选修34第4讲光波动性电磁波相对论

第4讲

光的波动性、电磁波、相对论【考纲解读】1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现亮暗条纹的条件；2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件；3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用；4.了解电磁波和相对论的相关知识．考点O

讲堂梳理自查一、光的干涉1．定义：在两列光波的叠加区域加强，某些区域的光被减弱

，出加现强亮纹减，弱某些区域的光被

，出现暗纹，且

和

互相频间率隔相等的现象叫作光的干涉现象．2．条件：两列光的

，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象．3

．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是

频率相等的相干光波，屏上某点到双缝的路程差是

波长的整数倍处出现亮条纹；路程差是半波长的

奇数倍处出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间Δx＝

lλ距离

Δx

与波长

λ，双缝间距

d

及屏到双缝距离

l

的关系为

d

．4．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)

前后表面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度

相同

．二、光的衍射1．光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫作光的衍射．小2．光发相生差明不显多衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长

，或者跟光波波长

时，光才能发生明紫显的衍射现红象．3．衍射图样：(1)单缝衍射．中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不亮同．白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是

光，最远离中央的是三、光的偏振1．偏振光：在跟光传播方向垂直的平面内，光在某一方向振动较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏横振波光．光的偏振现象证明光是

(填“横波”各或个方“向纵波”)．

强度2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿振动的光，而且沿各个方向振动的光波的

都相同，这种光叫作自然光．四、电磁波的产生1．麦克斯韦电磁场理论：变化电场的磁场产生磁场

，变化的电场产生

．2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．3．电磁波：电磁场不(需电要磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁3.0波×1．08(1)电磁波是横波，在空间传播

介质．(2)真空中电磁波的速度为

m/s.(2)调制分类：调幅和调频．2．电磁波的接收(1)调谐：使接收电路产生

的过程．(2)解调：使声音或图象信号从

中还原出来的过程．五、电磁波的发射与接收1．电磁波的发射频率

开放电路(1)发射条件：足够高的

和

．电谐振高频电流六、相对论的简单知识3．相对论质能关系：即爱因斯坦质能方程为

E＝

.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

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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．m0

1－cv22．相对论的质速关系：m＝

.物体运动时的质量

m

总要大于静止时的质量

m0.mc21．[对光的干涉条件的考查]在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时(

)A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在任何颜色的双缝干涉条纹都不存在

但【解析】两列光波发生干涉的条件之一是频

率相等，利用双缝将一束光分成能够发生叠

加的两束光，在光屏上形成干涉条纹，但分

别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不等，不能发生干涉，因此

屏上不会出现干涉条纹，但仍有红光和绿光

的衍射图样．2．[对衍射图样的考查](多选)在单缝衍射实验中，下列说法中正确的是(

)A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽3．[对自然光与偏振光的考查]对于自然光和偏振光，以下认识中正确的是(

)A．从太阳、蜡烛等普通光源直接发出的光是自然光B．自然光通过一个偏振片后成为偏振光，偏振光再通过一个偏振片后又还原为自然光C．电灯发出的光透过偏振片，旋转偏振片时看到透射光的亮度无变化，说明透射光不是偏振光D．自然光只有在通过偏振片后才能成为偏4．[对麦克斯韦电磁场理论的考查]根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是(

)A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场2

11．杨氏双缝干涉

(1)原理如图所示．(2)明、暗条纹的条件：①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹．a．光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出现明条纹．λb．光的路程差r

－r

＝(2k＋1)2(k＝0,1,2，…)，光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色．d(3)条纹间距公式：Δx＝lλ.考点1

光的干涉例1

在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6

μm，若分别用频率f1＝5.0×1014

Hz和f2＝7.5×1014

Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是

(

)A．单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B．单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C．单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D．单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照【解析】根据已有波的叠加知识，可知与两个狭缝的光的路程差是波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的光的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．据fc

cf1λ＝

可得

λ1＝

＝cf214

m＝0.6×10－6

m＝0.60

μm，λ2＝

＝3×108

3×1085.0×10

7.5×1014

m＝—60.4×10

m＝0.40

μm，即d＝0.60

μm1＝λ

，d＝0.60

μm23

λ2＝2λ2＝3×.由以上分析可知，选项C

正确．练

1

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|r1－r2|应为(

)BA．

c

3c2f

．2ff【答案】DDC．3c

5c．2f1

2λ【解析】出现第3

条暗条纹，说明S

，S

到P

点距离之差为2×(2n－1)＝5

，2λ其中n＝3，而λ＝f，所以1

2c

5c|r

－r

|＝5

＝，因而D

项是正确的．2λ

2f光的干涉弄清的两个重点，一是单色光明暗纹形成的条件，波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹或两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr

等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2，3，…)，薄膜上出现明条纹；d二是双缝干涉图样的相邻两明条纹间距公式Δx＝lλ.考点2

光的衍射1．衍射与干涉的比较两种现象单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹间距相等2．干涉与衍射的本质光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．例2

如图所示，a，b，c，d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是(

)A．a，b是光的干涉图样B．c，d是光的干涉图样C

形成a图样的光的波长比形成b图样光的思路剖析：干涉图样有什么特点？衍射图样有什么特点？【【解答析案】干】涉条A纹是等距离的条纹，因此，a，b

图是干涉图样，c，d

图是衍射图样，故选项A

正确、B

错误；由公式Δx＝lλ

可知，条纹宽的入射光的波长长，d所以a

图样的光的波长比b

图样的光的波长长，故选项C

错误；c

图样的光的波长比d

图样的光的波长长，故选项D

错误．理解光的衍射1．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．2．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，光才可以看作是沿直线传播的．模拟精选·

组合专练热点题组一 光的干涉1．(多选)(2017年荆门月考)如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是()A．人从右侧向左看，可看到彩色条纹B．人从左侧向右看，可看到彩色条纹C．彩色条纹水平排列D．彩色条纹竖直排列【答案】BC【解析】一束白光照射到薄膜上经薄膜两个

界面上反射回来的光再相遇时产生干涉现象，这样当人从左侧向右看时，可以看到彩色条

纹，选项B正确，A错误．由于薄膜从上向下逐渐加厚，在同一水平线上的厚度相同，故彩色条纹是水平排列的，选项C正确，D错误．2．(多选)(2017年沈阳质检)关于光现象及其应用，下列说法正确的是()A．白光只有通过三棱镜的折射，才能产生光的色散现象B．光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象C．光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率大于外套的折射率D．拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头前加装偏振片，该装置利用的是薄膜干涉原理热点题组二 光的衍射、偏振、激光3．(2017年西宁模拟)在观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，根据图样判断障碍物