2023版高三一轮总复习物理（新教材新高考）第13章第2节光的波动性电磁波相对论

1、 光的波动性电磁波相对论一、光的干涉、衍射和偏振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，出现亮条纹，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。(2)条件：两束光的频率相同、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，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。2光的衍射发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。3光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，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

2、的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。(3)偏振光的形成a让自然光通过偏振片形成偏振光。b让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振现象说明光是一种横波。二、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电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。2电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波的传播速度相同(都等于光速)。(3)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。(4)vf，f是电磁波的频率。3电磁波的发射(1)发射

3、条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式a调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。b调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。4无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，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作调谐。(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是调制的逆过程，也叫作解调。5电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列起来就是电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。三、相对论1狭义相对论的两个

4、基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。(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相同的，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系。2质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：meq f(m0,r(1blc(rc)(avs4alco1(f(v,c)eq sup12(2)。(2)物体运动时的质量总要大于静止时的质量m0。3质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：Emc2。一、易错易误辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)只有横波才能产生干涉和衍射现象。

5、()(2)太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果。()(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。()(4)光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小。()(5)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场，电场向外传播便形成了电磁波。()(6)在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短。()二、教材习题衍生1(人教版选择性必修第一册P94T4改编)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。甲乙现

6、若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()A变疏 B变密 C不变 D消失A如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A正确。2(人教版选择性必修第一册P100“科学漫步”改编)如图，A、B两图是由单色光分别入射到A圆孔和B圆孔形成的图像，由两图可以得出()ABAA图是衍射图像，A孔直径小于B孔直径BA图是干涉图像，A孔直径大于B孔直径CB图是衍射图像，A孔直径小于B孔直径DB图是干涉图像，A孔直径大于B孔直径A干涉出现的明暗相间条纹宽度是均匀的，而A图中出现明暗相间，间隔不均匀的条纹，所以A图为衍射图样，小孔越小，

7、衍射越明显；B图是光沿直线传播的图样，所以A孔直径小于B孔直径，A正确，B、C、D错误。 光的干涉1双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。(2)明暗条纹的判断方法：如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差为rr2r1。当rk(k0,1,2)时，光屏上P处出现明条纹。当r(2k1)eq f(,2)(k0,1,2)时，光屏上P处出现暗条纹。(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。(4)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两个相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即xeq f(l,d)。2薄膜干涉(1)形成原因：如图所示，竖直

8、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。(2)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差r，等于薄膜厚度的2倍。在P1、P2处，rn(n1,2,3)，薄膜上出现明条纹。在Q处，r(2n1)eq f(,2)(n0,1,2,3)，薄膜上出现暗条纹。(3)条纹特点：单色光：明暗相间的水平条纹；白光：彩色水平条纹。(4)薄膜干涉的应用。干涉法检查平面：如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不

9、平整，则干涉条纹发生弯曲。被检查平面典例(2020山东卷)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为t。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是()Ateq f(5,c) Bteq f(15,2c) Cteq f(10,c) Dteq f(15,c)A波长为的光在玻璃片中的传播速度veq f(c,n)，通过10的距离，光传播的时间差te

10、q f(10n,c)eq f(10,c)eq f(5,c)，选项A正确。跟进训练1(双缝干涉中亮、暗条纹的判断)如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1r2|应为()Aeq f(c,2f) Beq f(3c,2f) Ceq f(3c,f) Deq f(5c,2f)D在P点出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为eq f(,2)(2n1)eq f(5,2)，而eq f(c,f)，所以|r1r2|eq f(5,2)eq f(5c,2f)，因此D是正确的。2(多选)(薄膜干涉) (2021浙江6月选考)

11、肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是()A过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90，条纹也会跟着转动90AB由于表面张力的作用，过肥皂膜最高点和最低点的截面会有凹或者凸现象，A项正确；薄膜前后两个表面的反射光频率相同，发生了干涉现象，形成干涉条纹，B项正确；从形成到破裂，由于重力的影响，肥皂膜会上薄下厚，且厚度会改变，故条纹会改变，C项错误；由于重力作用，当把柄向上转动90时，条纹不会随之转动，D项错误。 光的衍射及偏振现象1三种不

12、同的衍射现象的特点(1)单缝衍射图样的四个特点：中央条纹亮而宽；两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱；波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大，单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大；白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。(2)圆孔衍射图样的两个特点：单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，圆环亮度越低。白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。(3)泊松亮斑图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，圆形阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。与小孔衍射图样

13、有明显区别。2光的偏振(1)自然光与偏振光的比较：自然光偏振光成因从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光振动方向在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动在垂直于传播方向的平面内，有且只有一个振动方向经偏振片后现象比较如图所示，通过偏振片后，自然光就变成了偏振光，转动偏振片，偏振光的亮度不变，但偏振方向随之变化如图所示，偏振光经偏振片后，若偏振方向与透振方向平行，屏亮；若垂直，则屏暗；若介于两者之间，则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光

14、等。题组突破1(光的衍射)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形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中(从左往右排列)，亮条纹的颜色依次是()图1图2图3图4A红黄蓝紫 B红紫蓝黄 C蓝紫红黄 D蓝黄红紫B双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此图1、3为双缝干涉条纹，图2、4为单缝衍射条纹。双缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、暗条纹间距)xeq f(l,d)，红光波长大于蓝光波长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝

15、光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4分别对应于紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B项正确。2(多选)(光的偏振)奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度，这一角度称为“旋光度”，的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间。以下说法中正确的是()

16、自然光源偏振片 被测样品 偏振片A到达O处光的强度会明显减弱B到达O处光的强度不会明显减弱C将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于D将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于ACD因为A、B的透振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后变成偏振光，通过B后到O处。当在A、B间加上糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，使通过B到达O处的光的强度不是最大，但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即糖溶液的旋光度。若偏振片B不动而将A

17、旋转一个角度，再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A转过的角度也为，故A、C、D三项正确。 电磁振荡电磁波相对论1对麦克斯韦电磁场理论的理解2电磁波的四大特点(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。(2)在真空中电磁波的传播速度为3108 m(3)vf对电磁波同样适用。(4)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。3电磁波谱的特性及应用电磁波谱特性应用递变规律无线电波容易发生衍射通信和广播红外线热效应红外线遥感可见光引起视觉照明等紫外线荧光效应，能杀菌灭菌消毒、防伪X射线穿透能力强医用透视、安检射线穿透能力很强工业探伤、医用治疗4狭义相对论(1)狭义相对论的两个基本假设狭义

18、相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。(2)狭义相对论的质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：Emc2。(3)狭义相对论的三个有用的结论：运动的时钟变慢了。运动的尺子长度缩短了。运动的物体质量增大了。题组突破1(电磁振荡)近场通信是一种短距高频的无线电技术，其主要结构就是线圈和电容器组成的类似LC振荡电路的并联谐振电路，其终端有主动、被动和双向三种模式，最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等，刷卡时，电路发生电谐振，给电容器充电，达到一定电压后，在读卡设备发出的射频场中响应，被读或写入信息。下列说法正确的是()ALC电路的电容器在充电时，电流增大B如果增大LC电路中电容器两极板间距离，振荡周期将增大CLC电路中，电容器充电时，线圈中自感电动势增大D电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振CLC电路的电容器在充电时，电流减小，故A错误；