光的波動(dòng)性 電磁波 相對(duì)論（講義）解析版

14.4光的波初性電磁波相對(duì)掄

一、光的干涉、衍射及偏振

1.光的干涉

(1)定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強(qiáng)，出現(xiàn)親條紋，某些區(qū)域相互減弱，

出現(xiàn)喳條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。

(2)茶件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。

⑶雙縫干涉圖樣特點(diǎn)：單色光照射時(shí)，形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時(shí)，

中央為白色條紋,其余為彩色條紋。

2.光的衍射

發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長相差不多,甚至比光的波長還小的

時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。

3.光的偏振

(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光,而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光

波的強(qiáng)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(gè)特定的方向振動(dòng)的光。

(3)偏振光的形成

①讓自然光通過偏振片形成偏振光。

②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和近射，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)象說明光是一種橫波。

二、電磁場電磁波相對(duì)論

1.電磁波的特點(diǎn)

(1)電磁波是橫波,電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度8的方向都與傳播方向重亙。

(2)電磁波傳播時(shí)不需要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c=3xlQ8in/so

(3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量。

(4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。

2.相對(duì)論的簡單知識(shí)

(1)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)：

①狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。

②光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是也園的。

(2)時(shí)間和空間的相對(duì)性:

①時(shí)間間隔的相對(duì)性

Yr

②長度的相對(duì)性

1=4書。

(3)相對(duì)論速度變換公式：U=——Fo

1+今

(7

2

(4)質(zhì)能方程：E=mco

考點(diǎn)速查

知識(shí)點(diǎn)一電磁波的產(chǎn)生

1.麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場.

2.電磁場：變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系成為一個(gè)完整的整體，這就是電磁場.

3.電磁波：電磁場(電磁能量)由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播形成電磁波.

(1)電磁波是橫波，在空間傳播不需要介質(zhì).

(2川=?對(duì)電磁波同樣適用.

(3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象.

4.發(fā)射電磁波的條件：

(1)要有足夠高的振蕩頻率；

(2)電路必須開放，使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間.

5.調(diào)制：有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方法.

6.電磁波的傳播：

(1)三種傳播方式：天波、地波、空間波.

(2)電磁波的波速：其空中電磁波的波速與光速相同，c=3xl08m/s.

7.電磁波的接收：

(1)當(dāng)接收電路的固有須率跟接收到的無線電波的頻率相等時(shí)，激起的振蕩電流最強(qiáng)，這就

是電諧振現(xiàn)象.

(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路.

(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中“檢''出調(diào)制信號(hào)的過程叫做檢波，檢波是調(diào)制的逆過程，也叫

做解調(diào).

【典例1］下列說法正確的是

A.在擺角小于5。時(shí)單擺的周期與振幅無關(guān)

B.用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現(xiàn)象

C.在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象

D.用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象

E.兩列波相疊加產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域與振動(dòng)減弱區(qū)域應(yīng)交替出現(xiàn)

【答案】ACE

【解析】在擺角小于5。時(shí)單拱的振動(dòng)可視為簡諧振動(dòng)，此時(shí)周期與振幅無關(guān)，選項(xiàng)A正確；

三棱鏡觀察太陽光譜，是利用光的折射率不同，出現(xiàn)光的折射色散現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；在光

導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平

整程度是利用光的干涉現(xiàn)象，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；兩列波相疊加產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域與

振動(dòng)減弱區(qū)域應(yīng)交替出現(xiàn)，選項(xiàng)E正確.

【變式1】關(guān)于光的干涉，下列說法中正確的是()

A.在衩縫「涉現(xiàn)象里，相鄰兩亮條紋和相鄰兩喑條紋的間距是不等的

B.在雙縫干涉現(xiàn)象里，把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩個(gè)亮條紋間距將變寬

C.只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉

D.頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定

【答案】C

【解析】在雙縫干涉實(shí)臉中，條紋間距是相等的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)-=方可知，當(dāng)入

射光由紅光換成紫光時(shí)，條紋間距變窄，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；只有頻率相同的兩列波才能產(chǎn)生干

涉現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤.

【變式2】如圖所示a、b、c、d四個(gè)圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，

分析各圖樣的特點(diǎn)可以得出的正確結(jié)論是()

■uninilnil

abed

A.a、b是光的衍涉圖樣

B.c、d是光的衍涉圖樣

C.形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣的光的波長短

D.形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣的光的波長短

【答案】B

【解析】干涉圖樣條紋間距相等，由可知，光波波長長的圖樣條紋間距大，A、C

錯(cuò)誤；衍射圖樣中間條紋寬，兩側(cè)條紋窄，且波長長的圖樣中間條紋寬，B正確，D錯(cuò)誤.

知識(shí)點(diǎn)二、電磁波譜

1.定義：按電磁波的波長從長到短的排列順序是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X

射線和丫射線，形成電磁波譜.

