第2讲 光的波动性 电磁波 相对论简介
见学生用书P216
微知识1 光的干涉
1．干涉的概念
两列频率、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现光被加强，某些地方出现光被减弱，并且加强和减弱的区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象。
2．双缝干涉
在用单色光进行的双缝干涉实验中，若双缝处两列光的振动情况完全相同，则在光屏上距双缝的路程差为光波波长整数倍的地方被加强，将出现明条纹；光屏上距双缝的路程差为光波半波长奇数倍的地方光被减弱，出现暗条纹。
3．薄膜干涉
利用薄膜(如肥皂膜)前后两表面的反射光束相遇而形成的。
微知识2 光的衍射
1．光的衍射
光绕过障碍物或狭缝偏离直线传播的路径而进入障碍物的几何阴影中的现象叫光的衍射。
2．光的明显衍射的发生条件
只有当障碍物或狭缝的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。
微知识3 光的偏振
1．偏振
横波只沿某一特定的方向振动，称为波的偏振。
2．自然光
在与光波传播方向垂直的平面内光振动(指E的振动)沿各个方向振动强度都相同。如由太阳、电灯等普通光源发出的光。
3．偏振光
在与光波传播方向垂直的平面内只有沿着某一个稳定方向振动的光。如自然光经偏振片作用后的光。
4．应用
利用偏振片摄影、观看立体电影等。
微知识4 电磁场和电磁波
1．麦克斯韦电磁场理论
(2)电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。
2．电磁波
(1)产生：电磁场由近及远地向周围传播形成电磁波。
(2)特点：①电磁波传播不需要任何介质，在真空传播的速度最大，c ＝3×108 m/s。
②电磁波是横波。
③电磁波能产生干涉、衍射、反射和折射等现象。
(3)电磁波的发射。
①发射条件：足够高的频率和开放电路。
②调制分类：调幅和调频。
(4)电磁波的接收。 ①调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 ②解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。
3．LC 振荡电路
(1)振动过程：LC 电路在振荡过程中，电路中的电流、电容器两极板上的电荷量都做周期性的变化，从能量角度看，LC 电路的振荡过程又是电能和磁能的相互转化过程。
(2)振荡周期和频率
T ＝2π，f ＝
。 LC 1
2πLC 4．电磁波谱
微知识5 相对论简介
1．狭义相对论的基本假设
(1)在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
(2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
2．时间和空间的相对性
(1)时间间隔的相对性：Δt ＝。
Δτ
1－(v c )2(2)长度的相对性：l ＝l 0。 1－(v c
)2
(3)相对论的速度变换公式u ＝。
u ′＋v
1＋u ′v c 2(4)相对论质量m ＝。
m 0
1－(v c )2(5)质能方程E ＝mc 2。
一、思维辨析(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)
1．光的干涉、衍射现象说明了光是波，也能说明光是橫波。(×)
2．薄膜干涉是薄膜前后表面的反射光叠加产生的，所以要观察干涉条纹，应该从光源一侧观察。(√)
3．当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时也会产生衍射现象。(√)
4．电磁波的传播也需要介质。(×)
5．真空中的光速在不同惯性参考系中是不同的。(×)
二、对点微练
1．(光的干涉)(多选)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有( )
A ．改用红光作为入射光
B ．改用蓝光作为入射光
C ．增大双缝到屏的距离
D ．增大双缝之间的距离
解析 在双缝干涉实验中，条纹间距公式Δx ＝λ，可见，干涉条纹l d
间距与入射光的波长成正比，与双缝到屏的距离成正比，与双缝间距离成反比。红光波长大于黄光波长，选项A 正确；蓝光波长小于黄光波长，选项B 错；增大双缝到屏的距离，则干涉条纹间距增大，选项C 正确；增大双缝之间的距离，干涉条纹间距减小，选项D 错。 答案 AC
2．(光的衍射)下列现象属于光的衍射的是( )
A．雨后天空出现彩虹
B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C．海市蜃楼现象
D．日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹
解析 彩虹是光的色散现象，海市蜃楼是光的折射、全反射现象，肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，A、C、D项错误；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是单缝衍射现象，B项正确。
答案 B
3．(光的偏振)如图所示，让太阳光或白炽灯光先后通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明( )
A．光是电磁波 B．光是一种横波
C．光是一种纵波 D．光是概率波
解析 此题考查证明光的特性——偏振的重要实验，太阳光或白炽灯发出的光是自然光，当通过偏振片P后变为偏振光，旋转P或Q时，通过P的偏振光的振动方向和通过Q的偏振方向不平行时，光屏上透射光的强度就会发生变化，该实验说明光是一种横波。
答案 B
4．(电磁波)下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．电磁波只能在真空中传播
B．电场随时间变化时一定产生电磁波
C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
解析 电磁波的传播不需要介质，能够在真空中传播，并不是只能在
