第二部分选考内容选修3-4 机械振动机械波光电磁波与相对论第4讲光的干涉、衍射和偏振电磁波与相对论

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第4讲　光的干涉、衍射和偏振　电磁波与相对论

知识要点

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

(1)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)通过亮条纹中心的位置 x＝±kλ(k＝0，1，2…)，得相邻的亮条纹(或暗条纹)之

间距离 Δx与波长 λ、双缝间距 d及屏到双缝间距离 l的关系为 Δ x ＝ λ 。

4.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)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。

二、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

3.双缝干涉与单缝衍射图样对比

单色光的双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹宽度不均匀，中央条纹最

宽，两边依次变窄。

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

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

(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。

(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传

播速度相同(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

越小。

(4)v＝λf，f是电磁波的频率。

3.电磁波的发射

(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调

频)。

(2)调制方式

① 调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。

② 调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。

4.无线电波的接收

(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最

强，这就是电谐振现象。

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波。检波是调制

的逆过程，也叫做解调。

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做电磁波

谱。

按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线

γ射线。

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。

(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相同的，光速和光

源、观测者间的相对运动没有关系。

2.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＝mc 2

。

基础诊断

1.(多选)以下说法中正确的是(　　)

A.对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去

B.白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象

C.红光由空气进入水中，波长变长、颜色不变

D.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉

E.不管光源与观察者是否存在相对运动，观察者观察到的光速是不变的

解析　对于同一障碍物，它的尺寸 d不变，波长 λ越长的光越容易满足 d≤λ，

越容易绕过障碍物，所以 A项正确；白光通过三棱镜出现彩色条纹是光的色散

现象，B项错误；波的频率由波源决定，波速由介质决定，所以红光从空气进

入水中，频率 f不变，波速 v变小，由 v＝λf 得，波长 λ变小，所以 C项错误；

检查平面的平整度是利用了光的干涉，所以 D项正确；由光速不变原理知 E项

正确。

答案　ADE

2.(多选)下列关于电磁波的说法正确的是(　　)

A.麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在

B.各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样

C.经过调幅后的电磁波是横波，经过调频后的电磁波是纵波

D.红外线是波长比可见光波长还长的电磁波，常用于医院和食品消毒

E.电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变

解析　麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项 A

正确；各种电磁波在真空中的传播速度为 c＝3×108 m/s，与光速相同，选项 B

正确；电磁波是横波，调频或调幅后的电磁波仍是横波，选项 C错误；医院和

食品消毒常用的是紫外线，选项 D错误；电磁波由真空进入介质，速度变小，

频率不变，选项 E正确。

答案　ABE

3.如图 1，用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘，例如小分币，我们可以在

光屏上看到的图样为下列图中的(　　)

图1

答案　B

4.(多选)在单缝衍射实验中，用红色激光照射单缝，在下列不同条件下缝后的屏

幕上出现的现象，正确的是(　　)

A.当缝较宽时，屏上出现一条与缝宽相当的亮条纹

B.当缝很窄并继续调窄，中央亮条纹变亮，宽度增大

C.当缝很窄并继续调窄，中央亮条纹亮度降低，宽度增大

D.当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，增大缝与屏间距离，则中央亮条纹宽度

增大

E.当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，改用蓝色激光，则中央亮条纹宽度不变

解析　当缝较宽时，不会出现明显的衍射现象，此时光是直线传播，因此屏上

出现一条与缝宽相当的亮条纹，故 A项正确；衍射条纹的宽度与缝的宽度有关，

缝变宽，条纹变窄，亮度增大，缝变窄，条纹变宽，亮度减弱，当缝的宽度变

窄时，衍射现象更明显，中央明条纹宽度增加，但亮度降低，故 B项错误，C

项正确；同理，当缝很窄，屏上出现了中央亮条纹，增大缝与屏间距离，则中

央亮条纹宽度增大，故 D项正确；当缝很窄时，屏上出现了中央亮条纹，若改

用蓝色激光，因波长变短，则中央亮条纹宽度变小，故 E项错误。

答案　ACD

　光的干涉现象

1.双缝干涉

(1)条纹间距公式：Δx＝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

如图 2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。

图2

当Δr＝(2k＋1)(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 3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3

(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，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现明条纹。

在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。

【例 1】 (多选)[2017·全国Ⅱ卷，34(1)]在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双

缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间

距，可选用的方法是(　　)

A.改用红色激光

B.改用蓝色激光

C.减小双缝间距

D.将屏幕向远离双缝的位置移动

E.将光源向远离双缝的位置移动

解析　根据干涉图样中两相邻亮条纹的间距 Δx＝λ 可知，要使 Δx增大，可以增

大波长或增大双缝到屏的距离或缩小双缝间的距离，所以选项 A、C、D正确，

B、E错误。

答案　ACD

1.(2019·上海杨浦调研)如图 4所示，把酒精灯放在肥皂液膜前，从薄膜上可看

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摘要：

第4讲　光的干涉、衍射和偏振　电磁波与相对论知识要点一、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(1)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)通过亮条纹中心的位置x＝±kλ(k＝0，1，2…)，得相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝间距离l的关系为Δx＝λ。4.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)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...

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