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2021高考物理一轮复习 第14章 光 电磁波 第2讲 光的波动性 电磁波学案

2021高考物理一轮复习 第14章 光 电磁波 第2讲 光的波动性 电磁波学案

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第2讲　光的波动性　电磁波
知识点　　光的干涉　Ⅰ
1．光的干涉的必要条件
两列光的频率相同，相位差恒定，才可能产生稳定的干涉现象。
2．杨氏双缝干涉

(1)原理如图2所示。

(2)明、暗条纹的条件
①光的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹。
②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹。
(3)相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝λ。
(4)干涉条纹的特点
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮纹，如图3所示。
②白光：光屏上出现彩色条纹且中央亮条纹是白色(填写颜色)，即发生色散，如图4所示。

3．薄膜干涉
(1)原理：如图5所示薄膜厚度上薄下厚，入射光在薄膜的同一位置的来自前后两个面的反射光路程差不同，叠加后出现明暗相间的条纹。

(2)应用
①增透膜。
②利用光的干涉检查工件平整度。
(3)图样特点：同一条明(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹，即薄膜干涉中的色散。
知识点　　光的衍射　Ⅰ
1．几种典型衍射条纹的特点
(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样为中间宽且亮(填特点)的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。

②白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。

(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。

(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
2．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。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。
知识点　　光的偏振现象　Ⅰ
1．偏振
横波在垂直于传播方向的平面上，只沿某一特定的方向振动，叫做偏振。
2．自然光

太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。如图11所示。
3．偏振光
在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
光的偏振现象并不罕见。除了从太阳、电灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。

知识点　　电磁波的产生、发射、传播和接收　Ⅰ
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场(如图13所示)。

2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。
3．电磁波
(1)产生：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。
(2)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。
(3)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3.0×108 m/s。
(4)v＝λf对电磁波同样适用。
(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
(6)赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。
4．电磁波的发射
(1)发射电磁波的条件
①要有足够高的振荡频率；
②必须是开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有调幅和调频两种调制方法。
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。
5．电磁波的传播
三种传播方式：天波、地波、直线传播。
6．电磁波的接收
(1)当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，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电流中还原出调制信号的过程叫做解调，它是调制的逆过程，调幅波的解调也叫做检波。
7．电磁波的应用
电视、雷达和移动电话。
知识点　　电磁波谱　Ⅰ
1．定义
将电磁波按波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱。

2．电磁波谱的特性、应用

一 堵点疏通
1．薄膜干涉是薄膜前、后表面的反射光叠加产生的，所以要观察薄膜干涉条纹，应该从光源一侧观察。(　　)
2．在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在空气中波长的时，可起到减小反射光强度、增大透射光强度的作用。(　　)
3．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光。(　　)
4．当光照到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。(　　)
5．电磁波的传播需要介质。(　　)
6．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。(　　)
7．无线电波不能发生干涉和衍射现象。(　　)
8．波长不同的电磁波在本质上完全相同。(　　)
答案　1.√　2.×　3.√　4.√　5.×　6.×　7.×　8.√　
二 对点激活
1．(人教版选修3－4·P67图改编)一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是(　　)
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D．上述说法都不正确
答案　A
解析　根据双缝干涉的条纹间距公式Δx＝λ，可以看出装置不变时，条纹间距只与光的波长有关。中间是白色亮纹，是因为各种颜色的光都在中间形成亮纹，故显示白色。其他区域由于单色光条纹间距的不同而组成很多彩色条纹。
2．(人教版选修3－4·P62·T1、T2、T3，P61·做一做改编)(多选)下列说法正确的是(　　)
A．通过两支铅笔的狭缝平行对着日光灯管，会看到彩色条纹，这是光的衍射现象
B．减小游标卡尺两个卡脚之间狭缝的宽度，单色线光源通过狭缝产生的衍射条纹中央亮纹变窄
C．太阳光通过三角形孔，当孔缩小时，先形成三角形光斑，最后形成太阳的像
D．透过羽毛观察白炽灯，会看到彩色光晕，这是光的衍射
答案　AD
解析　当缝的宽度与光的波长差不多或比波长小时，会发生明显的衍射，A、D正确；光的波长不变时，狭缝越窄衍射时中央亮纹越宽，B错误；当三角形孔减小时，太阳光通过它先形成影，然后是小孔成像，当其尺寸与光的波长差不多时，会出现衍射图样，C错误。
3．(人教版选修3－4·P59·T1改编)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0.2 mm，用的是绿色滤光片，在毛玻璃屏上可以看到绿色干涉条纹。下列说法正确的是(　　)

