2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第十五章光第2講光的波動(dòng)性學(xué)案

第2講光的波動(dòng)性課程標(biāo)準(zhǔn)素養(yǎng)目標(biāo)1.觀察光的干涉、衍射和偏振，了解產(chǎn)生的條件，知道其應(yīng)用．2.知道光是橫波，會(huì)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)．3.了解激光的特性．物理觀念：知道光的干涉、衍射和偏振．科學(xué)思維：能分析并解釋與光的干涉、衍射和偏振相關(guān)的光的波動(dòng)性問(wèn)題．考點(diǎn)一光的干涉【必備知識(shí)·自主落實(shí)】1．定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)________條紋；某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)________條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互________的現(xiàn)象．2．條件(1)兩束光的頻率________；(2)相位差________．3．雙縫干涉(1)圖樣特點(diǎn)①單色光照射時(shí)形成________相間的等間距的干涉條紋；②白光照射時(shí)，中央為_(kāi)_______條紋，其余為_(kāi)_______條紋．(2)條紋間距(Δx)或相鄰兩條暗條紋①意義：相鄰兩條亮條紋中心之間的距離．②公式：Δx＝________．注意各物理量的意義：λ為照射光的波長(zhǎng)、d為雙縫間距、l為屏到雙縫間距離．4．薄膜干涉：利用薄膜________反射的光相遇而形成的．圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對(duì)應(yīng)薄膜厚度________．如肥皂液薄膜【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】1．雙縫干涉(1)條紋間距公式：Δx＝ldλ(2)明暗條紋的判斷方法：如圖所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點(diǎn)的路程差為Δr＝r2－r1.當(dāng)Δr＝kλ(k＝0，1，2…)時(shí)，光屏上P′處出現(xiàn)亮條紋．當(dāng)Δr＝(2k＋1)λ2(k＝0，1，2…)時(shí)，光屏上P2．薄膜干涉(1)形成原因：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來(lái)，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加．(2)明暗條紋的判斷方法：兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波長(zhǎng)均為λ．在P1、P2處，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋．在Q處，Δr＝(2n＋1)λ2(n例1如圖甲為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，如圖乙為用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的a、b兩種單色光的干涉條紋．下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)光的波長(zhǎng)比b光的波長(zhǎng)短B．a(chǎn)光的頻率比b光的頻率高C．已知P點(diǎn)到雙縫的距離差為1.5μm，若用波長(zhǎng)為1.0μm的光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則P點(diǎn)處為亮條紋D．已知P點(diǎn)到雙縫的距離差為1.5μm，若用波長(zhǎng)為0.5μm的光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則P點(diǎn)處為亮條紋例2[2023·山東卷]如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖．G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，C為待測(cè)柱形樣品，C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層．用單色平行光垂直照射上方石英板，會(huì)形成干涉條紋．已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動(dòng)B．劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動(dòng)C．劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動(dòng)D．劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動(dòng)考點(diǎn)二光的衍射和偏振現(xiàn)象【必備知識(shí)·自主落實(shí)】1．光的衍射(1)明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)________，甚至比光的波長(zhǎng)________的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯．(2)三類(lèi)常見(jiàn)衍射現(xiàn)象2．