真空中传播，A项错误；均匀变化的电场，产生恒定的磁场，并不能
生成电磁波，B项错误；如果做变速运动的电荷产生非均匀变化的磁
场，可以生成电磁波，C项正确；赫兹利用实验第一次验证了电磁波
的存在，D项错误。
答案 C
见学生用书P217
微考点 1 光的干涉、衍射和偏振
核|心|微|讲
1．单缝衍射与双缝干涉的比较
2.自然光和偏振光的比较
典|例|微|探
【例1】 (2017·全国卷Ⅱ)(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
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
【解题导思】
双缝干涉条纹间距与哪些因素有关？
答：双缝干涉条纹间距与光的波长、双缝到光屏的距离、双缝间距有
关，其公式为Δx ＝λ。 l d
解析 根据条纹间距表达式Δx ＝λ可知，因红光的波长大于绿光的l d
波长，则改用红色激光可增大条纹间距，选项A 正确；因蓝光的波长小于绿光的波长，则改用蓝色激光可减小条纹间距，选项B 错误；减小双缝间距d 可增加条纹间距，选项C 正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，即增加l 可使条纹间距变大，选项D 正确；光源与双缝间的距离不影响条纹间距，选项E 错误，故选ACD 。
答案 ACD
题|组|微|练
1．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( )
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度，是利用光的偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
解析 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，A项错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，B项错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，C项错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，D项对。
答案 D
2．(1)在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是( ) A．光的折射现象、色散现象
B．光的反射现象、干涉现象
C．光的衍射现象、偏振现象
D．光的直线传播现象
(2)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图的四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
A．甲、丙 B．乙、丙 C．甲、丁 D．乙、丁
(3)如图，激光的波长为5.30×10－7 m ，屏上P 点距双缝S 1和S 2的路程差为7.95×10－7 m ，则在这里出现的应是______(填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10－7 m 的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将______(填“变宽”“变窄”或“不变”)。
解析 (1)衍射、干涉现象是波的特有现象，而横波具有偏振现象，均能反映光的波动性，所以C 项正确。
(2)由干涉图样和衍射图样的特点可知，选项D 正确。
(3)因n 1＝＝1.5，光程差是半波长的奇数倍，在这里7.95×10－7 m 5.30×10－7 m
出现的应是暗条纹，又因Δx ＝λ，λ变大，Δx 变大，条纹间距变宽。 L d
答案 (1)C (2)D (3)暗条纹 变宽
微考点 2 电磁场和电磁波
核|心|微|讲
1．电磁波的传播及波长、频率、波速
(1)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是相同的(都等于光速)。
(2)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。
(3)三者关系v ＝λf ，f 是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC 振荡
电路的频率f ＝
，改变L 或C 即可改变f ，从而改变电磁波的1
2πLC 波长λ。 2．电磁波与机械波的比较
典|例|微|探
【例2】 我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m 范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )
A ．米波的频率比厘米波频率高
B ．和机械波一样须靠介质传播
C ．同光波一样会发生反射现象
D ．不可能产生干涉和衍射现象
【解题导思】
无线电波和光波一样能发生反射、干涉、衍射现象吗？
答：能，电磁波均能发生反射、干涉、衍射现象。
解析 根据f ＝可知，波长越长的波频率越低，故米波的频率比厘v λ
米波的频率低，选项A 错误；无线电波不需要介质传播，选项B 错误；同光波一样会发生反射，选项C 正确；干涉和衍射是波特有的现象，选项D 错误。
答案 C
题|组|微|练
3．下列关于电磁波的说法正确的是( )
A ．均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B．电磁波在真空和介质中传播速度相同
C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析 如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，不能再产生新的电场(或磁场)，因而不能产生电磁波，A项正确，C项错误；电磁波的传播速度跟介质有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质里波长不等，由v＝λf知不同介质中波的传
