2025高考物理總復習光的干涉、衍射和偏振　電磁波　相對論

第2講光的干涉、衍射和偏振電磁波相對論高考總復習2025考點一光的干涉現(xiàn)象的理解及應用強基礎?固本增分光的干涉1.定義:在兩列光波的疊加區(qū)域,某些區(qū)域的光被

,出現(xiàn)亮紋,某些區(qū)域的光被

,出現(xiàn)暗紋,且亮暗條紋互相間隔的現(xiàn)象叫作光的干涉現(xiàn)象。

2.條件:兩列光的

、相位差恒定、振動方向相同,才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。

加強

減弱頻率相同4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)

反射的光相遇而形成的。圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應薄膜厚度相同。

3.雙縫干涉:由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動情況總是_______

的相干光,屏上某點到雙縫的路程差是

,該點出現(xiàn)亮條紋;路程差是半波長的

,該點出現(xiàn)暗條紋。相鄰的亮條紋(或暗條紋)之間距離Δx與波長λ、雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關系為

。

相同半波長的偶數(shù)倍奇數(shù)倍前后表面√√×√提示

燈焰的像由明暗相間的水平條紋組成。如果用白光做實驗,肥皂膜上會出現(xiàn)彩色水平條紋。研考點?精準突破1.光的雙縫干涉現(xiàn)象(1)亮、暗條紋的判斷方法①如圖所示,光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P點的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2,…)時,光屏上出現(xiàn)亮條紋。②光的路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,…)時,光屏上出現(xiàn)暗條紋。(2)相鄰兩條亮(或暗)條紋的中心間距:Δx=,其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離,d是雙縫間的距離,λ是光波的波長。2.薄膜干涉(1)如圖所示,豎直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA'和后表面BB'分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。(2)亮、暗條紋的判斷①在P1、P2處,兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍,即Δr=nλ(n=0,1,2,…),薄膜上出現(xiàn)亮條紋。②在Q處,兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數(shù)倍,即Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…),薄膜上出現(xiàn)暗條紋。(3)薄膜干涉的應用干涉法檢查平面,如圖所示,兩板之間形成一楔形空氣膜,用單色光從上向下照射,如果被檢平面是平整光滑的,我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋;若被檢平面不平整,則干涉條紋發(fā)生彎曲?？枷蛞?/p>

雙縫干涉典題1(多選)(2024七省適應性測試黑龍江、吉林物理)波長不同的a、b兩束單色平行光分別照射到同一雙縫干涉裝置上,在屏上得到的干涉條紋如圖所示。下列說法正確的是(

)A.在真空中,a光的波長比b光的長B.在真空中,a光的傳播速度比b光的小C.若只減小雙縫到屏的距離,兩單色平行光產(chǎn)生的條紋間距均變小D.兩單色平行光分別照射同一單縫衍射裝置,若只減小縫寬,兩單色平行光產(chǎn)生的中央亮紋寬度均變小AC解析

根據(jù)

和在屏上得到的干涉條紋可知,a光對應的條紋間距大于b光對應的條紋間距,則在真空中,a光的波長比b光的長,a光的傳播速度與b光的傳播速度相等,均為c,故A正確,B錯誤;根據(jù)

可知,若只減小雙縫到屏的距離,則兩單色平行光產(chǎn)生的條紋間距均變小,故C正確;兩單色平行光分別照射同一單縫衍射裝置,若只減小縫寬,則兩單色平行光產(chǎn)生的中央亮紋寬度均變大,故D錯誤。典題2(2024山東青島模擬)如圖所示,利用平面鏡也可以實現(xiàn)楊氏雙縫干涉實驗的結果,下列說法正確的是(

)A.光屏上的條紋關于平面鏡M上下對稱B.相鄰亮條紋的間距為C.若將平面鏡向右移動一些,相鄰亮條紋間距不變D.若將平面鏡向右移動一些,亮條紋數(shù)量保持不變C解析

根據(jù)雙縫干涉原理,當光程差為波長的整數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋,當光程差為半波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋,可知,光屏上的條紋與鏡面平行,并非關于平面鏡M上下對稱,故A錯誤;根據(jù)雙縫干涉相鄰亮條紋之間的距離公式Δx=λ,其中d=2a,L=b+c,所以相鄰兩條亮條紋之間的距離為Δx=,故B錯誤;若將平面鏡向右移動一些,不影響光源的像的位置和L的大小,相鄰亮條紋間距不變,故C正確;若將平面鏡向右移動一些,射到平面鏡邊緣的兩條光線射到屏上的位置向下移動,寬度減小,而條紋間距不變,亮條紋數(shù)量減少,故D錯誤?？枷蚨?/p>

