高三一轮复习学案物理第十三章光学第2讲光的波动性相对论.docx

第2讲光的波动性相对论

学习目标1.知道双缝干涉和薄膜干涉，知道形成明暗条纹的条件。2.知道光的衍射、偏振现象。3.知道相对论的两个基本假设和两个时空观的结论。

一、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，出现明条纹，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：两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。

3.双缝干涉

(1)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)条纹间距：Δx＝eq\f(L,d)λ，其中L是双缝到屏的距离，d是双缝间的距离。

二、光的衍射

发生明显衍射现象的条件：当障碍物尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长时，衍射现象十分明显。

三、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.偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，具有特定方向振动的光。

3.偏振光的形成

(1)让自然光通过偏振片形成偏振光。

(2)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。

四、相对论

1.狭义相对论的两个基本假设

(1)狭义相对性原理：在所有的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。

(2)光速不变原理：在所有的惯性参考系中，测得的真空中的光速都相同。

2.相对论时空观的两个结论

(1)时间延缓效应

不同惯性参考系中，两个事件之间的时间间隔是不同的，Δt′＝Δteq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))。

(2)长度收缩效应

当物体相对于观测者运动时，在运动方向上，观测者测量到该物体的长度要缩短，而垂直于运动方向的长度不会发生变化，l′＝leq\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2))。

1.思考判断

(1)光的颜色由光的频率决定。(√)

(2)频率不同的两列光波不能发生干涉。(√)

(3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。(×)

(4)在双缝干涉实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同。(√)

(5)阳光下茂密的树林中，地面上的圆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)光遇到障碍物时都能产生衍射现象。(√)

(8)自然光是偏振光。(×)

2.(2023·北京卷，2)阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的()

A.偏振现象 B.衍射现象

C.干涉现象 D.全反射现象

答案C

解析阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的薄膜干涉现象，故C正确。

3.下列有关光学现象说法中正确的是()

A.甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光线会聚而形成的

B.乙中将双缝干涉实验中的双缝间距调小，则干涉条纹间距变小

C.丙中用加有偏振滤光片的相机拍照，可以拍摄清楚汽车内部的情景

D.丁中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象

答案C

考点一光的干涉现象

1.双缝干涉

(1)条纹间距公式

Δx＝eq\f(L,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。

(2)明、暗条纹的判断方法

如图1所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。

当Δr＝kλ(k＝0，±1，±2，…)时，光屏上P′处出现明条纹；当Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，±1，±2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹。

图1

2.薄膜干涉

(1)形成原因

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。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。

图2

(2)明、暗条纹的判断方法

两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍，在P1、P2处，光在薄膜中的波长为λ，Δr＝kλ(k＝1，2，3…)，薄膜上出现明条纹；在Q处，Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。

(3)薄膜干涉的应用

干涉法检查平面，如图3所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。

图3

角度双缝干涉

例1在图4所示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1S2连线中垂线与光屏的交点。用波长为400nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹。当