光的偏振(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿________振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同．(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)________的方向振動(dòng)的光．【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】1．[2024·南京六校聯(lián)合體調(diào)研]關(guān)于以下四幅圖的描述，說(shuō)法正確的是()A．圖甲為一定波長(zhǎng)的光照射到不透明圓盤(pán)上，在圓盤(pán)后得到的衍射圖樣B．圖乙為雙縫干涉示意圖，雙縫間距越大，則相鄰亮條紋間距越大C．圖丙為光導(dǎo)纖維工作原理示意圖，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率小D．圖丁為自然光照射兩個(gè)豎直放置的偏振片，若只旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，光屏上的亮度不變2．[2024·浙江紹興模擬]自然界中有一種叫做大藍(lán)閃蝶的蝴蝶，整個(gè)翅膀呈現(xiàn)出大面積鮮艷的藍(lán)色，如圖甲所示．如果我們放大翅膀上的鱗片，會(huì)看到一些小山脊形狀．繼續(xù)放大這些山脊，我們會(huì)看到它的形狀像“樹(shù)枝”狀結(jié)構(gòu)，而“樹(shù)枝”的排列使它的翅膀呈現(xiàn)藍(lán)色．其原因?yàn)椋寒?dāng)光線進(jìn)入該結(jié)構(gòu)時(shí)，一部分光會(huì)在“樹(shù)枝”的上表面發(fā)生反射，另一部分光會(huì)進(jìn)入下表面并發(fā)生反射，如圖乙所示，在這兩束反射光的作用下大藍(lán)閃蝶翅膀呈現(xiàn)藍(lán)色，這主要是由于陽(yáng)光在該結(jié)構(gòu)中發(fā)生了以下哪個(gè)現(xiàn)象()A．干涉B.折射C.反射D.衍射3．2023年9月23日至2023年10月8日在浙江杭州舉行第19屆亞運(yùn)會(huì)，地處亞運(yùn)村西南側(cè)且相距約36公里的富陽(yáng)區(qū)水上運(yùn)動(dòng)中心為亞運(yùn)會(huì)賽艇、皮劃艇(含靜水、激流回旋)項(xiàng)目比賽場(chǎng)地及訓(xùn)練場(chǎng)地，同時(shí)通過(guò)布設(shè)不同的燈光、投影、水幕等，打造集大型水景秀、燈光秀、裸眼3D光影秀等場(chǎng)景為一體的夜游光影版《富春山居圖》，呈現(xiàn)“五十里春江花月夜”盛景，夜游水上運(yùn)動(dòng)中心是游客一個(gè)不錯(cuò)的選擇．下列有關(guān)光的現(xiàn)象說(shuō)法正確的是()A．將藍(lán)光與紅光調(diào)到亮度一樣時(shí)，在疊加區(qū)域可能發(fā)生干涉現(xiàn)象B．藍(lán)光和紅光在水中的傳播速度不同，藍(lán)光速度更大一些C．藍(lán)光與紅光以同一入射角斜射入水中，紅光偏離原來(lái)方向的夾角更大D．電影院觀看3D電影時(shí)，觀眾戴的眼鏡就是一對(duì)透振方向互相垂直的偏振片思維提升1.光的干涉和衍射的本質(zhì)干涉和衍射現(xiàn)象的本質(zhì)都是波的疊加，干涉現(xiàn)象是有限幾束光的疊加，而衍射現(xiàn)象是無(wú)窮多次波的疊加．干涉和衍射現(xiàn)象是同時(shí)存在的、是本質(zhì)的統(tǒng)一，但形成條件不同．2．自然光與偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來(lái)源直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)偏振片后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，且沿各個(gè)方向光振動(dòng)的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向考點(diǎn)三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合例3[2024·遼寧丹東統(tǒng)考]如圖甲所示，我國(guó)航天員王亞平在天宮課堂上演示了微重力環(huán)境下的神奇現(xiàn)象．液體呈球狀，往其中央注入空氣，可以在液體球內(nèi)部形成一個(gè)同心球形氣泡，如圖乙所示．假設(shè)此液體球其內(nèi)外半徑之比為1∶3，當(dāng)由a、b、c三種顏色的光組成的細(xì)光束在過(guò)球心的平面內(nèi)，從A點(diǎn)以i＝45°的入射角射入球中，其中b光的折射光線剛好與液體球內(nèi)壁相切，則下列說(shuō)法正確的是()A．該液體材料對(duì)a光的折射率小于對(duì)c光的折射率B．若繼續(xù)增大入射角i，b光可能因發(fā)生全反射而無(wú)法射出液體球C．該液體材料對(duì)b光的折射率為3D．c光在液體球中的傳播速度最小例4[2024·廣東深圳高三模擬]某實(shí)驗(yàn)小組用完全相同的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，僅換用頻率不同的單色光a、b得到的干涉圖樣分別如圖甲、乙所示，下列說(shuō)法中正確的是()A．a(chǎn)光子的能量大于b光子的能量B．b光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C．單色光a在水中的傳播速度比b光快D．從同一種介質(zhì)射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角小于b光的臨界角例5(多選)[2023·湖南張家界模擬考]日暈是一種常見(jiàn)的大氣光學(xué)現(xiàn)象，如圖甲所示．