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专题34 光的波动性 电磁波和相对论
题型一 光的干涉现象 1
题型二 光的衍射和偏振现象 4
题型三 电磁波与相对论 8
题型一 光的干涉现象
1．产生条件
两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．
2．杨氏双缝干涉
(1)原理图如图1所示
图1
(2)亮、暗条纹的条件．
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．
a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹．
b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．
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)．
③条纹间距公式：Δx＝λ.
3．薄膜干涉现象
如图3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．
图3
4．薄膜干涉原理分析
(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．
(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．
5．薄膜干涉的应用
干涉法检查平面的平整程度如图4所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．
（2023春 辽宁期末）如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，O点出现中央亮条纹，光屏上的P点到双缝的距离之差，已知光速为c，从O点向上数，P点应出现（ ）
A．第一条亮条纹 B．第三条亮条纹
C．第二条暗条纹 D．第四条暗条纹
（2023春 南关区校级期末）如图是a、b两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．a光比b光更容易发生衍射现象
C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
（2023 桃城区校级模拟）在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，P0为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍。则P0处和P1处将分别呈现（ ）
A．亮条纹、暗条纹 B．亮条纹、亮条纹
C．暗条纹、亮条纹 D．暗条纹、暗条纹
（多选）（2023春 五华区校级期中）如图所示，甲图是用干涉法检查某厚玻璃板上表面平整度的装置，从装置上方观察到图乙所示的条纹，由此可知（ ）
A．所观察到的干涉条纹是由厚玻璃板上表面和标准样板下表面反射的光叠加而成的
B．所观察到的干涉条纹是由厚玻璃板上表面和标准样板上表面反射的光叠加而成的
C．A处的条纹是因为厚玻璃板上表面对应位置凹陷而形成的
D．B处的条纹是因为厚玻璃板上表面对应位置凹陷而形成的
（2023 湖南模拟）光程是光学中的概念，定义为光在介质中经过的几何路程与该介质折射率的乘积。当两束相干光的光程差为波长的整数倍时，在屏幕上出现亮条纹。瑞利干涉仪就是利用这个原理测量气体的折射率。如图甲所示，两束光的光程差为零时，屏幕上O点为零级干涉亮条纹。将长度为l、装有待测气体的透明薄管放在S1后面，如图乙所示，零级亮条纹移至屏幕上的O′点，O点为第k级干涉亮条纹。已知空气的折射率为n0，所用光的波长为λ，待测气体的折射率为（ ）
A．n0 B．n0 C． D．
题型二 光的衍射和偏振现象
1．衍射与干涉的比较
两种现象 比较项目 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，亮度基本相等
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
注意 ①白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
②区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
2．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．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．
3．偏振：光波只沿某一特定的方向的振动．
4．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，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．
5．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．
6．偏振光的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．
(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．
（2023 浦口区校级开学）将一圆形细铁丝圈蘸上肥皂水，使圈内附上肥皂膜，水平静置时，由于重力作用，肥皂膜中央区域略凹且厚度略大，让单色光从上方射入，如图。则从上往下可看到（ ）
A．等距的平行条纹 B．等距的环状条纹
C．内密外疏的环状条纹 D．内疏外密的环状条纹
（2023 重庆模拟）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（ ）
A．甲图属于圆孔衍射
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
