高考物理一轮总复习课件 第13章 光学 电磁波 相对论 第2讲 光的干涉、衍射和偏振 电磁波 相对论

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) 2 (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
越
小 。
(4)v=λf,f是电磁波的频率。
3.电磁波的发射
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
最强
振荡电流
调谐
调谐
。能够调谐的接收电路叫
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
时,激起的
,这就是电谐振现象。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作
)
A.LC电路的电容器在充电时,电流增大
B.如果增大LC电路中电容器两极板间距离,振荡周期将增大
C.LC电路中,电容器充电时,线圈中自感电动势增大
D.电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振
答案 C
解析 LC电路的电容器在充电时,电流减小,故A错误;增大LC电路中电容器
两极板间距离,电容器的电容会变小,根据T=2 π√ 可知,LC电路的振荡周
(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。( √
)
)
(4)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场,场向外传播便形成了电磁波。
(
×
)
(5)光速不变原理指出,光在真空中的传播速度在不同惯性参考系中都是相
同的。( √
)
研考点 精准突破考点一源自光的干涉现象的理解及应用(师生共研)
1.光的双缝干涉现象
(1)亮暗条纹的判断方法
第十三章
第2讲 光的干涉、衍射和偏振
电磁波 相对论
内
容
索
引
01
强基础 固本增分
02
研考点 精准突破
强基础 固本增分
一、光的干涉
1.定义:在两列光波的叠加区域,某些区域的光被
区域的光被
减弱
加强
,出现亮纹,某些
,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
频率相同
、相位差恒定、振动方向相同,才能产生稳
偏振片的透振方向相同,可以看到透射光;沿水平方向振动的光,其振动方
向与透振方向垂直,看不到透射光;沿与竖直方向成45°角方向振动的光,其
振动方向与透振方向不垂直,仍可看到透射光。
考点三
电磁振荡、电磁场和电磁波
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
相对论时空观(自主探究)
2.对电磁波的理解
(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直,如图所
缝干涉实验,问P点处将出现亮条纹还是暗条纹?
答案 暗条纹
亮条纹
解析 设 A 光在空气中波长为 λ1,在介质中波长为 λ2。
由

n=

=
1
,得 λ1=nλ2=1.5×4×10-7
2
m=6×10-7 m
光程差 Δx=2.1×10-6 m
所以
Δ
N1=
1
=
2.1×10-6 m
=3.5
-7
6×10 m
头上的增透膜利用了光的干涉原理,B正确;白光通过三棱镜呈现彩色图样
是光的折射现象,C错误;在镜头前加装一个偏振片,可减弱反射光的强度,
但不会增加透射光的强度,D错误。
3.(多选)如图所示,偏振片P的透振方向(用带有双箭头的实线表示)为竖直
方向。下列四种入射光束中,能在P的另一侧观察到透射光的是(
A.太阳光
对点演练
4.近场通信是一种短距高频的无线电技术,其主要结构就是线圈和电容组
成的类似LC振荡电路的并联谐振电路,其终端有主动、被动和双向三种模
式,最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等,刷卡时,
电路发生电谐振,给电容器充电,达到一定电压后,在读卡设备发出的射频
场中响应,被读或写入信息。下列说法正确的是(
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

(2)条纹间距:Δx=
的波长。
,其中 l 是双缝到光屏的距离,d 是双缝间的距离,λ 是光波
2.薄膜干涉
定的干涉现象。
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
路程差是半波长的
奇数倍
半波长的偶数倍
相同
处出现亮条纹;
处出现暗条纹。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 Δx= 。

4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)
(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
光速与光源、观测者间的相对运动
没有
关系。
相同
的,
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 Δt=
条纹,其中最靠近中央的色 等间距的彩色的 同心圆环
光是紫光,离中央最远的是
红光
(2)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
间距的明暗相间的圆环。
亮斑
,在阴影外还有不等
三、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
期将减小,故B错误;LC电路中,电容器充电时,电流减小得越来越快,线圈中
的自感电动势增大,故C正确;电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的
技术叫调制,故D错误。
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
Δ
1-
2

