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专题34 光的波动性 电磁波和相对论
题型一 光的干涉现象........................................................................................................................... 1
题型二 光的衍射和偏振现象...............................................................................................................4
题型三 电磁波与相对论....................................................................................................................... 8
题型一 光的干涉现象
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．杨氏双缝干涉
(1)原理图如图1 所示
图1
(2)亮、暗条纹的条件．
①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．
a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现亮条纹．
b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出现暗条纹．
②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)．
③条纹间距公式：Δx＝λ.
3．薄膜干涉现象
如图3 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．
1
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图3
4．薄膜干涉原理分析
(1)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．
(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明
暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹．
5．薄膜干涉的应用
干涉法检查平面的平整程度如图4 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
果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整
则干涉条纹发生弯曲．
[题型专练1]. （2023•镇江三模）如图所示，某种光盘利用“凹槽”、“平面”记录信息，
激光照射到“凹槽”会产生极小反射光强，下列说法正确的是（ ）
A．“凹槽”产生极小光强是由于衍射现象形成
B．“凹槽”入射光与“平面”反射光传播速度不同
C．激光在介质中的波长可能为“凹槽”深度的3 倍
D．“凹槽”反射光与“平面”反射光的频率相同
[题型专练2]. （2022 秋•沙坪坝区校级期中）如图甲所示为研究光的干涉现象的实验装置，
狭缝S1、S2的间距可调。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中在屏上得到了图乙所示图样
（图中黑色部分表示暗条纹）。下列说法正确的是（ ）
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A．若用复色光投射则看不到条纹
B．图乙中双缝干涉图样的亮条纹，经过半个周期后变成暗条纹
C．仅减小狭缝S1、S2的间距，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大
D．若S1、S2到屏上P 点的距离差为半波长的奇数倍，则P 点处是亮条纹
[题型专练3]. （2023•山东）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G 为标准石英环，C
为待测柱形样品，C 的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直
照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C 的膨胀系数小于G 的膨胀系数，当温度升高时，
下列说法正确的是（ ）
A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动
B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动
C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动
D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
[题型专练4]. （2023 春•大余县期末）由a、b 两种单色光组成的细光束AO 以45°的入射
角从某种介质射向空气时，光路如图所示，关于这两种单色光，下列说法中正确的是（ ）
A．从该介质射向空气时，a 光发生全反射时的临界角一定大于45°
B．该介质对b 光的折射率一定大于√2
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C．用a 光和b 光分别做双缝干涉实验，若实验条件相同，则b 光在屏上形成的明条纹的间距比
a 光小
D．若用a 光照射某金属板能发生光电效应，则用b 光照射该金属板也可能发生光电效应
[题型专练5]. （2023•历城区校级开学）如图甲所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD 压在
另一个矩形平行玻璃板上，BC 一侧用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗
相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是（ ）
A．条纹与DC 边平行
B．乙图弯曲条纹表示下方待测板在该处有凹陷
C．如果用手用力捏右侧三层，会发现条纹保持间距不变，整体向AD 侧移动
D．看到的条纹越多，说明薄片的厚度越厚
题型二 光的衍射和偏振现象
1．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
注意 ①白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
②区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区
分．
2．干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具
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有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加
形成单缝衍射条纹．
3．偏振：光波只沿某一特定的方向的振动．
4．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，
而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．
5．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．
6．偏振光的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振
现象说明了光波是横波．
(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．
[题型专练6]. （2023 秋•肥西县期中）如图所示，由a、b 两种单色光组成的复色光斜射到
顶角为α 的等腰三棱镜AB 边上，单色光a 垂直AC 边射出，单色光b 在AB 面的折射光与三棱
镜底边BC 平行，则下列说法正确的是（ ）
A．在玻璃砖中，b 比a 的传播速度大
B．用同一装置做单缝衍射实验，单色光b 的衍射图样中央亮纹更宽
C．玻璃砖对单色光a、b 的折射率之比为
1
2sin α
2
D．玻璃砖对单色光a、b 的折射率之比为
1
2cos α
2
[题型专练7]. （2023 秋•岳麓区校级月考）在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息
的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。若红、蓝激光束不是垂直投射到
盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示。下列说法中正
确的是（ ）
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A．图中光束①是红光，光束②是蓝光
B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度快
C．若光束①、②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的窄
D．光束①比②更容易发生明显衍射现象
[题型专练8]. （2023 春•湖南期末）在夜晚给一个发光的灯拍摄照片时，照片中可能会出
现从灯中心发出的一些光线，如图1 所示，这个有趣的现象称为“星芒”。出现星芒现象的本
质原因是光的衍射。某实验小组进行了如下两组实验，来研究星芒线长度与相机镜头口径值
（F 值）及波长的关系。实验一：保持光源与相机的距离L、曝光时间t、光圈形状不变，相机
感光度IOS 值为100，通过改变相机镜头口径值（F 值）进行实验，实验结果如图2 所示；实
验二：保持光源与相机的距离L、曝光时间t、光圈形状不变，相机感光度IOS 值为100，光圈
F 值14，通过选择不同颜色的光源进行实验，实验结果如图3 所示（R 为红光，B 为蓝光）。
下列说法不正确的是（ ）
A．为了使拍出的照片更加清晰（星芒线越短），需要调大相机镜头口径值（F 值）
B．两组实验均采用了控制变量法
C．保持其他条件相同，光源发出的光波长越大，拍出的照片中星芒线越长
D．有些照片中没有出现星芒现象，说明在拍摄过程中光没有发生衍射现象
[题型专练9]. （2023 春•广州期末）为提高通话质量，智能手机会内置2 个麦克风，其中
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一个麦克风能够主动消除噪音，即通过收集环境噪声，进行处理后，发出与噪音相反的声波，
利用抵消原理消除噪音，如图，则下列说法正确的是（ ）
A．质点P 经过一个周期向外迁移的距离为一个波长
B．降噪过程应用了声波的反射原理，使噪声无法从外面进入麦克风
C．降噪过程应用的是声波的衍射原理
D．理想状态下降噪声波与环境噪声声波的传播速度大小相等，波长相等
[题型专练10].
