第4讲　光的波动性 电磁波 相对论

第4讲光的波动性电磁波相对论一、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______的现象。2．条件：(1)两束光的频率_______；(2)相位差______。3．双缝干涉(1)图样特点①单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；②白光照射时，中央为________条纹，其余为______条纹。亮暗间隔相同恒定白色亮彩色前后表面相同相差不多还小2．三类常见衍射现象三、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。一切方向特定四、电磁波1．麦克斯韦电磁场理论微点判断

(1)光的颜色取决于折射率。

(

)(2)只有频率相同的两列光波才可能产生干涉。

()(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。

()(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。

(

)(5)自然光是偏振光。

(

)(6)无线电波不能发生干涉和衍射现象。

(

)(7)波长不同的电磁波在本质上完全不同。

(

)(8)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。

(

)×√××××××(一)光的干涉现象研清微点1

光的双缝干涉的理解1．(2022·浙江6月选考)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是

(

)A．用复色光投射就看不到条纹B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大答案：B研清微点2

双缝干涉中亮、暗条纹的判断2．在如图所示的双缝干涉实验中，使用波长λ为600nm的橙色

光照射，在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点到

S1、S2的路程差恰为λ，现改用波长为400nm的紫光照射，则

(

)A．P0和P都呈现亮条纹B．P0为亮条纹，P为暗条纹C．P0为暗条纹，P为亮条纹D．P0和P都呈现暗条纹答案：B

答案：D研清微点3

薄膜干涉的理解及应用4．

(2021·浙江6月选考)(多选)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90°解析：肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，肥皂膜从形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，D错误。答案：AB

5．(2021·山东等级考)

用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗

相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化

图像，可能正确的是

(

)解析：根据薄膜干涉的形成规律，若薄膜厚度d均匀变化时，会产生等间距的明暗相间的条纹，现在条纹间距不等，说明薄膜厚度d不是线性变化的，

故A、B错误；由于条纹间距变大，说明薄膜厚度d的变化趋缓，反映到d-x图像中即图像的斜率减小，故C错误，D正确。答案：D一点一过薄膜干涉的理解和应用(1)形成：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。(二)光的衍射、偏振现象研清微点1

衍射现象的理解1．(多选)关于衍射，下列说法正确的是

(

)A．光的衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B．双缝干涉中也存在衍射现象C．一切波都很容易发生明显的衍射现象D．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实解析：光的衍射图样是光波的叠加现象，双缝干涉中光通过三个狭缝时均发生衍射现象，一般来说既有干涉又有衍射，A、B正确。一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件，C、D错误。答案：AB

一点一过对光的衍射的理解(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，光才可以看作是沿直线传播的。研清微点2干涉、衍射图样的比较2．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(

)A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄

D．蓝黄红紫答案：B一点一过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研清微点3光的偏振3．(2022·北京高考)下列现象能说明光是横波的是

(

)A．光的衍射现象

B．光的折射现象C．光的偏振现象

D．光的干涉现象解析：光的偏振现象能说明光是横波。故选C。答案：C

4．(选自鲁科版新教材)(多选)光的偏振现象说明光是横波。下列现象中，能反映光的偏振特性的是

(

)A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B．一束自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可使成像更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹解析：自然光通过偏振片成为偏振光，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化，A正确；自然光射到光滑非金属表面时，反射光和折射光都是偏振光，B正确；日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片，可以把反射的偏振光过滤，使成像更清晰，C正确；通过手指间的缝隙观察日光灯，看到的彩色条纹是光的衍射现象，D错误。答案：ABC5．如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏N上光的亮度变化情况，下列说法正确的是

(

)A．光屏N上光的亮度保持不变B．光屏N上只有一条亮线随偏振片转动而转动C．光屏N上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线D．光屏N上光的亮度会时亮时暗解析：太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏N上没有亮度，则光屏N上光的亮度从亮到暗，再由暗到亮，所以光屏N上光的亮度会时亮时暗，故A、B错误，D正确；光屏N上不可能有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线，故C错误。答案：D一点一过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，光振动沿任意方向，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，光振动沿特定方向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。(三)电磁波的特性和应用[题点全练通]1．[电磁波的理解](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：电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确；

周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波的传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项C正确；电磁波可以通过光缆传输，选项D错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项E错误。答案：ABC2．[电磁波的特性]

我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10m范围内，则对该无线电波的判断正确的是

(

)A．米波的频率比厘米波频率高B．和机械波一样须靠介质传播C．同光波一样会发生反射现象D．不可能产生干涉和衍射现象答案：C3．[电磁波的应用](1)(2020·江苏高考)(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有

(

)A．杀菌用的紫外灯B．拍胸片的X光机C．治疗咽喉炎的超声波雾化器D．检查血流情况的“彩超”机解析：紫外线和X光从本质上说是电磁波，A、B正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D错误。答案：AB(2)(多选)下列说法中正确的是

(

)A．用X光扫描肺部诊断病情，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃的反射光C．泊松亮斑是光通过圆孔发生衍射时形成的D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关解析：医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，γ射线穿透能力最强，A错误；玻璃表面的反射光是偏振光，拍摄玻璃橱窗内的物品时，加偏振片的作用是减弱玻璃表面的反射光的强度，B正确；泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的，C错误；一切物体都在辐射红外线，红外线属于电磁波，这种辐射与物体的温度有关，D正确。答案：BD

[要点自悟明]1．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3×108m/s。(3)v＝λf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。2．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γ射线穿透能力很强工业探伤、医用治疗(四)狭义相对论[题点全练通]1．[狭义相对论的理解](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解析：相对论告诉我们，运动的钟会变慢，由于飞船上的人相对飞船上的钟是静止的，而观测到地球上的钟是高速运动