2025秋高考物理复习第十五章第2节光的波动性电磁波相对论课件

(共45张PPT)
第2节
光的波动性
电磁波
相对论
一、光的干涉
亮
相等
1.定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现
________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.
白色亮
2.条件：两束光的频率________、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________条纹，其余为彩色条纹.
二、光的衍射
偏离
差不多
1.定义：光在传播的过程中遇到障碍物时，_______直线传播
绕到障碍物阴影里去的现象.
2. 发生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长
__________，甚至比光的波长还小时，衍射现象明显.
类型 单缝衍射 圆孔衍射
单色光 中央为亮且宽的条纹，两侧
为________的条纹，且越靠
外，亮条纹的亮度____，宽
度______ a.中央是大且亮的圆形亮斑，
周围分布着__________的同心
圆环，且越靠外，圆形亮条纹
的亮度______，宽度________
b.亮环(或暗环)间的距离随圆
孔半径的增大而________
越弱
越小
减小
3.单缝衍射和圆孔衍射图样的比较.
明暗相间
越弱
越小
明暗相间
类型 单缝衍射 圆孔衍射
白光 中央为亮且宽的白色条纹，
两侧为亮度____________、
宽度______的彩色条纹，其
中最靠近中央的色光是紫
光，离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑，周
围是不等间距的彩色的______
______
(续表)
逐渐变暗
变窄
同心
圆环
三、光的偏振
一切方向
特定
1.自然光：包含着在垂直于传播方向上沿_________振动的光，
而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.
2. 偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个
________的方向振动的光.
3.偏振光的形成.
偏振片
折射
横
(1)让自然光通过________形成偏振光.
(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和________，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_______波.
四、电磁场与电磁波
电场
1.麦克斯韦电磁场理论.
变化的磁场能够在周围空间产生________，变化的电场能够
在周围空间产生磁场.
电磁场
λf
2.电磁波：___________由近及远地传播形成电磁波.电磁波是
横波，在空间传播不需要依靠介质.真空中电磁波的速度为 3×
108 m/s；电磁波的传播速度 v 等于波长λ和频率 f 的乘积，即 v＝
________.
五、相对论
相同
相同
mc2
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________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
________的.
2.质能方程(质能关系)：E＝________.
【基础自测】
1.判断下列题目的正误.
(1)光的颜色取决于折射率.(
)
(2)只有频率相同的两列光波才能产生干涉.(
)
(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光.(
)
(4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成
的.(
)
(5)自然光是偏振光.(
)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
)
2.(2022 年北京卷)下列现象能说明光是横波的是(
A.光的衍射现象
B.光的折射现象
C.光的偏振现象
D.光的干涉现象
解析：光的偏振现象能说明光是横波.
答案：C
3.5G(即第五代移动通信技术)采用 3300～5000 MHz 频段，相
比于现有的 4G(即第四代移动通信技术，1880～2635 MHz 频段)
技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延.5G 信号与
4G 信号相比，下列说法正确的是(
)
A.5G 信号在真空中的传播速度更快
B.5G 信号是横波，4G 信号是纵波
C.5G 信号粒子性更显著
D.5G 信号更容易发生明显衍射
答案：C
4.(多选，2024 年广东梅州一模)物理知识在生活中有广泛的应
用，下列说法正确的是(
)
甲
乙
丙
丁
A.如图甲所示，阳光下观察竖直放置的肥皂膜，看到彩色条
纹是光的衍射产生的
B.如图乙所示，光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光
的全反射原理来传递信息的
C.如图丙所示，在多雾或多雨的城市中，采用红灯图作为各
种交通警示，原因是红光容易产生干涉
D.如图丁所示，立体电影利用了光的偏振现象
解析：如图甲所示，阳光下观察竖直放置的肥皂膜，看到彩
色条纹是光的干涉产生的，A 错误；如图乙所示，光纤通信是一
种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的，B 正
确；如图丙所示，在多雾或多雨的城市中，采用红灯图作为各种
交通警示，原因是红光波长较长，容易发生明显的衍射，C 错误；
如图丁所示，立体电影利用了光的偏振现象，D 正确.
