新高考物理一轮复习重难点练习专题32 光的干涉、衍射和偏振　电磁波（2份打包，原卷版+解析版）

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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．
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．
1．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．
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)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．
【典例1】（2022·江苏省昆山中学模拟预测）在薄膜干涉实验中，铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置，形成如图所示的肥皂膜侧视图，用黄色光从左侧照射薄膜，会观察到明暗相间的干涉条纹，则下列结论错误的是（ ）
A．实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样
B．干涉条纹的分布上疏下密
C．任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差不变
D．若换用红光照射，则条纹间距将变大
【典例2】（2022·上海嘉定·二模）利用图a所示的装置，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到图b中甲和乙两种图样。则（ ）
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，甲的双缝间距较大
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．
1．单缝衍射与双缝干涉的比较
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．
【典例3】（2022·天津市新华中学高三阶段练习）关于图的说法，正确的是（ ）
A．图：光导纤维内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B．图乙：研究光的干涉现象时，将紫光换为红光，可在目镜中观测到更多的干涉条纹
C．图丙：一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为a、b两种单色光，a光比b光衍射现象更明显
D．图丁：3D影院中看立体电影时戴偏光镜的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理是相同的
【典例4】（2022·江苏南通·三模）如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，却看不到光亮，则（ ）
A．电灯S发出的光是偏振光B．偏振片A起检偏器的作用
C．以SP为轴将A转过45°，在P处看到光亮D．将B沿SP向A平移至某位置时，在P处看到光亮
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
周期：T＝2πeq \r(LC)
频率：f＝eq \f(1,2π\r(LC))(其中L指自感系数，C指电容)．
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地向周围传播，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调制(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解调出来，调幅波的解调也叫检波．
(4)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．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．
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．电磁波与机械波的比较
【典例5】（2022·全国·高三课时练习）关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是（ ）
A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
B．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
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
【典例6】（2022·全国·高三课时练习）“4G改变生活，5G改变社会”。5G网络使用的无线电通信频率是在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比4G网络（无线电通信频率在1.8～2.7 GHz之间）通信拥有更大的带宽，相同时间传递的信息量更大。下列说法正确的是（ ）
A．5G信号和4G信号都是横波
B．5G信号比4G信号波长更长
C．在真空中，5G信号比4G信号传播速度更快
D．5G信号比4G信号更容易绕过障碍物，便于远距离传播
一、单选题
1．（2022·北京市十一学校三模）下列说法正确的是（ ）
A．光照射细金属丝，在其后的阴影中有亮线，这是光的干涉现象
B．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象
C．看立体电影时需要戴特制的眼镜，这是利用了光的偏振现象
D．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的全反射现象
2．（2022·江苏南京·模拟预测）下列四幅图中对应于光的干涉现象场景的是（ ）
A．B．
C．D．
3．（2022·山东·泰安一中模拟预测）光照中的彩色条纹令人印象深刻，装点出了我们缤纷绚烂的童年世界。下列说法正确的是（ ）
A．肥皂泡表面能看到斑斓条纹，是发生了光的干涉
B．太阳光通过三棱镜后出现彩色条纹，是发生了光的衍射
C．通过狭缝看日光灯出现彩色条纹，是发生了光的干涉
D．夏天雨后看到的彩虹，是发生了光的干涉
4．（2022·全国·高三专题练习）关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）
A．用复色光投射就看不到条纹
B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大
5．（2022·全国·高三）一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光， SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 。两种波长的谱线第二次重合于衍射角 SKIPIF 1 < 0 的方向上，则光栅常数为（ ）
A．3.05μmB．0.95μmC．1.27μmD．0.19μm
6．（2022·上海徐汇·三模）如图是单色光的“杨氏双缝干涉实验”，若要使干涉条纹变宽，可以（ ）
A．增大单缝到双缝之间的距离
B．减小单缝到双缝之间的距离
C．增大双缝到屏幕之间的距离
D．减小双缝到屏幕之间的距离
7．（2022·天津·耀华中学一模）a、b、c三条平行光线垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径从空气射向玻璃砖，如图所示，光线b正好过圆心O，光线a、c从光线b的两侧对称入射，光线a、c从玻璃砖下表面进入空气后与光线b交于P、Q，则下列说法正确的是（ ）
A．玻璃对三种光的折射率关系为 SKIPIF 1 < 0
B．将c光向左侧平移，可能发生全反射而不能折射入玻璃砖内
C．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比c光宽
D．a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长
8．（2022·山东·高三专题练习）如图所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为d，双缝至屏的距离为 SKIPIF 1 < 0 ，整个装置处于折射率为 SKIPIF 1 < 0 的均匀透明介质中。若单色光在真空中波长为 SKIPIF 1 < 0 ，则相邻条纹间距 SKIPIF 1 < 0 为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
9．（2022·山东·肥城市教学研究中心模拟预测）如图所示，将两块平面镜边缘对齐，之后分别倾斜微小的角度θ，在右侧有一竖直光屏，单色光源S刚好位于两平面镜夹角的角平分线上，D为半圆形遮光板，使光源S发出的光不能直接照射到光屏上。用光源S照射平面镜，在光屏上会出现明暗相间的条纹，则下列说法正确的是（ ）
A．光屏上出现的条纹是光线衍射的结果
B．若增大入射光的频率，屏上条纹间距减小
C．把光屏向右移，屏上条纹间距减小
