光的干涉衍射偏振-电磁波与相对论

光的波动性电磁波和相对论机械振动与机械波光

电磁波与相对论一、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____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。 (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________条纹，其余为______条纹。亮暗相同白色亮彩色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__________，甚至比光的波长______的时候，衍射现象才会明显。相差不多还小3.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BC 【自测1】

(多选)下列属于光的干涉现象的是(

)解析

图A属于单缝衍射，图B属于薄膜干涉，图C属于薄膜干涉，图D属于白光的色散，故属于光的干涉现象的是B、C。二、电磁波和相对论1.电磁场、电磁波、电磁波谱 (1)麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场能够在周围空间产生______，变化的电场能够在周围空间产生______。 (2)电磁波

①电磁场在空间由近及远的传播，形成________。

②电磁波的传播不需要______，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度______

(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____。

④v＝λf，f是电磁波的频率。磁场电场电磁波介质相同小(3)电磁波的发射①发射条件：______电路和__________信号，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______随信号的强弱而变。b.调频：使高频电磁波的______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______时，激起的振荡电流______，这就是电谐振现象。开放高频振荡振幅频率相等最强②使接收电路产生电谐振的过程叫做______，能够调谐的接收电路叫做______电路。③从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做______。检波是______的逆过程，也叫做______。(5)电磁波谱：按照电磁波的______或______的大小顺序把它们排列成谱叫做电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、________、紫外线、X射线、γ射线。调谐检波调制解调频率波长可见光调谐2.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)质速关系相同①物体的质量随物体速度的增加而______，物体以速度v运动时的增大②物体运动时的质量总要______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E＝______。大于mc2【自测2】

关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是(

) A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同 D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同解析电磁波可以传递信息，如电视信号；声波也可以传递信息，如人说话，故A错误；手机用电磁波传递信息，人说话发出声波，故B正确；太阳光中的可见光是电磁波，在真空中的传播速度约为3×108m/s，“B超”中的超声波是声波，常温下，在空气中的速度大约为340m/s，故C错误；遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线频率不同，波速相同，根据c＝λf可知波长不同，故D错误。B D A.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的B.狭义相对论认为在一切惯性参考系中，光在真空中的速度都等于c，与光源的运动无关C.狭义相对论只涉及无加速运动的惯性参考系D.狭义相对论在任何情况下都适用研透命题点命题点二光的衍射和偏振现象命题点一光的干涉现象命题点三电磁波与相对论命题点一光的干涉现象1.双缝干涉图1如图1所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹。2.薄膜干涉(1)形成原因：如图2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。图2ABE 类型1光的双缝干涉【例1】

(多选)如图3所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处在P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心。已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为d，双缝到屏的距离为l，若整个装置处于真空中，则下列说法正确的是(

)图3由题意可知，屏上P点和P0点之间能观察到三条暗条纹，选项C错误；类型2光的薄膜干涉【例2】

(多选)(2020·江西九江市第二次模拟)图4甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其平面的物体，C为入射光，图乙和图丙分别为两次观察到的干涉条纹，下列说法正确的是(

)图4A.入射光C应采用单色光B.图示条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的C.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹D.若所观察的条纹是图乙，被检查表面上有洞状凹陷E.若所观察的条纹是图丙，被检查表面上有沟状凹陷ABE 解析

入射光C应采用单色光，波长一定，不会出现干涉条纹重合，故A正确；薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生，故B正确；当A、B之间某处上下反射光的光程差为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗亮条纹，故C错误；薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相等，亮条纹右偏说明被检查表面上有凸起，故D错误；图丙中亮条纹左偏说明被检查表面上有沟状凹陷，故E正确。【变式1】

(多选)如图5所示，在观察薄膜干涉现象时，把铁丝圈P在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜、在酒精灯火焰上撒食盐，用肥皂液膜观察灯焰S的像，下列说法正确的是(

)图5A.在酒精灯上撒一些食盐、目的是为了灯焰能发出的光更亮B.实验时应观察液膜反射酒精灯的光，使我们看到灯焰的像C.实验时应在另一侧透过液膜观察火焰，来观察薄膜干涉现象D.用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的E.波长越长的光，条纹越宽BDE 解析

