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1、基础课4光的干涉、衍射和偏振电磁波与相对论知识排查光的干涉、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：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。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
2、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)偏振光的形成让自然光通过偏振片形成偏振光。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)vf，f是电磁波的频率。3.电
3、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)调制方式调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。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、
4、紫外线、X射线、射线。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Emc2。小题速练1.思考判断(1)太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果。()(2)泊松亮斑支持了光的波动说。()(3)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。()(4)光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小。()(5)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外
5、传播便形成了电磁波。()(6)在真空中传播的电磁波，当它的频率增加时，它的传播速度不变，波长变短。()(7)光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2.(2018洛阳孟津一高检测)(多选)下列说法正确的是()A.用光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象C.经过同一双缝所得的干涉条纹，红光比绿光条纹宽度大D.光的色散现象都是由于光的干涉现象引起的E.光的偏振现象说明光是一种横波答案ACE3.(2018云南师范大学附属中学模拟)(多选)下列说法正确的是()A.水中的气泡看上去比
6、较明亮是因为有一部分光发生了衍射现象B.雷达发射的电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的C.拍摄玻璃橱窗内的物品时，可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光D.红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同E.狭义相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的解析水中的气泡看上去比较明亮是因为光从水中射向气泡时，有一部分光发生了全反射现象，选项A错误；均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场，不能形成电磁波，雷达发射的电磁波一定是由周期性变化的电场或周期性变化的磁场产生的，选项B错误；拍摄玻璃橱窗内的物品时，可在镜头前加一个偏振片来减弱橱窗玻璃表面的反射光，选项C正确；红色和蓝
7、色激光频率不同，在同一种介质中传播时波速不同，波长不同，而红色和蓝色激光在不同介质中传播时波长可能相同，选项D正确；狭义相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的，选项E正确。答案CDE光的干涉现象1.双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即x。(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹。2.亮暗条纹的判断方法(1)如图1所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2r1k(k0，1，2)时，光屏上出现亮条纹。图1(2)光的路程差r2r1(2
8、k1)(k0，1，2)时，光屏上出现暗条纹。3.条纹间距：x，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，是光波的波长。2.薄膜干涉(1)如图2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。图2(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA和后表面BB分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹。(3)条纹特点：单色光：明暗相间的水平条纹；白光：彩色水平条纹。1.2017全国卷，34(1)(多选)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
9、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x 可知，要使x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ACD2.(多选)如图3所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则()图3A.在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大B.在真空中a、b两光传播速度相同C.从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小D.从同种介质射入真空发生全反射时，a光全反射临界角小E.在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象解析根据题图可知，
10、b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距。由双缝干涉条纹间距公式x可知，b光 的波长比a光的大。由可知，b光的频率比a光的小，则在同种介质中，b光的折射率小于a光，根据n可知，在介质中，a光的传播速度比b光的小，选项A错误；在真空中a、b两光传播速度相同，均为光速，选项B正确；从真空射入同种介质不会发生全反射，选项C错误；由介质射入真空发生全反射的临界角公式sin C可知，a光折射率较大，从同种介质射入真空发生全反射时a光全反射临界角小，选项D正确；由于b光的波长比a光的大，根据发生明显衍射现象的条件可知，在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象，选项E正确。答案BDE光的衍射和光的
11、偏振现象1.对光的衍射的理解(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显。任何情况下都可以发生衍射现象，只有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.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从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，光振动沿任意方向，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，光振动沿特定方向1.(2018重庆市模拟)(多选)下列说法正确的是()A.在惯性系中，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
12、变的B.水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象C.在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象D.声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率E.未见其人先闻其声，是因为声波波长较长，容易发生衍射现象答案ABE2.(多选)关于波的干涉和衍射，下列说法正确的是()A.衍射是一切波特有的现象B.两列波发生干涉时，振动加强区域的质点的位移一定始终最大C.声波容易发生衍射是因为声波的波长较长D.观察薄膜干涉时，应该在入射光的同一侧E.医院中用于体检的“B超”利用了超声波的衍射原理解析衍射是一切波特有的现象，选项A正确；两列波发生干涉时，振动加强区域的质点振动始终加强，不是位移始终最大，选项B错误；
13、声波容易发生衍射是因为声波的波长较长，选项C正确；薄膜干涉是两列频率相同的反射光在薄膜上出现的现象，因此应在入射光的同一侧观察，选项D正确；医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理，选项E错误。答案ACD3.(多选)光的偏振现象说明光是横波。下列现象中能反映光的偏振特性的是()A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹E.阳光在
14、水面的反射光是自然光解析在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象，D项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误。答案ABC实验：用双缝干涉测光的波长1.实验原理与操作2.数据处理与分析(1)数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式x得x计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。(2)误差分析测条纹间距x时带来误差。测量双缝到光屏间距离l时产生误差。(3)注意事项保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴。保持单缝和双缝平行。1.在观察光的双缝干涉现象的实验中：(1)将激光束照在如图4乙
15、所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图4甲中的_。图4(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将_；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将_(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”)。解析(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确；(2)根据x知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽；当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄。答案(1)A(2)变宽变窄2.(2018北京海淀区模拟)如图5甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距d0.20 mm的双缝屏。然后，接通电源使光源正常工作。已知像屏与双缝屏间的距离L700 mm。