2.電磁波譜的特性、應(yīng)用

電磁頻率真空中遞變

特性應(yīng)用

波譜/Hz波長/m規(guī)律

波動(dòng)性

無線強(qiáng)，無線電技

<3x10">10-3

電波易發(fā)生衍術(shù)

射

衍直

紅外10”?紅外線遙

IO=?1()-7熱效應(yīng)射線

線10,5感

能傳

可見

101510一7引起視覺照明、攝影力播

光

減能

化學(xué)效

弱力

應(yīng)、

紫外1015?醫(yī)用消毒、增

10-7?10一9熒光效

?強(qiáng)

線10,7防偽

應(yīng)、

能殺菌

X射1()16?10-8?10-檢查、醫(yī)用

貫穿性強(qiáng)

線1019II透視

貫穿本領(lǐng)工業(yè)探傷、

Y射線>1019

最強(qiáng)醫(yī)用治療

【典例2】（2021?重慶市調(diào)研測(cè)試）某容器中盛有水，底部O處發(fā)出的光束中含有a、b兩種

色光，在水與空氣界面的折射情況如圖所示。以下判斷正確的是

A.水對(duì)a光折射率比水對(duì)b光折射率小

B.在水中a光的速度比b光速度小

C.在真空中,a光的波長比b光的波長小

D.增大光束在水中的入射角，界面處折射光光消失的是b光

E.用同一實(shí)臉裝置做光的干涉實(shí)臉,屏上相鄰亮條紋中心間距,a光間距比b光大

【答案】ADE

【解析】A、由圖可知水對(duì)a光折射率比水對(duì)b光折射率小，故選項(xiàng)A正確；B、由u=￡可

n

知在水中a光的速度比b光速度大，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C、a光頻率比b光頻率小，在真空中，

a光的波長比b光的波長大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D、由臨界角公式s%C="!■可知b光的臨界角

n

小于a光的臨界角，增大光束在水中的入射角，界面處折射光先消失的是b光，故選項(xiàng)D

正確；E、根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Ar=9/l可知兩種色光的波長越長，條紋間距較大，

a

所以a光的條紋間距比b光波長大，故選項(xiàng)E正確。

【變式1］（2021?湖南省衡陽市第二次聯(lián)考）以下物理學(xué)知識(shí)的相關(guān)敘述中，正確的是

A.交警通過發(fā)射超聲波測(cè)量車速是利用了波的多普效應(yīng)

B.用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度是利用了光的偏振

C.通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋，說明光具有波動(dòng)性

D.紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線

E.在“用單擺測(cè)重力加速受'的實(shí)驗(yàn)中，為了減小測(cè)量單擺周期的誤差，應(yīng)選小球運(yùn)動(dòng)中的

最低點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，測(cè)其n次全振動(dòng)的時(shí)間

【答案】ACE

【解析】A項(xiàng)：交警通過發(fā)射超聲波測(cè)量車速是利用了波的多普現(xiàn)象，從汽車上反射回的

超聲波的頻率發(fā)生了變化，故A正確；B項(xiàng)：用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整

度是利用了光的干涉，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)：通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條

紋，是波的衍射圖樣，說明光具有波動(dòng)性，故C正確；D項(xiàng)：紅外線的顯著作用是熱作用，

溫度較低的物體也能輻射紅外線，故D錯(cuò)誤；E項(xiàng)：在“用單擺測(cè)重力加速度'’的實(shí)險(xiǎn)中，

為了減小測(cè)量單擺周期的一美差，應(yīng)選小球運(yùn)動(dòng)中的最低點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，因?yàn)樽钤g點(diǎn)速度最

大，測(cè)其n次全振動(dòng)的時(shí)間，故E正確；故選ACE.

【變式2］（2021江蘇卷）將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條挾縫去看

與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的（選填"折射''“干涉”或"衍

射“）.當(dāng)縫的寬度（選填“遠(yuǎn)大于''或"接近''）光波的波長時(shí)，這種現(xiàn)象十分明顯。

【答案】衍射接近

【解析】通過兩支鉛筆中間的縫能看到彩色條紋，說明光繞過縫而到人的眼睛，所以這是

由于光的衍射現(xiàn)象，由發(fā)生明顯衍射條件可知，當(dāng)縫的寬度與光波的波長接近或比光波的

波長少得多時(shí)能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。

知識(shí)點(diǎn)三、對(duì)狹義相對(duì)論的理解

1.兩個(gè)基本假設(shè)

（1）相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的.

（2）光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的，光速與光源、觀測(cè)者

間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系.

2.相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系

（1）物體的質(zhì)量隨物體速度的增加而增大，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m與靜止時(shí)的質(zhì)量

（2）物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m總要大于靜止時(shí)的質(zhì)量mo.

3.相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系

用機(jī)表示物體的質(zhì)量，石表示它具有的能量，則愛因斯坦質(zhì)能方程為：E=/nc2.

【典例3】（多選）關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是（）

A.X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變

B.丫射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高

C.紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射

D.在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是y射線

E.在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信

ABE［紫外線比紫光的波長短，更不容易發(fā)生干涉和衍射，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在電磁波譜中，

最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。］

【變式1］（多選）關(guān)于機(jī)械波、電磁波和相對(duì)論的下列說法正確的是（）

A.1機(jī)械波和電磁波在介質(zhì)中的傳播速度僅由介質(zhì)決定

B.假設(shè)火車以接近光速的速度通過站臺(tái)，站臺(tái)上的旅客觀察到車上的乘客變矮了

C.簡諧機(jī)械波傳播時(shí)單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過介質(zhì)中某點(diǎn)的完全波的個(gè)數(shù)就是這列波的頻率

D.用光導(dǎo)纖維束傳播圖