第2講光的波動性相對論第十三章光學(xué)1.知道雙縫干涉和薄膜干涉，知道形成亮暗條紋的條件。2.知道光的衍射、偏振現(xiàn)象。3.知道相對論的兩個基本假設(shè)和兩個時(shí)空觀的結(jié)論。學(xué)習(xí)目標(biāo)目

錄CONTENTS夯實(shí)必備知識01研透核心考點(diǎn)02提升素養(yǎng)能力03夯實(shí)必備知識1一、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)____條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)____條紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。2.條件:兩束光的頻率______、相位差恒定。亮暗相同

白色彩色二、光的衍射

發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:在障礙物或狹縫的尺寸________的時(shí)候，衍射現(xiàn)象十分明顯。足夠小三、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(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______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(zhì)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四、相對論1.狹義相對論的兩個基本假設(shè) (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(yùn)動沒有關(guān)系。相同相同2.相對論時(shí)空觀的兩個結(jié)論 (1)時(shí)間延緩效應(yīng)

如果相對于地面以v運(yùn)動的慣性參考系上的人觀察到與其一起運(yùn)動的物體完成某個動作的時(shí)間間隔為Δτ，地面上的人觀察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個動作

的時(shí)間間隔為Δt，那么兩者之間的關(guān)系是Δt=__________________。 (2)長度收縮效應(yīng)

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(yùn)動的人測得

桿長是l，那么兩者之間的關(guān)系是l＝_________________。

1.思考判斷√(1)光的顏色由光的頻率決定。()(2)頻率不同的兩列光波不能發(fā)生干涉。()(3)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用是使白光變成單色光。()(4)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫的作用是用“分光”的方法使兩列光的頻率相同。()(5)陽光下茂密的樹林中，地面上的圓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)光遇到障礙物時(shí)都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。()(8)自然光是偏振光。()√×√×√√×AB2.(多選)以下四圖均來自人教版選擇性必修第一冊:圖甲(P95)、圖乙(P100)、圖丙(P106)、圖丁(P108)。下列說法正確的是(

)A.圖甲中的肥皂膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象B.圖乙中用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查平面的平整度利用了薄膜干涉現(xiàn)象C.圖丙中泊松亮斑是光的偏振現(xiàn)象D.圖丁中的立體電影利用了光的衍射現(xiàn)象A3.利用圖示的裝置，觀察光的干涉、衍射現(xiàn)象，在光屏上得到如圖中甲和乙兩種圖樣。下列關(guān)于P處放置的光學(xué)元件說法正確的是(

)A.甲對應(yīng)單縫，乙對應(yīng)雙縫B.甲對應(yīng)雙縫，乙對應(yīng)單縫C.都是單縫，甲對應(yīng)的縫寬較大D.都是雙縫，甲對應(yīng)的雙縫間距較大研透核心考點(diǎn)2考點(diǎn)二光的衍射和偏振現(xiàn)象相對論考點(diǎn)一光的干涉現(xiàn)象考點(diǎn)三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用考點(diǎn)一光的干涉現(xiàn)象

2.薄膜干涉 (1)形成原因

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(shí)，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白光:薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋。(3)應(yīng)用①增透膜。②檢查平面的平整度，如圖所示。角度雙縫干涉

例1

(多選)(2024·廣西卷，9)如圖，S為單色光源，S發(fā)出的光一部分直接照在光屏上，一部分通過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的，由此形成了兩個相干光源。設(shè)光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l，a?l，鏡面與光屏垂直，單色光波長為λ。下列說法正確的是(

)AD

銜接教材

(人教版選擇性必修第一冊教材P115“復(fù)習(xí)與提高”B組T4)1801年，托馬斯·楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)研究了光波的性質(zhì)。1834年，洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn))。洛埃鏡實(shí)驗(yàn)的基本裝置如圖所示，S為單色光源。S發(fā)出的光直接照在光屏上，同時(shí)S發(fā)出的光還通過平面鏡反射在光屏上。從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的，這樣就形成了兩個一樣的相干光源。設(shè)光源S到平面鏡的距離和到光屏的距離分別為a和l，光的波長為λ。寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Δx的表達(dá)式。銜接分析教材中該題與廣西高考題都結(jié)合平面鏡成像原理考查光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，并利用類比思想寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)的表達(dá)式，高考題又通過改變實(shí)驗(yàn)條件，即將裝置完全浸入溶液中，拓展創(chuàng)新情景，提高了思維能力的考查。跟蹤訓(xùn)練1.(2023·江蘇卷，6)用某種單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼?

