通用版2022屆高考物理一輪復習專題十五光學電磁波與相對論第2講光的波動性電磁波相對論

第2講光的波動性電磁波相對論一、光的干涉亮相等白色亮

1.定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)________條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象. 2.條件：兩束光的頻率________、相位差恒定. 3.雙縫干涉圖樣特點：單色光照射時形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中央為________條紋，其余為彩色條紋.二、光的衍射偏離差不多

1.定義：光在傳播的過程中遇到障礙物時，________直線傳播繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象. 2.發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或小孔的尺寸跟光的波長________，甚至比光的波長還小時，衍射現(xiàn)象明顯.類型單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋，兩側(cè)為__________的條紋，且越靠外，亮條紋的亮度________，寬度________a.中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著_________的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度_____，寬度______b.亮環(huán)(或暗環(huán))間的距離隨圓孔半徑的增大而________3.單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較.明暗相間越弱越小明暗相間越弱越小減小類型單縫衍射圓孔衍射白光中央為亮且寬的白色條紋，兩側(cè)為亮度________、寬度______的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光，離中央最遠的是紅光中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的__________(續(xù)表)逐漸變暗變窄同心圓環(huán)三、光的偏振一切方向特定

1.自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿________振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同. 2.偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個________的方向振動的光.3.偏振光的形成.偏振片折射

(1)讓自然光通過________形成偏振光. (2)讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和________，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光.4.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種________波.橫四、電磁場與電磁波1.麥克斯韋電磁場理論.電場變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生________，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場.電磁場λf

2.電磁波：_____________由近及遠地傳播形成電磁波.電磁波是橫波，在空間傳播不需要依靠介質(zhì).真空中電磁波的速度為3×108m/s；電磁波的傳播速度v等于波長λ和頻率f的乘積，即v＝________.五、相對論1.狹義相對論的兩個基本假設.(1)狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是________的.相同相同(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是________的.mc22.質(zhì)能方程(質(zhì)能關系)：E＝________.【基礎自測】1.判斷下列題目的正誤.(1)光的顏色取決于折射率.()(2)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉.()(3)在雙縫干涉實驗中，雙縫的作用是使白光變成單色光.(

)(4)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的.()(5)自然光是偏振光.()答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2.(多選)下列情況中能產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的是()

A.光的波長比孔或障礙物的尺寸大得多

B.光的波長與孔或障礙物的尺寸相仿

C.光的波長比孔或障礙物的尺寸小得多

D.用紅光做實驗時未觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，現(xiàn)用綠光替代紅光做實驗

解析：發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物、縫、孔的尺寸與光的波長差不多或更小.

答案：AB的條紋如圖乙所示.他改變的實驗條件不可行的是()

3.(多選)某同學用單色光進行“雙縫干涉”實驗，在屏上觀察到圖15-2-1甲所示的條紋，僅改變一個實驗條件后，觀察到乙

甲

圖15-2-1A.減小光源到單縫的距離B.減小雙縫之間的距離C.增大雙縫到光屏之間的距離D.換用頻率更高的單色光源答案：AD...熱點1光的干涉[熱點歸納]1.明暗條紋的判斷方法：(1)單色光.

圖15-2-2

【典題1】(多選)一束白光在真空中通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色亮條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，則下

A.各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同

B.各色光的速度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同

C.各色光的強度不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同

D.屏上呈現(xiàn)內(nèi)紫外紅的條紋考向1對雙縫干涉現(xiàn)象的理解

解析：白光包含各種顏色的光，它們的波長不同，在相同條件下做雙縫干涉實驗時，它們的干涉條紋間距不同，所以在中央亮條紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋，紫光的條紋間距最小，因而最里面的是紫色條紋.答案：BC考向2明暗條紋位置的確定

【典題2】(2018

年四川成都模擬)如圖15-2-3所示，在雙縫干涉實驗中，S1

和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與

S1和

S2距離之差為

2.1×10－6m，今分別用

A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？ 圖15-2-3(1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10－7

m.(2)已知

B光在某種介質(zhì)中波長為

3.15×10－7m，當

B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8). (3)若用A光照射時，把其中一條縫遮住，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象.

解：(1)設

A光在空氣中波長為λ1，在介質(zhì)中波長為λ2，

λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m根據(jù)光程差Δx＝2.1×10－6m

可見，用B光作光源，P點為亮條紋. (3)光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，兩邊條紋逐漸變窄變暗.熱點2薄膜干涉

[熱點歸納] 1.如圖15-2-4所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.

圖15-2-4

2.光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加.3.原理分析：(1)單色光.4.薄膜干涉的應用：(1)檢查精密零件的表面是否平整

如圖15-2-5所示，將被檢查平面和放在上面的透明標準樣板的一端墊一薄片，使樣板的標準平面與被檢查平面間形成一個楔形空氣薄層，單色光從上面照射，入射光在空氣層的上表面a和下表面b反射出兩列光波疊加，從反射光中看到干涉條紋，根據(jù)干涉條紋的形狀來確定工件表面的情況.圖15-2-5

若被檢查平面平整則干涉圖樣是等間距明暗相間的平行直條紋.若某處凹下，則對應亮(暗)條紋提前出現(xiàn)，如圖15-2-6甲所示；若某處凸起，則對應亮(暗)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示.甲

