重难点13 电磁波与光的本性-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（上海专用）

重难点13 电磁波与光的本性 一、电磁场 变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为不可分离的统一体，这就是电磁场． 二、电磁波的产生 （1）形成：电磁场由近及远地传播形成电磁波． （2）特点： ①电磁波是横波，在空间传播不需要介质． ②真空中电磁波的速度为3.0×108m/s． ③电磁波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v＝λf． ④不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小． 三、电磁波的发射、传播和接收 1．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． 2．调制：有调幅和调频两种方式． 3．无线电波的接收 （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，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． （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． 四、电磁波谱 1．电磁波谱：按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱． 2．电磁波谱按波长由大到小的排列顺序为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线． 3．各种电磁波的特性：红外线热效应显著；紫外线化学、生理作用显著并能产生荧光效应；X射线穿透本领很大；γ射线穿透本领更大． 电磁波谱分析及电磁波的应用 电磁 波谱 频率/Hz 真空中 波长/m 特性 应用 递变规律 无线 电波 ＜3×1011 ＞10﹣3 波动性强，易发生衍射 无线电技术 红外线 1011～1015 10﹣3～10﹣7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10﹣7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1017 10﹣7～10﹣9 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10﹣8～10﹣11 贯穿本领强 检查、医用透视 γ射线 ＞1019 ＜10﹣11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 五、光的双缝干涉 （1）光的波动性 17世纪惠更斯提出的波动说，认为光是在空间传播的某种波.19世纪初，人们成功地观察到了光的干涉和衍射现象，从而证明了波动说的正确性． （2）光的干涉 1．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是相同的相干光波．屏上某点到双缝的路程差是波长整数倍处出现亮纹，是半波长的奇数倍处出现暗纹．相邻的两条明条纹（或暗条纹）之间的距离△x与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离L的关系为．． 2．薄膜干涉：利用薄膜（如肥皂液薄膜）前后两面反射的光相遇而形成的，图样的特点是：同一条亮（或暗）条纹上所对应的薄膜厚度相同，单色光照射在薄膜上形成明暗相间的条纹，白光照射在薄膜上形成彩色条纹． 3．应用：测光的波长，检查表面平整度，增透膜，全息摄影等． 六、光的衍射 1．光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象叫光的衍射． 2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象． 3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环）． 4．常见的衍射现象有单缝衍射，圆孔衍射和泊松亮斑等． 5．单缝衍射图样特点：若是单色光，则中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，其亮度和宽度依次减小；若是白光则中央为白色亮条纹，且最宽最亮，两边为彩色条纹． 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 （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． 七、光的波粒二象性 1．光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性． 2．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性． 3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 4．对光的波粒二象性的理解 光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：