第十三章光與電磁波第2節光的波動性電磁波與相對論目錄CONTENT立足“四層”·夯基礎著眼“四翼”·探考點鎖定“目標”·提素能020301Part01立足“四層”·夯基礎?一、光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉（1）概念：在兩列光波疊加的區域，某些區域相互加強，出現

亮條紋

?，某些區域相互減弱，出現

暗條紋

?，且加強區域和減弱區域相互

間隔

?，這種現象稱為光的干涉。（2）條件：兩束光的頻率

相同

?、相位差

恒定

?。（3）雙縫干涉圖樣的特點：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

白色

?亮條紋，其余為

彩色

?條紋。

亮條紋

暗條紋

間隔

相同

恒定

等間距

白色

彩色

光屏

雙縫

波長

2.光的衍射（1）發生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長

相差不多

?，甚至比光的波長還小的時候，衍射現象才會明顯。相差不多

（2）單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較單縫衍射圓孔衍射單色光中央為亮且寬的條紋，兩側為

明暗

?相間的條紋，且越靠近兩側，亮條紋的亮度

減

?，寬度

越小

?

（如圖甲所示）①中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋的亮度

越弱

?，寬度

減小

?

（如圖乙所示）②亮環或暗環間的距離隨圓孔半徑的增加而

減小

?明暗

減弱越小

越弱

減小

減小

單縫衍射圓孔衍射白光中央為亮且寬的白色條紋，兩側為亮度

逐漸變暗

?、寬度逐漸

變窄

?的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光、離中央最遠的是紅光中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的同心

圓環

?逐漸變暗

變窄

圓環

（3）泊松亮斑（圓盤衍射）當光照射到不透明的

半徑很小的小圓盤

?上時，在圓盤的陰影中心出現

亮斑

?，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環。（如圖丙所示）半徑很小的小圓盤

亮斑

3.光的偏振（1）自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿

一切方向

?振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都

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

特定

?的方向振動的光。（3）偏振光的兩種形成方式①讓自然光通過

偏振片

?形成偏振光。②讓自然光在兩種介質的界面發生反射和

折射

?，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。（4）光的偏振現象說明光是一種

橫波

?。一切方向

相同

特定

偏振片

折射

橫波

4.激光是原子激發產生的光，是人工產生的光（1）高度的相干性?？捎糜趥鬟f信息，如光通信，全息照相等。（2）平行度非常好，激光束在相同距離的擴散較小?？捎糜谌缇_測距、激光雷達、讀盤等。（3）亮度很高，它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量?？捎糜谌玑t用激光刀，激光束切割、焊接等。二、電磁波1.麥克斯韋電磁場理論變化的磁場能夠在周圍空間產生

電場

?，變化的電場能夠在周圍空間產生

磁場

?。2.電磁波及其傳播（1）

電磁場

?在空間由近及遠的傳播，形成電磁波。電磁波是橫波。（2）電磁波的傳播不需要

介質

?，在真空中不同頻率的電磁波的傳播速度都等于

光速

?。但在同一介質中，不同頻率的電磁波的傳播速度是

不同

?的，頻率越高，波速

越小

?。（3）波速公式：v＝

λf

?，f是電磁波的頻率。電場

磁場

電磁場

介質

光速

不同

越小

λf

3.電磁波的發射與接收（1）發射電磁波需要開放的高頻振蕩電路，并對電磁波根據信號的強弱進行

調制

?（兩種方式：調幅、調頻）。（2）接收電磁波需要能夠產生電諧振的調諧電路，再把信號從高頻電流中

解調

?出來。調幅波的解調也叫

檢波

?。4.電磁波譜按照電磁波的

頻率

?或

波長

?的大小順序把它們排列成的譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、

可見光

?、紫外線、X射線、γ射線。調制

解調

檢波

頻率

波長

可見光

三、狹義相對論的兩個基本假設1.在不同的慣性參考系中，物理規律的形式都是相同的。2.真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。?武當山主峰——天柱峰上有一座金殿，常出現雷火煉殿的奇觀：在雷雨交加時，屋頂常會出現盆大的火球，來回滾動。雨過天晴時，大殿屋頂金光燦燦，像被重新洗過一般。（1）陽光在大殿屋頂的反射光不是偏振光。

（

√

）（2）雨過天晴天空出現的彩虹是光的全反射現象。

（

×

）（3）肥皂泡在陽光下出現彩色條紋，這是光的折射現象。

（

×

）（4）雨過天晴天空出現的彩虹與陽光下的肥皂泡呈現彩色的原理是一樣的。

（

×

）√×××Part02著眼“四翼”·探考點?考點一

光的干涉現象

[多維探究類]考法一

雙縫干涉【典例1】

如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1和S2距離之差為2.1×10－6m，今分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？（1）已知A光在折射率為n＝1.5的介質中波長為4×10－7m；