播速度不同，B项错误；电磁波发生衍射现象时，不再沿直线传播，波发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟电磁波的波长差不多或比波长还要小，D项错误。
答案 A
4．关于机械波和电磁波，下列说法错误的是( )
A．机械波和电磁波都能在真空中传播
B．机械波和电磁波都可以传递能量
C．波长、频率和波速间的关系，即v＝λf，对机械波和电磁波都适用
D．机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象
解析 机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质，所以选项A不正确；干涉、衍射是波特有的现象，选项D正确；波能传播能量，v＝λf对波都适用，故选项B、C正确。
答案 A
见学生用书P219
双缝干涉中明、暗条纹的分析
素能培养
1．原理如图所示
2．亮、暗条纹的条件
(1)单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。
①光的路程差Δr ＝r 2－r 1＝kλ(k ＝0,1,2，…)，光屏上出现亮条纹。
②光的路程差Δr ＝r 2－r 1＝(2k ＋1)(k ＝0,1，2，…)，光屏上出现暗λ2
条纹。
(2)白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。
(3)条纹间距公式：Δx ＝λ。 l d
经典考题 用氦氖激光器发出的红光进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d ＝0.1 mm ，双缝到屏的距离L ＝6.0 m ，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8 cm 。
(1)氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少？
(2)如果把整个装置放入折射率是的水中，这时屏上的条纹间距是多43
少？
解析 (1)由Δx ＝λ，可以得出，红光的波长 L d
λ＝Δx ＝ m d L 0.1×10－3×3.8×10－26.0
≈6.3×10－7 m ，
激光器发出的红光的波长是6.3×10－7 m 。
(2)如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长
λ′＝＝ m λn 6.3×10－7×34
≈4.7×10－7 m ，
这时屏上条纹间距是
Δx ′＝λ′＝ m L d 6.0×4.7×10－70.1×10
－3≈2.8×10－2 m ＝2.8 cm 。
答案 (1)6.3×10－7 m (2)2.8 cm
对法对题
1.双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d ，双缝到像屏的距离为l ，调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是 (
)
A ．若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰
B ．若将像屏向右平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰
C ．若将双缝间距离d 减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小
D ．若将双缝间距离d 减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大 解析 双缝到像屏的距离l 不影响干涉条纹的清晰度，A 、B 项错；
当双缝间距d 变小时，由Δx ＝知，Δx 应 l d
变大，D 项正确。
答案 D
2．甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx ，若Δx 甲＞Δx 乙，则下列说法正确的是( )
A ．通过同一单缝装置时，甲光能发生衍射现象，乙光则不能发生
B ．真空中甲光的波长一定小于乙光的波长
C ．甲光的频率一定大于乙光的频率
D ．在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光
解析 由Δx ＝得Δx 越大则λ越大，B 项错；乙光不一定能发生衍l λd
射，A 项错；由c ＝λf 知，λ越大，f 越小，C 项错；由光的折射率随
波长增大而减小和v ＝知，D 项对。 c n
答案 D
见学生用书P219
1．以下说法正确的是( )
A ．真空中蓝光的波长比红光的波长长
B ．天空中的彩虹是由光的干涉形成的
C ．光纤通信利用了光的全反射原理
D ．机械波在不同介质中传播，波长保持不变
解析 蓝光的频率大于红光的频率，在真空中两种光的速度相等，
由λ＝，可得蓝光的波长小于红光的波长，选项A 错；天空中的彩v f
虹是由光的折射形成的，选项B 错；光纤通信利用了光的全反射原理，选项C 正确；机械波在不同介质中传播，频率保持不变，波长发生变化，选项D 错误。
答案 C
2．(多选)关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波是横波
B．电磁波的传播需要介质
C．电磁波能产生干涉和衍射现象
D．电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直
解析 电磁场由近及远的传播形成电磁波，电磁波在传播过程中，电场、磁场以及传播方向三者相互垂直；电磁波是一种波，它具有波的一切特征，它能发生反射、折射、干涉、衍射等现象；电磁波在真空中的速度最大，它的传播不需要介质。
答案 ACD
3．如图所示，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是示意图(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波)( )
解析 看到明暗条纹是从膜前后表面分别反射形成的两列相干波发生干涉形成的，而肥皂膜中的液体在重力作用下导致从上至下的薄膜厚度不同，反射回来的两列波的同步性不同，明条纹是相干加强形成的，暗条纹是相干减弱形成的，C项正确。
答案 C