（浙江专用）2020版高考物理一轮复习 专题十四 光与电磁波教师用书（PDF，含解析）

专题十四光与电磁波真题多维细目表真题涉分考点光的几何与波动性质电磁振荡与电磁波题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１８浙江１１月，１４２衍射、色散多选中波长与衍射、色散关系物理建模选项并列科学推理２０１８浙江４月，１４２ＬＣ振荡电路多选易基本概念基本概念选项并列科学推理２０１７浙江１１月，１６２光的干涉多选易平面波干涉物理建模选项并列科学推理２０１７浙江４月，１４２ＬＣ振荡电路多选中基本概念基本概念选项并列科学推理２０１７浙江４月，１６２干涉多选难双缝干涉条纹间距物理建模选项互斥科学推理２０１６浙江１０月，１４２光的干涉多选易双缝干涉物理建模选项递进科学推理２０１６浙江４月，１４２全反射多选易临界角基本概念选项并列科学推理２０１５浙江１０月，１４２双缝干涉多选易氢原子能级基本概念选项并列科学推理２０１５浙江１０月，１６２光的折射多选中坦克观察窗物理建模选项递进科学推理总计卷均分２．２５７题／８卷２题／８卷选择易占比２．２５％考频常见考法命题规律与探究本专题主要考查光的几何知识及光的波动性质，电磁振荡与电磁波的基本规律。主要涉及光的折射、全反射、衍射、干涉等性质以及电磁振荡与电磁波等知识。主要体现在以下几方面：（１）波长与色散、全反射临界角的关联，波长与双缝干涉条纹间距、衍射图样之间的关联，并且结合光量子的综合类问题；（２）ＬＣ振荡电路中的能量、电压、电流等物理量的关联规律；（３）电磁波的发射与接收以及电磁波谱不同波段的特征（比如红外线的热效应等）。命题变化与趋势２０２０年命题趋势方面，本专题单独命题考查的概率较小，主要以多项选择的形式作为考查方式。光的性质部分主要还是结合光量子及能级跃迁等相关知识，通过光子能量求出频率、波长，再与色散、衍射、干涉条纹等相关知识构成综合性问题进行考查。这类问题综合性较强，逻辑关系比较明确，对科学推理的能力要求较高。电磁波部分主要考查ＬＣ振荡电路的基本规律、电磁波的应用及各个波段的基本特征与应用实例。专题十四　光与电磁波１２９　　对应学生用书起始页码Ｐ２４３考点一光的几何与波动性质　　一、光的折射光线从一种介质进入另一种介质，传播方向①　发生改变　的现象叫作光的折射。折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。在折射现象中，光路是②　可逆的　。二、折射率１．定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的折射率。２．定义式：③　ｎ＝ｓｉｎθ１ｓｉｎθ２　（θ１表示真空中光线与法线的夹角，θ２表示介质中光线与法线的夹角）。３．研究表明：ｎ＝ｃｖ（ｃ表示光在真空中的速度，ｖ表示光在介质中的速度）。任何介质的折射率均④　大于　１。４．光密介质与光疏介质两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质。（光密介质与光疏介质是相对的）三、全反射光照射到两种介质的界面上时，光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象。发生全反射的条件：１．光线由⑤　光密　介质射向⑥　光疏　介质；２．入射角⑦　大于或等于　临界角。（光线从某介质射向真空时临界角的正弦ｓｉｎＣ＝１ｎ）应用：全反射棱镜、⑧　光导纤维　。四、光的色散、棱镜１．光的色散：含有多种颜色的光被分解为⑨　单色光　的现象叫作光的色散。白光通过三棱镜会分解为红、橙、⑩　黄　、绿、青、􀃊􀁉􀁓　蓝　、紫七种单色光。２．光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的􀃊􀁉􀁔　有序　排列。３．棱镜（１）棱镜可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的􀃊􀁉􀁕　折射率　不同。（２）棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散。五、光的干涉频率相同的两列光波相叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，并且光被加强和减弱的区域互相间隔的现象称为光的干涉现象。１．双缝干涉：在用单色光做双缝干涉实验时，若双缝处两列光的振动情况完全相同，则在光屏上距双缝的路程差为光波波长整数倍的地方光被加强，将出现􀃊􀁉􀁖　亮　条纹；光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数倍的地方光被减弱，将出现􀃊􀁉􀁗　暗　条纹。计算表明相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离Δｘ＝􀃊􀁉􀁘　Ｌｄλ　；在用白光做双缝干涉实验时，光屏上除中央亮条纹为白色外，两侧均为彩色的干涉条纹。２．薄膜干涉：光照射到薄膜上时，薄膜的前、后表面反射的两列光相叠加，也可发生干涉现象。若入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹；若入射光为白光，可形成彩色的干涉条纹。在薄膜干涉中，同一级亮条纹（或暗条纹）出现在膜的厚度相同处，故此种干涉又常称为等厚干涉。薄膜干涉常应用于镜头的增透膜和检查平面。六、光的衍射光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象叫作光的衍射现象。只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长􀃊􀁉􀁙　小　，或者跟光的波长􀃊􀁉􀁚　差不多　的条件下，才能发生明显的衍射现象。著名的泊松亮斑就是典型的光的衍射现象。七、光的偏振１．偏振现象：横波只沿􀃊􀁉􀁛　某一特定方向　振动，称为波的偏振现象。２．自然光：若光源发出的光，包含着在垂直于光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，这种光叫自然光。３．偏振光：在垂直于光传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光，叫偏振光。例如：自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。见示意图。４．光的偏振充分说明光是􀃊􀁊􀁒　横波　，只有横波才有偏振现象。除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是􀃊􀁊􀁓　偏振　光。例如自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，使反射光与折射光的夹角是９０°，这时反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直。