答案

（1）暗條紋

（2）已知B光在某種介質中波長為3.15×10－7m，當B光從這種介質射向空氣時，臨界角為37°（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）。

答案

（2）亮條紋｜解題技法｜亮、暗條紋的判斷方法（1）對于兩個振動步調一致的光源，如圖所示，光源S1、S2發出的光到屏上某點的路程差：①r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…）時，光屏上出現亮條紋。

（2）對于兩個振動步調反相的光源，產生亮、暗條紋的條件與上面的正好相反。考法二

薄膜干涉【典例2】

（2023·江蘇南通二模）劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖所示，將一塊平板玻璃a放置在另一平板玻璃b上，在一端夾入兩張紙片，當單色光從上方入射后，從上往下可以看到干涉條紋。則（

）A.干涉條紋是由a、b上表面反射的光疊加產生的B.相鄰的暗條紋對應位置下方的空氣膜厚度差不同C.若抽去一張紙片，條紋變密D.若某亮條紋發生彎曲，該亮條紋對應位置的空氣膜厚度仍相等

答案

D?1.（2021·江蘇高考）鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，由此推測肥皂膜前后兩個面的側視形狀應當是

（

）解析：C

薄膜干涉為前后兩個面反射回來的光發生干涉形成干涉條紋，在復色光時，出現彩色條紋，若肥皂膜前后表面的厚度從上到下增大的越來越快，則會使干涉條紋的間距上疏下密，故C正確。2.“牛頓環”又稱“牛頓圈”，如圖甲所示，牛頓環的上表面是半徑很大的玻璃球冠的平面，下表面是球冠的凸面，其工作原理為“薄膜干涉”?？梢杂脕砼袛嗤哥R表面曲率半徑和液體折射率等。把牛頓環與玻璃面接觸，在日光下或用白光照射時，可以看到明暗相間的彩色圓環；若用單色光照射，則會出現一些明暗相間的單色圓環，如圖乙所示。它們是由球面和被檢測面上反射的光相互干涉而形成的條紋，這些圓環的分布情況與球冠半徑及被測物品的表面情況有關。以下分析正確的是（

）A.圓環的間距大小與球冠半徑大小無關B.球冠的半徑越大，圓環的間距越小C.若觀察到的是規則圓環，則被檢測的面是均勻、對稱的D.被檢測的面必須是平的解析：C

若將玻璃球冠的半徑增大一些，則玻璃球冠與被檢測的平面之間的空氣膜的厚度的變化減慢，所以形成的同心圓環的間距增大，球冠的半徑越大，圓環的間距越大，選項A、B錯誤；牛頓環實驗不僅可以測平面還可以測球面，若觀察到的是規則圓環，則被檢測的面是均勻、對稱的，選項C正確，D錯誤。｜解題技法｜薄膜干涉的理解和應用（1）形成：如圖甲所示，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①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數倍，即Δr＝nλ（n＝1，2，3，…），薄膜上出現亮條紋。

（3）應用：干涉法檢查平面，如圖乙所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發生彎曲。考點二

光的衍射和偏振現象

[素養自修類]1.[光的衍射現象]如圖為物理學家拍攝的DNA分子的X射線衍射圖樣，生物學家據此提出DNA的雙螺旋結構模型。下列說法中正確的是（

）A.X射線是高速電子流B.X射線的頻率比可見光的低C.衍射圖樣說明了X射線具有粒子性D.拍攝所用X射線的波長與DNA分子大小接近解析：D

X射線是電磁波，故A錯誤；根據電磁波譜，可知X射線的頻率比可見光的高，故B錯誤；衍射圖樣說明了X射線具有波動性，故C錯誤；發生明顯衍射的條件是波長與障礙物的尺寸相差不多，所以拍攝所用X射線的波長與DNA分子大小接近，故D正確。2.[干涉、衍射的圖樣比較]利用圖1所示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是（

）圖1甲乙圖2A.甲對應單縫，乙對應雙縫B.甲對應雙縫，乙對應單縫C.都是單縫，甲對應的縫寬較大D.都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大解析：A

單縫衍射圖樣的中央條紋亮且寬，相鄰條紋間距不等；雙縫干涉圖樣中相鄰條紋間距相等。

根據題目中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，故A正確。3.[光的偏振的應用]（2023·江蘇省新高考適應性考試）小華通過偏振太陽鏡觀察平靜水面上反射的陽光，轉動鏡片時發現光有強弱變化。下列說法能夠解釋這一現象的是（