A．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直
B．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变大
C．把绿色滤光片换为红色，相邻两个亮条纹中心的距离减小
D．如果改用间距为0.3 mm的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离变大
答案　B
解析　干涉条纹与双缝平行，A错误。根据双缝干涉的条纹间距公式Δx＝λ可知，l增大，则Δx增大，B正确；λ变大，则Δx增大，C错误；d增大，则Δx减小，D错误。
4．(多选)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
答案　CD
解析　拍摄玻璃厨窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射光的强度，使照片清晰，但不能增加透射光的强度，故A错误；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干涉，故B错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射，形成光的色散现象，故C正确；泊松亮斑是光的衍射现象，根据激光的应用可知，全息照相的拍摄利用了激光的相干性的特点，与干涉原理有关，故D正确。
5．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是(　　)
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波
答案　CD
解析　均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以A、B均错误；周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，这是麦克斯韦电磁波理论的基础，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。
6．关于电磁波，下列说法正确的是(　　)
A．麦克斯韦在人类历史上首先捕捉到了电磁波
B．红外线的波长比可见光长，比无线电波的波长短
C．雷达是用X光来测定物体位置的设备
D．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调
答案　B
解析　赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，并在人类历史上首先捕捉到了电磁波，A错误；由电磁波谱可知，B正确；雷达是利用无线电波来测定物体位置的设备，C错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，把经调制的高频振荡电流中的信号“检”出来的过程叫解调，D错误。

考点细研 悟法培优

考点1　　光的干涉现象
1.双缝干涉
(1)亮暗条纹的判断方法
①如图甲所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝±kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上出现亮条纹。

②光的路程差r2－r1＝±(2k＋1)(k＝0,1,2…)时，光屏上出现暗条纹。
(2)亮条纹中心的位置的推导
如图甲所示，在线段P1S2上作P1M＝P1S1，于是S2M＝r2－r1。由于两缝之间的距离d远远小于缝到屏的距离l，所以能够认为三角形S1S2M是直角三角形。根据三角函数的关系，有r2－r1＝dsinθ。
另一方面：当角θ很小时，用弧度表示的θ与它的正弦sinθ、正切tanθ，三者近似相等。所以x＝ltanθ≈lsinθ，消去sinθ，有r2－r1＝d，当两列波的路程差为波长的整数倍，即d＝±kλ，(k＝0,1,2…)时出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为x＝±kλ。
(3)条纹间距：由上面的分析可知，相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。
2．薄膜干涉
(1)如图乙所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。
(2)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，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹。
(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；
②白光：彩色水平条纹。
例1　如图所示，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、S2的距离之差为2.1×10－6 m，已知A光在折射率为n＝1.5的介质中的波长为4×10－7 m，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°。分别用A、B两种单色光在空气中用此装置做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？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。

(1)如何判定P点是亮条纹还是暗条纹？
提示：路程差是半波长的奇数倍时是暗条纹，是偶数倍时是亮条纹。
(2)光通过一条细小的狭缝会发生什么现象？
提示：单缝衍射。
尝试解答　暗条纹__亮条纹__仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，从中央向两侧亮条纹逐渐变窄、变暗，相邻两条亮条纹或暗条纹间距逐渐减小，这是单缝衍射现象
设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ介，由n＝，c＝fλ，v＝fλ介得，n＝，则λ1＝nλ介＝6×10－7 m。用A光作光源，S1、S2到P点的路程差δ＝2.1×10－6 m，N1＝＝3.5，即从S1和S2到P点的光的路程差δ是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。用B光作光源，根据临界角与折射率的关系sinC＝，得n′＝＝，由此可知，B光在空气中的波长λ2＝n′λ介′＝5.25×10－7 m，N2＝＝4，P点为明条纹。若用A光照射时，把其中一条缝遮住，光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽、最亮，从中央向两侧条纹逐渐变窄、变暗，相邻两条亮条纹或暗条纹间距逐渐减小，这是单缝衍射现象。

1．双缝干涉中亮暗条纹的分析步骤和应注意的问题
(1)一般解题步骤
①由题设情况依λ真＝nλ介，求得光在真空(或空气)中的波长。
②由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是亮条纹还是暗条纹。
③根据亮条纹的判断式Δx＝±kλ(k＝0,1,2，…)或暗条纹的判断式Δx＝±(2k＋1)(k＝0,1,2，…)判断出k的取值，从而判断条纹数。
(2)应注意的问题
①λ真＝nλ介可以根据c＝λ真f，v＝λ介f，n＝三个式子推导得到。
②两列光发生干涉的必要条件是两列光的频率相同，相位差恒定。
③相干光的获得方法。
a．将一束光分成两束而获得，此法称为分光法。
b．利用激光。
2．薄膜干涉现象的应用
(1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。
(2)用干涉法检查平面：如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是平整的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应明纹(或暗纹)提前出现，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图丙所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指如图甲所示由左向右的顺序位置上。)