（2023•江苏模拟）用牛顿环可测量平凹透镜球面的曲率半径。如图所
示，平凹透镜与一块平板玻璃接触，用单色光垂直透镜的平面向下照射，会观察到明暗相间的
同心圆环，根据圆环半径可计算出球面的曲率半径R。则（ ）
A．形成同心圆环属于光的衍射现象
B．同心圆环内疏外密
C．曲率半径R 越大圆环越紧密
D．圆环疏密程度与透镜的折射率有关
[题型专练11].
（2023 秋•南京月考）以下四幅图都源自教材插图，下列说法正确的是
（ ）
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
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[题型专练12].
（2023 秋•秦淮区校级期中）以下四幅图片是来自课本的插图，结合图
片分析下列说法中正确的是（ ）
A．图甲是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角θ1逐渐增大到某一值后会在
a′界面发生全反射
B．图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离Δx 将减小
C．图丙是针尖在灯光下发生的现象，这种现象反映了光的干涉现象
D．图丁是自然光通过偏振片P、Q 的实验结果，右边是光屏。当P 固定不动缓慢转动Q 时，光
屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是纵波
题型三 电磁波与相对论
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)v＝λf 对电磁波同样适用．
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．
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4．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．
5．调制：有调幅和调频两种方法．
6．电磁波的传播：
(1)三种传播方式：天波、地波、空间波．
(2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3 ×
10
8 m/s.
7．电磁波的接收：
(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振
现象．
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路．
(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫做检波，检波是调制的逆过程，也叫做解调
．
8．两个基本假设
(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．
(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相同的，光速与光源、观测者间的相对
运动没有关系．
9．相对论的质速关系
(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量m0之间有
如下关系：m＝.
(2)物体运动时的质量m 总要大于静止时的质量m0.
10．相对论的质能关系
用m 表示物体的质量，E 表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc
2 .
[题型专练13].
（2023•杭州二模）目前，疫情防控进入新阶段，在疫情防控中有许多
设备用到物理知识，下列说法错误的是（ ）
A．额温枪中的红外线传感器接收人体发出的红外线，体温越高，发出的红外线波长越短
B．水银温度计利用气体的热胀冷缩现象，测量体温时，人体温度越高，水银温度计里面的气体
温度越高，体积越大，温度计示数就越高
C．防疫期间经常用紫外线照射环境和设备，这是利用紫外线的消毒功能
D．病患的餐具可以在沸水中消毒，把冷水煮为沸水的过程，是水吸热，内能增加的过程
[题型专练14].
（2023•海口三模）使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁
波波段为（2.4～2.48）×109Hz。已知可见光的波段为（3.9～7.5）×1014Hz，则蓝牙通信的电磁
波（ ）
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A．是蓝光
B．波长比可见光短
C．比可见光更容易发生衍射现象
D．在真空中的传播速度比可见光小
[题型专练15].
（2023•南通模拟）规定图甲LC 振荡电路中逆时针方向的电流为正，M
是电容器的上极板。从某时刻起记录图甲中的电流随时间变化的关系如图乙所示。则图像乙中
的a～b 段对应电路甲中的（ ）
A．M 板带正电
B．M 板的带电量在变大
C．线圈L 中的磁场能在变大
D．线圈L 的自感电动势在变大
[题型专练16].
（2023•黄埔区校级三模）图甲为车辆智能道闸系统的简化原理图：预
埋在地面下的地感线圈L 和电容器C 构成LC 振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系
数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起
杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是（ ）
A．t1时刻电容器间的电场强度为最大值
B．t1～t2时间内，电容器处于放电过程
C．汽车靠近线圈时，振荡电流频率变大
D．从图乙波形可判断汽车正远离地感线圈
[题型专练17].
（2023•桃城区校级模拟）被誉为“救命神器”的自动体外除颤仪
（AED），是一种用于抢救心脏骤停患者的便携式的医疗设备。其结构如图所示，低压直流电
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经高压直流发生器后向储能电容器C 充电。除颤治疗时，开关拨到2，利用电极将脉冲电流作
用于心脏，使患者心脏恢复正常跳动，若无其他条件变化时，下列说法正确的是（ ）
A．脉冲电流作用于不同人体时，电流大小相同
B．放电过程中，电流大小不变
C．自感系数L 越小，放电脉冲电流的振荡周期越短
D．电容C 越小，电容器的放电时间越长
[题型专练18].
（2023•天宁区校级二模）如图所示，若某时刻LC 振荡电路中，连接电
容器的导线具有向上的电流，则下列说法正确的是（ ）
A．电容器在放电
B．电流正在逐渐减小
C．两平行板间的电场强度在减小
D．电容器中产生顺时针（俯视）的感应磁场
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