光的波动性
1．光的干涉
(1)产生条件：两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。
(2)相干光源的获得：将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源，双缝干涉和薄膜干涉都是用此方法获得相干光源。
(3)两种典型的干涉：
图12－4－1
①杨氏双缝干涉(原理如图12－4－1所示)
明、暗条纹的条件：
a．单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。
ⅰ.光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现明条纹。
ⅱ.光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹。
b．白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。
条纹间距公式：Δx＝λ。
②薄膜干涉
相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。
图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。
应用：增透膜，利用光的干涉检查平整度。
2．光的衍射
(1)光的衍射：光绕过障碍物偏离直线传播的现象。
(2)发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。
(3)衍射条纹的特点：
①单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。
②圆孔衍射：明暗相间的不等间距圆环。
③泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明(选填“透明”或“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)。
3．光的偏振
(1)偏振：光波只沿某一特定的方向的振动。
(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。
(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
(4)偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。
1．用白光做双缝干涉实验时，中央出现白色条纹，两侧出现彩色条纹的原因
(1)从双缝射入的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。
(2)两侧各色光的条纹间距与波长成正比，即红光的亮纹间宽度最大，紫光亮纹间宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色条纹。
2．关于薄膜干涉
(1)如图12－4－2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。
图12－4－2
(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。
(3)原理分析：
①单色光：
a．在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整数倍。
Δx＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹。
b．在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍。
Δx＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹。
②白光：薄膜上出现水平彩色条纹。
(4)薄膜干涉的应用：
图12－4－3
干涉法检查平面如图12－4－3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。
衍射与干涉的比较
两种现象
比较项目
单缝衍射
双缝干涉
不同点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，两边变暗
条纹清晰，亮度基本相等
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹
4.偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相同垂直。
[特别提醒] 不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了。
1．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( )
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
解析：选D 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉，故A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散，故B错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射，故C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D对。
电磁波 相对论
1．电磁波的产生
(1)麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。
(2)电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。
(3)电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波。
①电磁波是横波，在空间传播不需要介质；
②真空中电磁波的速度为3×108 m/s；
③v＝λf对电磁波同样适用；
④电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。
2．电磁波的发射和接收
(1)发射电磁波的条件：
①要有足够高的振荡频率；
②电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
(2)调制有调幅和调频两种方式，解调是调制的逆过程。
(3)电磁波谱：
①定义：按电磁波的波长从长到短分布是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，形成电磁波谱。
②电磁波谱的特性、应用
电磁波谱
频率/Hz
真空中波长/m
特性
应用
递变规律
无线电波
<3×1011
>10－3
波动性强，易发生衍射
无线电技术
红外线
1011～1015
10－3～10－7
热效应
红外线遥感
可见光
1015
10－7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015～1017
10－7～10－9
化学效应、荧光效应、能杀菌
医用消毒、防伪
X射线
1016～1019
10－8～10－11
贯穿性强
检查、医用透视
γ射线
>1019
<10－11
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
3.相对论的简单知识
(1)狭义相对论的基本假设：
①在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
②真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
(2)时间间隔的相对性Δt＝。
(3)长度的相对性l＝l0。
(4)相对论的速度变换公式u＝。
(5)相对论质量m＝。
(6)质能方程E＝mc2。
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．对电磁波的理解
(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。
(2)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，速度越小。
(3)v＝λf，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f＝，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ。
3．对电磁波谱的四点说明
(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。
(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。
(4)电磁波的能量随频率的增大而增大。
4．对质能方程和相对论的理解
