2025高考物理总复习光的干涉、衍射和偏振　电磁波　相对论

第2讲光的干涉、衍射和偏振电磁波相对论高考总复习2025考点一光的干涉现象的理解及应用强基础•固本增分光的干涉1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被

,出现亮纹,某些区域的光被

,出现暗纹,且亮暗条纹互相间隔的现象叫作光的干涉现象。

2.条件:两列光的

、相位差恒定、振动方向相同,才能产生稳定的干涉现象。

加强

减弱频率相同4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)

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。

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_______

的相干光,屏上某点到双缝的路程差是

,该点出现亮条纹;路程差是半波长的

,该点出现暗条纹。相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝距离l的关系为

。

相同半波长的偶数倍奇数倍前后表面√√×√提示

灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成。如果用白光做实验,肥皂膜上会出现彩色水平条纹。研考点•精准突破1.光的双缝干涉现象(1)亮、暗条纹的判断方法①如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)时,光屏上出现亮条纹。②光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…)时,光屏上出现暗条纹。(2)相邻两条亮(或暗)条纹的中心间距:Δx=,其中l是双缝到光屏的距离,d是双缝间的距离,λ是光波的波长。2.薄膜干涉(1)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)亮、暗条纹的判断①在P1、P2处,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=0,1,2,…),薄膜上出现亮条纹。②在Q处,两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍,即Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…),薄膜上出现暗条纹。(3)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;若被检平面不平整,则干涉条纹发生弯曲。考向一

双缝干涉典题1(多选)(2024七省适应性测试黑龙江、吉林物理)波长不同的a、b两束单色平行光分别照射到同一双缝干涉装置上,在屏上得到的干涉条纹如图所示。下列说法正确的是(

)A.在真空中,a光的波长比b光的长B.在真空中,a光的传播速度比b光的小C.若只减小双缝到屏的距离,两单色平行光产生的条纹间距均变小D.两单色平行光分别照射同一单缝衍射装置,若只减小缝宽,两单色平行光产生的中央亮纹宽度均变小AC解析

根据

和在屏上得到的干涉条纹可知,a光对应的条纹间距大于b光对应的条纹间距,则在真空中,a光的波长比b光的长,a光的传播速度与b光的传播速度相等,均为c,故A正确,B错误;根据

可知,若只减小双缝到屏的距离,则两单色平行光产生的条纹间距均变小,故C正确;两单色平行光分别照射同一单缝衍射装置,若只减小缝宽,则两单色平行光产生的中央亮纹宽度均变大,故D错误。典题2(2024山东青岛模拟)如图所示,利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果,下列说法正确的是(

)A.光屏上的条纹关于平面镜M上下对称B.相邻亮条纹的间距为C.若将平面镜向右移动一些,相邻亮条纹间距不变D.若将平面镜向右移动一些,亮条纹数量保持不变C解析

根据双缝干涉原理,当光程差为波长的整数倍时出现亮条纹,当光程差为半波长的奇数倍时出现暗条纹,可知,光屏上的条纹与镜面平行,并非关于平面镜M上下对称,故A错误;根据双缝干涉相邻亮条纹之间的距离公式Δx=λ,其中d=2a,L=b+c,所以相邻两条亮条纹之间的距离为Δx=,故B错误;若将平面镜向右移动一些,不影响光源的像的位置和L的大小,相邻亮条纹间距不变,故C正确;若将平面镜向右移动一些,射到平面镜边缘的两条光线射到屏上的位置向下移动,宽度减小,而条纹间距不变,亮条纹数量减少,故D错误。考向二

薄膜干涉典题3(2023山东卷)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A解析

由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数,因此温度升高时,劈形空气层的厚度变大,条纹间水平距离差减小,条纹向左移动,选项B、C、D错误,A正确。易错提醒研究干涉现象时的三点注意(1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样,光的干涉是有条件的。(2)单色光形成明暗相间的干涉条纹,白光形成彩色条纹。(3)双缝干涉条纹间距:Δx=,其中l是双缝到光屏的距离,d是双缝间的距离,λ是入射光波的波长。考点二光的衍射和偏振现象强基础•固本增分一、光的衍射1.发生明显衍射的条件:在障碍物或狭缝的尺寸

的时候,衍射现象十分明显。

衍射明显,不是衍射条件2.衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较衍射类型单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹,两侧为

的条纹,且越靠外,亮条纹的亮度

,宽度

中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着

的同心圆环,且越靠外,圆形亮条纹的亮度越

,宽度越

;相邻亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而

足够小明暗相间越低越窄明暗相间低窄减小衍射类型单缝衍射圆孔衍射白光中央为亮且宽的白色条纹,两侧为亮度

、宽度

的彩色条纹,其中最靠近中央的色光是紫光,离中央最远的是红光

中央是大且亮的白色亮斑,周围是不等间距的彩色的

(2)泊松亮斑(圆盘衍射):当光照到

(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时,在圆盘的阴影中心出现

,在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。

逐渐变低逐渐变窄同心圆环不透明亮斑二、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×√√×D提示

由于可见光的波长在1×10-6

m左右,如果用衍射光栅测量波长,狭缝间距越接近波长,衍射现象越明显,测量波长越准确。故选D。研考点•精准突破1.对光的衍射的理解(1)干涉和衍射是波的特征。光遇到任何障碍物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。2.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。考向一

