第2講光的波動(dòng)性相對(duì)論

第2講光的波動(dòng)性相對(duì)論學(xué)習(xí)目標(biāo)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.知道相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)和兩個(gè)時(shí)空觀的結(jié)論。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(qiáng)，出現(xiàn)________條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)________條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。2.條件：兩列光的頻率________、相位差恒定、振動(dòng)方向相同。3.雙縫干涉(1)雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：?jiǎn)紊庹丈鋾r(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時(shí)，中央為________條紋，其余為________條紋。(2)條紋間距：Δx＝________，其中L是雙縫到屏的距離，d是雙縫間的距離。二、光的衍射發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：當(dāng)障礙物尺寸與光的波長(zhǎng)相當(dāng)，甚至小于光的波長(zhǎng)時(shí)，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____________振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同。2.偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，具有________方向振動(dòng)的光。3.偏振光的形成(1)讓自然光通過________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________，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________波。四、相對(duì)論1.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)狹義相對(duì)性原理：在所有的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是________的。(2)光速不變?cè)恚涸谒械膽T性參考系中，測(cè)得的真空中的光速都相同。2.相對(duì)論時(shí)空觀的兩個(gè)結(jié)論(1)時(shí)間延緩效應(yīng)不同慣性參考系中，兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔是不同的，Δt′＝________。(2)長(zhǎng)度收縮效應(yīng)當(dāng)物體相對(duì)于觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)方向上，觀測(cè)者測(cè)量到該物體的長(zhǎng)度要縮短，而垂直于運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，l′＝________。1.思考判斷(1)光的顏色由光的頻率決定。()(2)頻率不同的兩列光波不能發(fā)生干涉。()(3)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用是使白光變成單色光。()(4)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用是用“分光”的方法使兩列光的頻率相同。()(5)陽光下茂密的樹林中，地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的。()(6)泊松亮斑是光的衍射形成的。()(7)光遇到障礙物時(shí)都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。()(8)自然光是偏振光。()2.(2023·北京卷，2)陽光下的肥皂膜呈現(xiàn)彩色條紋，這種現(xiàn)象屬于光的()A.偏振現(xiàn)象 B.衍射現(xiàn)象C.干涉現(xiàn)象 D.全反射現(xiàn)象3.下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象說法中正確的是()A.甲中荷葉上的露珠顯得特別“明亮”是由于水珠將光線會(huì)聚而形成的B.乙中將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫間距調(diào)小，則干涉條紋間距變小C.丙中用加有偏振濾光片的相機(jī)拍照，可以拍攝清楚汽車內(nèi)部的情景D.丁中肥皂膜在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象考點(diǎn)一光的干涉現(xiàn)象1.雙縫干涉(1)條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，對(duì)同一雙縫干涉裝置，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉條紋的間距越大。(2)明、暗條紋的判斷方法圖1如圖1所示，相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P′點(diǎn)的路程差為Δr＝r2－r1。當(dāng)Δr＝kλ(k＝0，±1，±2，…)時(shí)，光屏上P′處出現(xiàn)明條紋；當(dāng)Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，±1，±2，…)時(shí)，光屏上P′處出現(xiàn)暗條紋。2.薄膜干涉(1)形成原因如圖2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(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。圖2(2)明、暗條紋的判斷方法兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍，在P1、P2處，光在薄膜中的波長(zhǎng)為λ，Δr＝kλ(k＝1，2，3…)，薄膜上出現(xiàn)明條紋；在Q處，Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝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3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(huì)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。圖3角度雙縫干涉例1在圖4所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光源S到縫S1、S2距離相等，P0為S1S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。用波長(zhǎng)為400nm的光實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏中央P0處呈現(xiàn)中央亮條紋(記為第0條亮條紋)，P處呈現(xiàn)第3條亮條紋。當(dāng)改用波長(zhǎng)為600nm的光實(shí)驗(yàn)時(shí)，P處將呈現(xiàn)()圖4A.第2條亮條紋 B.第3條亮條紋C.第2條暗條紋 D.第3條暗條紋聽課筆記1.(2023·江蘇卷，6)用某種單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到的干涉條紋如圖5甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼?)圖5A.eq\f(1,3)倍 B.eq\f(1,2)倍C.2倍 D.3倍角度薄膜干涉例2如圖6所示，關(guān)于薄膜干涉現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說法正確的是()圖6A.如圖甲所示，豎直放置的肥皂液膜，來自前后兩個(gè)面的反射光發(fā)生干涉，形成明暗相間的豎直條紋B.如圖乙所示，照相機(jī)的鏡頭表面常常鍍一層透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光發(fā)生干涉使鏡頭看起來有顏色，膜的厚度為光在膜中波長(zhǎng)的eq\f(1,2)C.如圖丙所示，利用光的干涉檢查平整度，用單色光從上面照射，空氣膜的上下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉，圖中條紋彎曲說明此處是凹下的D.如圖丁所示，把一個(gè)凸透鏡壓在一塊平面玻璃上，讓單色光從上方射入，從上往下看凸透鏡，可以看到等間距的明暗相間的圓環(huán)狀條紋聽課筆記2.(2023·山東卷，5)如圖7所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖，G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，C為待測(cè)柱形樣品，C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會(huì)形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，下列說法正確的是()圖7A.劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動(dòng)B.劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動(dòng)C.劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動(dòng)D.劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動(dòng)考點(diǎn)二光的衍射和偏振現(xiàn)象相對(duì)論1.對(duì)光的衍射的理解(1)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，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。(2)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(zhǎng)比障礙物小得多時(shí)，光才可以看作是沿直線傳播的。2.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射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(rèn)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(1)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光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿任意方向振動(dòng)，且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿特定方向振動(dòng)(2)偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機(jī)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(xué)采用圖8甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L(zhǎng)。同一單色光垂直照射狹縫，實(shí)驗(yàn)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()圖8A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過狹縫時(shí)，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，圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時(shí)，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(shí)，若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋例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(gè)偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B.一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光是偏振光C.日落時(shí)分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)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，可以看到彩色條紋例5(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測(cè)這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有()A.飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較快B.飛船上的人觀測(cè)到飛船上的鐘較慢C.地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較快D.地球上的人觀測(cè)到地球上的鐘較慢考點(diǎn)三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合例6(2023·重慶卷，5)某實(shí)驗(yàn)小組利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別觀察a、b兩單色光的干涉條紋，發(fā)現(xiàn)在相同的條件下光屏上a光相鄰兩亮條紋的間距比b光的小。他們又將a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，發(fā)現(xiàn)a光的折射角比b光的大，則()A.在空氣中傳播時(shí)，a光的波長(zhǎng)比b光的大B.在水中傳播時(shí)，a光的速度比b光的大C.在水中傳播時(shí)，a光的頻率比b光的小D.由水射向空氣時(shí)，a光的全反射臨界角比b光的小聽課筆記