第13章 第2讲 光的波动性 电磁波和相对论(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

第2讲　光的波动性　电磁波和相对论 光的干涉、衍射和偏振 1．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：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 发生明显衍射的条件：在障碍物的尺寸与光的波长__相当__，甚至比光的波长__还小__的时候，衍射现象十分明显． 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，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． 电磁波和相对论 1．电磁振荡 (1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫作振荡电流，振荡电流实际上就是交变电流，不过习惯上指频率很高的交变电流． (2)振荡电路：产生振荡电流的电路，最基本的振荡电路为LC振荡电路． LC振荡电路：由线圈和电容器组成的电路叫作LC振荡电路，是最简单的振荡电路．LC振荡电路产生的振荡电流按正弦规律变化． 2．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__. 3．电磁波 (1)变化的电场和磁场，形成了__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． 4．电磁波的发射 (1)发射条件：__开放__电路和__高频振荡__信号，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． 5．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__相同__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作__调谐__，能够调谐的接收电路叫作__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，叫作__检波__.检波是__调制__的逆过程，也叫作__解调__. 6．电磁波谱：按照电磁波的__频率__或__波长__磁波谱为：无线电波、红外线、__可见光__、紫外线、X射线、γ射线． 7．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)相对论时空观 ①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＝. ②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. (3)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．判断下列说法的正误． (1)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．(　×　) (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．(　×　) (3)自然光是偏振光．(　×　) (4)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场．(　×　) 2．(多选)下列属于光的干涉现象的是(　BC　) A　　　　　　B C　　　　　　D 3．(多选)下列说法正确的是(　ABC　) A．利用电容传感器可制成麦克风 B．物体受合外力越大，则动量变化越快 C．利用红外传感器可制成商场的自动门 D．若物理问题牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用 命题点一　光的干涉现象(师生共研) 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′处出现亮条纹． 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. 在P1、P2处，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． (2024·黑吉辽)某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示．用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹．下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是(　A　) A．换用更粗的头发丝 B．换用红色激光照射双缝 C．增大纸板与墙面的距离 D．减小光源与纸板的距离 如图所示，在观察薄膜干涉现象时，把铁丝圈P在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，在酒精灯火焰上撒食盐，用肥皂液膜观察灯焰S的像，下列说法正确的是(　B　) A．在酒精灯上撒一些食盐，目的是灯焰能发出更亮的光 B．实验时应观察液膜反射酒精灯的光，使我们看到灯焰的像 C．实验时应在另一侧透过液膜观察火焰，来观察薄膜干涉现象 D．用不同波长的光做这个实验，条纹的间距是一样的 (多选)图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为被检查其平面的物体，C为入射光，图乙和图丙分别为两次观察到的干涉条纹，下列说法正确的是(　AD　) A．图示条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的 B．当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹 C．若所观察的条纹是图乙，被检查表面上有洞状凹陷 D．若所观察的条纹是图丙，被检查表面上有沟状凹陷 命题点二　光的衍射和偏振现象(自主学习) 1．对光的衍射的理解 (1)在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候衍射现象十分明显．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，才可以近似认为光是沿直线传播的． 2．单缝衍射与双缝干涉的比较 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 自然光通过偏振片后的光 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． (多选)下列说法正确的有(　BD　) A．光的偏振现象说明光是一种纵波 B．红外线比紫外线更容易发生衍射 C．白光下镀膜镜片看起来有颜色，是因为光发生了衍射 D．交警可以利用多普勒效应对行驶的汽车进行测速 小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜片时发现光有强弱变化，下列说法能够解释这一现象的是(　B　) A．阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用 B．阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用 C．阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用 D．阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用 让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，在孔后的屏上将先后出现(　D　) A．由大变小的三角形光斑，直至光斑消失 B．由大变小的三角形光斑、明暗相同的彩色条纹，直至条纹消失 C．由大变小的三角形光斑、明暗相间的条纹，直至黑白色条纹消失 D．由大变小的三角形光斑、圆形光斑、明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失 命题点三　电磁振荡、电磁波与相对论(自主学习) 1．电磁振荡的特点 LC电路工作过程具有对称性和周期性． (1)两个物理过程 ①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板． ②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板． (2)两个特殊状态 ①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为零)． ②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为零)． (3)在一个周期内，充电、放电各两次，振荡电流的方向改变两次；电场能(或磁场能)完成两次周期性变化． 2．对麦克斯韦电磁场理论的理解 3．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，如图所示． (2)电磁波与机械波的比较 比较项目 电磁波 机械波 产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波速 在真空中等于光速c＝3×108 m/s 在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340 m/s) 是否需要介质 不需要介质(在真空中仍可传播) 必须有介质(真空中不能传播) 能量传播 电磁能 机械能 (多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(　ABC　) A．若磁感应强度正在减弱，则电容器正在充电，电流方向由b向a B．若磁感应强度正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电 C．若磁感应强度正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电 D．若磁感应强度正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b (多选)如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知(　ACD　) A．在t1时刻，电路中的磁场能最小 B．在t1～t2时间内，电路中的电流值不断变小 C．在t2～t3时间内，电容器正在充电 D．在t4时刻，电容器中的电场能最小 (多选)下列说法正确的是(　CD　) A．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偏振 B．麦克斯韦利用实验证实了电磁波的存在 C．交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应 D．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的 学科网（北京）股份有限公司 $$