薄膜干涉典題3(2023山東卷)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標準石英環(huán),C為待測柱形樣品,C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板,會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),當溫度升高時,下列說法正確的是(

)A.劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動B.劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動C.劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動D.劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動A解析

由于C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),因此溫度升高時,劈形空氣層的厚度變大,條紋間水平距離差減小,條紋向左移動,選項B、C、D錯誤,A正確。易錯提醒研究干涉現(xiàn)象時的三點注意(1)只有相干光才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,光的干涉是有條件的。(2)單色光形成明暗相間的干涉條紋,白光形成彩色條紋。(3)雙縫干涉條紋間距:Δx=,其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離,d是雙縫間的距離,λ是入射光波的波長。考點二光的衍射和偏振現(xiàn)象強基礎?固本增分一、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件:在障礙物或狹縫的尺寸

的時候,衍射現(xiàn)象十分明顯。

衍射明顯,不是衍射條件2.衍射條紋的特點(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較衍射類型單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋,兩側為

的條紋,且越靠外,亮條紋的亮度

,寬度

中央是大且亮的圓形亮斑,周圍分布著

的同心圓環(huán),且越靠外,圓形亮條紋的亮度越

,寬度越

;相鄰亮環(huán)或暗環(huán)間的距離隨圓孔半徑的增大而

足夠小明暗相間越低越窄明暗相間低窄減小衍射類型單縫衍射圓孔衍射白光中央為亮且寬的白色條紋,兩側為亮度

、寬度

的彩色條紋,其中最靠近中央的色光是紫光,離中央最遠的是紅光

中央是大且亮的白色亮斑,周圍是不等間距的彩色的

(2)泊松亮斑(圓盤衍射):當光照到

(選填“透明”或“不透明”)的半徑很小的小圓盤上時,在圓盤的陰影中心出現(xiàn)

,在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。

逐漸變低逐漸變窄同心圓環(huán)不透明亮斑二、光的偏振1.自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿

振動的光,而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。

2.偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個

的方向振動的光。

3.偏振光的形成(1)讓自然光通過

形成偏振光。

(2)讓自然光在兩種介質的界面發(fā)生反射和

,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

波。

一切方向特定偏振片折射橫×√√×D提示

由于可見光的波長在1×10-6

m左右,如果用衍射光柵測量波長,狹縫間距越接近波長,衍射現(xiàn)象越明顯,測量波長越準確。故選D。研考點?精準突破1.對光的衍射的理解(1)干涉和衍射是波的特征。光遇到任何障礙物都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是明顯與不明顯的差別。(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況。2.光的偏振(1)自然光與偏振光的比較類別自然光(非偏振光)偏振光光的來源從普通光源發(fā)出的光自然光通過偏振片后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿任意方向,且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿特定方向(2)偏振光的應用:加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。考向一

光的衍射典題4(2023山東濰坊模擬)關于下列圖片所示的現(xiàn)象或解釋,說法正確的是(

)A.甲圖中光學鏡頭上的增透膜利用的是光的衍射現(xiàn)象B.乙圖為單縫衍射,若僅減弱單色光的強度,中央亮條紋變窄C.丙圖中的“泊松亮斑”,是小圓孔衍射形成的圖樣D.丁圖是利用偏振眼鏡觀看立體電影,說明光是橫波D解析

甲圖中光學鏡頭上的增透膜利用的是光的干涉現(xiàn)象,選項A錯誤;乙圖為單縫衍射,若僅減弱單色光的強度,因波長不變,則中央亮條紋寬度不變,選項B錯誤;丙圖中的“泊松亮斑”,是小圓板衍射形成的圖樣,選項C錯誤;丁圖是利用偏振眼鏡觀看立體電影,說明光是橫波,選項D正確?？枷蚨?/p>

光的偏振典題5(2024江蘇南通統(tǒng)考模擬)透過偏振片觀察手機屏幕上的字。隨著偏振片的轉動,畫面出現(xiàn)明、暗交替的變化,則(

)A.人看到的光是偏振光,光的振動方向與傳播方向垂直B.人看到的光是偏振光,光的振動方向與傳播方向平行C.人看到的光是自然光,光的振動方向與傳播方向垂直D.人看到的光是自然光,光的振動方向與傳播方向平行A解析

隨著偏振片的轉動,畫面出現(xiàn)明、暗交替的變化,說明人看到的光是偏振光,偏振光的振動方向與傳播方向垂直,故A正確,B、C、D錯誤?？键c三電磁振蕩電磁場和電磁波相對論時空觀強基礎?固本增分一、電磁場、電磁波、電磁波譜1.麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生