。
(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 l=l0 1-
2

。
易错辨析·判一判(1)太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的干涉的结
果。( ×
)
(2)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。( ×
作
相同
调制
解调
。
的逆过程,也叫作检波。
5.电磁波谱
按照电磁波的
频率
或
波长
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、
外线、X射线、γ射线。
可见光
、紫
五、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
相同
的。
(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.光的偏振
(1)自然光与偏振光的比较
类别
光的
来源
光的振
动方向
自然光(非偏振光)
偏振光
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内,光
在垂直于光的传播方向的
振动沿任意方向,且沿各个方向振动
平面内,光振动沿特定方向
的光的强度相同
(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、
B.沿竖直方向振动的光
C.沿水平方向振动的光
D.沿与竖直方向成45°角方向振动的光
答案 ABD
)
解析 偏振片只让沿某一方向振动的光通过,当偏振片的透振方向与光的振
动方向不同时,透射光的强度不同,它们平行时最强,而垂直时最弱(没有透
射光)。太阳光是自然光,光波在垂直于光的传播方向的平面内沿任意方向
振动,所以在P的另一侧能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与
应处的薄膜厚度相同,C正确;d、e点不在同一条纹上,所以对应的薄膜厚度
不同,D错误。
考点二
光的衍射及偏振现象(自主探究)
1.对光的衍射的理解
(1)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。
3
×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m
对点演练
1.(多选)利用薄膜干涉可检查工件表面的平整度。如图甲所示,现使透明
标准板M和待检工件N间形成一楔形空气薄层,并用单色光照射,可观察到
如图乙所示的干涉条纹,条纹的弯曲处P和Q对应于A和B处,下列判断正确
的是(
)
A.N的上表面A处向上凸起
B.N的上表面B处向上凸起
前后表面
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。
判断面凹凸的依据
二、光的衍射
1.发生明显衍射的条件:在障碍物或狭缝的尺寸
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
足够小
的时候,衍射现
衍射类型 单缝衍射
单色
光
白光
圆孔衍射
中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布
条纹发生弯曲。
典例.如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,P点与
S1和S2距离之差为2.1×10-6 m,已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为
4×10-7 m,B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空
气时,临界角为37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8);分别用A、B两种单色光做双
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
(1)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
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。
折射
,反射光和折射光可以
四、电磁场、电磁波、电磁波谱
(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。
1.麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生
生
磁场
电场
,变化的电场能够在周围空间产
。
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
电磁波传播速度
相同
介质
电磁波
。
,可在真空中传播,在真空中不同频率的
(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
中央为亮且宽的条纹,两侧
着 明暗相间 的同心圆环,且越靠
为 明暗相间 的条纹,且
外,圆形亮条纹的亮度越 低 ,宽
越靠外,亮条纹的亮度
度越 窄 ;相邻亮环或暗环间的距
越低 ,宽度 越窄
离随圆孔半径的增大而 减小
中央为亮且宽的白色条纹,
两侧为亮度 逐渐变低 、
宽度 逐渐变窄 的彩色 中央是大且亮的白色亮斑,周围是不
C.条纹的c、d点对应处的薄膜厚度相同
D.条纹的d、e点对应处的薄膜厚度相同
答案 BC
解析 薄膜干涉是等厚干涉,即亮条纹处空气膜的厚度相同。从弯曲的条纹
可知,A处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知A处
凹陷,B处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,知B处
凸起,故A错误,B正确;由题图可知,c、d点在同一条纹上,则条纹的c、d点对
由此可知,从 S1 和 S2 到 P 点的光程差 Δx 是波长 λ1 的 3.5 倍,
所以 P 点为暗条纹。
根据临界角与折射率的关系 sin
1
C= 得
1
n1=sin37 °
=
5
3
由此可知,B 光在空气中波长为
所以
Δ
N2=
3
=
2.1×10-6 m
=4
5.25×10-7 m
P 点为亮条纹。
5
λ3=n1λ 介=
B.飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
消除车灯眩光等。
对点演练
2.下列关于光学知识的理解正确的是(
)
A.泊松亮斑是光通过圆孔衍射时形成的
B.光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理
C.白光通过三棱镜后出现彩色图样是光的衍射现象
D.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光
的强度
答案 B
解析 泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的,A错误;光学镜
示。
(2)电磁波与机械波的比较
项目
产生
波速
是否需要
介质
能量传播
电磁波
机械波
由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生
在真空中等于光速c=3×108 m/s,
与介质有关,与频率无关
在介质中与频率有关
必须有介质(真空中不能传
不需要介质(在真空中仍可传播)
播)
电磁能
机械能
3.对狭义相对论的理解