)B

2.如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光源S到縫S1、S2距離相等，P0為S1S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。用波長為400nm的光實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏中央P0處呈現(xiàn)中央亮條紋(記為第0條亮條紋)，P處呈現(xiàn)第3條亮條紋。當(dāng)改用波長為600nm的光實(shí)驗(yàn)時(shí)，P處將呈現(xiàn)(

)AA.第2條亮條紋 B.第3條亮條紋 C.第2條暗條紋 D.第3條暗條紋

角度薄膜干涉

例2

如圖所示，關(guān)于薄膜干涉現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說法正確的是(

)C

3.(2024·山東卷，4)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖甲所示，將標(biāo)準(zhǔn)滾珠a與待測滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間，用單色平行光垂直照射平板玻璃，形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與標(biāo)準(zhǔn)滾珠的直徑相等為合格，下列說法正確的是(

)跟蹤訓(xùn)練CA.滾珠b、c均合格

B.滾珠b、c均不合格C.滾珠b合格，滾珠c不合格

D.滾珠b不合格，滾珠c合格解析

單色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃的下表面與下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面發(fā)生干涉，形成干涉條紋，光程差為兩塊玻璃間距離的兩倍，根據(jù)光的干涉知識可知，同一條干涉條紋位置處光的波程差相等，即滾珠a的直徑與滾珠b的相等，即滾珠b合格，不同的干涉條紋位置處光的波程差不同，則滾珠a的直徑與滾珠c的不相等，即滾珠c不合格，C正確?？键c(diǎn)二光的衍射和偏振現(xiàn)象相對論1.對光的衍射的理解(1)波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯。光在任何情況下都可以發(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，只有在光的波長比障礙物小得多時(shí)，光才可以看作是沿直線傳播的。2.單縫衍射與雙縫干涉的比較

單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相同相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加;干涉、衍射都有明暗相間的條紋本質(zhì)光波疊加的結(jié)果;光的干涉是兩列波的疊加，光的單縫衍射是來自單縫不同位置的無限列光波通過縫之后疊加時(shí)加強(qiáng)或削弱的結(jié)果3.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)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿任意方向振動，且沿各個方向振動的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿特定方向振動(2)偏振光的應(yīng)用:加偏振濾光片的照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等。例3

(多選)(2022·山東卷，10)某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是(

)ACDA.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過狹縫時(shí)，也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋

C例4

(2024·江蘇卷，2)用立體影院的特殊眼鏡去觀看手機(jī)液晶屏幕，左鏡片明亮，右鏡片暗，現(xiàn)在將手機(jī)屏幕旋轉(zhuǎn)90度，會觀察到(

) A.兩鏡片都變亮

B.兩鏡片都變暗 C.兩鏡片沒有任何變化

D.左鏡片變暗，右鏡片變亮D解析

立體眼鏡的左、右兩鏡片為透振方向相互垂直的偏振片，開始時(shí)左鏡片明亮、右鏡片暗，則手機(jī)液晶屏幕發(fā)出的光的振動方向與左鏡片的透振方向一致，手機(jī)屏幕旋轉(zhuǎn)90°，其屏幕發(fā)出的光的振動方向與右鏡片的透振方向一致，則左鏡片變暗，右鏡片變亮，D正確。例5(多選)接近光速飛行的飛船和地球上各有一只相同的銫原子鐘，飛船和地球上的人觀測這兩只鐘的快慢，下列說法正確的有(

) A.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較快 B.飛船上的人觀測到飛船上的鐘較慢 C.地球上的人觀測到地球上的鐘較快 D.地球上的人觀測到地球上的鐘較慢AC解析

根據(jù)相對論，運(yùn)動的時(shí)鐘變慢，這是一種觀測效應(yīng)。結(jié)合運(yùn)動的相對性，可知飛船上的人觀測到地球上的鐘較慢，認(rèn)為飛船上的鐘較快。地球上的人觀測到飛船上的鐘較慢，認(rèn)為地球上的鐘較快，故A、C正確。

考點(diǎn)三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用例6

(多選)如圖所示為一束太陽光射到截面為六邊形的冰晶上時(shí)的光路圖，a、b為其折射出的光線中的兩種單色光，下列說法正確的是(

)A.在冰晶中，a光的傳播速度較小B.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋中心間距較大C.從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角較小D.用同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，a光的中央亮條紋更寬BD

