第四節光的波動性電磁波(實驗：用雙縫干涉測光的波長)【自我診斷】判一判(1)只有橫波才能產生干涉和衍射現象．()(2)太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的干涉的結果．()(3)泊松亮斑支持了光的波動說．()(4)光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現象．()(5)光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光從紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距一定變小．()(6)均勻變化的磁場產生均勻變化的電場向外傳播便形成了電磁波．()(7)在真空中傳播的電磁波，當它的頻率增加時，它的傳播速度不變，波長變短．()(8)光速不變原理指出光在真空中傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√(6)×(7)√(8)√做一做抽制高強度纖維細絲可用激光監控其粗細，如圖所示，觀察光束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可以判斷細絲粗細的變化()A．這里應用的是光的衍射現象B．這里應用的是光的干涉現象C．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D．如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細E．如果屏上條紋變細，表明抽制的絲變粗提示：選ADE.本題為光的衍射現象在工業生產中的實際應用，考查光的衍射現象，若障礙物的尺寸與光的波長相比差不多或更小，衍射現象較明顯．通過觀察屏上條紋的變化情況，從而監測抽制的絲的情況，故選A、D、E.光的干涉現象【典題例析】如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1、S2距離之差為×10－6m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P(1)已知A光在折射率為的介質中波長為4×10－7m(2)已知B光在某種介質中波長為×10－7m，當B光從這種介質射向空氣時，臨界角為37°(3)若讓A光照射S1，B光照射S2，試分析光屏上能觀察到的現象．[審題突破](1)根據n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ1,λ2)求出A光在空氣中的波長?已知路程差Δr?算出S1、S2到P點的路程差是波長的倍數．(2)根據sinC＝eq\f(1,n)?求出n?算出B光在空氣中的波長?已知路程差Δr?算出S1、S2到P點的路程差是波長的倍數．[解析](1)設A光在空氣中波長為λ1，在介質中波長為λ2，由n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ1,λ2)，得λ1＝nλ2＝×4×10－7m＝6×10－根據路程差Δr＝×10－6m，N1＝eq\f(Δr,λ1)＝eq\f×10－6m,6×10－7m)＝由此可知，從S1和S2到P點的路程差是波長λ1的倍，所以P點為暗條紋．(2)根據臨界角與折射率的關系sinC＝eq\f(1,n)得n＝eq\f(1,sin37°)＝eq\f(5,3)由此可知，B光在空氣中波長λ3為：λ3＝nλ介＝eq\f(5,3)××10－7m＝×10－7m路程差Δr和波長λ3的關系為：N2＝eq\f(Δr,λ3)＝eq\f×10－6m,×10－7m)＝4可見，用B光做光源，P點為亮條紋．(3)若讓A光照射S1，B光照射S2，這時既不能發生干涉，也不發生衍射，此時在光屏上只能觀察到亮光．[答案](1)暗條紋(2)亮條紋(3)見解析【遷移題組】遷移1對雙縫干涉現象的分析1．在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”“＝”或“<”)．若實驗中紅光的波長為630nm，雙縫與屏幕的距離為1.00m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5mm，解析：由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，Δx1>Δx2.相鄰亮條紋之間的距離為Δx＝eq\f,5)mm＝2.1mm，雙縫間的距離d＝eq\f(Lλ,Δx)，代入數據得d＝0.300mm.答案：>遷移2對薄膜干涉的理解2.把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖所示．這時可以看到明暗相間的條紋．下面關于條紋的說法中正確的是()A．干涉條紋是光在空氣劈尖膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結果B．干涉條紋中的暗條紋是上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結果C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動D．觀察薄膜干涉條紋時，應在入射光的另一側解析：選AC.根據薄膜干涉的產生原理，上述現象是由空氣劈尖膜前后表面反射的兩列光疊加而成，當波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時，振動加強，形成亮條紋，所以A項正確，B項錯誤；因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時，應在入射光的同一側，故D項錯誤；條紋的位置與空氣劈尖膜的厚度是對應的，當上玻璃板平行上移時，同一厚度的空氣劈尖膜向劈尖移動，故條紋向著劈尖移動，故C項正確．光的衍射及偏振現象【跟進題組】1．(2019·福建龍巖調研)如圖所示，a、b、c、d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣．分析各圖樣的特點可以得出的正確結論是()A．a、b是光的干涉圖樣B．c、d是光的干涉圖樣C．形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短D．形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短解析：選A.干涉條紋是等距離的條紋，因此，a、b圖是干涉圖樣，c、d圖是衍射圖樣，故A項正確，B項錯誤；由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，條紋寬的入射光的波長長，所以a圖樣的光的波長比b圖樣的光的波長長，故C項錯誤；c圖樣的光的波長比d圖樣的光的波長長，故D項錯誤．2．(2019·西安模擬)如圖所示，電燈S發出的光先后經過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則()A．圖中a光為偏振光B．圖中b光為偏振光C．以SP為軸將B轉過180°后，在P處將看到光亮D．以SP為軸將B轉過90°后，在P處將看到光亮E．以SP為軸將A轉過90°后，在P處將看到光亮解析：選BDE.自然光沿各個方向發散是均勻分布的，通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動的光．從電燈直接發出的光為自然光，則A錯；它通過A偏振片后，即變為偏振光，則B對；設通過A偏振片的光沿豎直方向振動，P點無光亮，則B偏振片只能通過沿水平方向振動的偏振光，將B轉過180°后，P處仍無光亮，C錯；若將B轉過90°，則該偏振片將變為能通過豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮，D對；同理E也對．3．如圖所示，白熾燈的右側依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側．旋轉偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是()A．A、B均不變 B．A、B均有變化C．A不變，B有變化 D．A有變化，B不變解析：選C.白熾燈光包含向各方向振動的光，且各個方向振動的光的強度相等，所以旋轉偏振片P時各方向透射光強度相同，故A點光的強度不變；白熾燈光經偏振片P后變為偏振光，當P旋轉時，只有與Q的偏振方向一致時才有光透過Q，因此B點的光強有變化，選項C正確．4．如圖，在“觀察光的衍射現象”實驗中，保持縫到光屏的距離不變，增加縫寬，屏上衍射條紋間距將________(選填“增大”“減小”或“不變”)；該現象表明，光沿直線傳播只是一種近似規律，只有在________________的情況下，光才可以看做是沿直線傳播的．解析：縫寬增加，衍射條紋間距變小，衍射現象逐漸不明顯．光的衍射現象表明，光不沿直線傳播，光沿直線傳播只是一種近似規律，只有在光的波長比障礙物或孔的尺寸小得多的情況下，光才可以看做是沿直線傳播的．答案：減小光的波長比障礙物或孔的尺寸小得多實驗：雙縫干涉測光的波長【知識提煉】1．實驗原理：單色光通過單縫后，經雙縫產生穩定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長λ之間滿足λ＝eq\f(dΔx,l).2．實驗步驟(1)觀察干涉條紋①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．如圖所示．②接好光源，打開開關，使燈絲正常發光．③調節各器件的高度，使光源發出的光能沿軸線到達光屏．④安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5～10cm，這時，可觀察白光的干涉條紋．⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋．(2)測定單色光的波長①安裝測量頭，調節至可清晰觀察到干涉條紋．②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數a2，將該條紋記為第n條亮紋．③用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)．④改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復測量．3．數據處理(1)條紋間距Δx＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1))).(2)波長λ＝eq\f(d,l)Δx.(3)計算多組數據，求λ的平均值．4．注意事項(1)安裝時，注意調節光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當．(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近．(3)調節的基本依據是：照在光屏上的光很弱，主要是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般是單縫與雙縫不平行所致，故應正確調節．【跟進題組】1．(1)如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，光具座上放置的光學元件依次為①光源、②______________、③____________、④____________、⑤遮光筒、⑥光屏．對于某種單色光，為增加相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離，可采取__________________或__________________的方法．(2)如果將燈泡換成激光光源，該實驗照樣可以完成，這時可以去掉的部件是________(選填數字代號)．(3)轉動測量頭的手輪，使分劃板中心刻線對準第1條亮條紋的中央，手輪的讀數如圖甲所示．繼續轉動手輪，使分劃板中心刻線對準第10條亮條紋的中央，手輪的讀數如圖乙所示．則相鄰兩亮條紋的間距是________mm.