太陽(yáng)光線經(jīng)卷層云中同一冰晶的兩次折射，分散成單色光，形成日暈．冰晶截面可看作正六邊形．如圖乙所示為一束紫光在冰晶上的折射光路，θ1為冰晶上的入射角，θ2為經(jīng)過(guò)第一個(gè)界面的折射角，θ3為光線離開(kāi)冰晶的折射角，θ4為出射光相對(duì)入射光的偏轉(zhuǎn)角．下列說(shuō)法中正確的是()A．在冰晶內(nèi)紅光的傳播速度比紫光的小B．若θ1＝θ3＝60°，則冰晶對(duì)紫光的折射率為3C．保持入射角不變，將紫光改為紅光，偏轉(zhuǎn)角將增大D．若紅光和紫光均能使同一金屬發(fā)生光電效應(yīng)，紫光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大第2講光的波動(dòng)性考點(diǎn)一必備知識(shí)·自主落實(shí)1．亮暗間隔2．(1)相同(2)恒定3．(1)①明暗②白色亮彩色(2)②ld4．前后表面相同關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階例1解析：由Δx＝ldλ可知a光的干涉條紋間距大，所以a光的波長(zhǎng)為1.0μm，則由Δs＝nλ，可得n＝1.5，P處為暗條紋，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；光的波長(zhǎng)為0.5μm，則由Δs＝nλ，可得n＝3，P處為亮條紋，選項(xiàng)D正確．故選D.答案：D例2解析：由題知，C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，G增長(zhǎng)的高度大于C增長(zhǎng)的高度，則劈形空氣層的厚度變大，且同一厚度的空氣層向劈尖移動(dòng)，則條紋向左移動(dòng)．故選A.答案：A考點(diǎn)二必備知識(shí)·自主落實(shí)1．(1)相差不多還小2．(1)一切方向(2)特定關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階1．解析：圖甲為一定波長(zhǎng)的光照射到不透明圓盤(pán)上，在圓盤(pán)后得到的衍射圖樣，稱(chēng)為泊松亮斑，選項(xiàng)A正確；圖乙為雙縫干涉示意圖，根據(jù)Δx＝ld可知，雙縫間距越大，則相鄰亮條紋間距越小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光導(dǎo)纖維的工作原理是利用光的全反射，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；圖丁為自然光照射兩個(gè)豎直放置的偏振片，若只旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，偏振方向不平行，此時(shí)光屏上的亮度有變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：A2．解析：當(dāng)光線進(jìn)入該結(jié)構(gòu)時(shí)，一部分光會(huì)在“樹(shù)枝”的上表面發(fā)生反射，另一部分光會(huì)進(jìn)入下表面并發(fā)生反射，兩束光頻率相同，相位差恒定，振動(dòng)方向相同，兩束光發(fā)生干涉，大藍(lán)閃蝶翅膀呈現(xiàn)藍(lán)色．故選A.答案：A3．解析：由于藍(lán)光與紅光頻率不同，所以將藍(lán)光與紅光調(diào)到亮度一樣時(shí)，在疊加區(qū)域不可能發(fā)生干涉現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；由于藍(lán)光和紅光在水中的折射率不同，所以傳播速度不同，藍(lán)光速度更小一些，B錯(cuò)誤；藍(lán)光與紅光以同一入射角斜射入水中，由于藍(lán)光在水中的折射率大于紅光，所以藍(lán)光偏離原來(lái)方向的夾角更大，C錯(cuò)誤；電影院觀看3D電影時(shí)，觀眾戴的眼鏡就是一對(duì)透振方向互相垂直的偏振片，D正確．答案：D考點(diǎn)三關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階例3解析：由圖乙可知，a光在液體材料中的折射角比c光的小，由折射率n＝sinisinr，可知該液體材料對(duì)a若繼續(xù)增大入射角i，b光的折射角增大，光線遠(yuǎn)離同心球形氣泡，光線從液體材料射出時(shí)的入射角與射入液體材料時(shí)的折射角大小相等，根據(jù)光的可逆性可知不會(huì)發(fā)生全反射，故B錯(cuò)誤；由圖乙可得，b光在液體材料中的折射角sinβ＝1由折射率n＝sinisinβ，可得該液體材料對(duì)b光的折射率為n＝sin由圖乙可知，a、b、c三種顏色的光的入射角相同，c光的折射角最大，由折射率公式n＝sinisinr，可知c光的折射率最?。挥蒼＝c答案：C例4解析：根據(jù)Δx＝ldλ知，在屏幕上相鄰的兩條亮紋間距越大，則光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，則a光波長(zhǎng)較大，由c＝λν知頻率越低，a光子的能量hνa光波長(zhǎng)大于b光波長(zhǎng)，則a光比b光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；a光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，則頻率小，故折射率小，根據(jù)v＝cn知a從同一種介質(zhì)射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，臨界角sinC＝1n，可知a光的臨界角大于b答案：C例5解析：由于紅光的折射率小于紫光的折射率，根據(jù)v＝c可知在冰