1、第2讲 光的波动性 电磁波 相对论 考点 1 光的干涉1.定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现_条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.亮相等白色亮2.条件：两束光的频率_、相位差恒定.3.双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为_条纹，其余为彩色条纹.考点 2 光的衍射1.定义：光在传播的过程中遇到障碍物时，_直线传播绕到障碍物阴影里去的现象.偏离差不多2.发生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长_，甚至比光的波长还小时，衍射现象明显.3.衍射图样特点(1)单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的_
2、条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央_；白光的衍射图样为中间宽且亮的白色条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹.单色窄且暗圆环泊松(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距_.(3)圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为_亮斑(证实光的波动性).考点 3 光的偏振一切方向特定偏振片1.自然光：包含着在垂直于传播方向上沿_振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.2.偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个_的方向振动的光.折射横3.偏振光的形成(1)让自然光通过_形成偏振光.(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和_，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.4.光的偏振现象
3、说明光是一种_波.考点 4 电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生_，变化的电场能够在周围空间产生磁场.电场电磁场f2.电磁波：_由近及远地传播形成电磁波.电磁波是横波，在空间传播不需要依靠介质.真空中电磁波的速度为3108 m/s；电磁波的传播速度 v 等于波长和频率 f 的乘积，即 v_.考点 5 相对论1.狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是_的.相同相同mc2(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_的.2.质能方程(质能关系)：E_.【基础自测】1.(多选)下列情况中能产生明显衍射现象的是()A
4、.光的波长比孔或障碍物的尺寸大得多B.光的波长与孔或障碍物的尺寸相仿C.光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多D.用红光做实验时未观察到明显的衍射现象，现用绿光替代红光做实验解析：发生明显衍射的条件是障碍物、缝、孔的尺寸与光的波长差不多或更小.答案：AB的条纹如图乙所示.他改变的实验条件不可行的是()2.(多选)某同学用单色光进行“双缝干涉”实验，在屏上观察到图 15-2-1 甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到乙甲图 15-2-1A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.增大双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源答案：AD.热点 1 光的干涉热点归纳1.明暗条纹的判断方法：(
5、1)单色光图 15-2-2如图 15-2-2 所示，光源 S1、S2 发出的光到屏上 P 点的路程差 r2r1k(k0,1,2，)时，光屏上出现明条纹.光的路程差 r2r1(2k1)2(k0,1,2，)时，光屏上出现暗条纹.(2)白光：光屏上出现彩色条纹.(3)中央条纹为明条纹.2.双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻明条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即 xld.法错误的是()考向 1 对双缝干涉现象的理解【典题 1】一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，则下列说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
6、，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.屏上呈现内紫外红的条纹解析：白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹，紫光的条纹间距最小，因而最里面的是紫色条纹.答案：BC考向 2 明暗条纹位置的确定【典题 2】(2018 年四川成都模拟)如图15-2-3 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和S2距离之差为2.1106 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A光在折
7、射率为n1.5的介质中波长为4107 m.(2)已知B光在某种介质中波长为3.15107 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37(sin 370.6，cos 370.8).(3)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.图 15-2-3解析：(1)设 A 光在空气中波长为 1，在介质中波长为 2，由 ncv12得1n21.54107 m6107 m根据光程差 x2.1106 m所以 N1x1 2.1106 m6107 m 3.5由此可知，从 S1 和 S2 到 P 点的路程差 x 是 A 光波长 1的 3.5 倍，所以 P 点为暗条纹.可见，用 B 光作光源，P
8、点为亮条纹.(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹逐渐变窄变暗.答案：(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析(2)根据临界角与折射率的关系 sin C1n得n1sin 3753由此可知，B 光在空气中波长 3 为3n 介533.15107 m5.25107 m所以 N2x3 2.1106 m5.25107 m4热点 2 薄膜干涉热点归纳1.如图 15-2-4 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 15-2-42.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.3.原理分析：(1)单色光在P1、P2
9、处，两个表面反射回来的两列光波的路程差r 等于波长的整数倍，即rn(n1,2,3，)，薄膜上出现明条纹.在 Q 处，两列反射回来的光波的路程差r 等于半波长的(2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹.的奇数倍，即 r(2n1)2(n0,1,2,3，)，薄膜上出现暗条纹.4.薄膜干涉的应用：(1)检查精密零件的表面是否平整如图 15-2-5 所示，将被检查平面和放在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 a 和下表面 b 反射出两列光波叠加，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.图 15-
10、2-5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 15-2-6 甲所示；若某处凸起，则对应亮(暗)条纹延后出现，如图乙所示.甲乙图 15-2-6(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)，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、增大透射光强度的目的.当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的14时，在薄膜的两个面上考向薄膜干涉的应用【典题 3】(多选)关于光学镜头增透膜，以下说法正确的是()A.增透膜是为了减少光的反射损失，增加透射光的强度B.增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的C.增透膜的厚度等
