第2講光的波動性相對論學習目標1.知道雙縫干涉和薄膜干涉，知道形成明暗條紋的條件。2.知道光的衍射、偏振現象。3.知道相對論的兩個基本假設和兩個時空觀的結論。一、光的干涉1.定義：在兩列光波疊加的區域，某些區域相互加強，出現________條紋，某些區域相互減弱，出現________條紋，且加強區域和減弱區域相互間隔的現象。2.條件：兩列光的頻率________、相位差恒定、振動方向相同。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________條紋，其余為________條紋。(2)條紋間距：Δx＝________，其中L是雙縫到屏的距離，d是雙縫間的距離。二、光的衍射發生明顯衍射現象的條件：當障礙物尺寸與光的波長相當，甚至小于光的波長時，衍射現象十分明顯。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度都相同。2.偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，具有________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的界面發生反射和________，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(1)狹義相對性原理：在所有的慣性參考系中，一切物理規律都是________的。(2)光速不變原理：在所有的慣性參考系中，測得的真空中的光速都相同。2.相對論時空觀的兩個結論(1)時間延緩效應不同慣性參考系中，兩個事件之間的時間間隔是不同的，Δt′＝________。(2)長度收縮效應當物體相對于觀測者運動時，在運動方向上，觀測者測量到該物體的長度要縮短，而垂直于運動方向的長度不會發生變化，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生衍射現象。()(8)自然光是偏振光。()2.(2023·北京卷，2)陽光下的肥皂膜呈現彩色條紋，這種現象屬于光的()A.偏振現象 B.衍射現象C.干涉現象 D.全反射現象3.下列有關光學現象說法中正確的是()A.甲中荷葉上的露珠顯得特別“明亮”是由于水珠將光線會聚而形成的B.乙中將雙縫干涉實驗中的雙縫間距調小，則干涉條紋間距變小C.丙中用加有偏振濾光片的相機拍照，可以拍攝清楚汽車內部的情景D.丁中肥皂膜在陽光下呈現彩色條紋是光的衍射現象考點一光的干涉現象1.雙縫干涉(1)條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，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)明、暗條紋的判斷方法圖1如圖1所示，相干光源S1、S2發出的光到屏上P′點的路程差為Δr＝r2－r1。當Δr＝kλ(k＝0，±1，±2，…)時，光屏上P′處出現明條紋；當Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，±1，±2，…)時，光屏上P′處出現暗條紋。2.薄膜干涉(1)形成原因如圖2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。圖2(2)明、暗條紋的判斷方法兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍，在P1、P2處，光在薄膜中的波長為λ，Δr＝kλ(k＝1，2，3…)，薄膜上出現明條紋；在Q處，Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，3…)，薄膜上出現暗條紋。(3)薄膜干涉的應用干涉法檢查平面，如圖3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；若被檢平面不平整，則干涉條紋發生彎曲。圖3角度雙縫干涉例1在圖4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處呈現中央亮條紋(記為第0條亮條紋)，P處呈現第3條亮條紋。當改用波長為600nm的光實驗時，P處將呈現()圖4A.第2條亮條紋 B.第3條亮條紋C.第2條暗條紋 D.第3條暗條紋聽課筆記1.(2023·江蘇卷，6)用某種單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到的干涉條紋如圖5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。則雙縫間的距離變為原來的()圖5A.eq\f(1,3)倍 B.eq\f(1,2)倍C.2倍 D.3倍角度薄膜干涉例2如圖6所示，關于薄膜干涉現象及其應用，下列說法正確的是()圖6A.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生干涉，形成明暗相間的豎直條紋B.如圖乙所示，照相機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生干涉使鏡頭看起來有顏色，膜的厚度為光在膜中波長的eq\f(1,2)C.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狀條紋聽課筆記2.(2023·山東卷，5)如圖7所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖，G為標準石英環，C為待測柱形樣品，C的上表面與上方標準平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會形成干涉條紋。已知C的膨脹系數小于G的膨脹系數，當溫度升高時，下列說法正確的是()圖7A.劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動B.劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動C.劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動D.劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動考點二光的衍射和偏振現象相對論1.對光的衍射的理解(1)波長越長，衍射現象越明顯。在任何情況下都可以發生衍射現象，只是明顯與不明顯的差別。(2)衍射現象說明“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，亮度基本相同相同點干涉、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3.光的干涉和衍射的本質光的干涉和衍射都屬于波的疊加，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。4.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，光沿任意方向振動，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，光沿特定方向振動(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。例3(多選)(2022·山東卷，10)某同學采用圖8甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現象，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()圖8A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發生了衍射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倍，P點處一定是暗條紋例4(多選)光的偏振現象說明光是橫波。下列現象能反映光的偏振特性及其應用的是()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圖像更清晰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考點三幾何光學與物理光學的綜合例6(2023·重慶卷，5)某實驗小組利用雙縫干涉實驗裝置分別觀察a、b兩單色光的干涉條紋，發現在相同的條件下光屏上a光相鄰兩亮條紋的間距比b光的小。他們又將a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣，發現a光的折射角比b光的大，則()A.在空氣中傳播時，a光的波長比b光的大B.在水中傳播時，a光的速度比b光的大C.在水中傳播時，a光的頻率比b光的小D.由水射向空氣時，a光的全反射臨界角比b光的小聽課筆記