第2讲光的波动性相对论

第2讲光的波动性相对论学习目标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.知道相对论的两个基本假设和两个时空观的结论。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间隔的现象。2.条件：两列光的频率________、相位差恒定、振动方向相同。3.双缝干涉(1)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。(2)条纹间距：Δx＝________，其中L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现象的条件：当障碍物尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长时，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____________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，具有________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。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：在所有的惯性参考系中，一切物理规律都是________的。(2)光速不变原理：在所有的惯性参考系中，测得的真空中的光速都相同。2.相对论时空观的两个结论(1)时间延缓效应不同惯性参考系中，两个事件之间的时间间隔是不同的，Δt′＝________。(2)长度收缩效应当物体相对于观测者运动时，在运动方向上，观测者测量到该物体的长度要缩短，而垂直于运动方向的长度不会发生变化，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。()2.(2023·北京卷，2)阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的()A.偏振现象 B.衍射现象C.干涉现象 D.全反射现象3.下列有关光学现象说法中正确的是()A.甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光线会聚而形成的B.乙中将双缝干涉实验中的双缝间距调小，则干涉条纹间距变小C.丙中用加有偏振滤光片的相机拍照，可以拍摄清楚汽车内部的情景D.丁中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象考点一光的干涉现象1.双缝干涉(1)条纹间距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。(2)明、暗条纹的判断方法图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′处出现明条纹；当Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝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2(2)明、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Δr，等于薄膜厚度的2倍，在P1、P2处，光在薄膜中的波长为λ，Δr＝kλ(k＝1，2，3…)，薄膜上出现明条纹；在Q处，Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝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3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。图3角度双缝干涉例1在图4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()图4A.第2条亮条纹 B.第3条亮条纹C.第2条暗条纹 D.第3条暗条纹听课笔记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5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()图5A.eq\f(1,3)倍 B.eq\f(1,2)倍C.2倍 D.3倍角度薄膜干涉例2如图6所示，关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是()图6A.如图甲所示，竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，形成明暗相间的竖直条纹B.如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的eq\f(1,2)C.如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹下的D.如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的圆环状条纹听课笔记2.(2023·山东卷，5)如图7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()图7A.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。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8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()图8A.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点处一定是暗条纹例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.一束自然光入射到两种介质的分界面上，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，拍摄水面下的景物，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考点三几何光学与物理光学的综合例6(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光的小听课笔记