答案：BD
热点 1 光的干涉
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1.明暗条纹的判断方法：
(1)单色光.
①如图所示，光源 S1、S2 发出的光到屏上 P 点的路程差
r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)时，光屏上出现明条纹.
出现暗条纹.
(2)白光：光屏上出现彩色条纹.
(3)中央条纹为明条纹.
纹间距离与波长成正比，即 Δx＝ λ.
2.双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻明条纹或相邻暗条
l
d
考向 1 双缝干涉
【典题 1】(2023 年山东枣庄二模)1801 年，英国物理学家
托马斯·杨完成了著名的双缝干涉实验.如图所示为双缝干涉实验
的原理图，单缝 S0、屏上的 P0 点均位于双缝 S1 和 S2 的中垂线
上.在双缝与屏之间充满折射率为 n 的均匀介质，屏上 P 点是 P0
点上方的第 4 条暗条纹的中心，P 点到 P0 点的距离为 x.已知入射
光在真空中的波长为λ，双缝与屏之间的距离为 L，则双缝 S1 和 S2
的距离为(
)
A.
7Lλ
2nx
B.
4Lλ
nx
C.
Lλ
x
D.
Lλ
nx
解析：P 点为第 4 条暗条纹的中心，设相邻暗条纹间距为Δx，
答案：A
考向 2 薄膜干涉
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1.如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄
下厚的楔形.
2.光照射到薄膜上时，在膜的前表面 AA′和后表面 BB′分别反
射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.
3.原理分析：
(1)单色光.
①在 P1、P2 处，从两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr 等
于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1，2，3，…)，薄膜上出现明条纹.
②在 Q 处，两列反射回来的光波的路程差Δr 等于半波长的奇
(2)白光：薄膜上出现水平彩色条纹.
4.薄膜干涉的应用：
(1)检查精密零件的表面是否平整.
如图所示，将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一
端垫一薄片，使样板的标准平面与被检查平面间形成一个楔形
空气薄层.单色光从上面照射，入射光在空气层的上表面 a 和下
表面 b 反射出两列光波叠加，从反射光中看到干涉条纹，根据干
涉条纹的形状来确定工件表面的情况.
若被检查平面平整，则干涉图样是等间距、明暗相间的平行
直条纹.若某处凹下，则对应亮(暗)条纹提前出现，如图甲所示；
若某处凸起，则对应亮(暗)条纹延后出现，如图乙所示.
甲
乙
(2)增透膜.
在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁)，当
射光的光程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，达到减少反射
光、增大透射光强度的目的.
【典题 2】(2022 年广东深圳模拟)如图所示，把一个凸透镜
压在一块平面玻璃上，让单色光从上方垂直玻璃射入，从上往下
看凸透镜，明暗相间的条纹分布是(　　)
A
B
C
D
解析：凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个厚度均匀变
化的劈形空气薄膜，当单色光垂直射向平凸透镜时，从劈形空气
薄膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉.同一半径的圆
环处空气膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉
图样呈圆环状.并且可以观察到这些同心圆环分布是中间疏、边缘
密，圆心在接触点.
答案：B
【迁移拓展】(2023 年江苏常州月考)如图所示，将水平面上
的一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，使在两玻璃表面之间
形成一个倾角θ很小的劈形空气薄膜，光从上方入射后，从上往
下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在
位置下面的薄膜厚度相等.(2)任意相邻明条纹中心位置或暗条纹中
心位置所对应的薄膜厚度差恒定.由此可以判定在垂直水平面的入
射光不变的情况下，相邻明条纹或暗条纹的间距Δx 与倾角θ(单位
为 rad)的关系图像可能正确的是(　　)
A
B
C
D
解析：设任意相邻明条纹或暗条纹中心位置所对应的薄膜厚
度差为 d，根据几何关系可得 sin θ＝
d
Δx
，由于任意相邻明条纹中
心或暗条纹中心所对应的薄膜厚度差恒定，又因为倾角θ很小，
答案：D
热点 2 光的衍射
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光的衍射.
