2024屆高考物理復(fù)習講義：第2講 光的波動性 電磁波 相對論

第2講光的波動性電磁波相對論

學習目標1.知道雙縫干涉和薄膜干涉，知道形成明暗條紋的條件。2.知道光的

衍射、偏振現(xiàn)象。3.知道電磁波的形成和特點，知道相對論的基本內(nèi)容。

夯實

一、光的干涉

1.定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相

互減弱，出現(xiàn)喳條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。

2.條件：兩束光的頻率也回、相位差恒定。

3.雙縫干涉

⑴雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時，形成明暗相間的等間距的干涉條紋：白

光照射時，中央為臼色亮條紋,其余為彩色條紋。

(2)條紋間距：其中/是雙縫到屏的距離，d是雙縫間的距離。

二、光的衍射

發(fā)生明顯衍射的條件：在障礙物或狹縫的尺寸足夠小的時候,衍射現(xiàn)象十分明顯。

三、光的偏振

1.自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿?切方向振動的光,而且沿著各個方向

振動的光波的強度都相同。

2.偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。

3.偏振光的形成

⑴讓自然光通過偏振片形成偏振光。

(2)讓自然光在兩種介質(zhì)的界面.發(fā)生反射和折射,反射光和折射光可以成為部分

偏振光或完全偏振光。

4.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。

四、電磁波與相對論

1.麥克斯韋電磁場理論

變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。

2.電磁波及其傳播

(1)電磁場在空間由近及遠的傳播,形成電磁波。電磁波是樵波。

(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì),在真空中不同頻率的電磁波的傳播速度都等于比

速。但在同一介質(zhì)中，不同頻率的電磁波的傳播速度是丕回的，頻率越高，波速

越小。

(3)波速公式：/是電磁波的頻率。

3.電磁波的發(fā)射與接收

(1)發(fā)射電磁波需要開放的高頻振蕩電路，并對電磁波根據(jù)信號的強弱進行酗

(兩種方式：調(diào)幅、調(diào)頻)。

(2)接收電磁波需要能夠產(chǎn)生電諧振的調(diào)諧電路，再把信號從高頻電流中解調(diào)出

來。調(diào)幅波的解調(diào)也叫撿遮。

4.電磁波譜

按照電磁波的頻莖或遐氐的大小順序把它們排列成的譜。按波長由長到短排列的

電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光,紫外線、X射線、Y射線。

5.狹義相對論

(1)狹義相對論的兩個基本假設(shè)

①狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是蛔的。

②光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是根回的，光速與光源、

觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。

(2)相對論的質(zhì)速關(guān)系

①物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度。運動時的質(zhì)量m與鄲止

時的質(zhì)量的之間有如下關(guān)系，〃=?

②物體運動時的質(zhì)量m總要大于靜止時的質(zhì)量〃加

研透核心考點

考點一光的干涉現(xiàn)象

1.雙縫干涉

(1)條紋間距公式

%，對同一雙縫干涉裝置，光的波長越長，干涉條紋的間距越大，如圖所示,

相干光源Si、S2發(fā)出的光到屏上尸點的路程差為△r=9—八

(2)亮、暗條紋的判斷方法

A

當=0,1,2,…)時,光屏上P，處出現(xiàn)亮條紋;當△/=(2〃+1);(〃=0,

1,2,…)時，光屏上P處出現(xiàn)暗條紋。

2.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，在膜的前表面A4和后表面B9分別反射回來，形成兩列頻率相同的

光波，并且疊加。

⑵亮、暗條紋的判斷方法

兩個表面反射回來的兩列光波的路程差△入等于薄膜厚度的2倍，在P、02處,

光在薄膜中的波長為3Ar=,d(n=l,2,3…)，薄膜上出現(xiàn)亮條紋，在0處,

Ar=(2n+l)^(n=0,1..2,3…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。

(3)薄膜干涉的應(yīng)用

干涉法檢查平面，如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照

射，如果被檢平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;

若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲。

單色光！:標準樣板

薄片

被檢笠平面

角度n雙縫干涉

例1(2021?福建卷，2)在圖1所示的雙縫干涉實驗中，光源S到縫Si、S2距離相

解析波長為2的光在玻璃片中的傳播速度。通過102的距離，光傳播的

時間差一四=",選項A正確。

CC（

角度薄膜干涉

例2（多選）（2（）21?6月浙江選考）肥皂膜的干涉條紋如圖3所示，條紋間距上而寬、

下面窄。下列說法正確的是（）

S3

A.過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形

B.肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋

C.肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化

D.將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90°,條紋也會跟著轉(zhuǎn)動90°

答案AB

解析肥皂膜因為自重會上面薄而下面厚，因表面張力的原因其截面應(yīng)是一個圓

滑的曲面而不是梯形，A正確；肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條

紋，B正確；形成條紋的原因是前后表面的反射光疊加出現(xiàn)了振動加強點和振動

減弱點，從形成到破裂的過程上面越來越薄，下面越來越厚，因此出現(xiàn)加強點和

減弱點的位置發(fā)生了變化，條紋寬度和間距發(fā)生變化，C錯誤；將肥皂膜外金屬

環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動9（）。，由于重力、表面張力和粘滯力等的作用，肥皂膜的