[变式1－1]　(多选)如图所示是a、b两单色光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则(　　)

A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．在真空中a、b两单色光传播速度相同
C．从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小
D．在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象
答案　BD
解析　根据题图可知，b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距。由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，b光的波长比a光的大。由λ＝可知，b光的频率比a光的小，则在同种介质中，b光的折射率小于a光，根据n＝可知，在介质中，a光的传播速度比b光的小，A错误；在真空中a、b两单色光传播速度相同，均为c，B正确；从真空射入同种介质不会发生全反射，C错误；由于b光的波长比a光的大，根据发生明显衍射现象的条件可知，在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象，D正确。
[变式1－2]　(多选)把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，俯视可以观察到明暗相间的同心圆环，如图所示。这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环。为了使同一级圆环的半径变大(例如从中心数起的第二条圆环)，则应(　　)

A．将凸透镜的曲率半径变大
B．将凸透镜的曲率半径变小
C．改用波长更长的单色光照射
D．改用波长更短的单色光照射
答案　AC
解析　牛顿环的形成原理是空气薄膜干涉，为了使同一级圆环半径变大，可以使空气薄膜更薄，或改用波长更长的单色光照射，故选A、C。
考点2　　光的衍射和偏振
1.单缝衍射与双缝干涉的比较
两种现象
单缝衍射
双缝干涉
不同点
图样特点
条纹
宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹
间距
相邻条纹间距不等
相邻条纹等间距
亮度
情况
中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗
条纹清晰，亮度基本相等
发生条件
产生明显的条件：障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小
必要条件(非充分)：两束光频率相同、相位差恒定

相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
2．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因
(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝±kλ(k＝0,1,2…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白条纹。
(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。
3．干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。
4．偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
(2)自然光射到两种介质的界面上时，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光的夹角恰好是90°，则反射光和折射光都是完全偏振光，且偏振方向相互垂直。
例2　(多选)在单缝衍射实验中，用红色激光照射单缝，对于下列不同条件下缝后的屏幕上出现的现象，说法正确的是(　　)
A．当缝较宽时，屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹
B．当缝很窄并继续调窄，中央亮条纹变亮，宽度增大
C．当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，增大缝与屏间距离，则中央亮条纹宽度增大
D．当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，改用蓝色激光，则中央亮条纹宽度不变
(1)当缝较宽时，光有明显衍射吗？
提示：不会出现明显衍射，光基本沿直线传播。
(2)当缝很窄，光能发生明显衍射的条件下，波长越短中央亮纹越宽还是越窄？
提示：越窄。
尝试解答　选AC。
当缝较宽时，不会出现明显的衍射现象，此时光基本沿直线传播，因此屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹，故A正确；当缝的宽度变窄时，衍射现象更明显，中央明条纹宽度增加，但亮度降低，故B错误；同理，当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，增大缝与屏间距离，则中央亮条纹宽度增大，故C正确；当缝很窄时，屏上出现了中央亮条纹，若改用蓝色激光，因波长变短，则中央亮条纹宽度变小，故D错误。

1．对光的衍射的理解
(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有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，光才可以看成是沿直线传播的。
2．自然光和偏振光的比较

自然光(非偏振光)
偏振光
光的
来源
直接从光源发出的光
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，光的振动沿任意方向，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，光的振动沿特定方向
3.光的偏振的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。
(2)应用：照相机镜头前装偏振片消除反光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。
[变式2－1]　 (多选)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化(　　)

