第13章 第2讲 光的波动性 相对(教用Word)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

第2讲　光的波动性　相对论 考向 定位 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 (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，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹． (2)条纹间距：Δx＝λ，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：在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，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、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，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系． 2．相对论时空观的两个结论 (1)时间延缓效应 如果相对于地面以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动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是Δt＝． (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_． [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．(×) 考点一　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)亮、暗条纹的判断方法 如图所示，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＝nλ(n＝0，1，2，…)时，光屏上P′处出现亮条纹；当Δr＝(2n＋1)(n＝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＝nλ(n＝1，2，3，…)，薄膜上出现亮条纹；在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝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1]　(2021·福建高考)在图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400 nm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600 nm的光实验时，P处将呈现(　　) A.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 【解析】　由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，＝λ1，当改用波长为600 nm的光实验时，则有＝λ2，联立以上两式解得n＝2，即P处将呈现第2条亮条纹，A正确． 【答案】　A [对点训练] 1．(2023·江苏高考)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(　　) A.倍　　　　　B．倍 C.2倍 D．3倍 解析：选B　光的双缝干涉条纹中，相邻亮(暗)条纹之间的距离为Δx＝λ，式中l为双缝到光屏的距离，d为双缝的间距，λ为光的波长，根据题图可知Δx乙＝2Δx甲，l与λ相同，则d乙＝d甲，B正确，A、C、D错误． [例2]　如图所示，关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是(　　) A.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 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 【解析】　竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹，故A错误；照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，从薄膜前后两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，故B错误；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，根据条纹弯曲的方向，说明此处是凹下的，故C正确；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，由于凸透镜下表面是曲面，所以空气膜厚度越往外越厚，所以看到的明暗相间的圆环状条纹越往外越密，故D错误． 【答案】　C [对点训练] 2．(2023·山东高考)如图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(　　) A.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 解析：选A　由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G增加的高度大于C增加的高度，所以标准平面石英板被顶起，劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动，故A正确． 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·山东高考)某同学采用图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(　　) A.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 【解析】　题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式Δx＝λ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；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，故D正确． 【答案】　ACD [例4]　为了汽车夜间行车安全，有人提出设想：将汽车的挡风玻璃和车灯罩做成偏振片，使司机只能看到自己车灯的光而看不见对面车灯发出的光，从而大大减少因对面车灯发出的光造成的视线模糊．以下关于光的偏振的说法正确的是(　　) A.振动方向和透振方向一致的光能透过偏振片 B.光的振动方向指的是磁场方向 C.光的偏振现象证明了光是一种机械波 D.泊松亮斑就是一种偏振现象 【解析】　A．根据光的偏振原理可知，振动方向和透振方向一致的光能透过偏振片，故A正确； B.光的振动方向指的是电场的方向，故B错误； C.光的偏振现象证明了光是一种横波，光是电磁波，不是机械波，故C错误； D.泊松亮斑是光的衍射现象，故D错误． 故选A. 【答案】　A [例5]　接近光速飞离地球的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，则地球上的人观测到地球上的钟(　　) A.越走越快 B.比地球上的人观测飞船上的钟快 C.比地球上的人观测飞船上的钟慢 D.与地球上的人观测飞船上的钟一样快 【解析】　A．地球上的人观测到地球上的钟快慢不变，故A错误； BCD.地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，同样根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，地球上的人认为飞船上的钟比地球上的钟慢，故地球上的人观测到地球上的钟比地球上的人观测飞船上的钟快，故B正确，CD错误． 故选B. 【答案】　B 考点三　几何光学与物理光学的综合 [例6]　(2023·重庆高考)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 【解析】　根据相邻两条亮条纹的间距公式Δx＝λ，可知λa<λb，故A错误；根据折射定律n＝，a、b光以相同的入射角由水斜射入空气时，a光的折射角比b光的大，则na>nb，根据光在介质中的传播速度与折射率的关系n＝，可得在水中传播时，a光的速度比b光的小，故B错误；在水中传播时，a光的折射率比b光的大，所以a光的频率比b光的大，故C错误；由水射向空气时根据n＝，可知a光的全反射临界角比b光的小，故D正确． 【答案】　D [对点训练] 3．(2025·太原月考)如图所示，两束单色光a、b从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光c，则下列说法错误的是(　　) A.用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 B.a比b更容易发生衍射现象 C.若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是a光 D.在水中a光的临界角大于b光的临界角 解析：选C　由图可知，单色光a偏折程度小于b的偏折程度，根据折射定律n＝知，a光的折射率小于b光的折射率，则知a光的波长大．根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ，可得，干涉条纹间距与波长成正比，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故A正确．a光的波长长，波动性强，更容易发生衍射现象，故B正确．由全反射临界角公式sin C＝，知折射率n越大，临界角C越小，则在水中a光的临界角大于b光的临界角，故D正确．若a光与b光以相同入射角从水射向空气时，由于在水中a光的临界角大于b光的临界角，所以b光的入射角先达到临界角，则b光先发生全反射，首先消失的是b光．故C错误．此题选择错误的选项，故选C. 学科网（北京）股份有限公司 $$