（2023 绍兴二模）光盘上刻有很多“凹槽”，它与“盘面”相互间隔，其中一部分的侧视图如图所示。一定宽度的激光束向下入射到光盘后，在“凹槽”、“盘面”发生反射，“凹槽”反射光与“盘面”反射光叠加后削弱，探测器探测到“凹槽”产生的极小光强，而“盘面”处的反射光叠加后得到加强，探测器探测到“盘面”产生的极大光强，这两种光强等级代表二进制数字0和1。当激光束照射整个光盘时，探测器就可以探测到比如0100100001二进制信息。下列说法正确的是（ ）
A．入射光与反射光的传播速度不同
B．激光束波长可能为“凹槽”深度的2倍
C．“凹槽”反射光与“盘面”反射光的频率相同
D．“盘面”处的反射光叠加后得到加强是由于光的衍射
（2023 通州区一模）1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，还明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射图样，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。X射线衍射的原理是：由于晶体内部规则排列的原子间距离与X射线波长具有相同数量级，所以将一定波长的X射线照射到晶体时，就会得到明显的X射线衍射图样。衍射图样在空间分布的方位和强度，与晶体微观结构密切相关。根据以上材料和所学的知识，下列说法正确的是（ ）
A．一定波长的X射线照射到非晶体时，也会得到明显的衍射图样
B．一定波长的X射线分别照射到食盐和石墨晶体上，得到的衍射图样在空间中分布的方位和强度不同
C．一定波长的γ射线照射到晶体时，也会得到明显的衍射图样
D．X射线能在磁场中偏转，可应用于通信、广播及其他信号传输
（2022秋 中山市期末）在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，图（一）是保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况变化；图（二）是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系。该实验现象表明（ ）
A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大，才能观察到明显的衍射现象
B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象
C．图（二）丙图可以得出，波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象
D．图（一）甲可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象
（多选）（2023春 西城区校级期末）下列关于光的说法正确的是（ ）
A．图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的衍射现象
B．图乙中，泊松斑现象是由于光的衍射形成的
C．图丙中，根据DNA纤维的衍射图样，发现了它的双螺旋结构
D．图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象
（2023春 扬州期中）研究发现蓝光对视网膜危害程度最大，各类LED发光屏为了画面靓丽往往会提升蓝光强度。用防蓝光眼镜可减小蓝光的损害，关于防蓝光镜片制作原理可能正确的是（ ）
A．用偏振片作为镜片，利用光的偏振将蓝光过滤
B．把镜片制作得很薄，利用光的衍射将蓝光过滤
C．在镜片上涂一层膜，利用光的干涉将蓝光过滤
D．用折射率较大的材料做镜片，利用光的全反射将蓝光过滤
（2023春 长安区校级期末）对于以下的光学现象说法中正确的是（ ）
A．图甲是双缝干涉示意图，若只将光源由红色光改为绿色光，P0、P1两相邻亮条纹间距离x增大
B．图乙是单色光单缝衍射实验现象，若在狭缝宽度相同情况下，下图对应光的波长较短
C．图丙是用干涉法检测光学元件表面的平整度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹下的
D．图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏上光的亮度将由明逐渐变暗，又逐渐变明周期性变化，此现象表明光波是纵波
题型三 电磁波与相对论
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．
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：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波．
(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质．
(2)v＝λf对电磁波同样适用．
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．
4．发射电磁波的条件：
(1)要有足够高的振荡频率；
(2)电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．
5．调制：有调幅和调频两种方法．
6．电磁波的传播：
(1)三种传播方式：天波、地波、空间波．
(2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3×108 m/s.
7．电磁波的接收：
(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．
8．两个基本假设
(1)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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．
9．相对论的质速关系
(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m总要大于静止时的质量m0.
10．相对论的质能关系
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.
