1、【 精品教育资源文库 】 第 40 讲 光的波动性 电磁波和相对论 考纲要求 考情分析 命题趋势 1.光的干涉、衍射和偏振现象 ( ) 2变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波的形成 ( ) 3电磁波的产生、发射和接收 ( ) 4电磁波谱 ( ) 5狭义相对论的基本假设 ( ) 6相对论质能关系式 ( ) 2017 全国卷 ，34(1) 2017 江苏卷，12B(1) 2016 全国卷 ，34(1) 高考试题可能考查光的干涉和衍射的条件、干涉条纹和衍射条纹的区别、干涉条纹宽度的计算、电磁波的理解、电磁波和机械波的区别；简单考查对狭义相对论的了解 1光的干涉 (1)定义：在两列光波叠加
2、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 _暗 _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 _相同 _、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 _白色亮 _条纹，其余为 _彩色 _条纹 2光的衍射 (1)发生明显衍射的条件 只有当障碍物的尺寸与光的波长 _相差不多 _，甚至比光的波长 _还小 _的时候，衍射现象才 会明显 (2)衍射条纹的特点 单缝衍射：单色光的衍射图样为中间 _宽且亮 _的单色条纹，两侧是 _明暗相间 _的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白
3、条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹 圆孔衍射：明暗相间的 _不等距 _圆环如图所示 【 精品教育资源文库 】 泊松亮斑 (圆盘衍射 )：当光照到 _不透明 _(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 _亮斑 _(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 )如图所示 3光的偏振 (1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿 _一切 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： 让自然光通过 _偏振片 _形成偏振光 让自然光在两种介质的界面发生反
4、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 4电磁波的产生 (1)麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场产生 _电场 _，变化的电场产生 _磁场 _ (2)电磁场 变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完 整的整体，这就是电磁场 (3)电磁波 电磁场 (电磁能量 )由近及远地向周围传播形成电磁波 电磁波是横波，在空间传播 _不需要 _介质； 真空中电磁波的速度为 _3.010 8_m/s； v f 对电磁波 _同样适用 _； 电磁波能产生反射、折射、 _干涉 _和衍射等现象 5电磁波的发射和接收 (1)发射电磁波的条件 要有足够高的
5、_振荡频率 _； 电路必须 _开放 _，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间 (2)调制有 _调幅 _和调频两种方式，解调是调制的逆过程 (3)电磁波 谱 定义：按电磁波的波长从长到短分布是 _无线电波 _、红外线、可见光、紫外线、 X射线和 射线，形成电磁波谱；递变规律：直线传播能力增强，衍射能力减弱 电磁波谱的特性、应用 电磁 特性 应用 【 精品教育资源文库 】 波谱 红外线 _热效应 _ 红外线遥感 紫外线 化学效应、 _荧光效应 _、 能杀菌 医用消毒、防伪 X 射线 贯穿性强 检查、医用透视 射线 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 6.狭义相对论 (1)狭义相对论的两个基本
6、假设 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 _相同 _的 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 物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度 v 运动时的质量 m 与静止时的质量m0之间有如下关系： m ！ m01 ?vc?2# 物体运动时的质量 m 总要 _大于 _静止时的质量 m0 7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_ 1判断正误 (1)光的颜色由光的频率决定 ( ) (2)只有频率相同的两列光波才有可能产生稳定
7、的干涉 ( ) (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)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 ( ) (7)无线电波不能发生干涉和衍射现象 ( ) (8)波长不同的电磁波在本质上完全不同 ( ) (9)真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的 ( ) 2光的偏振现象说明光是横波下列现象中不 能反映光的偏振特性的是 ( D ) 【 精品教育资源文库 】 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
8、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景象更清晰 D通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹 一 光的干涉、衍射和偏振 1光的双缝干涉现象 (1)明暗条纹的判断方法 如图所示，光源 S1、 S2发出的光到屏上 P 点的路程差 r2 r1 k (k 0,1,2， ?) 时，光屏上出现明条纹 光的路程差 r2 r1 (2k 1) 2 (k 0,1,2， ?) 时，光屏上出现暗条纹 (2)条纹间距： x Ld ，其中 L 是双缝到光屏的距离， d 是双缝间的距离， 是光波的波长 2对光的衍射的理解 (1
9、)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和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 3单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象 比较项目 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，亮度基本相等 【 精品教育资源文库 】 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 4.干涉与衍射的本质 光的干涉条纹和衍射条
10、纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹 5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。 例 1如图所示为条纹总宽度相同的 4 种明暗相间的条纹，其中有两种是红光
11、、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图 样，还有两种是黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样 (灰黑色部分表示亮纹 )则图中从左向右排列，亮条纹的颜色依次是 ( B ) A红黄蓝紫 B红紫蓝黄 C蓝紫红黄 D蓝黄红紫 解析 由于双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此 1、 3 为双缝干涉条纹， 2、 4 为单缝衍射条纹双缝干涉条纹的宽度 (即相邻明、暗条纹间距 ) x ld ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即 1、 3 分别对应于红光和蓝光而 在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明
12、显，即中央条纹越宽越亮， 2、 4 分别对应于紫光和黄光综上所述， 1、 2、 3、 4 四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，选项 B 正确 二 薄膜干涉现象的理解 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 【 精品教育资源文库 】 2光照射到薄膜上时，在膜的前表面 AA 和后表面 BB 分别反射出来，相互叠加，发生干涉 3原理分析 (1)单色光 在 P1、 P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差 r 等于薄膜中波长的整数倍 r n (n 1,2,3， ?) ，薄膜上出现明条纹 在 Q 处，两列反射回来的光波的路程差 r 等于半波长的奇数倍 r (2n 1)
13、 2 (n 0,1,2,3， ?) ，薄膜上出现暗条纹 (2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹 4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 例 2(多选 )把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色 光从上方射入，如图所示这时可以看到明暗相间的条纹下面关于条纹的说法中正确的是 ( AC ) A干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧 解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以选项 A 正确，B 错误因相干光是反射光，故观察薄膜干涉 时，应在入射光的同一
