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2020高考物理一轮复习第15章光学、电磁波与相对论（4份）
2020高考物理一轮复习第15章光学、电磁波与相对论（4份）
资料简介
第
2
讲 光的波动性
电磁波 相对论
考点
1
光的干涉
1.
定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出
现
________
条纹，某些区域相互减弱，出现
________
条纹，且
加强区域和减弱区域相互间隔的现象
.
亮
暗
2.
条件：两束光的频率
________
、相位差恒定
.
3.
双缝干涉图样特点：单色光
照射时形成明暗相间的等间
距的干涉条纹；白光照射时，中央为
________
条纹，其余为
________
条纹
.
相等
白色亮
彩色
考点
2
光的衍射
1.
定义：光在传播的过程中遇到障碍物时，
________
直线
传播绕到障碍物阴影里去的现象
.
2.
发生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长
__________
，甚至比光的波长
________
时，衍射现象明显
.
偏离
差不多
还小
3.
衍射图样特点
单色
窄且暗
白色
(1)
单缝衍射：单色光的衍射图样为中间宽且亮的
________
条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央
__________
；
白光的衍射图样为中间宽且亮的
________
条纹，两侧是渐窄且
暗的彩色条纹
.
圆环
泊松
(2)
圆孔衍射：明暗相间的不等距
________.
(3)
圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为
________
亮斑
(
证实光的波动性
).
考点
3
光的偏振
一切方向
特定
1.
自然光：包含着在垂直于传播方向上沿
___________
振动
的光，而且沿着各个方向振动的光
波的强度都相同
.
2.
偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个
________
的方向振动的光
.
3.
偏振光的形成
偏振片
折射
横
(1)
让自然光通过
________
形成偏振光
.
(2)
让自然光在两种介质的界面发生反射和
________
，反射
光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振
光
.
4.
光的偏振现象说明光是一种
________
波
.
考点
4
电磁场与电磁波
1.
麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够在周围空间产生
________
，变化的电场能
够在周围空间产生
________.
电场
磁场
电磁场
2.
电磁波：
__________
由近及远地传播形成电磁波
.
电磁波
是
________
波，在空间传播不需要依靠介质
.
真空中电磁波的速
度为
_____________m/s
；电磁波的传播速度
v
等于波长
λ
和频率
f
的乘积，即
v
＝
_______.
横
3×10
8
λf
足够高
开放
振幅
频率
3.
电磁波的发射和接收
(1)
发射条件：①要有
_________
的频率；②采用
________
电路
.
(2)
调制：使电磁波随各种信号而改变叫调制
.
使高频电磁波
的
__________
随信号的强弱而变化为调幅，使高频电磁波的
________
随信号的强弱而变化为调频
.
(3)
接收
相等
解调
检波
①
当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率
______
时，激起的振荡电流最强，称为电谐振现象
.
②
从经过
调制的高频电流中将声音或图像信号还原出来的
过程，叫做
__________
，它是调制的逆过程，调幅波的解调也
叫
_________.
频率
波长
可见光
(4)
电磁波谱：按照电磁波的
________
或
________
的大小顺
序把它们排列成谱叫做电磁波谱
.
按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、
________
、紫外线、
X
射线、
γ
射线
.
考点
5
相对论
1.
狭义相对论的两个基本假设
(1)
狭义相对性原理：在不同的惯性参考
系中，一切物理规
律都是
________
的
.
(2)
光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都
是
________
的
.
2.
质能方程
(
质能关系
)
：
E
＝
________.
相同
相同
mc
2
【
基础自测
】
1.(
多选
)
根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法
正确的是
(
)
A.
电场一定能产生磁场，磁场也一定能产生电场
B.
变化的电场一定产生磁场
C.
稳定的电场也可以产生磁场
D.
变化的磁场一定产生电场
E.
变化的电场和变化的磁场相互联系
在一起，形成一个统
一的、不可分割的电磁场
解析：
根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场和变化的磁
场相互联系在一起，形成一个统一的、不可分割的电磁场，
E
项正确；变化的电场一定产生磁场，稳定的电场不产生磁场，
A
、
C
项错误，
B
正确
.
同理知
D
正确
.
故
B
、
D
、
E
正确
.
答案：
BDE
2.(
多选
)
对衍射现象的定性分析，正确的是
(
)
A.
光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生传播的现象
B.
衍射条纹图样是光波相互叠加的结果
C.
光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证
据
D.
光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论
E.
衍射现象说明光是一种横波
解析：
衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象，衍射条
纹是波的叠加的结果，干涉、衍射是一切波所具有的特性，
A
、
B
、
C
正确；光的直线传播只是近似的，只有在光的波长比障碍
物尺寸小得多的情况下，光才被看
作是沿直线传播的，所以光
的衍射现象和直线传播是不矛盾的，
D
错误
.
一切波都可以发生
衍射现象，
E
错误
.
故
A
、
B
、
C
正确
.
答案：
ABC
3.(
多选
)
某同学用单色光进行“双缝干涉”实验，在屏上观
察到图
15-2-1
甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到
乙
甲
图
15-2
-1
A.