（2023春 海淀区校级期末）麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。若某时刻连接电容器和电阻R的导线中电流i的方向如图中所示，则下列说法正确的是（ ）
A．两平行板间的电场正在增强
B．该变化电场产生逆时针方向（俯视）的磁场
C．该变化电场产生的磁场越来越强
D．电路中的电流正比于板间的电场强度的大小
（2023春 和平区期末）2023年5月30日，中央电视台对“神舟十六号”飞船与“天和”核心舱自主快速交会对接过程进行了直播，直播画面通过电磁波传送到千家万户。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．有些电磁波是横波，有些电磁波是纵波
B．直播过程中传送的电磁波属于电磁波谱中的无线电波
C．发射电磁波进行信号传递时，只能采用调频一种方式进行调制
D．电磁波能够传递信号，但是不能传播能量
（2023 海口三模）使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为（2.4～2.48）×109Hz。已知可见光的波段为（3.9～7.5）×1014Hz，则蓝牙通信的电磁波（ ）
A．是蓝光
B．波长比可见光短
C．比可见光更容易发生衍射现象
D．在真空中的传播速度比可见光小
（2023春 渝中区校级期末）2022年元旦，神舟十三号三名航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站内以“青春”“梦想”“奋斗”为关键词，同京港澳三地青年进行天地对话。这场别开生面的“天宫对话”激发了包括港澳在内全国青年对太空的探索之心，更点燃了他们为祖国骄傲的爱国热情。他们的通话信息经处理后通过电磁波传输。对于在真空中传播的电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．波长越长的频率越低
B．频率越高的传播速度越大
C．电磁波能量越大传播速度越大
D．首次通过实验证实电磁波的存在的科学家是麦克斯韦
（2023春 浦东新区校级期末）如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为10m。在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（ ）
A．测得照到前壁的光速度小于c
B．观测到飞船上的时间进程比教室慢
C．测得教室的长度小于10m
D．观察到光同时到达前、后壁
（2023春 东莞市期末）爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首次提出狭义相对论。假设一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，根据狭义相对论，下列说法正确的是（ ）
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
（2023 北京）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释。比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为ν0的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为ν。
方法一：根据光子能量E＝hν＝mc2（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率ν。
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化。将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率ν＝ν0，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。下列说法正确的是（ ）
A．由方法一得到ν＝ν0（1），g为地球表面附近的重力加速度
B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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专题34 光的波动性 电磁波和相对论
题型一 光的干涉现象 1
题型二 光的衍射和偏振现象 5
题型三 电磁波与相对论 11
题型一 光的干涉现象
1．产生条件
两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样．
2．杨氏双缝干涉
(1)原理图如图1所示
图1
(2)亮、暗条纹的条件．
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．
a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹．
b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．
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)．
③条纹间距公式：Δx＝λ.
3．薄膜干涉现象
如图3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．
图3
4．薄膜干涉原理分析
(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波．
(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．
5．薄膜干涉的应用
干涉法检查平面的平整程度如图4所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．
（2023春 辽宁期末）如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，O点出现中央亮条纹，光屏上的P点到双缝的距离之差，已知光速为c，从O点向上数，P点应出现（ ）