质能方程表达了物体的质量和它所具有能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应，具体从以下几个方面理解：
(1)静止物体的能量为E0＝m0c2，这种能量叫做物体的静质能。每个有质量的物体都具有静质能。
(2)对于一个以速率v运动的物体，其动能Ek＝m0c2。
(3)物体的总能量E为动能与静质能之和，即E＝Ek＋E0＝mc2(m为动质量)。
(4)由质能关系式可知ΔE＝Δmc2。
2．下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B．电磁波在真空和介质中传播速度相同
C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析：选A 如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，不能产生新的电场(磁场)，因而不能产生电磁波，A正确，C错误；电磁波的传播速度跟介质有关，频率由波源决定，同一频率的电磁波在不同介质里波长不等，由v＝λf知不同介质中波的传播速度不同，B错误；若介质密度不均匀会发生折射，D错误。
光的波动性问题
[命题分析] 本考点是高考热点，主要考查光的干涉、衍射、偏振问题的分析及对光现象的理解和综合运用，以选择题或计算题呈现。
[例1] 如图12－4－4所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
图12－4－4
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°；
(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象。
[思维流程]
第一步：抓信息关键点
关键点
信息获取
(1)已知A光在n＝1.5的介质中的波长
可由λ真＝nλ介求出光在真空中的波长
(2)已知B光在介质中的波长及临界角
可求出n＝，进而求λ真
第二步：找解题突破口
据介质中的波长，由n＝＝求出光在真空中的波长，再判定P点是明条纹还是暗条纹。
第三步：条理作答
[解析] (1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝得
λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m
根据路程差Δx＝2.1×10－6 m
所以N1＝＝＝3.5
由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δx是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝得
n＝＝
由此可知，B光在空气中波长λ3为：
λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m
由路程差Δx和波长λ的关系
N2＝＝＝4
可见，用B光作光源，P点为亮条纹。
(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗。
[答案] (1)暗条纹 (2)明条纹 (3)见解析
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分析双缝干涉中明暗条纹问题的技巧
(1)由题设情况λ真＝nλ介，求得光在真空(或空气)中的波长。
①λ真＝nλ介可以根据c＝λ真f、v＝λ介f、n＝三个式子推导得到。
②当S2P－S1P＝kλ(k＝0,1,2,3…)时，在P处出现亮条纹；
当S2P－S1P＝(2k＋1)(k＝0,1,2，3…)时，在P处出现暗条纹。
(2)两列光发生干涉的条件是两列光的频率相同，振动方向相同，相位差恒定。
(3)相干光的获得方法：
①将一束光分成两束而获得，此法称为分光法。
②利用激光。
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[变式训练]
1．(2012·全国高考)在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光。为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有( )
A．改用红光作为入射光 B．改用蓝光作为入射光
C．增大双缝到屏的距离 D．增大双缝之间的距离
解析：选AC 在双缝干涉实验中，根据条纹间距公式Δx＝λ可知，干涉条纹间距与入射光的波长成正比，与双缝到屏的距离成正比，与双缝间距离成反比。红光波长大于黄光波长，选项A正确；蓝光波长小于黄光波长，选项B错；增大双缝到屏的距离，则干涉条纹间距增大，选项C正确；增大双缝之间的距离，干涉条纹间距减小，选项D错。
电磁场理论及电磁波
[命题分析] 考纲中属Ⅰ级考点，了解电磁场理论及电磁波的产生和传播特性，以选择题呈现。
[例2] 关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．雷达是用X光来测定物体位置的设备
B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调
C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
D．变化的电场可以产生磁场
[解析] 雷达是根据无线电波测定物体位置的，A错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，故B错误；用紫外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用了紫外线的荧光效应，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场，D正确。
[答案] D
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(1)频率和波长不同的电磁波，表现出不同的特性。
(2)电磁波谱中，不同波段的电磁波产生的机理不同。
(3)实际应用当中，不同现象利用了电磁波的不同特性，研究问题时要格外注意。
(4)变化的电场(磁场)周围产生磁场(电场)，均匀变化的电场(磁场)周围产生恒定磁场(电场)，周期性变化的电场(磁场)周围产生周期性变化磁场(电场)。
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[变式训练]
2．类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率。在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中正确的是( )
A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用
B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
D．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波
解析：选ABC 波长、波速、频率的关系式v＝λf对任何波都是成立的，故A选项正确；干涉和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，这些特性都具有，故B项正确；机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质，而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的，所以电磁波传播不需要介质，故C项正确；机械波既有横波又有纵波，但是电磁波只能是横波，其依据就是电磁波能够发生偏振现象，偏振现象是横波才有的，D项错误，故选A、B、C。
狭义相对论的简单应用
[命题分析] 考纲属Ⅰ级要求，了解相对论的基础知识，以选择题呈现。
图12－4－5
[例3] (2011·江苏高考)如图12－4－5所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔 A、B和 C。假想有一列车沿 AC 方向以接近光速行驶，当铁塔 B 发出一个闪光，列车上的观测者测得 A、C 两铁塔被照亮的顺序是( )
A．同时被照亮 B．A先被照亮
C．C先被照亮 D．无法判断
[解析] 因列车沿AC方向以接近光速行驶，根据“同时”的相对性，即前边的事件先发生，后边的事件后发生，可知C先被照亮，答案为C。
[答案] C
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[变式训练]
3．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )
A．真空中光速不变 B．时间间隔具有相对性
C．物体的质量不变 D．物体的能量与质量成正比
解析：选A 由爱因斯坦狭义相对论基本假设可知：在不同的惯性系中，真空中光速不变和一切物理规律相同，故A对。
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