2026版创新设计高考一轮复习物理第2讲　光的波动性　相对论

第2讲光的波动性相对论第十三章光学1.知道双缝干涉和薄膜干涉，知道形成亮暗条纹的条件。2.知道光的衍射、偏振现象。3.知道相对论的两个基本假设和两个时空观的结论。学习目标目

录CONTENTS夯实必备知识01研透核心考点02提升素养能力03夯实必备知识1一、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。2.条件:两束光的频率______、相位差恒定。亮暗相同

白色彩色二、光的衍射

发生明显衍射现象的条件:在障碍物或狭缝的尺寸________的时候，衍射现象十分明显。足够小三、光的偏振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 (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.光的偏振现象说明光是一种____波。一切方向特定偏振片折射横四、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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。相同相同2.相对论时空观的两个结论 (1)时间延缓效应

如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作

的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt=__________________。 (2)长度收缩效应

如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得

杆长是l，那么两者之间的关系是l＝_________________。

1.思考判断√(1)光的颜色由光的频率决定。()(2)频率不同的两列光波不能发生干涉。()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。()(4)在双缝干涉实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同。()(5)阳光下茂密的树林中，地面上的圆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)光遇到障碍物时都能产生衍射现象。()(8)自然光是偏振光。()√×√×√√×AB2.(多选)以下四图均来自人教版选择性必修第一册:图甲(P95)、图乙(P100)、图丙(P106)、图丁(P108)。下列说法正确的是(

)A.图甲中的肥皂膜呈现彩色条纹是光的干涉现象B.图乙中用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了薄膜干涉现象C.图丙中泊松亮斑是光的偏振现象D.图丁中的立体电影利用了光的衍射现象A3.利用图示的装置，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是(

)A.甲对应单缝，乙对应双缝B.甲对应双缝，乙对应单缝C.都是单缝，甲对应的缝宽较大D.都是双缝，甲对应的双缝间距较大研透核心考点2考点二光的衍射和偏振现象相对论考点一光的干涉现象考点三几何光学与物理光学的综合应用考点一光的干涉现象

2.薄膜干涉 (1)形成原因

如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。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白光:薄膜上出现水平彩色条纹。(3)应用①增透膜。②检查平面的平整度，如图所示。角度双缝干涉

例1

(多选)(2024·广西卷，9)如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，a≪l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。下列说法正确的是(

)AD

衔接教材

(人教版选择性必修第一册教材P115“复习与提高”B组T4)1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源。S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源S到平面镜的距离和到光屏的距离分别为a和l，光的波长为λ。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。衔接分析教材中该题与广西高考题都结合平面镜成像原理考查光的双缝干涉实验，并利用类比思想写出相邻两条亮纹(或暗纹)的表达式，高考题又通过改变实验条件，即将装置完全浸入溶液中，拓展创新情景，提高了思维能力的考查。跟踪训练1.(2023·江苏卷，6)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的(

)B

2.如图所示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹。当改用波长为600nm的光实验时，P处将呈现(

)AA.第2条亮条纹 B.第3条亮条纹 C.第2条暗条纹 D.第3条暗条纹

角度薄膜干涉

例2

如图所示，关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是(

)C

3.(2024·山东卷，4)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(

)跟踪训练CA.滚珠b、c均合格

B.滚珠b、c均不合格C.滚珠b合格，滚珠c不合格

D.滚珠b不合格，滚珠c合格解析

单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃的下表面与下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃间距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的不相等，即滚珠c不合格，C正确。考点二光的衍射和偏振现象相对论1.对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显。光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。2.单缝衍射与双缝干涉的比较

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等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加;干涉、衍射都有明暗相间的条纹本质光波叠加的结果;光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果3.光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，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，光沿特定方向振动(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、消除车灯眩光等。例3

(多选)(2022·山东卷，10)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(

)ACDA.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹

C例4

(2024·江苏卷，2)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到(

) A.两镜片都变亮

B.两镜片都变暗 C.两镜片没有任何变化

D.左镜片变暗，右镜片变亮D解析

立体眼镜的左、右两镜片为透振方向相互垂直的偏振片，开始时左镜片明亮、右镜片暗，则手机液晶屏幕发出的光的振动方向与左镜片的透振方向一致，手机屏幕旋转90°，其屏幕发出的光的振动方向与右镜片的透振方向一致，则左镜片变暗，右镜片变亮，D正确。例5(多选)接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有(

) A.飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 C.地球上的人观测到地球上的钟较快 D.地球上的人观测到地球上的钟较慢AC解析

根据相对论，运动的时钟变慢，这是一种观测效应。结合运动的相对性，可知飞船上的人观测到地球上的钟较慢，认为飞船上的钟较快。地球上的人观测到飞船上的钟较慢，认为地球上的钟较快，故A、C正确。

考点三几何光学与物理光学的综合应用例6

(多选)如图所示为一束太阳光射到截面为六边形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是(

)A.在冰晶中，a光的传播速度较小B.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹中心间距较大C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小D.用同一装置做单缝衍射实验，a光的中央亮条纹更宽BD

跟踪训练4.(2023·重庆卷，5)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则(

) A.在空气中传播时，a光的波长比b光的大 B.在水中传播时，a光的速度比b光的大 C.在水中传播时，a光的频率比b光的小 D.由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小D

提升素养能力3A级基础对点练C对点练1

光的干涉现象1.(2025·八省联考内蒙古卷，2)增透膜被广泛应用于各种光学透镜。如图所示，入射光1以接近法线方向入射镀膜镜片，反射光2和3在P处相干减弱，则2和3在P处的光振动图像可能为(

)解析

由题图可知2和3两束光传播方向相同，在P处相干减弱，所以两束光在P处是波谷与波峰相遇，故C正确。A2.(2024·黑吉辽卷，4)某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是(

)A.换用更粗的头发丝

B.换用红色激光照双缝C.增大纸板与墙面的距离

D.减小光源与纸板的距离

D3.关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是(

)A.四个实验产生的条纹均为干涉条纹B.甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹C.丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D.丁实验中，适当减小单缝的宽度，中央条纹会变宽

D4.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(

)

A5.(2023·山东卷，5)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图，G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是(

)A.劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B.劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C.劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动解析

由题意知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G增加的高度大于C增加的高度，所以标准平面石英板被顶起，劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动，故A正确。AD对点练2

光的衍射和偏振现象

相对论6.(多选)(2025·河北省联考)如图甲所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC;一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的Ⅰ、Ⅱ两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是(

)A.Ⅰ光的波长比Ⅱ光的长B.Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的小C.图乙中a是Ⅱ光的干涉图样D.图乙中c是Ⅰ光的衍射图样

ACD对点练3

几何光学与物理光学的综合应用7.(多选)如图所示，两束单色光a、b从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光c。则下列说法正确的是(

)A.用同一双缝干涉实验装置分别用a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距B.用a、b光分别做双缝干涉实验时它们的干涉条纹宽度都是不均匀的C.在水中a光的临界角大于b光的临界角D.若a光与b光以相同入射角从水中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是b光

D8.如图所示，一束含有两种频率的复色光斜射向一块厚玻璃砖，玻璃砖的另一面涂有水银，光线经折射、反射、再折射后从玻璃砖入射面一侧射出，分成了两束单色光a和b，则下列说法正确的是(

)A.a、b两束出射光不会是平行的B.用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小