(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明
显.在任何情况下都可以发生衍射现象，只是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.
(3)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明的半径很小的小圆盘
上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗
相间的圆环).
【典题3】将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过
这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于
光的_______(填“折射”“干涉”或“衍射”).缝的宽度_______
(填“远大于”或“接近”)光的波长时，这种现象十分明显.
解析：将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这
条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光
的衍射产生的.当缝的宽度与光波波长接近时，衍射现象非常明显.
答案：衍射 接近
内容 干涉 衍射
现象 在光叠加区域出现加强
或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传
播的现象
产生条件 两束光频率相同、相位差
恒定 障碍物或孔的尺寸与波长
差不多或更小
典型实验 杨氏双缝干涉 单缝衍射(圆孔衍射、圆盘
衍射)
热点 5 光的干涉、衍射的比较
内容 干涉 衍射
图样
特点 不
同
点 条纹
宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等、中央最宽
条纹
间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度
情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明
暗相间的条纹
(续表)
【典题 4】(2022 年广东广州模拟)如图甲，让激光束通过一
个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样.现保持激光器到狭缝的
距离不变，将光屏向狭缝处适当移动，下列关于本实验说法正确
的是(　　)
甲
丙
乙
A.将会观察到乙图样
B.光屏上条纹更宽
C.移动后，条纹变得模糊
D.该现象说明光具有波动性
解析：让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹
图样是光的衍射图样，衍射条纹的中央亮条纹的宽度最大，将会
观察到丙图样.当保持激光器到狭缝的距离不变，将光屏向狭缝处
适当移动，光屏上条纹更窄，条纹变得清晰.光的衍射现象说明光
具有波动性，D 正确.
答案：D
两种光 自然光(非偏振光) 偏振光
光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光
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
热点 4 光的偏振
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自然光和偏振光的比较.
【典题 5】假设所有的汽车前窗玻璃和车灯玻璃均按同一要求
设置，使司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己
车灯发出的光所照亮的物体.下列措施中可行的是(
)
A.前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水
平的
B.前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向也是
竖直的
C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上 45°，车灯玻璃的透振方
向是斜向左上 45°
D.前窗玻璃的透振方向是斜向右上 45°，车灯玻璃的透振方
向也是斜向右上 45°
解析：首先，司机要能够看清楚自己车灯发出的经对面物体
反射回来的光线，所以他自己车灯的偏振片的透振方向和前窗玻
璃的透振方向一定要平行.其次，他不能看到对面车灯发出的强光，
所以对面车灯玻璃的透振方向与他自己车窗玻璃的透振方向一定
要垂直，D正确.
答案：D
热点 5 电磁场和电磁波
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1.对麦克斯韦电磁场理论的理解.
2.对电磁波的理解.
(1)电磁波是横波.电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂
直，如图所示.
(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介
质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关.
[特别提醒]
(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性.其中波长较长的无
线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、
X 射线、γ射线等，穿透能力较强.
(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的
界线，如紫外线和 X 射线、X 射线和γ射线都有重叠，但它们产生
的机理不同.
【典题 6】如图所示的测温枪是通过传感器接收红外线，
得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正
皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是
(
)
A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒
B.红外线是波长比紫外线长的电磁波
　　C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是
会伤害身体的
　　D.红外线的频率大于 X 光的频率
解析：紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应， A 错
误；由电磁波谱可知，红外线是波长比紫外线长的电磁波， B正
确；红外线的热作用很强，接受红外线照射是不会伤害身体的，
C 错误；由电磁波谱可知，红外线的频率小于 X 光的频率，D错
误.
答案：B