A．第一条亮条纹 B．第三条亮条纹
C．第二条暗条纹 D．第四条暗条纹
【解答】解：由题意可知单色光的波长为
则有
可知P点应出现第二条暗条纹。
综上分析，故ABD错误，C正确。
故选：C。
（2023春 南关区校级期末）如图是a、b两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．a光比b光更容易发生衍射现象
C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
【解答】解：A、根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δxλ可得在其它条件不变的情况下，相干光的波长越大，条纹间距越大，由题图可知b光的波长大于a光的波长，再由c＝λf，可知，波长越长的频率越低，则a光的频率比b光高，在同种均匀介质中，a光的折射率比b光的大，根据v可知，a光的传播速度比b光的小，故A错误；
B、b光的波长大于a光的波长，所以b光更容易发生衍射现象，故B错误；
C、饱和电流与光照强度有关，所以照射在同一金属板上发生光电效应时，无法比较饱和电流大，故C错误；
D、因a光的频率大，故若两光均由氢原子能级跃迁产生，则产生a光的能级差大，故D正确。
故选：D。
（2023 桃城区校级模拟）在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，P0为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍。则P0处和P1处将分别呈现（ ）
A．亮条纹、暗条纹 B．亮条纹、亮条纹
C．暗条纹、亮条纹 D．暗条纹、暗条纹
【解答】解：光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，S1、S2到P0处的光程一样，则光源S到P0处的光程差，所以是暗条纹；光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍，则光源S到P1处的光程差，所以为亮条纹。故C正确，ABD错误。
故选：C。
（多选）（2023春 五华区校级期中）如图所示，甲图是用干涉法检查某厚玻璃板上表面平整度的装置，从装置上方观察到图乙所示的条纹，由此可知（ ）
A．所观察到的干涉条纹是由厚玻璃板上表面和标准样板下表面反射的光叠加而成的
B．所观察到的干涉条纹是由厚玻璃板上表面和标准样板上表面反射的光叠加而成的
C．A处的条纹是因为厚玻璃板上表面对应位置凹陷而形成的
D．B处的条纹是因为厚玻璃板上表面对应位置凹陷而形成的
【解答】解：AB、薄膜干涉形成的条纹是空气膜的上下表面的反射光干涉产生的，所观察到的干涉条纹是由厚玻璃板上表面和标准样板下表面反射的光叠加而成的，故A正确，B错误；
CD、薄膜干涉是等厚干涉，即同一明条纹处空气膜的厚度相同。从弯曲的条纹可知，厚玻璃板A处左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知该处凹陷；同理B处的条纹是因为厚玻璃板上表面对应位置凸起而形成的，故C正确，D错误。
故选：AC。
（2023 湖南模拟）光程是光学中的概念，定义为光在介质中经过的几何路程与该介质折射率的乘积。当两束相干光的光程差为波长的整数倍时，在屏幕上出现亮条纹。瑞利干涉仪就是利用这个原理测量气体的折射率。如图甲所示，两束光的光程差为零时，屏幕上O点为零级干涉亮条纹。将长度为l、装有待测气体的透明薄管放在S1后面，如图乙所示，零级亮条纹移至屏幕上的O′点，O点为第k级干涉亮条纹。已知空气的折射率为n0，所用光的波长为λ，待测气体的折射率为（ ）
A．n0 B．n0 C． D．
【解答】解：图乙中射到O点的两光形成k级亮条纹，两光的光程差为：nl﹣n0l＝kλ，解得待测气体的折射率nn0，故B正确，ACD错误。
故选：B。
题型二 光的衍射和偏振现象
1．衍射与干涉的比较
两种现象 比较项目 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，亮度基本相等
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
注意 ①白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
②区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
2．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．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．
3．偏振：光波只沿某一特定的方向的振动．
4．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，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．
5．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．
6．偏振光的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．
(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．
（2023 浦口区校级开学）将一圆形细铁丝圈蘸上肥皂水，使圈内附上肥皂膜，水平静置时，由于重力作用，肥皂膜中央区域略凹且厚度略大，让单色光从上方射入，如图。则从上往下可看到（ ）
A．等距的平行条纹 B．等距的环状条纹
C．内密外疏的环状条纹 D．内疏外密的环状条纹
【解答】解：从肥皂膜的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，以中心为圆心上的圆周各点是等厚的，则干涉条纹是环状条纹，从中心到边缘肥皂膜的厚度变化不均匀，故干涉条纹疏密不均匀，从里到外倾斜角越大，光程差变化越快，则干涉条纹越来越密集，为内疏外密的环状条纹。
