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(共74张PPT)
第十三章　光　电磁波　相对论
第2讲　光的波动性　相对论
素养目标　1.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用.会用双缝干涉实验测定光的波长.（物理观念） 2.通过光的干涉和衍射的条件，判断光的干涉、衍射.（科学思维）
C
A. 滚珠b、c均合格
B. 滚珠b、c均不合格
C. 滚珠b合格，滚珠c不合格
D. 滚珠b不合格，滚珠c合格
解析：两块平板玻璃之间的薄膜干涉条纹相互平行，滚珠a、b在同一条纹上，说明两滚珠位置薄膜厚度相同，即a、b直径相同；滚珠c在另一条纹上，说明滚珠c所在位置处薄膜厚度与滚珠a处不同，即滚珠a、c直径不同，C正确.
AD
C. 若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中，此时单色光的波长变为nλ
明　
暗　
相同　
白色亮　
彩色　
直观情境
（4）亮暗条纹的判断方法
深化2　　薄膜干涉
（1）形成原因
如图所示，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.
（2）亮、暗条纹的判断方法
（3）薄膜干涉的应用
干涉法检查平面，如图所示，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.
角度1　双缝干涉的理解与计算
A. 第2条亮条纹 B. 第3条亮条纹
C. 第2条暗条纹 D. 第3条暗条纹
A
A. 变疏 B. 变密
C. 不变 D. 消失
A
解析：撤去一张纸后劈形空气的薄膜的劈度减缓，相同水平距离上，劈度厚度变化减小，以致波程变化减小，条纹变宽，条纹数量变少（变疏），故A正确.
A. 换用更粗的头发丝
B. 换用红色激光照射双缝
C. 增大纸板与墙面的距离
D. 减小光源与纸板的距离
A
考题4　（2024·河北卷节选）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等.
该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：
单色光类别 x1/mm x6/mm
单色光1 10.60 18.64
单色光2 8.44 18.08
绿光　
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上.
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.
③调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达光屏.
④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10 cm，这时，可观察白光的干涉条纹.
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.
（2）测定单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹.
③用刻度尺测量双缝到光屏的距离l（d是已知的）.
④改变双缝间的距离d、双缝到屏的距离l，重复测量.
深化　　注意事项
（1）安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当.
（2）光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.
（3）调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴所致，干涉条纹不清晰一般原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节.
AD
A. 若将滤光片由绿色换成红色，光屏上相邻两条暗条纹中心的距离增大
B. 滤光片的作用是让白光变成单色光，取走滤光片，无法看到干涉条纹
D. 光通过单缝a发生衍射，再通过双缝b发生干涉，干涉条纹可认为是从单缝通过多列频率相同且相位差恒定的光波，在屏上叠加形成的
角度2　实验拓展创新
例4　（2025·八省联考云南卷）某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管（LED）发出光的波长.图甲为实验装置示意图，双缝间距d＝0.450 mm，双缝到毛玻璃的距离l＝365.0 mm，实验中观察到的干涉条纹如图乙所示.
当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心，手轮上的读数为x1＝2.145 mm；当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心，手轮上的读数为x5＝4.177 mm.完成下列填空：
0.508　
B　
626　
A. 两镜片都变亮
B. 两镜片都变暗
C. 两镜片没有任何变化
D. 左镜片变暗，右镜片变亮
D
解析：立体影院的特殊眼镜利用了光的偏振原理，其镜片为偏振片，左右两镜片的透
振方向互相垂直，用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片
暗，则左镜片的透振方向与光的偏振方向夹角较小，右镜片的透振方向与光的偏振方
向夹角较大，手机屏幕旋转90度后，左镜片透振方向与光的偏振方向夹角较大，变
暗，右镜片透振方向与光的偏振方向夹角较小，变亮，D正确.
ACD
A. 图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B. 遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C. 照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D. 照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
相差不多　
（2）单缝衍射和圆孔衍射图样的比较
项目 单缝衍射 圆孔衍射
单
色
光 中央为亮且宽的条纹，两侧为 　明暗　相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度 　减弱　，宽度 　越小　（如图甲所示） ①中央是大且亮的圆形斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度 　越弱　，宽度 　减小　（如图乙所示）.
②亮环或者暗环间的距离随圆孔半径的增加而 　减小　
明
暗　
减弱　
越
小　
越弱　
减小　
减小　
项目 单缝衍射 圆孔衍射
白
光 中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度 　逐渐变暗　、宽度逐渐 　变窄　的彩色条纹，最外侧的是红光 中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色同心 　圆环　
直
观
情
境
逐渐变暗　
变
窄　
圆环　
半径很小的小圆盘　
亮斑　
2. 光的偏振
（2）自然光通过偏振片后，就得到了偏振光.
直观情境
（3）光的偏振充分说明光是横波，只有横波才有偏振现象.除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是偏振光.