减小光源到单缝的距离
B.
减小双缝之间的距离
C.
增大双缝到光屏之间的距离
D.
换用频率更高的单色光源
E.
增大双缝之间的距离
答案：
ADE
4.(
多选
)
关于以下几种
电磁波的作用，下列说法正确的是
(
)
A.
用红外线热像仪检测通过它的发热病人，是利用了物体
在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同
B.
刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分
辨率高
C.
红外线遥感技术利用了红外线的显著热效应
D.
验钞机之所以利用紫外线验钞是因为紫外线具有荧光效应
E.
阴极射线是一种频率极高的电磁波
答案：
ABCD
热点
1
光的干涉
[
热点归纳
]
1.
明暗条纹的判断方法：
(1)
单色光
①
如图
15-2-2
所示，光源
S
1
、
S
2
发出的光
到屏上
P
点的路程差
r
2
－
r
1
＝
kλ
(
k
＝
0,1,2
，
…
)
时，光屏上出现明条纹
.
图
15-2-2
考向
1
对双缝干涉现象的理解
【
典题
1
】
一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到干
涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，则下列说
A.
各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的
间距不同
B.
各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的
间距不同
C.
各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的
间距不同
D.
屏上呈现内紫外红的条纹
E.
屏上条纹不按一定的规律分布
解析：
白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同
条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在
中央亮条纹两侧出现彩色条纹，紫光的条纹间距最小，因而最
里面的是紫色条纹
.
答案：
BCE
考向
2
明暗条纹位置的确定
【
典题
2
】
(2018
年四川成都模拟
)
如图
15-2-3
所示，在双
缝干涉实验中，
S
1
和
S
2
为双缝，
P
是光屏上的一点，已知
P
点
与
S
1
和
S
2
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？
(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°(sin 37°
＝
0.6
，
cos 37°
＝
0.8).
(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
.
图
15-2-3
由此可知，从
S
1
和
S
2
到
P
点的路程差
Δ
x
是
A
光波长
λ
1
的
3.5
倍，所以
P
点为暗条纹
.
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，
两边条纹逐渐变窄变暗
.
答案：
(1)
暗条纹
(2)
亮条纹
(3)
见解析
热点
2
薄膜干涉
[
热点归纳
]
1.
如图
15-2-4
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
15-2-4
2.
光照射到薄膜上时，在膜的前表面
AA
′
和后表面
BB
′
分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加
.
3.
原理分析：
(1)
单色光
①
在
P
1
、
P
2
处，两个表面反射回来的两列光波的路程差
Δ
r
等于波长的整数倍，即
Δ
r
＝
nλ
(
n
＝
1,2,3
，
…
)
，薄膜上出现明
条纹
.
②
在
Q
处，两列反射回来的光波的路程差
Δ
r
等于半波长的
(2)
白光：薄膜上出现水平彩色条纹
.
4.
薄膜干涉的应用：
(1)
检查精密零件的表面是否平整
如图
15-2-5
所示，将被检查平面和放在上面的透明标准样
板的一端垫一薄片，使样板的标准平面与被检查平面间形成一
个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上表
面
a
和下表面
b
反射出两列光波叠加，从反射光中看到干涉条
纹，根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况
.
图
15-2-5
若被检查平面平整则干涉图样是等间距明暗相间的平行直
条纹
.
若某处凹下，则对应亮
(
暗
)
条纹提前出现，如图
15-2-6
甲
所示；若某处凸起，则对应亮
(
暗
)
条纹延后出现，如图乙所示
.
甲
乙
图
15-2-6
(2)
增透膜
在光学元件
(
透镜、棱镜
)
的表面涂上一层薄膜
(
如氟化镁
)
，
的反射光的光程差恰好等于半个波长，因而相互抵消，达到减
小反射光、增大透射光强度的目的
.
考向
薄膜干涉的应用
【
典题
3
】
(
多选
)
关于光学镜头增透膜，以下说法正确的是
(
)
A.
增透膜是为了减少光的反射损失，增加透射光的强度
D.
因为增透膜的厚度一般适合绿光反射时相互抵消，红光、
紫光的反射不能完全抵消，所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色
E.
涂有增透膜的镜头，进入的光线全部相互抵消，因此这
种镜头的成像效果较好
解析：
光学镜头前的增透膜是为了减少光的反射损失，增
加透射光的强度，
A
正确；根据光的干涉理论，增透膜的厚度
等于入射光在薄膜中波长的
四分之一，
B
错误，
C
正确；增透
膜通常是针对人眼最敏感的绿光设计的，使从镜头反射的绿光
干涉相消，而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱，所以看
上去呈淡紫色，
D
正确；涂有增透膜的镜头，只能抵消某种色
光的反射光线，
E
错误
.
答案：
ACD
两种光
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
热点
3
光的偏振
[
热点归纳
]
自然光和偏振光的比较
【
典题
4
】
(2017
年江苏调研
)
某同学在暑假一次旅行中发
现一个奇怪的现象：他戴着某种墨镜用手机拍照，手机竖着拍
没问题，而当把手机横过来拍时，发现手机黑屏了，而旁边的
小伙伴却说手机屏是亮着的
.