故选D。
（2023 重庆模拟）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（ ）
A．甲图属于圆孔衍射
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
【解答】解：A．根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，乙图是光线照射到圆板后的衍射图样，即图乙为著名的“泊松亮斑，故A正确；
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。
本题选择错误的，故选：B。
（2023 绍兴二模）光盘上刻有很多“凹槽”，它与“盘面”相互间隔，其中一部分的侧视图如图所示。一定宽度的激光束向下入射到光盘后，在“凹槽”、“盘面”发生反射，“凹槽”反射光与“盘面”反射光叠加后削弱，探测器探测到“凹槽”产生的极小光强，而“盘面”处的反射光叠加后得到加强，探测器探测到“盘面”产生的极大光强，这两种光强等级代表二进制数字0和1。当激光束照射整个光盘时，探测器就可以探测到比如0100100001二进制信息。下列说法正确的是（ ）
A．入射光与反射光的传播速度不同
B．激光束波长可能为“凹槽”深度的2倍
C．“凹槽”反射光与“盘面”反射光的频率相同
D．“盘面”处的反射光叠加后得到加强是由于光的衍射
【解答】解：A、入射光与反射光在同种介质中传播速度相同，故A错误；
B、由于“凹槽”反射光与“盘面”反射光叠加后削弱，考虑到“凹槽”反射光的路程，“凹槽”深度的2倍应该为激光束半波长的奇数倍，故B错误；
C、“凹槽”反射光与“盘面”反射光是同种类型的光，频率相同，故C正确；
D、根据干涉原理可知：“盘面”处的反射光叠加后得到加强是由于光的干涉形成的，故D错误。
故选：C。
（2023 通州区一模）1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，还明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射图样，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。X射线衍射的原理是：由于晶体内部规则排列的原子间距离与X射线波长具有相同数量级，所以将一定波长的X射线照射到晶体时，就会得到明显的X射线衍射图样。衍射图样在空间分布的方位和强度，与晶体微观结构密切相关。根据以上材料和所学的知识，下列说法正确的是（ ）
A．一定波长的X射线照射到非晶体时，也会得到明显的衍射图样
B．一定波长的X射线分别照射到食盐和石墨晶体上，得到的衍射图样在空间中分布的方位和强度不同
C．一定波长的γ射线照射到晶体时，也会得到明显的衍射图样
D．X射线能在磁场中偏转，可应用于通信、广播及其他信号传输
【解答】解：A.非晶体的内部排列是无序的，没有一个固定的顺序，一定波长的X射线照射到非晶体时，不会得到明显的衍射图样，故A错误；
B.衍射图样在空间分布的方位和强度，与晶体微观结构密切相关，由于食盐和石墨晶体的微观结构不同，因此一定波长的X射线分别照射到食盐和石墨晶体上，得到的衍射图样在空间中分布的方位和强度不同，故B正确；
C.晶体内部规则排列的原子间距离与X射线波长具有相同数量级，由于γ射线的波长比X射线的波长更短，根据发生明显衍射的条件可知，波长越短越不容易发生明显衍射，因此一定波长的γ射线照射到晶体时，不能得到明显的衍射图样，故C错误；
D.X射线不带电，在磁场中不会发生偏转，故D错误。
故选：B。
（2022秋 中山市期末）在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，图（一）是保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况变化；图（二）是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系。该实验现象表明（ ）
A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大，才能观察到明显的衍射现象
B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象
C．图（二）丙图可以得出，波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象
D．图（一）甲可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象
【解答】解：AB、由图（一）可知，波长一定时，狭缝越窄衍射现象越明显；由图（二）可知，狭缝一定，波长越大衍射现象越明显；观察到明显的衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，故A错误，B正确；
C、图（二）丙图可以得出，波长比狭缝小太多同样会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，故C错误；
D、图（一）甲可以看出，狭缝宽度再增加也会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，故D错误。
故选：B。
（多选）（2023春 西城区校级期末）下列关于光的说法正确的是（ ）
A．图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的衍射现象
B．图乙中，泊松斑现象是由于光的衍射形成的
C．图丙中，根据DNA纤维的衍射图样，发现了它的双螺旋结构
D．图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象
【解答】解：A、图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的干涉现象，故A错误；