跟蹤訓(xùn)練4.(2023·重慶卷，5)某實(shí)驗(yàn)小組利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別觀察a、b兩單色光的干涉條紋，發(fā)現(xiàn)在相同的條件下光屏上a光相鄰兩亮條紋的間距比b光的小。他們又將a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，發(fā)現(xiàn)a光的折射角比b光的大，則(

) A.在空氣中傳播時(shí)，a光的波長比b光的大 B.在水中傳播時(shí)，a光的速度比b光的大 C.在水中傳播時(shí)，a光的頻率比b光的小 D.由水射向空氣時(shí)，a光的全反射臨界角比b光的小D

提升素養(yǎng)能力3A級基礎(chǔ)對點(diǎn)練C對點(diǎn)練1

光的干涉現(xiàn)象1.(2025·八省聯(lián)考內(nèi)蒙古卷，2)增透膜被廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)透鏡。如圖所示，入射光1以接近法線方向入射鍍膜鏡片，反射光2和3在P處相干減弱，則2和3在P處的光振動圖像可能為(

)解析

由題圖可知2和3兩束光傳播方向相同，在P處相干減弱，所以兩束光在P處是波谷與波峰相遇，故C正確。A2.(2024·黑吉遼卷，4)某同學(xué)自制雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，在紙板上割出一條窄縫，于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫，將該紙板與墻面平行放置，如圖所示。用綠色激光照雙縫，能在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮紋中央間距變小的是(

)A.換用更粗的頭發(fā)絲

B.換用紅色激光照雙縫C.增大紙板與墻面的距離

D.減小光源與紙板的距離

D3.關(guān)于甲、乙、丙、丁四個實(shí)驗(yàn)，以下說法正確的是(

)A.四個實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為干涉條紋B.甲、乙兩實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的條紋均為等距條紋C.丙實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的條紋間距越大，該光的頻率越大D.丁實(shí)驗(yàn)中，適當(dāng)減小單縫的寬度，中央條紋會變寬

D4.如圖所示，用頻率為f的單色光(激光)垂直照射雙縫，在光屏的P點(diǎn)出現(xiàn)第3條暗條紋，已知光速為c，則P到雙縫S1、S2的距離之差|r1－r2|應(yīng)為(

)

A5.(2023·山東卷，5)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖，G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，C為待測柱形樣品，C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)溫度升高時(shí)，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，條紋向右移動解析

由題意知，C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，G增加的高度大于C增加的高度，所以標(biāo)準(zhǔn)平面石英板被頂起，劈形空氣層的厚度變大，且同一厚度的空氣膜向劈尖移動，則條紋向左移動，故A正確。AD對點(diǎn)練2

光的衍射和偏振現(xiàn)象

相對論6.(多選)(2025·河北省聯(lián)考)如圖甲所示，等腰△ABC為一棱鏡的橫截面，AB＝AC;一平行于BC邊的細(xì)光束從AB邊射入棱鏡，在BC邊經(jīng)過一次反射后從AC邊射出，出射光分成了不同顏色的Ⅰ、Ⅱ兩束光。圖乙是這兩束光分別通過相同的雙縫和單縫裝置后形成的圖樣，下列說法正確的是(

)A.Ⅰ光的波長比Ⅱ光的長B.Ⅰ光在棱鏡中的傳播速度比Ⅱ光的小C.圖乙中a是Ⅱ光的干涉圖樣D.圖乙中c是Ⅰ光的衍射圖樣

ACD對點(diǎn)練3

幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用7.(多選)如圖所示，兩束單色光a、b從水下面射向A點(diǎn)，光線經(jīng)折射后合成一束光c。則下列說法正確的是(

)A.用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別用a、b光做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距B.用a、b光分別做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)它們的干涉條紋寬度都是不均勻的C.在水中a光的臨界角大于b光的臨界角D.若a光與b光以相同入射角從水中射向空氣，在不斷增大入射角時(shí)水面上首先消失的是b光

D8.如圖所示，一束含有兩種頻率的復(fù)色光斜射向一塊厚玻璃磚，玻璃磚的另一面涂有水銀，光線經(jīng)折射、反射、再折射后從玻璃磚入射面一側(cè)射出，分成了兩束單色光a和b，則下列說法正確的是(

)A.a、b兩束出射光不會是平行的B.用同一雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，a光條紋間距小