这是光的
________
现象，该现象说
明光是
________(
填“横波”或“纵波”
).
解析：
这位同学手机竖着拍没问题，而
当把手机横过来拍
时，发现手机黑屏了，说明光不能透过，这是光的偏振现象
，
该现象说明光是横波
.
答案：
(1)
偏振
(2)
横波
热点
4
光的衍射
[
热点归纳
]
(1)
对光的衍射的理解
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，光才可以看做是沿直线传
播的
.
项目
干涉
衍射
现象
光在重叠区域出现加强
或减弱的现象
光绕过障碍物偏离直线
传播的现象
产生条件
两束光频率相同、相位差
恒定
障碍物或孔的尺寸与波
长差不多或更小
典型实验
杨氏双缝实验
单缝衍射、圆孔衍射和不
透明圆盘衍射
图样
不同
点
条纹宽度
条纹宽度相等
条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距
各相邻条纹间距相等
各相邻条纹间距不等
亮度情况
清晰条纹，亮度基本相等
中央条纹最亮，两边变暗
图样相同点
干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明
暗相间的条纹
(2)
干涉和衍射的比较
【
典题
5
】
(2018
年河南周口模拟
)
如图所示的
4
种明暗相
间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一
个双缝干涉仪器和
同一单缝衍射仪器形成的图样
(
灰黑色部分表示亮条纹
).
则属于
蓝光的干涉图样的是
(
)
A
B
C
D
解析：
双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有亮条
长
λ
越大，
Δ
x
越大，
A
项是红光的，
C
项是蓝光的
.
单缝衍射条
纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，
中央亮条纹越宽，故从左向右依次是红光
(
双缝干涉
)
、蓝光
(
单
缝衍射
)
、蓝光
(
双缝干涉
)
和红光
(
单缝衍射
).
由以上分析可知，
C
正确
.
答案：
C
热点
5
电磁场和电磁波
[
热点归纳
]
1.
对麦克斯韦电磁场理论的理解：
2.
对电磁波的理解：
(1)
电磁波是横波
.
电磁波的电场、磁场
、传播方向三者两两
垂直，如图
15-2-7
所示
.
图
15-2-7
(2)
电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与
介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关
.
电磁波谱
频率
/Hz
真空中的
波长
/m
特性
应用
递变规律
无线电波
＜
3
×
10
11
＞
10
－
3
波动性强，
易发生衍射
通信、
广播
红外线
10
11
～
10
15
10
－
3
～
10
－
7
热效应
红外遥感
可见光
10
15
10
－
7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
10
15
～
10
17
10
－
7
～
10
－
9
化学效应、荧光效应、灭菌消毒
医用消毒、防伪
X
射线
10
16
～
10
19
10
－
8
～
10
－
11
贯穿本领强
检查、医用透视
γ
射线
＞
10
19
＜
10
－
11
贯穿本领最强
工业探伤、医用治疗
3.
电磁波谱分析及应用：
[
特别提醒
]
(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，但它们
产生的机理不同
.
【
典题
6
】
(
多选，
2016
年新课标
Ⅱ
卷
)
关于电磁波，下列
说法正确的是
(
)
A.
电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B.
周期性变化的电场和变化的磁场可以相互激发，形成电
磁波
C.
电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、
磁感应强度均垂直
D.
利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能
通过电缆、光缆传输
E.
电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，
空间的电磁波随即消失
解析：
电磁波在真空中传播速度不变，与频率无关，
A
正
确；电磁波由周期性变化的电场和变化的磁
场互相激发得到，
B
正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，
C
正
确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，
D
错误；电磁
波具有能量，电磁振荡停止后，已形成的电磁波仍会在介
质或
真空中继续传播，
E
错误
.
答案：
ABC
热点
6
狭义相对论的基本假设和质能关系的简单应用
[
热点归纳
]
1.
惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个
参考系叫做惯性系
.
相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个
参考系也是惯性系
.
2.
光速的大小与选取的参考系无关，因为光速是从麦克斯
韦方程组中推导出来的，无任何前提条件
.
3.
狭义相对论认为物体的质量
m
与物体的速度
v
有关，其
4.
对“长度的相对性”的理解：狭义相对论中的长度公式：
而
l
可认为杆沿杆的长度方向以速度
v
运动时，静止的观察者
测出的杆的长度，还可以认为是杆不动，而观察者沿杆的长度
方向以速度
v
运动时测出的杆的长度
.
【
典题
7
】
下列说法正确的是
(
)
A.
以
0.75
c
的速度靠近地球的火箭向地球发出的光，在地
球上测得其速度为
c
B.
光在真空中传播的速度在不同惯性系可能不同
C.
爱因斯坦质能方程
E
＝
mc
2
中的
m
是物体静止时的质量
D.“
在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的”
这是狭义相对论的一条基本假设
E.
狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察
者间的相对运动无关
答案：
ADE
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