,變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生

。

2.電磁波(1)電磁場在空間由近及遠地傳播,形成

。

(2)電磁波的傳播不需要

,可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度

(都等于光速)。

(3)不同頻率的電磁波,在同一介質中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越

。

(4)v=λf,f是電磁波的頻率。電場磁場

電磁波介質相等小3.電磁波的發(fā)射

開放高頻振蕩振幅頻率4.無線電波的接收(1)當接收電路的固有頻率跟接收到的無線電波的頻率

時,激起的振蕩電流

,這就是電諧振現(xiàn)象。

(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作

。能夠調(diào)諧的接收電路叫作

電路。

(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號中“檢”出調(diào)制信號的過程,叫作

。解調(diào)是

的逆過程,也叫作檢波。

5.電磁波譜按照電磁波的

或

的大小順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。

按波長由長到短排列的電磁波譜為:無線電波、紅外線、

、紫外線、X射線、γ射線。

相同最強調(diào)諧調(diào)諧解調(diào)調(diào)制頻率波長可見光二、相對論1.狹義相對論的兩個基本假設(1)狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是

的。

(2)光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是

的,光速與光源、觀測者間的相對運動

關系。

相同相同沒有2.相對論時空觀(1)時間延緩效應:相對于地面以v運動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運動的物體完成某個運動的時間間隔為Δτ,地面上的人觀察到該物體完成這個動作的時間間隔為Δt,那么兩者之間的關系是

。

(2)長度收縮效應:如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0,沿著桿的方向,以v相對桿運動的人測得桿長是l,那么兩者之間的關系是

。

×√研考點?精準突破1.對麥克斯韋電磁場理論的理解

2.對電磁波的理解(1)電磁波是橫波。電磁波的電場方向、磁場方向、傳播方向三者兩兩垂直,如圖所示。(2)電磁波與機械波的比較

比較項電磁波機械波產(chǎn)生由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生由質點(波源)的振動產(chǎn)生波速在真空中等于光速c=3×108m/s,在介質中與頻率有關與介質有關,與頻率無關是否需要介質不需要介質(在真空中仍可傳播)必須有介質(真空中不能傳播)能量傳播電磁能機械能3.對狹義相對論的理解(1)慣性系:如果牛頓運動定律在某個參考系中成立,這個參考系叫作慣性系。相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。(2)光速的大小與選取的參考系無關。(3)運動物體的長度和物理過程的快慢都跟物體的運動狀態(tài)有關。4.相對論質能關系用m表示物體的質量,E表示它具有的能量,則愛因斯坦質能方程為E=mc2?？枷蛞?/p>

電磁振蕩典題6(2023河北模擬)某時刻LC振蕩電路所處的狀態(tài)如圖所示,則該時刻(

)A.振蕩電流i在增大B.電容器上的電荷量增多C.磁場能正在向電場能轉化D.電流的變化率增大A解析

圖示時刻電流流向負極板,即負極板失去電子,可知,極板所帶電荷量減小,即電容器在放電,振蕩電流增大,A正確;根據(jù)上述可知,電容器處于放電狀態(tài),電容器上的電荷量減小,B錯誤;根據(jù)上述,電容器處于放電狀態(tài),電場能正在向磁場能轉化,C錯誤;根據(jù)上述,電容器處于放電狀態(tài),電流增大,但電流增大得越來越慢,即電流變化率減小,D錯誤?？枷蚨?/p>

電磁波典題7(2024廣東惠州統(tǒng)考一模)使用藍牙耳機接聽手機來電,信號傳輸示意如圖所示,以下說法正確的是(

)A.藍牙通信的電磁波是可見光B.在同種介質中,藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短C.兩束藍牙通信的電磁波在任何情況下都不會發(fā)生干涉D.藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度小于光速B解析

藍牙通信的電磁波是無線電波,不是可見光,故A錯誤;在同種介質中,藍牙通信的電磁波頻率高于手機通信的電磁波頻率,所以藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短,故B正確;兩束藍牙通信的電磁波若頻率相同,相位差恒定,就會發(fā)生干涉,故C錯誤;藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度等于光速,故D錯誤?？枷蛉?/p>

無線電發(fā)射和接收典題8(2023湖南邵陽模擬)我們可以通過移動電話上網(wǎng)購物、玩游戲、查資料等等,給我們的生活帶來了便捷與歡樂。有關移動電話的下列說法錯誤的是(

)A.移動電話既能發(fā)射電磁波,也能接收電磁波B.移動電話只能發(fā)射電磁波,不能接收電磁波C.移動電話不僅能利用電磁波傳遞聲音,也能傳遞圖像D.在加油站禁止使用移動電話打電話B解析

移