2024届高考物理复习讲义：第2讲 光的波动性 电磁波 相对论

第2讲光的波动性电磁波相对论

学习目标1.知道双缝干涉和薄膜干涉，知道形成明暗条纹的条件。2.知道光的

衍射、偏振现象。3.知道电磁波的形成和特点，知道相对论的基本内容。

夯实

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，出现亮条纹，某些区域相

互减弱，出现喳条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。

2.条件：两束光的频率也回、相位差恒定。

3.双缝干涉

⑴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，中央为臼色亮条纹,其余为彩色条纹。

(2)条纹间距：其中/是双缝到屏的距离，d是双缝间的距离。

二、光的衍射

发生明显衍射的条件：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候,衍射现象十分明显。

三、光的偏振

1.自然光：包含着在垂直于传播方向上沿•切方向振动的光,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，只沿着某个特定的方向振动的光。

3.偏振光的形成

⑴让自然光通过偏振片形成偏振光。

(2)让自然光在两种介质的界面.发生反射和折射,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横波。

四、电磁波与相对论

1.麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。

2.电磁波及其传播

(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成电磁波。电磁波是樵波。

(2)电磁波的传播不需要介质,在真空中不同频率的电磁波的传播速度都等于比

速。但在同一介质中，不同频率的电磁波的传播速度是丕回的，频率越高，波速

越小。

(3)波速公式：/是电磁波的频率。

3.电磁波的发射与接收

(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行酗

(两种方式：调幅、调频)。

(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出

来。调幅波的解调也叫捡遮。

4.电磁波谱

按照电磁波的频茎或遐氐的大小顺序把它们排列成的谱。按波长由长到短排列的

电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光,紫外线、X射线、Y射线。

5.狭义相对论

(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，一切物理规律都是蛔的。

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根回的，光速与光源、

观测者间的相对运动没有关系。

(2)相对论的质速关系

①物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度。运动时的质量m与郸止

时的质量的之间有如下关系，〃=®

②物体运动时的质量m总要大于静止时的质量〃加

研透核心考点

考点一光的干涉现象

1.双缝干涉

(1)条纹间距公式

%，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大，如图所示,

相干光源Si、S2发出的光到屏上尸点的路程差为△r=9—八

(2)亮、暗条纹的判断方法

A

当=0,1,2,…)时,光屏上P，处出现亮条纹;当△/=(2〃+1);(〃=0,

1,2,…)时，光屏上P处出现暗条纹。

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A4和后表面B9分别反射回来，形成两列频率相同的

光波，并且叠加。

⑵亮、暗条纹的判断方法

两个表面反射回来的两列光波的路程差△入等于薄膜厚度的2倍，在P、02处,

光在薄膜中的波长为3Ar=,d(n=l,2,3…)，薄膜上出现亮条纹，在0处,

Ar=(2n+l)^(n=0,1..2,3…)，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。

单色光！:标准样板

薄片

被检笠平面

角度n双缝干涉

例1(2021•福建卷，2)在图1所示的双缝干涉实验中，光源S到缝Si、S2距离相

解析波长为2的光在玻璃片中的传播速度。通过102的距离，光传播的

时间差一四=",选项A正确。

CC（

角度薄膜干涉

例2（多选）（2（）21・6月浙江选考）肥皂膜的干涉条纹如图3所示，条纹间距上而宽、

下面窄。下列说法正确的是（）

S3

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°

答案AB

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；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，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9（）。，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9（）。，D错误。

跟踪训练

2.（2023•山东潍坊高三期末）如图4所示，两块标准平面玻璃板形成一个劈形空间，

内部为空气时，用单色光垂直照射玻璃板上表面，产生等间距的明暗相间的干涉

条纹。若在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间距将（）

图4

A.变小B.变大

C.不变D.无法确定

答案A

解析从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Ax=2d,

即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差盘=以时此处表现为亮条纹，故相邻

1里

亮条纹之间的空气层的厚度差为点，相邻亮条纹之间的距离。=；^万=五宗,

Ltan(7zianv

同理加入水后△"=王为，由于〃>1,在劈形空间内充满水，则相邻的条纹间

Znianu

距将变小，故A正确。

考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。

⑵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

不条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

同条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距

点亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射

相同点

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

⑴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

在垂直于光的传播方向的平面

光的振动在垂直于光的传播方向的平面内，

内，光沿任意方向振动，且沿各

方向光沿特定方向振动

个方向振动的光的强度相同

⑵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5甲所示的实验装置研究光的干涉与

衍射现象，狭缝S、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（）

乙丙

图5

A.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，图内中亮条纹宽度增大

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3、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,

。点处一定是暗条纹

答案ACD

解析题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通

过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹

越宽，遮住一条狭缝，另一狭缓宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽

度减小，故B错误；根据条纹间距公式1=夕可知照射两条狭缝时，增加L,

其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距漕大，故C正确；照射两条狭

缝时，若光从狭健S、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，故D正确。

跟踪训练

3.（多选）抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图6所示，激光束越过细

丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄舞规律相同。观察光束经过细丝

后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是（）

A.这里应用的是光的衍射现象

B.这里应用的是光的干涉现象

C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗

D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细

答案AD

解析由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象，当抽制的丝

变细的时候，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距变宽，A、D正确。

4.（多选）光的偏振现象说明光是横波。下列现象能反映光的偏振特性及其应用的

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.一束自然光入射到法种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰

好是90。时，反射光是偏振光

c.日落时分，拍摄水面卜.的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使图像更

清晰

D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹

答案ABC

解析在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项

A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象。

故A、B、C正确，D错误。

考点三电磁振荡与电磁波相对论

1.对麦克斯韦电磁场理论的理解

场

恒定电

场产生

化的磁

变化的均匀变

麦磁场产

生变化

脆场产

变化的

非均匀

克生电场

场

斯的电

韦

同频

产生

破场

振荡的

电周期性

电场

荡的

磁率振

场

场

恒定磁

场产生

化的电

理均匀变

论变化的

化

生变

1场产

化的4

匀变

非均

电场产

场

的磁

生磁场

同频

产生

电场

振荡的

周期性

磁场

荡的

率振

荡电路

LC振

2.

。

期性

和周

称性

有对

程具

作过

路工

LC电

过程

个物理

（1）两

板。

负极

流向

极板

从正

可流

能，

磁场

化为

能转

电场

程：

电过

①放

板。

正极

流向

极板

从负

旦流

能，

电场

化为

能转

磁场

程：

电过

②充

状态

个特殊

（2）两

）。

（为零

最小

磁场能

最大，

电场能

毕，

化完