D．把光源S向右移，屏上条纹间距增大
10．（2022·江苏·高三专题练习）铁丝圈上附有肥皂沫，竖直放置时，可以观察到上疏下密的彩色条纹，下列说法正确的是（ ）
A．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
B．肥皂膜前后两个面的侧视形状为上薄下厚的梯形
C．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
D．将铁丝圈右侧的把柄向上转动 SKIPIF 1 < 0 ，条纹也会跟着转动 SKIPIF 1 < 0
二、填空题
11．（2022·上海松江·二模）如图光学实验，中间为某同学使用光传感器对该实验所采集到的光屏上光强分布图像，则该同学所做的实验是光的__________（选填“干涉”或“衍射”）实验；光屏上中央亮条纹的光强分布特点是____________________________。
12．（2022·福建·三明一中模拟预测）如图是研究光的双缝干涉用的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长为 SKIPIF 1 < 0 ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则P1处的亮纹恰好是10号亮纹。
（1）设直线S1P1的长度为 SKIPIF 1 < 0 ，S2P1的长度为 SKIPIF 1 < 0 ，则 SKIPIF 1 < 0 =________。
（2）若将S2用遮光片挡住，光屏上的明暗条纹___________（填“均匀”或“不均匀”）分布。
13．（2022·福建·模拟预测）1834年，洛埃利用单面镜得到了光的干涉结果（称洛埃镜实验），光路原理如图所示，S为单色光源，M为一平面镜。S发出的光直接照射到光屏上与通过M反射的光叠加产生干涉条纹，当入射光波长变长，干涉条纹间距_________（选填“变大”“变小”或“不变”）；如果光源S到平面镜的垂直距离与到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为 SKIPIF 1 < 0 ，在光屏上形成干涉条纹间距离 SKIPIF 1 < 0 _________。
14．（2022·贵州贵阳·模拟预测）如图所示，两束单色光a、b从水中射向A点，光线经折射后合成一束光c，用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距______（填“大于”或“小于”）b光的干涉条纹间距；若a光与b光以相同入射角从水中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是______（填“a”或“b”）光；若用c光做单缝衍射实验，中央亮条纹的边缘为______（填“a”或“b”）光的颜色；a、b两种色光中，______（填“a”或“b”）光在水中传播的速度更快。
三、解答题
15．（2022·全国·高三专题练习）用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是 SKIPIF 1 < 0 ，用的是绿色滤光片，从目镜中可以看到绿色干涉条纹。
(1)如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离如何变化？
(2)把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明哪种色光的波长较长？
(3)如果改用间距为 SKIPIF 1 < 0 的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离会有什么变化？
16．（2022·内蒙古·二模）冬奥会雪上项目的运动员都佩戴有护目镜，护目镜上附有一层“增反膜”，以减小紫外线对眼睛的伤害。制作护目镜时需要测量紫外线的波长。假设利用双缝干涉进行波长的测量，实验中使用的双缝间距 SKIPIF 1 < 0 ，双缝到屏的距离 SKIPIF 1 < 0 ，测得屏上干涉条纹中亮条纹间距 SKIPIF 1 < 0 。求：
（1）被测紫外线的频率 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）若选用薄膜材料的折射率为 SKIPIF 1 < 0 ，则制作“增反膜”眼镜时，“增反膜”的最小厚度是多少？
17．（2022·江苏连云港·三模）研究光的干涉现象原理图如图所示。光源 SKIPIF 1 < 0 到双缝 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的距离相等， SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 连线平行于光屏， SKIPIF 1 < 0 点为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 连线中垂线与光屏的交点。光源 SKIPIF 1 < 0 发出单色光，经 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 传播到光屏上 SKIPIF 1 < 0 点， SKIPIF 1 < 0 垂直于光屏， SKIPIF 1 < 0 为某亮条纹中心， SKIPIF 1 < 0 之间还有 SKIPIF 1 < 0 条亮条纹，光由 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 传播到 SKIPIF 1 < 0 点的时间差为 SKIPIF 1 < 0 。现紧贴 SKIPIF 1 < 0 放置厚度为 SKIPIF 1 < 0 的玻璃片，光由 SKIPIF 1 < 0 垂直穿过玻璃片传播到 SKIPIF 1 < 0 点与光由 SKIPIF 1 < 0 直接传播到 SKIPIF 1 < 0 点时间相等。已知光在真空中的速度为 SKIPIF 1 < 0 ，玻璃对该单色光的折射率为 SKIPIF 1 < 0 ，不考虑光在玻璃片内的反射，求：
（1）单色光在真空中的波长 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）玻璃片的厚度 SKIPIF 1 < 0 。
18．（2022·江苏南通·高三阶段练习）手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光。某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小蓝光对眼睛的伤害，制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长，光源架在铁架台的上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器，接受到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出干涉图像的条纹信息如图乙所示，根据x轴上的光强分布可以算出光的波长。已知双缝间距d，双缝到光传感器的距离L，选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n。求：
（1）被测蓝光的波长 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度。
19．（2022·云南·二模）如图所示，在双缝干涉实验中， SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 距离之差为 SKIPIF 1 < 0 ，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，在下列条件下，P点是亮条纹还是暗条纹？
（1）已知A光在折射率为 SKIPIF 1 < 0 的介质中波长为 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）已知B光在某种介质中波长为 SKIPIF 1 < 0 ，当B光从这种介质射向空气时，临界角为 SKIPIF 1 < 0 。 SKIPIF 1 < 0
20．（2022·辽宁实验中学模拟预测）如图，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖， SKIPIF 1 < 0 B=90°，一束频率为f=5 SKIPIF 1 < 0 1014Hz的光线从AB面中点处垂直射入校镜，在AC面发生全反射，从BC面射出后，进入双缝干涉装置。已知AC长度l=0.15m，双缝间距d=0.2mm，光屏离双缝L=1.0m，光在真空中的传播速度为c=3.0 SKIPIF 1 < 0 108m/s。求：
（1）玻璃砖的折射率的最小值n；
（2）光线在玻璃砖中传播的最短时间t；
（3）光屏上相邻亮条纹的间距Δx。
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
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＝3×108 m/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