11、于入射光在薄膜中波长的1414D.因为增透膜的厚度一般适合绿光反射时相互抵消，红光、紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色解析：光学镜头前的增透膜是为了减少光的反射损失，增加透射光的强度，A 正确；根据光的干涉理论，增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的四分之一，B 错误，C 正确；增透膜通常是针对人眼最敏感的绿光设计的，使从镜头反射的绿光干涉相消，而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱，所以看上去呈淡紫色，D 正确.答案：ACD两种光自然光(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偏振片后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的
12、光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向热点 3 光的偏振热点归纳自然光和偏振光的比较【典题 4】(2017 年江苏调研)某同学在暑假一次旅行中发现一个奇怪的现象：他戴着某种墨镜用手机拍照，手机竖着拍没问题，而当把手机横过来拍时，发现手机黑屏了，而旁边的小伙伴却说手机屏是亮着的.这是光的_现象，该现象说明光是_(填“横波”或“纵波”).解析：这位同学手机竖着拍没问题，而当把手机横过来拍时，发现手机黑屏了，说明光不能透过，这是光的偏振现象，该现象说明光是横波.答案：(1)偏振(2)横波热点 4 光的衍射热点归纳1.光的衍射(1)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相
13、差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显.单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度减弱，宽度越小a.中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相同的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱宽度越小b.亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小(2)衍射条纹的特点：单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射圆孔衍射白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环(续表)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，在圆盘
14、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).【典题 5】(2019 年江苏卷)将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的_(填“折射”“干涉”或“衍射”).缝的宽度_(填“远大于”或“接近”)的波长时，这种现象十分明显.解析：将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的衍射产生的.当缝的宽度与光波波长接近时，衍射现象非常明显.答案：衍射接近内容干涉衍射现象在光叠加区域出现加强或减弱的现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或
15、孔的尺寸与波长差不多或更小典型实验杨氏双缝干涉单缝衍射(圆孔衍射、圆盘衍射)热点 5 光的干涉、衍射的比较内容干涉衍射图样特点不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等、中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹(续表)【典题 6】(2019 年北京卷)利用图15-2-7 甲所示的装置(图)观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图乙中 a 和 b 两种图样.下列关于 P 处放置的光学元件说法正确的是()乙甲图 15-2-7A.a 对应单缝，b 对应双缝B.a 对应双缝，b 对
16、应单缝C.都是单缝，a 对应的缝宽较大D.都是双缝，a 对应的双缝间距较大解析：依据干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条纹中间的亮纹的宽度最大，向两边渐渐减小，因此甲对应单缝，乙对应双缝，故 A 正确.答案：A热点 6 电磁场和电磁波热点归纳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 15-2-8 所示.图 15-2-8(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关.电磁波谱频率/Hz真空中的波长/m特性应用递变规律无线电波31011 1
17、03 波动性强，易发生衍射通信、广播红外线10111015 103107 热效应红外遥感可见光1015 107 引起视觉照明、摄影紫外线10151017 107109 化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X 射线10161019 1081011 贯穿本领强检查、医用透视射线1019 1011 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗3.电磁波谱分析及应用：特别提醒(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等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X 射线、射线等，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
18、 射线和射线都有重叠，但它们产生的机理不同.【典题 7】(多选，2016 年新课标卷)关于电磁波，下列说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B.周期性变化的电场和变化的磁场可以相互激发，形成电磁波C.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D.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E.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解析：电磁波在真空中传播速度不变，与频率无关，A 正确；电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到，B 正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C 正确；光
19、是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D 错误；电磁波具有能量，电磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播，E 错误.答案：ABC热点 7 狭义相对论的基本假设和质能关系的简单应用热点归纳1.惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系.相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系.2.光速的大小与选取的参考系无关，因为光速是从麦克斯韦方程组中推导出来的，无任何前提条件.名称公式理解时间间隔的相对性(时钟变慢)与运动物体相对静止的观察者经历时间，地面上的观察者看到运动物体经历时间t长度的相对性(长度缩短)沿长度方向运动的物体，观察到其长度为 l3.相对论中五个公式t1vc2ll01vc2名称公式理解 相对论质量(质量变大)运动时的质量为m，静止时的质量为m0 相对论速度变换公式车对地的速度为 v，车上人以u沿车前进方向相对车运动，人对地速度为 u质能方程Emc2，Emc2 m为质量亏损(续表)mm01vc2u uv1uvc2【典题 8】下列说法正确的是()A.以 0.75c 的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地球上测得其速度为 cB.光在真空中传播的速度在不同惯性系可能不同C.爱因斯坦质能方程 Emc2 中的 m 是物体静止时的质量D.“在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的”这是狭义相对论的一条基本假设答案：AD