B、图乙中，泊松斑现象是由于光的衍射形成的，故B正确；
C、图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了光的衍射图样，故C正确；
D、图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象，故D正确。
故选：BCD。
（2023春 扬州期中）研究发现蓝光对视网膜危害程度最大，各类LED发光屏为了画面靓丽往往会提升蓝光强度。用防蓝光眼镜可减小蓝光的损害，关于防蓝光镜片制作原理可能正确的是（ ）
A．用偏振片作为镜片，利用光的偏振将蓝光过滤
B．把镜片制作得很薄，利用光的衍射将蓝光过滤
C．在镜片上涂一层膜，利用光的干涉将蓝光过滤
D．用折射率较大的材料做镜片，利用光的全反射将蓝光过滤
【解答】解：防蓝光眼镜是通过在镜片表面镀上一层光学薄膜，这层薄膜可以通过光的干涉作用，将有害蓝光过滤掉，故C正确，ABD错误。
故选：C。
（2023春 长安区校级期末）对于以下的光学现象说法中正确的是（ ）
A．图甲是双缝干涉示意图，若只将光源由红色光改为绿色光，P0、P1两相邻亮条纹间距离x增大
B．图乙是单色光单缝衍射实验现象，若在狭缝宽度相同情况下，下图对应光的波长较短
C．图丙是用干涉法检测光学元件表面的平整度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹下的
D．图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏上光的亮度将由明逐渐变暗，又逐渐变明周期性变化，此现象表明光波是纵波
【解答】解：A.根据条纹间距与波长的公式可知，若只将光源由红色光改为蓝色光，波长变小，两相邻亮条纹间距离将减小，故A错误；
B..根据发生明显衍射现象的条件可知，当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更小时衍射现象越明显，因此若在狭缝宽度相同的情况下，下图对应光的波长较短，故B正确；
C.由图可知，条纹向空气薄膜较厚处发生弯曲，说明空气薄膜变厚，则被检测的平面在此处是凸起的，故C错误；
D.图中的P、Q是偏振片，当P固定不动，绕水平轴在竖直面内顺时针缓慢转动Q时，光屏上光的亮度将由明逐渐变暗，又逐渐变明周期性变化，此现象表明光波是横波，故D错误。
故选：B。
题型三 电磁波与相对论
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．
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：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波．
(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质．
(2)v＝λf对电磁波同样适用．
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．
4．发射电磁波的条件：
(1)要有足够高的振荡频率；
(2)电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．
5．调制：有调幅和调频两种方法．
6．电磁波的传播：
(1)三种传播方式：天波、地波、空间波．
(2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3×108 m/s.
7．电磁波的接收：
(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．
8．两个基本假设
(1)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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．
9．相对论的质速关系
(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m总要大于静止时的质量m0.
10．相对论的质能关系
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.
（2023春 海淀区校级期末）麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。若某时刻连接电容器和电阻R的导线中电流i的方向如图中所示，则下列说法正确的是（ ）
A．两平行板间的电场正在增强
B．该变化电场产生逆时针方向（俯视）的磁场
C．该变化电场产生的磁场越来越强
D．电路中的电流正比于板间的电场强度的大小
【解答】解：A、由电容器中电场方向可知电容器的上极板带负电，下极板带正电，电流是由下极板通过电阻R流向上极板，故电容器正在放电，电容器的电荷量正在减少，两平行板间的电压减小，其中的电场正在减弱，故A错误；
B、由题意可知产生的磁场相当于由上极板直接流向下极板的电流所产生的磁场，由安培定则可知产生的磁场为顺时针方向（俯视），故B错误；
C、两平行板间的电压减小，由欧姆定律可知通过电阻R的电流减小，由题意：产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场，故该变化电场产生的磁场越来越弱，故C错误；
D、设电容器的电压为U，板间距离为d，板间的电场强度的大小为E，则有：E
而电路中的电流为：I
可知电路中的电流正比于板间的电场强度的大小，故D正确。
故选：D。
（2023春 和平区期末）2023年5月30日，中央电视台对“神舟十六号”飞船与“天和”核心舱自主快速交会对接过程进行了直播，直播画面通过电磁波传送到千家万户。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．有些电磁波是横波，有些电磁波是纵波
B．直播过程中传送的电磁波属于电磁波谱中的无线电波