）A.陽光在水面反射時發生了偏振，鏡片起起偏器的作用B.陽光在水面反射時發生了偏振，鏡片起檢偏器的作用C.陽光在水面反射時沒有發生偏振，鏡片起起偏器的作用D.陽光在水面反射時沒有發生偏振，鏡片起檢偏器的作用解析：B

發現強弱變化說明水面上反射的陽光是偏振光，而陽光本身是自然光，在反射時發生了偏振，當偏振片的方向與光的偏振方向平行時，通過的光最強，而當偏振片的方向與光的偏振方向垂直時，通過的光最弱，因此鏡片起到檢偏器的作用，故選B。?1.單縫衍射與雙縫干涉的比較單縫衍射雙縫干涉不同點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，亮度基本相等相同點干涉、衍射都是波特有的現象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋2.光的干涉和衍射的本質光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的。3.光的偏振的理解（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，光振動沿任意方向，且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內，光振動沿特定方向（2）偏振光的應用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等?？键c三

電磁波

[素養自修類]1.[電磁波的產生]某電路中電場強度隨時間變化的關系圖像如圖所示，能發射電磁波的是（

）解析：D

由麥克斯韋電磁場理論知，當空間出現恒定的電場時（如A圖），由于它不激發磁場，故無電磁波產生；當出現均勻變化的電場時（如B圖、C圖），會激發出磁場，但磁場恒定，不會在較遠處激發出電場，故也不會產生電磁波；只有周期性變化的電場（如D圖），才會激發出周期性變化的磁場，它又激發出周期性變化的電場……如此交替的產生磁場和電場，便會形成電磁波，故選D。2.[電磁波與機械波的比較]關于機械波與電磁波，下列正確的是（

）A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率有關B.電磁波可以發生衍射現象和偏振現象C.簡諧機械波在給定的介質中傳播時，振動的頻率越高，則波傳播速度越大D.紫外線在水中的傳播速度大于紅外線在水中的傳播速度解析：B

電磁波在真空中的傳播速度都等于光速，與電磁波的頻率無關，故A錯誤；衍射現象是波特有的現象，而偏振現象是橫波特有的現象，電磁波是一種橫波，可以發生衍射現象和偏振現象，故B正確；在同一種均勻介質中傳播時，簡諧機械波的傳播速度相等，故C錯誤；光在介質中傳播，頻率越高，傳播速度越小，紫外線在水中的傳播速度小于紅外線在水中的傳播速度，故D錯誤。3.[電磁波的應用]電磁波廣泛應用在現代醫療中。下列沒有應用電磁波的醫用器械有（

）A.殺菌用的紫外燈B.拍胸片的X光機C.治療咽喉炎的超聲波霧化器D.測體溫的紅外體溫計解析：C

紅外線、紫外線和X光從本質上說都是電磁波；治療咽喉炎的超聲波霧化器用的是超聲波，超聲波屬于機械波。故選C。?1.對麥克斯韋電磁場理論的理解2.電磁波與機械波的比較名稱項目電磁波機械波產生由周期性變化的電場、磁場產生由質點（波源）的振動產生波的特點橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s在空氣中不大（如聲波波速在空氣中一般為340

m/s）是否需要介質不需要介質（在真空中仍可傳播）必須有介質（真空中不能傳播）能量傳播電磁能機械能3.電磁波的特性及其應用電磁波譜特性應用遞變規律無線電波容易發生衍射通信和廣播衍射能力減弱直線傳播能力增強紅外線熱效應紅外線遙感可見光引起視覺照明等紫外線熒光效應、能殺菌滅菌消毒、防偽X射線穿透能力強醫用透視、安檢γ射線穿透能力很強工業探傷、醫用治療Part03鎖定“目標”·提素能?1.（2023·江蘇鎮江一模）利用微距相機可以拍攝到形狀各異的雪花圖像（圖甲），其中有一種“彩虹”雪花，中間部分有一個夾有空氣的薄冰層，呈彩色花紋（圖乙），這是由于（

）A.光的干涉B.光的衍射C.光的偏振D.小孔成像解析：A

薄冰中間所夾的空氣薄層相當于一層薄膜，光在此空氣薄層上形成薄膜干涉，呈現彩色花紋。故選A。2.（2023·江蘇南京高三開學考試）圖甲所示為研究光的干涉與衍射現象的實驗裝置，狹縫S1、S2的寬度可調，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射在狹縫上，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣（圖中陰影部分表示暗條紋）。下列說法正確的是（