特定方向　
折射　
深化1　　光的衍射的理解
（1）干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显.在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别.
（2）衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的.
深化2　　单缝衍射与双缝干涉的比较
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，亮度基本相同
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
深化3　　自然光和偏振光的比较
项目 自然光（非偏振光） 偏振光
光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光
光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向
A. 这里应用的是光的衍射现象
B. 这里应用的是光的干涉现象
C. 如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D. 如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
AD
解析：由于是激光束越过细丝即绕过障碍物，所以是光的衍射现象；当抽制的丝变细时，即障碍物的尺寸变小，丝的直径较接近激光的波长，条纹间距变宽，A、D正确.
ACD
A. 到达O处光的强度会明显减弱
B. 到达O处光的强度不会明显减弱
C. 将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α
D. 将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：由题意知，转动B使到达O处的光最强，则A、B的偏振方向必相同，若在A、B间放入待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使来自A的偏振光经过样品后，偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱，若适当把A或B旋转一个角度，可以使偏振光恰好通过B后，到达O处的光强度最大，而旋转的角度就是α，故选A、C、D.
四、几何光学与物理光学的综合
A. 在空气中传播时，a光的波长比b光的大
B. 在水中传播时，a光的速度比b光的大
C. 在水中传播时，a光的频率比b光的小
D. 由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小
D
考题8　（2024·山东卷）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°.横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出.已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5.
（1）求sin θ；
（2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围.
解析：（2）根据题意作出单色光第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图，如图所示.
颜色 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫
频率f 低→高
同一介质中折射率n 小→大
同一介质中速度v 大→小
波长λ 大→小
临界角 大→小
通过棱镜的偏折角 小→大
深化3　　光的频率、折射率、波速、波长的对应关系
A. 在冰晶中，a光的传播速度较大
B. 通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C. 从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D. 用同一装置做单缝衍射实验，a光的中央亮条纹更宽
C
解析：太阳光射入六边形冰晶时，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律n＝
度较大，故A正确；a光的折射率小于b光的折射率，故a光的频率小于b光的频率，由
界角较大，故C错误；由于a光的波长大于b光的波长，根据单缝衍射实验中，入射光
的波长越长，中央亮条纹越宽，故a光中央亮条纹更宽，故D正确.故选C.
ACD
A. 用同一双缝干涉实验装置分别用a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
B. 用a、b光分别做双缝干涉时它们的干涉条纹宽度都是不均匀的
C. 在水中a光的临界角大于b光的临界角
D. 若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是b光
限时跟踪检测
A级·基础对点练
题组一　光的干涉
C. 2倍 D. 3倍
B
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10
A. 增大双缝到屏的距离并下移光源
B. 减小双缝间距离并上移光源
C. 减小光源到双缝的距离并上移光源
D. 更换波长更短的单色光源并下移光源
D
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A B C D
解析：劈尖干涉是一种薄膜干涉，同一条纹处空气膜的厚度相同，故亮、暗条纹均垂直于MN方向；某处发生凹陷，则该处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，即该处条纹与后面条纹相同，B正确.
B
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题组二　用双缝干涉测量光的波长
甲 乙
C
A. 若A光是蓝光，则B光可能是红光
B. 若双缝到P点的距离差为0.75 μm，用频率ν＝6×1014 Hz的光做实验，则P处为亮条纹
C. 测量过程中，把B光干涉条纹的亮条纹少数一个，会导致波长测量值偏大
D. 用B光做实验时，若把双缝竖直向上移动一小段距离，则光屏上的O点为亮条纹
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A. 一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B. 一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C. 日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使图像更清晰
D. 通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
ABC
题组三　光的衍射和偏振
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3
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解析：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象.故A、B、C正确，D错误.
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A. 图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样
B. 图乙为双缝干涉示意图，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越大
C. 图丙为光导纤维工作原理示意图，内芯的折射率比外套的折射率小
D. 图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其中一个偏振片，光屏上的亮度不变
A
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A. 水滴对a光的临界角小于对b光的临界角
B. 在水滴中，a光的波长大于b光的波长
C. 在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D. a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小
AD
题组四　几何光学与物理光学的综合应用
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B级·能力提升练
A. 若改用绿色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
B. 若改用红色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
C. 若改用红色光射入，需要入射角i增大到某一合适的角度
D. 改用任何颜色的光射入，都需要入射角i减小到某一合适的角度
B
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A. 若将平面镜M右移一小段距离，光屏上的条纹间距变小
B. 若将平面镜M右移一小段距离，光屏上的条纹间距变大
D
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10. 如图甲所示，某实验小组在用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距d＝0.4 mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5 m，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹.
甲
A. 将单缝向双缝靠近
B. 将屏向远离双缝的方向移动
C. 使用间距更小的双缝
D. 使用间距更大的双缝
D　
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乙
0.75　
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6×10－7　
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