A．这里应用的是光的衍射现象
B．这里应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹间距变宽，表明抽制的丝变细
答案　AD
解析　由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝变细的时候，衍射更明显，条纹间距变宽，A、D正确。
[变式2－2]　(2019·山东日照模拟改编)(多选)关于光的偏振，下列说法正确的是(　　)
A．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光
B．拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰
C．立体电影是应用光的偏振的一个实例
D．自然光射到两种介质的界面上，折射光是偏振光，反射光不是偏振光
答案　ABC
解析　自然光通过偏振片后，从而得到在某一方向振动的光，这就是偏振光，A正确；拍摄水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，可减弱水面反射光的影响，B正确；立体电影的制作利用了光的偏振现象，放映的时候也是用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振光片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，C正确；自然光射到界面上后，折射光和反射光都是偏振光，D错误。
[变式2－3]　以下说法正确的是(　　)
A．光的偏振现象说明光是一种纵波
B．不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑属于光的干涉现象
C．照相机镜头呈淡紫色属于光的衍射现象
D．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环，这是圆孔衍射现象
答案　D
解析　偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，A错误；不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑属于光的衍射现象，B错误；光通过照相机镜头上的增透膜时增透膜前后表面反射的光发生干涉，故照相机镜头呈淡紫色，C错误；用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环，这是圆孔衍射现象，D正确。
考点3　　电磁波与相对论
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，如图所示。

(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；在介质中波速较小
在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s)；在液体和固体中较大
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
例3　(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是(　　)
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信
(1)电磁波谱波长由长到短如何排列？
提示：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(2)什么样的电磁波容易发生干涉、衍射？
提示：波长较长的电磁波。
尝试解答　选ABD。
X射线的频率比较大，能量大，对生命物质有较强的辐射作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，A正确；根据电磁波谱的排列顺序可知，γ射线是波长最短的电磁波，它的频率比X射线的频率高，B正确；紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，C错误；无线电波广泛应用于通信、广播，D正确。

对电磁波谱的四点说明
(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。
(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。
(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。
(4)电磁波的能量随频率的增大而增大。
[变式3]　(2019·哈尔滨三中高三一模改编)(多选)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波(　　)
A．是横波
B．是由于电荷运动产生的
C．不能在真空中传播
D．在空气中的传播速度约为3×108 m/s
答案　ABD
解析　根据电磁波的特点可知，电磁波为横波，故A正确；梳子带电后摇动梳子，电荷发生移动形成电流，电流的变化产生电磁波，故B正确；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故C错误；电磁波的传播速度等于光的传播速度，在空气中的传播速度约为3×108 m/s，故D正确。

高考模拟 随堂集训

1．(2019·北京高考)利用图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是(　　)

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，甲对应的双缝间距较大
答案　A
解析　单缝衍射图样的中央条纹亮且宽，相邻条纹间距不等；双缝干涉图样中相邻条纹间距相等。根据题目中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，A正确。
2．(2018·北京高考)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　)
A．干涉条纹消失
B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹
D．中央条纹变成红色
答案　D
解析　当用白光做干涉实验时，频率相同的色光，相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，A、B、C错误，D正确。
3．(2017·全国卷Ⅱ节选)(多选)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．改用蓝色激光
B．减小双缝间距
C．将屏幕向远离双缝的位置移动
D．将光源向远离双缝的位置移动
答案　BC
解析　在双缝干涉实验中相邻亮条纹的间距Δx＝λ，因此要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可减小双缝间的距离，增大屏幕与双缝的距离，换用波长更长或频率更小的光做光源。故选B、C。
4．(2017·上海高考)用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为(　　)

答案　B
解析　薄膜因为重力作用上窄下宽，来自前后两个液面的反射光干涉，同一条纹薄膜的厚度相同，故条纹是水平的，B正确。
5．(2017·北京高考)物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。

如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中，当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是(　　)
A．天线发出的两种无线电波必须一样强
B．导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉
C．两种无线电波在空间的强弱分布稳定
D．两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合
答案　C
解析　A错，两种无线电波强度不一定相同；B错，两列波长为λ1的无线电波干涉时，在两波源连线的中垂面上，各点都是振动加强点，在这条线上收到的信号始终最强；同理，两列波长为λ2的无线电波干涉时，在两波源连线的中垂面上，各点也都是振动加强点。在机场其他区域，不能满足在一条线上两种频率的波各自干涉后所有的点同时都是加强点的条件，故当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道，导航利用了λ1与λ1、λ2与λ2两种无线电波之间的干涉，而不是利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉；C对，两种无线电波分别干涉后，在空间的强弱分布稳定；D错，由于两种无线电波波长不同，各自在空间的强弱分布不完全重合。
6．(2016·全国卷Ⅱ节选)(多选)关于电磁波，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．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
C．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
D．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　AB
解析　由麦克斯韦电磁场理论可知，A项正确；变化的电场和磁场相互激发，且相互垂直，形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直，B项正确；电磁波可以通过电缆、光缆传播，C项错误；电磁振荡停止后，电磁波可以在空间继续传播，直到能量消耗完为止，D项错误。