C．发射电磁波进行信号传递时，只能采用调频一种方式进行调制
D．电磁波能够传递信号，但是不能传播能量
【解答】解：A．电磁波的传播方向和振动方向相互垂直是，所以电磁波是横波，故A错误；
B．直播过程中传送的电磁波属于电磁波谱中的无线电波，故B正确；
C．发射电磁波进行信号传递时，不能将图像和语音直接发送传递，可以采用调频、调幅二种方式进行调制，故C错误；
D．电磁波不仅能够传递信号，也能传播能量，故D错误；
故选：B。
（2023 海口三模）使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为（2.4～2.48）×109Hz。已知可见光的波段为（3.9～7.5）×1014Hz，则蓝牙通信的电磁波（ ）
A．是蓝光
B．波长比可见光短
C．比可见光更容易发生衍射现象
D．在真空中的传播速度比可见光小
【解答】解：ABC、根据题意，可知蓝牙通信的电磁波频率小于可见光的波段频率，所以蓝牙通信的电磁波属于无线电波，根据公式c＝λf，可得其波长比看见光的波长要长，根据明显衍射的条件，可知蓝牙通信的电磁波比比可见光更容易发生衍射现象，故AB错误，C正确；
D、所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故D错误。
故选：C。
（2023春 渝中区校级期末）2022年元旦，神舟十三号三名航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站内以“青春”“梦想”“奋斗”为关键词，同京港澳三地青年进行天地对话。这场别开生面的“天宫对话”激发了包括港澳在内全国青年对太空的探索之心，更点燃了他们为祖国骄傲的爱国热情。他们的通话信息经处理后通过电磁波传输。对于在真空中传播的电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．波长越长的频率越低
B．频率越高的传播速度越大
C．电磁波能量越大传播速度越大
D．首次通过实验证实电磁波的存在的科学家是麦克斯韦
【解答】解：A、根据可知，波长越长，频率越低，故A正确；
BC、电磁波在真空中传播的速度都相同，都为光速，故BC错误；
D、赫兹用实验证明了电磁波的存在，故D错误。
故选：A。
（2023春 浦东新区校级期末）如图所示，位于教室中央的光源发出一个闪光，闪光照到了教室的前壁和后壁。教室的长度为10m。在平行于教室高速运动的太空飞船上的观察者（ ）
A．测得照到前壁的光速度小于c
B．观测到飞船上的时间进程比教室慢
C．测得教室的长度小于10m
D．观察到光同时到达前、后壁
【解答】解：AD．根据光速不变原理，不论光源与观察者之间做怎样的相对运动，光速都是一样的等于c，教室相对于飞船向左运动，则光到前壁的路程变短，光先到达前壁，故AD错误；
BC．根据爱因斯坦的时间相对论公式Δt，可知飞太空飞船上的观察者认为看到教室中的时钟变慢，即观测到飞船上的时间进程比教室快，
根据长度相对论公式l，l＝l0教室的长度变短小于10m，故B错误，C正确。
故选：C。
（2023春 东莞市期末）爱因斯坦于1905年在德国《物理年鉴》发表了论文《论动体的电动力学》，论文首次提出狭义相对论。假设一艘太空飞船静止时的长度为30m，它以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，根据狭义相对论，下列说法正确的是（ ）
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
【解答】解：A、飞船上的观测者相对于飞船是静止的，所以飞船上的观测者测得该飞船的长度是静止时的长度，为30m，故A错误；
B、飞船以0.6c的速度沿长度方向飞行越过地球，根据相对论尺缩效应分析可知地球上的观测者测得该飞船的长度小于30m，故B正确；
CD、根据狭义相对论的光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度也等于c，故CD错误；
故选：B。
（2023 北京）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释。比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为ν0的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为ν。
方法一：根据光子能量E＝hν＝mc2（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率ν。
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化。将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率ν＝ν0，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。下列说法正确的是（ ）
A．由方法一得到ν＝ν0（1），g为地球表面附近的重力加速度
B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
【解答】解：A、由能量守恒定律可得：hν+mgH＝hν0
由于hν0＝mc2
解得：ν＝ν0（1），故A错误；
B、根据光的频率表达式ν＝ν0可知：ν＜ν0，根据λ可知，接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，故B正确；
C、若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，故C错误；
D、由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，故D错误。
故选：B。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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