(4)如果已經量得雙縫的間距是0.30mm、雙縫和光屏之間的距離是900mm解析：(1)由實驗原理可知②③④分別是濾光片、單縫、雙縫．由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，要增加相鄰亮條紋(暗條紋)間的距離，可采取的辦法有：①增大雙縫到光屏間的距離(或選用較長的遮光筒)；②減小雙縫之間的距離．(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③.(3)甲圖讀數是0.045mm，乙圖讀數是14.535mm，它們的差值是14.490mm，中間跨越了10－1＝9個亮條紋間距，所以相鄰兩亮條紋間距是Δx＝eq\f,9)mm＝1.610mm(4)光的波長：λ＝eq\f(Δx·d,l)＝×10－7m.答案：(1)濾光片單縫雙縫增大雙縫到光屏間的距離(或選用較長的遮光筒)減小雙縫之間的距離(2)②③(3)(4)×10－72．(2019·高考全國卷Ⅱ)某同學利用圖示裝置測量某種單色光的波長．實驗時，接通電源使光源正常發光；調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋．回答下列問題：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，該同學可________；A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動C．將屏向遠離雙縫的方向移動D．使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長λ＝____________；(3)某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm，測得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm解析：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，需要減小條紋間距，由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，需要減小雙縫到屏的距離l或增大雙縫間的距離d，故B項正確，A、C、D項錯誤。(2)由題意可知，eq\f(Δx,n－1)＝eq\f(l,d)λ?λ＝eq\f(d·Δx,（n－1）l).(3)將已知條件代入公式解得λ＝630nm.答案：(1)B(2)eq\f(d·Δx,（n－1）l)(3)630(建議用時：40分鐘)一、選擇題1．(2019·廣東湛江一中等四校聯考)下列說法中正確的是()A．交通警示燈選用紅色是因為紅光更容易穿透云霧煙塵B．光在同一種介質中沿直線傳播C．用光導纖維束傳輸圖象信息利用了光的全反射D．讓藍光和綠光通過同一雙縫干涉裝置，形成的干涉條紋間距較大的是綠光E．圍繞振動的音叉轉一圈會聽到忽強忽弱的聲音是多普勒效應解析：選ACD.交通警示燈選用紅色是因為紅光的波長較長，更容易穿透云霧煙塵，選項A正確；光在同一種均勻介質中沿直線傳播，選項B錯誤；用光導纖維束傳輸圖象信息利用了光的全反射，選項C正確；根據條紋間距表達式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，因為綠光的波長大于藍光，故讓藍光和綠光通過同一雙縫干涉裝置，形成的干涉條紋間距較大的是綠光，選項D正確；圍繞振動的音叉轉一圈會聽到忽強忽弱的聲音是聲波的干涉現象，選項E錯誤．2．(2019·福建三明質量檢查)下列說法正確的是()A．偏振光可以是橫波，也可以是縱波B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現象C．光纖通信及醫用纖維式內窺鏡都是利用了光的全反射原理D．X射線在磁場中能偏轉，穿透能力強，可用來進行人體透視E．聲源與觀察者相對靠近時，觀察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率解析：選BCE.偏振是橫波的特有現象，光的偏振現象說明光是橫波，故A錯誤；照相機的鏡頭上的增透膜是光的干涉現象，故B正確；用光導纖維傳播信號是利用了光的全反射，C正確；X射線穿透力較強，但它不帶電，不能在磁場中偏轉，故D錯誤；根據多普勒效應可知聲源與觀察者相對靠近時，觀察者所接收的頻率大于聲源振動的頻率，E正確．3．(2019·安徽屯溪一中模擬)下列說法正確的是()A．光波在介質中傳播的速度與光的頻率無關B．雨后路面上的油膜形成的彩色條紋是由光的干涉形成的C．楊氏雙縫干涉實驗中，當兩縫間的距離以及擋板和屏的距離一定時，紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍光干涉條紋的相鄰條紋間距小D．光的偏振特征說明光是橫波E．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的解析：選BDE.光的傳播速度由介質的本身性質與頻率共同決定，所以光波在介質中傳播的速度與光的頻率有關，故A錯誤；油膜形成的彩色條紋，是由膜的前后表面反射光，進行光的疊加，形成的干涉條紋，故B正確；根據光的干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，因為紅光的波長比藍光的波長長，則紅光干涉條紋的相鄰條紋間距比藍光干涉條紋的相鄰條紋間距大，故C錯誤；光的偏振振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振，它是橫波區別于其他縱波的一個最明顯的標志，即光的偏振現象說明光是一種橫波而不是縱波，故D正確；狹義相對論認為，在不同的慣性參考系中一切物理規律都是相同的，故E正確．4．(2016·高考全國卷Ⅱ)關于電磁波，下列說法正確的是()A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發，形成電磁波C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度、磁感應強度均垂直D．