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_条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.亮暗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_条纹.相等白色亮彩色考点 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.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_时，衍射现象明显.偏离差不多还小3.衍射图样特点单色窄且暗白色(1)单缝衍射：单色光的衍
2、射图样为中间宽且亮的_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_条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹.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.3.偏振光的形成偏振片折射横(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
3、的偏振现象说明光是一种_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_.电场磁场电磁场2.电磁波：_由近及远地传播形成电磁波.电磁波是_波，在空间传播不需要依靠介质.真空中电磁波的速度为_m/s；电磁波的传播速度 v 等于波长和频率f 的乘积，即 v_.横3108f足够高开放振幅频率3.电磁波的发射和接收(1)发射条件：要有_的频率；采用_电路.(2)调制：使电磁波随各种信号而改变叫调制.使高频电磁波的_随信号的强弱而变化为调幅，使高频电磁波的_随信号的强弱而变化为调频.(3)接收相等解调检波当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波
4、的频率_时，激起的振荡电流最强，称为电谐振现象.从经过调制的高频电流中将声音或图像信号还原出来的过程，叫做_，它是调制的逆过程，调幅波的解调也叫_.频率波长可见光(4)电磁波谱：按照电磁波的_或_的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱.按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、_、紫外线、X 射线、射线.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.(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_.相同相同mc2【基础自测】1.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A
5、.电场一定能产生磁场，磁场也一定能产生电场B.变化的电场一定产生磁场C.稳定的电场也可以产生磁场D.变化的磁场一定产生电场E.变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，形成一个统一的、不可分割的电磁场解析：根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，形成一个统一的、不可分割的电磁场，E 项正确；变化的电场一定产生磁场，稳定的电场不产生磁场，A、C 项错误，B 正确.同理知 D 正确.故 B、D、E 正确.答案：BDE2.(多选)对衍射现象的定性分析，正确的是()A.光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生传播的现象B.衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C.光的衍射现象为光的波动说提供
6、了有力的证据D.光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论E.衍射现象说明光是一种横波解析：衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象，衍射条纹是波的叠加的结果，干涉、衍射是一切波所具有的特性，A、B、C 正确；光的直线传播只是近似的，只有在光的波长比障碍物尺寸小得多的情况下，光才被看作是沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，D 错误.一切波都可以发生衍射现象，E 错误.故 A、B、C 正确.答案：ABC3.(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的
7、条纹如图乙所示.他改变的实验条件不可行的是()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E.增大双缝之间的距离答案：ADE4.(多选)关于以下几种电磁波的作用，下列说法正确的是()A.用红外线热像仪检测通过它的发热病人，是利用了物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同B.刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高C.红外线遥感技术利用了红外线的显著热效应D.验钞机之所以利用紫外线验钞是因为紫外线具有荧光效应E.阴极射线是一种频率极高的电磁波答案：ABCD热点 1 光的干涉热点归纳1.明暗条纹的判断方法：(1)单色光如图 15-2-2 所示，光源 S1、S2 发出的光
8、到屏上P点的路程差r2r1k(k0,1,2，)时，光屏上出现明条纹.图 15-2-2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.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，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同法错误的是()C.各色光的强度不同，因而各
9、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E.屏上条纹不按一定的规律分布解析：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：BCE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光在折射率为n1.5的介质中波长为41
10、07 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.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可见，用 B 光作光源，P 点为亮条纹.(3)光屏上仍出现明、暗
11、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 处，两个表面反射回来的两列光波的
12、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.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 15-2-5若被检查平面平整则干涉图样是等间距明
13、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D.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
14、淡紫色E.涂有增透膜的镜头，进入的光线全部相互抵消，因此这种镜头的成像效果较好B.增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的14C.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的14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；涂有增透膜的镜头，只能抵消某种色光的反射光线，E 错误.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
15、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
16、(2)横波热点 4 光的衍射热点归纳(1)对光的衍射的理解干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显.在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别.衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的.项目干涉衍射现象光在重叠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孔的尺寸与波长差不多或更小典型实验杨氏双缝实验单缝衍射、圆孔衍射和不透明圆盘衍射图样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
17、等 中央条纹最亮，两边变暗图样相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹(2)干涉和衍射的比较【典题 5】(2018 年河南周口模拟)如图所示的 4 种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮条纹).则属于蓝光的干涉图样的是()ABCD解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有亮条长越大，x 越大，A 项是红光的，C 项是蓝光的.单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越宽，故从左向右依次是红光(双缝干涉)、蓝光(单缝衍射)、蓝光(双缝干涉)和红光(单缝衍射).由以上分析可
18、知，C 正确.答案：C纹宽度相同且等间距，根据双缝干涉条纹间距 xld 可知，波热点 5 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 15-2-7 所示.图 15-2-7(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 103 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
19、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 射线和射线都有重叠，但它们产生的机理不同.【典题 6】(多选，2016 年新课标卷)关于电磁波，下列说法正确的是()A
20、.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，
21、E 错误.答案：ABC热点 6 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.3.狭义相对论认为物体的质量 m 与物体的速度 v 有关，其关系式为 mm01vc2.4.对“长度的相对性”的理解：狭义相对论中的长度公式：而 l 可认为杆沿杆的长度方向以速度 v 运动时，静止的观察者测出的杆的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度方向以速度 v 运动时测出的杆的长度.ll01vc
22、2中，l0 是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，5.对“时间间隔的相对性”的理解：时间间隔的相对性公式 t1vc2中，是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而 t 则是相对于事件发生地以速度 v 运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔.也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化过程的时间间隔变大了，这就是狭义相对论中的时间膨胀.(动钟变慢)【典题 7】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E.狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关答案：ADE