５．偏振光的简单应用：拍摄水面下的景物、玻璃橱窗里的陈列物时，加偏振片滤去水面或玻璃表面的反射光，使影像清晰。立体电影也应用了光的偏振现象。八、激光１．激光的特点：相干性好、􀃊􀁊􀁔　平行度好　、亮度高。２．激光的应用：全息照相、通信、测距、光盘读取、激光刀、引起核聚变等。　　一、光的色散具有的特点在色散现象中，红光偏向角最小，即棱镜对红光的折射率最小。由公式ｎ＝ｃｖ可知红光在棱镜中的传播速度最大。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋１３０　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）将各种色光的情况列表统计如下：物理量红、橙、黄、绿、青、蓝、紫原理同种介质对应的折射率（ｎ）小ｎ→大ｎ＝ｓｉｎｉｓｉｎｒ同种介质中的光速（ｖ）大ｖ→小ｎ＝ｃｖ同种介质中的波长（λ）大λ→小ｖ＝λｆ频率（ｆ）小ｆ→大波动理论同种介质中的临界角（Ｃ）大Ｃ→小ｓｉｎＣ＝１ｎ　　二、薄膜干涉的原理和应用１．薄膜干涉的原理如图所示为竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形，光照射到薄膜上时，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。（１）在Ｐ１、Ｐ２处，从两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δｘ等于波长的整数倍，即Δｘ＝ｎλ（ｎ＝１，２，３，…），薄膜上出现明条纹。（２）在Ｑ处，两列反射回来的光波的路程差Δｘ等于半波长的奇数倍，即Δｘ＝（２ｎ＋１）λ２（ｎ＝０，１，２，…），薄膜上出现暗条纹。２．薄膜干涉的应用（１）检查精密零件的表面是否平整如图甲所示，将放在被检查平面上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使样板的标准平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上表面和下表面反射出的两列光波叠加，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况。若被检查平面平整，则干涉图样是等间距明暗相间的平行直条纹。若某处凹下，则对应亮（暗）条纹提前出现，如图乙所示；若某处凸起，则对应亮（暗）条纹延后出现，如图丙所示。（２）增透膜在光学元件（透镜、棱镜）的表面涂上一层薄膜（如氟化镁），当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的１４时，在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，达到减小反射光强度、增大透射光强度的目的。三、衍射与干涉的比较１．衍射与干涉的不同点和相同点　　　种类项目　　　单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同的两列光波相遇叠加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中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，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　　２．衍射与干涉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。（２０１７浙江宁波诺丁汉大学附中期末）（多选）如图，一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出ａ、ｂ两束光线，则（　　）Ａ．在玻璃中，ａ光的传播速度小于ｂ光的传播速度Ｂ．在真空中，ａ光的波长小于ｂ光的波长Ｃ．玻璃砖对ａ光的折射率小于对ｂ光的折射率Ｄ．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线ａ首先消失解析　光线ａ的偏折程度大，可知玻璃砖对ａ光的折射率大，再根据公式ｖ＝ｃｎ，知ａ光在玻璃中的传播速度小，故Ａ正确，Ｃ错误；玻璃砖对ａ光的折射率大，说明ａ光的频率高，根据ｃ＝λｆ，ａ光在真空中的波长较短，故Ｂ正确；玻璃砖对ａ光的折射率大，则根据ｓｉｎＣ＝１ｎ可知，ａ光的临界角较小，若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线ａ的折射角先达到９０°，故先发生全反射，折射光线先消失，故Ｄ正确；故选Ａ、Ｂ、Ｄ。答案　ＡＢＤ劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（１）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（２）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（　　）Ａ．变疏Ｂ．变密Ｃ．不变Ｄ．消失解析　抽去一张纸片后，劈形空气薄膜的坡度减缓，相同水平距离上空气薄膜的厚度变化减小，以致干涉时光程差变化􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题十四　光与电磁波１３１　　减小，条纹间距变宽，看到的条纹数变少，故Ａ正确。答案　Ａ１．一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是（　　）１．答案　Ｂ　由光通过玻璃三棱镜后应向底边偏折，可知Ｃ、Ｄ错误。光的频率越大，折射率越大，向底边偏折程度越大，光在进入与射出两处都会发生不同程度的偏折，所以Ａ错误、Ｂ正确。２．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝Ｓ时，在光屏Ｐ上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　　）Ａ．增大Ｓ１与Ｓ２的间距Ｂ．减小双缝屏到光屏的距离Ｃ．将绿光换为红光Ｄ．将绿光换为紫光２．答案　Ｃ　由双缝干涉条纹间距公式Δｘ＝ｌｄλ可知：增大Ｓ１与Ｓ２的间距ｄ，Δｘ将减小，Ａ项错误；减小双缝屏到光屏的距离ｌ，Δｘ将减小，Ｂ项错误；红光波长大于绿光，λ变大，Δｘ将变大，Ｃ项正确；紫光波长小于绿光，λ变小，Δｘ将变小，Ｄ项错误。考点二电磁振荡与电磁波　　一、电磁场和电磁波１．麦克斯韦的电磁场理论变化的磁场能够产生①　电场　；变化的电场能够产生②　磁场　。说明　ａ．均匀变化的磁场（电场）在周围空间产生恒定的电场（磁场）；ｂ．周期性振荡