形狀和厚度會重新分布，因此并不會跟著旋轉(zhuǎn)9（）。，D錯誤。

跟蹤訓(xùn)練

2.（2023?山東濰坊高三期末）如圖4所示，兩塊標準平面玻璃板形成一個劈形空間，

內(nèi)部為空氣時，用單色光垂直照射玻璃板上表面，產(chǎn)生等間距的明暗相間的干涉

條紋。若在劈形空間內(nèi)充滿水，則相鄰的條紋間距將（）

圖4

A.變小B.變大

C.不變D.無法確定

答案A

解析從空氣膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，其光程差為Ax=2d,

即光程差為空氣層厚度的2倍，當光程差盤=以時此處表現(xiàn)為亮條紋，故相鄰

1里

亮條紋之間的空氣層的厚度差為點，相鄰亮條紋之間的距離。=；^萬=五宗,

Ltan(7zianv

同理加入水后△"=王為，由于〃>1,在劈形空間內(nèi)充滿水，則相鄰的條紋間

Znianu

距將變小，故A正確。

考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象

1.對光的衍射的理解

(1)波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯

與不明顯的差別。

⑵衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙

物小得多時，光才可以看做是沿直線傳播的。

2.單縫衍射與雙縫干涉的比較

單縫衍射雙縫干涉

不條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等

同條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距

點亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射

相同點

都有明暗相間的條紋

3.光的干涉和衍射的本質(zhì)

光的干涉和衍射都屬于波的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相

似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成

的。

4.光的偏振

⑴自然光與偏振光的比較

類別自然光(非偏振光)偏振光

光的來源從普通光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光

在垂直于光的傳播方向的平面

光的振動在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，

內(nèi)，光沿任意方向振動，且沿各

方向光沿特定方向振動

個方向振動的光的強度相同

⑵偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除

車燈眩光等。

例3（多選）（2022?山東卷，10）某同學采用圖5甲所示的實驗裝置研究光的干涉與

衍射現(xiàn)象，狹縫S、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L同一單色光垂直照射

狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是（）

乙丙

圖5

A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發(fā)生了衍射

B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖內(nèi)中亮條紋寬度增大

C照射兩條狹縫時，增加L其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大

D.照射兩條狹縫時，若光從狹縫3、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍,

。點處一定是暗條紋

答案ACD

解析題圖乙中間部分為等間距條紋，所以題圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通

過狹縫時，同時也發(fā)生衍射，故A正確；狹縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋

越寬，遮住一條狹縫，另一狹緩寬度增大，則衍射現(xiàn)象減弱，題圖丙中亮條紋寬

度減小，故B錯誤；根據(jù)條紋間距公式1=夕可知照射兩條狹縫時，增加L,

其他條件不變，題圖乙中相鄰暗條紋的中心間距漕大，故C正確；照射兩條狹

縫時，若光從狹健S、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是

暗條紋，故D正確。

跟蹤訓(xùn)練

3.（多選）抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細，如圖6所示，激光束越過細

絲時產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄舞規(guī)律相同。觀察光束經(jīng)過細絲

后在光屏上所產(chǎn)生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述中正確的是（）

A.這里應(yīng)用的是光的衍射現(xiàn)象

B.這里應(yīng)用的是光的干涉現(xiàn)象

C.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗

D.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細

答案AD

解析由于是激光束越過細絲即繞過障礙物，所以是光的衍射現(xiàn)象，當抽制的絲

變細的時候，絲的直徑較接近激光的波長，條紋間距變寬，A、D正確。

4.（多選）光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波。下列現(xiàn)象能反映光的偏振特性及其應(yīng)用的

是（）

A.一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的

強度發(fā)生變化

B.一束自然光入射到法種介質(zhì)的分界面上，當反射光線與折射光線之間的夾角恰

好是90。時，反射光是偏振光

c.日落時分，拍攝水面卜.的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使圖像更

清晰

D.通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋

答案ABC

解析在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定方向振動的光是偏振光，選項

A、B反映了光的偏振特性；選項C是偏振現(xiàn)象的應(yīng)用；選項D是光的衍射現(xiàn)象。

故A、B、C正確，D錯誤。

考點三電磁振蕩與電磁波相對論

1.對麥克斯韋電磁場理論的理解

場

恒定電

場產(chǎn)生

化的磁

變化的均勻變

麥磁場產(chǎn)

生變化

脆場產(chǎn)

變化的

非均勻

克生電場

場

斯的電

韋

同頻

產(chǎn)生

破場

振蕩的

電周期性

電場

蕩的

磁率振

場

場

恒定磁

場產(chǎn)生

化的電

理均勻變

論變化的

化

生變

1場產(chǎn)

化的4

勻變

非均

電場產(chǎn)

場

的磁

生磁場

同頻

產(chǎn)生

電場

振蕩的

周期性

磁場

蕩的

率振

蕩電路

LC振

2.

。

期性

和周

稱性

有對

程具

作過

路工

LC電

過程

個物理

（1）兩

板。

負極

流向

極板

從正

可流

能，

磁場

化為

能轉(zhuǎn)

電場

程：

電過

①放

板。

正極

流向

極板

從負

旦流

能，

電場

化為

能轉(zhuǎn)

磁場

程：

電過

②充

狀態(tài)

個特殊

（2）兩

）。

（為零

最小

磁場能

最大，

電場能

畢，

化完