）A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，圖丙是光的衍射圖樣B.遮住一條狹縫，僅減小另一狹縫的寬度，圖丙中亮條紋寬度將減小C.照射雙縫時，僅增加L，圖乙中相鄰亮條紋的中心間距減小D.照射雙縫時，若S1、S2到屏上P點的距離差為半波長的奇數倍，P點處是亮條紋

3.（2023·江蘇連云港二模）如圖，某同學觀察肥皂膜干涉現象。將有肥皂膜的鐵絲圈掛在酒精燈右側，在火焰中分別加入不同金屬元素，火焰會呈現不同的顏色。下列說法正確的是（

）A.條紋形狀是相互平行的豎直線B.從上向下，條紋的間距越來越小C.紫光的條紋數比黃光要少一些D.干涉條紋是由一束反射光和另一束入射光疊加產生的

4.（2023·江蘇省南京市、鹽城市高三模擬）如圖所示的四種明暗相間條紋，是紅光、紫光分別通過同一個雙縫干涉儀形成的干涉圖樣和通過同一個單縫形成的衍射圖樣。圖中黑色部分代表亮紋，下列四幅圖中由紅光形成的干涉圖樣是（

）

5.（2023·江蘇連云港二模）某一質檢部門利用干涉原理測定礦泉水的折射率。如圖所示，單縫S0、屏上的P0點位于雙縫S1和S2的中垂線上，當雙縫與屏之間的介質為空氣或礦泉水時，屏上的干涉條紋間距分別為Δx1與Δx2。當介質為礦泉水時，屏上P點處是P0上方第2條亮紋的中心。則（

）A.Δx2大于Δx1C.當介質為空氣時，P0上方第2條亮紋的中心在P點的下方D.僅將S0水平向左移動少許，就不能觀察到干涉圖樣了

6.（2023·江蘇姜堰高三月考）在信息技術迅猛發展的今天，光盤是存儲信息的一種重要媒介。光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的。若紅、藍激光束不是垂直投射到盤面上，則光線在通過透明介質層時會發生偏折而改變行進的方向。如圖所示。下列說法中正確的是（

）A.圖中光束①是紅光，光束②是藍光B.在光盤的透明介質層中，光束①比光束②傳播速度更快C.若光束①、②先后通過同一小孔，則①衍射現象更明顯D.若光束①、②從透明介質層以相同且逐漸增大的入射角射向空氣中，則①先發生全反射

7.下列說法不正確的是（

）A.戴上特制眼鏡看3D電影有立體感是利用了光的偏振原理B.雨后公路積水表面漂浮的油膜看起來是彩色的，這是光的折射現象C.激光全息照相時利用了激光相干性好的特性D.激光照到VCD機、CD機或計算機的光盤上，可以讀取盤上的信息是利用激光平行度好的特性解析：B

戴上特制的眼鏡觀看3D電影產生立體視覺，是利用光的偏振現象，在兩只眼睛中產生的視覺差，故A正確；雨后公路積水表面漂浮的油膜看起來是彩色的，這是光的薄膜干涉造成的，故B錯誤；激光全息照相利用了激光的頻率相同的特點，進行疊加干涉而形成的，故C正確；用激光讀取光盤上記錄的信息是利用激光平行度好的特點，故D正確。8.光的偏振現象說明光是橫波。下列現象中不能反映光的偏振特性的是（

）A.一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉其中一個偏振片，透射光的強度發生變化B.一束自然光入射到兩種介質的分界面上，當反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時，反射光是偏振光C.日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景象更清晰D.通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋解析：D

一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉其中一個偏振片，當看到透射光的強度發生變化時，則說明光的振動方向與傳播方向相垂直，能反映光的偏振特性，故A正確；一束自然光入射到兩種介質的表面時，一定有反射光線，不管折射光線與反射光線是否垂直，反射光都為偏振光，故B正確；在日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振光片，由于反射光太強，偏振光強，加偏振片可以將反射的偏振光過濾，使圖像清晰，故C正確；通過手指間縫隙觀察日光燈，看到彩色條紋是光的衍射現象，而不是偏振現象，故D錯誤。?9.（2023·江蘇南京外國語學校模擬）G1、G2為放在水平面上的高度略有差別的兩個長方體，為了檢查這兩個長方體的上表面是否相互平行，檢測員用一塊標準的平行透明平板T壓在G1、G2的上方，T與G1、G2支架分別形成尖劈形空氣層，如圖所示。G1、G2的上表面與平板的夾角分別為α和β，P為平板T上表面上的一點。用單色光從上方照射平板T，G1、G2的上方都能觀察到明顯的干涉條紋，則（

）A.若α＝β，則G1上方的干涉條紋間距小于G2