光的衍射典题4(2023山东潍坊模拟)关于下列图片所示的现象或解释,说法正确的是(

)A.甲图中光学镜头上的增透膜利用的是光的衍射现象B.乙图为单缝衍射,若仅减弱单色光的强度,中央亮条纹变窄C.丙图中的“泊松亮斑”,是小圆孔衍射形成的图样D.丁图是利用偏振眼镜观看立体电影,说明光是横波D解析

甲图中光学镜头上的增透膜利用的是光的干涉现象,选项A错误;乙图为单缝衍射,若仅减弱单色光的强度,因波长不变,则中央亮条纹宽度不变,选项B错误;丙图中的“泊松亮斑”,是小圆板衍射形成的图样,选项C错误;丁图是利用偏振眼镜观看立体电影,说明光是横波,选项D正确。考向二

光的偏振典题5(2024江苏南通统考模拟)透过偏振片观察手机屏幕上的字。随着偏振片的转动,画面出现明、暗交替的变化,则(

)A.人看到的光是偏振光,光的振动方向与传播方向垂直B.人看到的光是偏振光,光的振动方向与传播方向平行C.人看到的光是自然光,光的振动方向与传播方向垂直D.人看到的光是自然光,光的振动方向与传播方向平行A解析

随着偏振片的转动,画面出现明、暗交替的变化,说明人看到的光是偏振光,偏振光的振动方向与传播方向垂直,故A正确,B、C、D错误。考点三电磁振荡电磁场和电磁波相对论时空观强基础•固本增分一、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地传播,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

。

(4)v=λf,f是电磁波的频率。电场磁场

电磁波介质相等小3.电磁波的发射

开放高频振荡振幅频率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。

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作

。能够调谐的接收电路叫作

电路。

(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程,叫作

。解调是

的逆过程,也叫作检波。

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作电磁波谱。

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。

相同最强调谐调谐解调调制频率波长可见光二、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

关系。

相同相同没有2.相对论时空观(1)时间延缓效应: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运动的时间间隔为Δτ,地面上的人观察到该物体完成这个动作的时间间隔为Δt,那么两者之间的关系是

。

(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

。

×√研考点•精准突破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。电磁波的电场方向、磁场方向、传播方向三者两两垂直,如图所示。(2)电磁波与机械波的比较

比较项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)的振动产生波速在真空中等于光速c=3×108m/s,在介质中与频率有关与介质有关,与频率无关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3.对狭义相对论的理解(1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系叫作惯性系。相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。(2)光速的大小与选取的参考系无关。(3)运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体的运动状态有关。4.相对论质能关系用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=mc2。考向一

电磁振荡典题6(2023河北模拟)某时刻LC振荡电路所处的状态如图所示,则该时刻(

)A.振荡电流i在增大B.电容器上的电荷量增多C.磁场能正在向电场能转化D.电流的变化率增大A解析

图示时刻电流流向负极板,即负极板失去电子,可知,极板所带电荷量减小,即电容器在放电,振荡电流增大,A正确;根据上述可知,电容器处于放电状态,电容器上的电荷量减小,B错误;根据上述,电容器处于放电状态,电场能正在向磁场能转化,C错误;根据上述,电容器处于放电状态,电流增大,但电流增大得越来越慢,即电流变化率减小,D错误。考向二

电磁波典题7(2024广东惠州统考一模)使用蓝牙耳机接听手机来电,信号传输示意如图所示,以下说法正确的是(

)A.蓝牙通信的电磁波是可见光B.在同种介质中,蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短C.两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉D.蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速B解析

蓝牙通信的电磁波是无线电波,不是可见光,故A错误;在同种介质中,蓝牙通信的电磁波频率高于手机通信的电磁波频率,所以蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短,故B正确;两束蓝牙通信的电磁波若频率相同,相位差恒定,就会发生干涉,故C错误;蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度等于光速,故D错误。考向三

无线电发射和接收典题8(2023湖南邵阳模拟)我们可以通过移动电话上网购物、玩游戏、查资料等等,给我们的生活带来了便捷与欢乐。有关移动电话的下列说法错误的是(

)A.移动电话既能发射电磁波,也能接收电磁波B.移动电话只能发射电磁波,不能接收电磁波C.移动电话不仅能利用电磁波传递声音,也能传递图像D.在加油站禁止使用移动电话打电话B解析

移