乙圖15-2-6(2)增透膜在光學元件(透鏡、棱鏡)的表面涂上一層薄膜(如氟化鎂)，的反射光的光程差恰好等于半個波長，因而相互抵消，達到減小反射光、增大透射光強度的目的.考向薄膜干涉的應用【典題3】(多選，2020年浙江模擬)下列說法正確的是()甲乙

丙圖15-2-7A.圖15-2-7甲牛頓環(huán)是由兩玻璃表面間的空氣薄膜的反射光干涉形成的B.圖甲中換表面曲率半徑更大的凸透鏡，中心暗紋半徑不變C.圖乙屬于紅光的干涉條紋D.圖丙測彩色條紋的成因與圖甲相同

解析：牛頓環(huán)兩玻璃表面間的空氣薄膜上下表面的反射光干涉形成的，故A正確；表面曲率半徑越大，中心暗紋半徑變大，故B錯誤；圖乙中由于亮條紋不是等寬等間距，不是干涉條紋，而屬于紅光的衍射條紋，故C錯誤；圖丙、圖甲都屬于光的干涉現(xiàn)象，故D正確.答案：AD兩種光自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿任意方向，且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向熱點3光的偏振[熱點歸納]自然光和偏振光的比較.

【典題4】(2020

年山東東營一中期中)假設所有的汽車前窗玻璃和車燈玻璃均按同一要求設置，使司機不僅可以防止對方汽車強光的刺激，也能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體.以下措施中可行的是()

A.前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的

B.前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向也是豎直的

C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45° D.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向也是斜向右上45°

解析：首先，司機要能夠看清楚自己車燈發(fā)出的經(jīng)對面物體反射回來的光線，所以他自己車燈的偏振片的透振方向和前窗玻璃的透振方向一定要平行；其次，他不能看到對面車燈發(fā)出的強光，所以對面車燈玻璃的透振方向與他自己車窗玻璃的透振方向一定要垂直.滿足上述要求的只有D.答案：D熱點4光的衍射

[熱點歸納]

光的衍射. (1)干涉和衍射是波的特征，波長越長，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯.在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別. (2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看作是沿直線傳播的. (3)泊松亮斑(圓盤衍射)：當光照到不透明的半徑很小的小圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)).

【典題5】(2019

年江蘇卷)將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的________(填“折射”“干涉”或“衍射”).縫的寬度________(填“遠大于”或“接近”)光的波長時，這種現(xiàn)象十分明顯.

解析：將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的衍射產(chǎn)生的.當縫的寬度與光波波長接近時，衍射現(xiàn)象非常明顯.答案：衍射接近內(nèi)容干涉衍射現(xiàn)象在光疊加區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或孔的尺寸與波長差不多或更小典型實驗楊氏雙縫干涉單縫衍射(圓孔衍射、圓盤衍射)熱點5光的干涉、衍射的比較內(nèi)容干涉衍射圖樣特點不同點條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等、中央最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗相同點干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋(續(xù)表)

【典題6】(2019

年北京卷)利用圖15-2-8甲所示的裝置(圖)觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖乙中a和b兩種圖樣.下列關于P處放置的光學元件說法正確的是()乙

甲

圖15-2-8A.a對應單縫，b對應雙縫B.a對應雙縫，b對應單縫C.都是單縫，a對應的縫寬較大D.都是雙縫，a對應的雙縫間距較大

解析：依據(jù)干涉條紋在光屏上觀察到的圖案是間距相等的條紋圖象，而衍射條紋中間的亮紋的寬度最大，向兩邊漸漸減小，因此a對應單縫，b對應雙縫，故A正確.答案：A熱點6電磁場和電磁波[熱點歸納]1.對麥克斯韋電磁場理論的理解：2.對電磁波的理解：(1)電磁波是橫波.電磁波的電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，如圖15-2-9所示.圖15-2-9

(2)電磁波與機械波不同，機械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關.電磁波譜頻率/Hz真空中的波長/m特性應用遞變規(guī)律無線電波＜3×1011＞10－3波動性強，易發(fā)生衍射

通信、廣播紅外線1011～101510－3～10－7熱效應紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影3.電磁波譜分析及應用：電磁波譜頻率/Hz真空中的波長/m特性應用遞變規(guī)律紫外線1015～101710－7～10－9化學效應、熒光效應、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910－8～10－11貫穿本領強檢查、醫(yī)用透視γ射線＞1019＜10－11貫穿本領最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療(續(xù)表)[特別提醒]

(1)波長不同的電磁波，表現(xiàn)出不同的特性.其中波長較長的無線電波和紅外線等，易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象；波長較短的紫外線、X射線、γ射線等，穿透能力較強.

(2)電磁波譜中，相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線，如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊，但它們產(chǎn)生的機理不同.

【典題7】(2020

年山東一模)測溫是新冠肺炎疫情防控的重要環(huán)節(jié).在公共場所常用如圖15-2-10所示的測溫槍為出入人員測溫，測溫槍是通過傳感器接收紅外線，得出感應溫度數(shù)據(jù)，使用時只要將測溫槍靠近皮膚表面，修正皮膚與實際體溫的溫差便能準確顯示體溫，下列說法正確的是()

A.測溫槍利用的紅外線也可用于殺菌消毒

B.紅外線是波長比紫外線長的電