第2講光的波動性相對論學(xué)習(xí)目標(biāo)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)和兩個時空觀的結(jié)論。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。

3.雙縫干涉(1)雙縫干涉圖樣特點:單色光照射時,形成明暗相間的等間距的干涉條紋;白光照射時,中央為亮條紋,其余為條紋。

(2)條紋間距:Δx=,其中l(wèi)是雙縫到屏的距離,d是雙縫間的距離。

4.薄膜干涉由薄膜(如肥皂液薄膜)反射光相遇而形成。干涉圖樣中同一條亮(或暗)條紋所對應(yīng)的薄膜厚度。

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候,衍射現(xiàn)象十分明顯。

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。

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。

2.相對論時空觀的兩個結(jié)論(1)時間延緩效應(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間間隔為Δτ,地面上的人觀察到該物體在同一地點完成這個動作的時間間隔為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)在雙縫干涉實驗中,雙縫的作用是使白光變成單色光。()(4)在雙縫干涉實驗中,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)光遇到障礙物時都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。()(8)自然光是偏振光。()2.(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3.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)的雙縫間距較大考點一光的干涉現(xiàn)象1.雙縫干涉(1)條紋間距公式:Δx=ld對同一雙縫干涉裝置,光的波長越長,干涉條紋的間距越大。(2)亮、暗條紋的判斷方法如圖所示,相干光源S1、S2發(fā)出的光到屏上P'點的路程差為Δr=r2-r1。當(dāng)Δr=nλ(n=0,1,2,…)時,光屏上P'處出現(xiàn)亮條紋;當(dāng)Δr=(2n+1)λ2(n=0,1,2,…)時,光屏上P'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,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)亮、暗條紋的判斷方法①單色光:兩個表面反射回來的兩列光波的路程差為Δr,等于薄膜厚度的2倍,光在薄膜中的波長為λ,在P1、P2處,Δr=nλ(n=1,2,3,…),薄膜上出現(xiàn)亮條紋;在Q處,Δr=(2n+1)λ2(n=0,1,2,3,…),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()A.光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為l2B.光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為laC.若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中此時單色光的波長變?yōu)閚λD.若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中,光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Δx,則該液體的折射率為l2聽課筆記

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·楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)。1834年,洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗)。洛埃鏡實驗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驗,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驗條件,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)行雙縫干涉實驗,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?)A.13倍 B.12C.2倍 D.3倍2.如圖所示的雙縫干涉實驗中,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。用波長為400nm的光實驗時,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的光實驗時,P處將呈現(xiàn)()A.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()A.如圖甲所示,豎直放置的肥皂液膜,來自前后兩個面的反射光發(fā)生干涉,形成明暗相間的豎直條紋B.如圖乙所示,照相機(jī)的鏡頭表面常常鍍一層透光膜,膜的外表面和玻璃表面反射的光發(fā)生干涉使鏡頭看起來有顏色,膜的厚度為光在膜中波長的1C.如圖丙所示,利用光的干涉檢查平整度,用單色光從上面照射,空氣膜的上下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生干涉,圖中條紋彎曲說明此處是凹下的D.如圖丁所示,把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上,讓單色光從上方射入,從上往下看凸透鏡,可以看到等間距的明暗相間的圓環(huán)狀條紋聽課筆記

跟蹤訓(xùn)練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()A.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合格考點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,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)采用圖甲所示的實驗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,實驗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()A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣,當(dāng)光通過狹縫時,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,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,若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P點處一定是暗條紋聽課筆記

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,右鏡片變亮聽課筆記

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聽課筆記

考點三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用1.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時,頻率不變,光速改變,由v=λf知,波長改變。2.同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,由n=cv知,n越大,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,a光的臨界角較小D.用同一裝置做單縫衍射實驗,a光的中央亮條紋更寬聽課筆記