利用電磁波傳遞信號可以實現無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸E．電磁波可以由電磁振蕩產生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失解析：選ABC.電磁波在真空中的傳播速度為3×108m/s，與電磁波的頻率無關，A項正確；周期性變化的電場產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場又產生周期性變化的電場，它們相互激發向周圍傳播，就形成了電磁波，B項正確；電磁波是橫波，因此其電場強度和磁感應強度均與傳播方向垂直，C項正確；光是電磁波，利用光纖對光的全反射可以傳播信息，D項錯誤；波源的電磁振蕩停止后，已發出的電磁波不會立即消失，還要繼續傳播一段時間，5．在雙縫干涉實驗中，一鈉燈發出的波長為589nm的光，在距雙縫1.00m的屏上形成干涉圖樣．圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350cmA．×10－7m B．×10－C．×10－4m D．×10－解析：選C.在雙縫干涉實驗中，相鄰明條紋間距Δx、雙縫間距d與雙縫到屏的距離L間的關系為Δx＝eq\f(L,d)λ，則雙縫間距d＝eq\f(Lλ,Δx)＝eq\f×589×10－9,×10－2)m≈×10－4m.6．電磁波已廣泛運用于很多領域．下列關于電磁波的說法符合實際的是()A．電磁波不能產生衍射現象B．常用的遙控器通過發出紫外線脈沖信號來遙控電視機C．根據多普勒效應可以判斷遙遠天體相對于地球的運動速度D．光在真空中運動的速度在不同慣性系中測得的數值可能不同解析：選C.干涉、衍射是波所特有的現象，所以電磁波能產生衍射現象，選項A錯誤；常用的遙控器是通過發出紅外線來遙控電視機的，選項B錯誤；利用多普勒效應可以判斷遙遠天體相對于地球的速度，選項C正確；根據光速不變原理，在不同的慣性系中，光速是相同的，選項D錯誤．7．下列選項與多普勒效應有關的是()A．科學家用激光測量月球與地球間的距離B．醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速C．技術人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡D．交通警察向車輛發射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度E．科學家通過比較星球與地球上同種元素發出光的頻率來計算星球遠離地球的速度解析：選BDE.科學家用激光測量月球與地球間的距離是利用光速快，故A錯誤；醫生利用超聲波探測病人血管中血液的流速利用聲波的多普勒效應，故B正確；技術人員用超聲波探測金屬、陶瓷、混凝土中是否有氣泡是利用其穿透能力強，故C錯誤；交通警察向車輛發射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進的速度是利用超聲波的多普勒效應，故D正確；科學家通過比較星球與地球上同種元素發出光的頻率來計算星球遠離地球的速度，是光的多普勒效應，故E正確．8．如圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結果在上方觀察到如圖乙所示的同心內疏外密的圓環狀干涉條紋，稱為牛頓環，以下說法正確的是()A．干涉現象是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B．干涉現象是由凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的D．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的E．若使用半徑小一些的凸薄透鏡，則干涉條紋的間距要變大解析：選ACE.由于在凸透鏡和平板玻璃之間的空氣形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透鏡的下表面和平板玻璃的上表面，故A正確，B錯誤；由于凸透鏡的下表面是圓弧面，所以形成的薄膜厚度不是均勻變化的，形成不等間距的干涉條紋，故C正確，D錯誤；若使用半徑小一些的凸薄透鏡，則空氣薄膜上的厚度變化更快，則形成的干涉條紋的間距要變大，故E正確．9.雙縫干涉實驗裝置如圖所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋．屏上O點距雙縫S1和S2的距離相等，P點是距O點最近的第一條亮條紋．如果將入射的單色光換成紅光或藍光，討論屏上O點及其上方的干涉條紋的情況是()A．O點是紅光的亮條紋B．O點不是藍光的亮條紋C．紅光的第一條亮條紋在P點的上方D．藍光的第一條亮條紋在P點的上方E．藍光的第一條亮條紋在P點的下方解析：選點處波程差為零，對于任何光都是振動加強點，均為亮條紋，A正確；紅光的波長較長，藍光的波長較短，根據Δx＝eq\f(l,d)λ可知，C、E正確．10．假設所有的汽車前窗玻璃和車燈玻璃均按同一要求設置，使司機不僅可以防止對方汽車強光的刺激，也能看清自己車燈發出的光所照亮的物體．以下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向也是豎直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45°D．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向也是斜向右上45°解析：選D.首先，司機要能夠看清楚自己車燈發出的經對面物體反射回來的光線，所以他自己車燈的偏振片的透振方向和前窗玻璃的透振方向一定要平行；其次，他不能看到對面車燈發出的強光，所以對面車燈玻璃的透振方向與他自己車窗玻璃的透振方向一定要垂直．滿足上述要求的只有D.二、非選擇題11．在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，實驗裝置如圖甲所示．(1)以線狀白熾燈為光源，對實驗