说明光波是横波，纵波不能发生光的偏振现象，选项E正确．
8．(多选)(2019·山西五地联考上学期期末)下列说法正确的是( )
A．机械波和电磁波都能发生干涉、衍射现象
B．海啸发生后尚未到达海岸边，沿海渔民没有反应，但狗显得烦躁不安，这是因为次声波传播速度比超声波大
C．一质点做简谐运动，质点每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同
D．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象
E．在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是不相同的
答案 ACD
解析 所有的波都具有的特性是：能产生干涉和衍射现象，故A正确；海啸发生时，发出很强的次声波，狗能接收到次声波，但人无法接收到次声波，故B错误；做简谐运动的质点每次通过同一位置时，位移一定，速度有两种可能的方向，速度不一定相同，加速度一定相同，故C正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确；根据光速不变原理，在不同的惯性参考系中，光在真空中的速度都是相同的，故E错误．
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