在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光，所以目的是为了灯焰能发出明亮的黄光，故A错误；用酒精灯的黄光照射竖直放置的液膜，液膜反射的光使我们看到灯焰的像，故B正确；当黄色的光线照射到肥皂膜上时从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光，这两列光的频率相同，产生干涉现象，所以实验时应在酒精灯一侧来观察薄膜干涉现象，故C错误；发生薄膜干涉时，相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距与入射光在膜中的波长有关，所以用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是不一样的，故D正确；波长越长，条纹间距越大，条纹越宽，E正确。命题点二光的衍射和偏振现象1.对光的衍射的理解(1)波长越长，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，光才可以看做是沿直线传播的。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3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理。都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。4.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偏振片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。BCE 【例3】

(多选)(2020·云南昆明市“三诊一模”摸底诊断)下列说法正确的是(

)A.天空中看到的彩虹是光的干涉现象形成的B.偏振现象说明光是一种横波C.光从空气射入水中时，光的频率保持不变D.光学仪器镜头上的增透膜利用光的衍射原理E.在水中红光比蓝光传播得更快1解析

雨过天晴时，常在天空出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫做光的色散现象，故A错误；偏振是横波特有的现象，所以偏振现象说明光是一种横波，故B正确；根据波传播的特点可知，光从空气射入水中时，光的频率保持不变，故C正确；光学镜头上的增透膜是膜的前后表面反射光出现叠加，利用光的干涉现象，故D错误；【变式2】

(多选)下列说法正确的是(

)A.海市蜃楼是光发生折射的结果B.照相机镜头的增透膜，应用了光的衍射原理C.用双缝干涉实验装置观察白光的干涉现象，中央条纹是红色的D.肥皂膜上看到的彩色条纹是膜的两表面反射光干涉的结果E.红外线比紫外线更容易发生衍射ADE 解析

海市蜃楼是光发生折射的结果，选项A正确；照相机镜头的增透膜，应用了光的干涉原理，不是衍射，选项B错误；用双缝干涉实验装置观察白光的干涉现象，中央条纹是白色的，最边缘是红色的，选项C错误；肥皂膜上看到的彩色条纹是膜的两表面反射光干涉的结果，选项D正确；因红外线比紫外线的波长长，所以红外线比紫外线更容易发生衍射，选项E正确。【变式3】

(多选)下列说法中正确的是(

)A.用光导纤维束传送图象信息，应用到了光的全反射现象B.通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象C.用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象D.肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的衍射现象E.交警可以利用多普勒效应对行驶的汽车进行测速ABE 解析

用光导纤维束传送图象信息，应用到了光的全反射现象，选项A正确；通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项B正确；用三棱镜观察太阳光谱是利用光的折射引起的色散现象，选项C错误；肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的干涉现象，选项D错误；可以利用多普勒效应对行驶的汽车进行测速，选项E正确。命题点三电磁波与相对论1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.对电磁波的理解(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图6所示。图6(2)电磁波与机械波的比较名称项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340m/s)是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能ABC 类型1对电磁波的理解【例4】(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(

) A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失解析

电磁波在真空中传播的速度均为光速，与频率无关，选项A正确；电磁波是变化的电场和变化的磁场互相激发得到的，选项B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，选项C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项E错误。【变式4】

(多选)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较(

)A.红外线的光子能量比紫外线的大B.真空中红外线的波长比紫外线的长C.真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度D.红外线能发生偏振现象，而紫外线不能E.红外体温计是根据人体温度越高，辐射红外线强度越大来测体温的BCE 解析

根据电磁波谱可知，红外线的频率小于紫外线的频率，真空中红外线的波长大于紫外线的波长，由光子能量公式可知，红外线光子能量小于紫外线光子能量，选项A错误，B正确；真空中任何光的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度，选项C正确；由于光是横波，都能够发生偏振现象，所以红外线和紫外线都能够发生偏振现象，选项D错误；红外体温计是根据红外线强度来测体温