（新課標(biāo)）河南省2015高考物理總復(fù)習(xí)講義 第12章 第4講 光的波動性 電磁波 相對論

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1、 第4講　光的波動性　電磁波　相對論 知識一　光的干涉 1．條件 兩列光的頻率相同，相位和振動情況都完全相同的光相遇． 2．典型的干涉實驗 (1)雙縫干涉 ①產(chǎn)生明暗條紋的條件：雙縫處光振動情況完全相同，光屏上某點與兩個狹縫的路程差是光波波長的整數(shù)倍(即半波長的偶數(shù)倍)處出現(xiàn)亮條紋，與兩個狹縫的路程差是半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋． ②條紋的特點：相鄰亮條紋(或暗條紋)的間距相等，且Δx＝λ，其中λ為波長，d為雙縫間距，l為縫到屏的距離．實驗裝置不變的條件下，紅光干涉條紋的間距最大，紫光的干涉條紋間距最小；若換用白光，在屏上得到彩色條紋、且中央為白色． (2)薄膜干涉 ①

2、薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂膜)前后兩表面的反射光波相遇而形成的干涉． ②圖樣特點：同一條亮(或暗)條紋對應(yīng)薄膜厚度相等． 單色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成水平狀的明暗相間的條紋，白光入射時形成彩色條紋． 知識二　光的衍射和光的偏振 1．光發(fā)生明顯衍射的條件 當(dāng)障礙物的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯． 2．衍射條紋的特點 單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋，兩側(cè)是明暗相間的條紋，條紋寬度比中央窄且暗；白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白色條紋，兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋． 3．自然光和偏振光 (1)自然光 包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動

3、的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光．如由太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光． (2)偏振光 在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動的光．如自然光經(jīng)偏振片作用后的光． 知識三　電磁波的特點和狹義相對論 1．電磁波的特點 (1)電磁波是橫波，電場強度E和磁感應(yīng)強度B的方向都與傳播方向垂直． (2)電磁波傳播時不需要任何介質(zhì)，在真空中傳播的速度最大，c＝3108 m/s. 1 / 10 (3)電磁波本身是一種物質(zhì)，它具有能量． (4)具有波的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象． 2．相對論的簡單知識 (1)狹義相對論的基本假設(shè) ①

4、狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的． ②光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的． (2)時間和空間的相對性 ①時間間隔的相對性：Δt＝. ②長度的相對性：l＝l0. (3)相對論速度變換公式：u＝. (4)相對論質(zhì)量：m＝. (5)質(zhì)能方程：E＝mc2. 　(1)機械波的傳播需要介質(zhì)，而電磁波傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播． (2)機械波在液體和固體中的速度比空氣中大，而電磁波在液體和固體中的傳播速度比空氣中的?。? 考點一　光的干涉條紋的形成分析 一、楊氏雙縫干涉 1．原理如圖12－4－1所示． 圖12

5、－4－1 2．明、暗條紋的條件 (1)單色光 ①光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出現(xiàn)明條紋． ②光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋． (2)白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋． 3．條紋間距公式：Δx＝λ. 二、薄膜干涉 1．薄膜特點：如圖12－4－2所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚． 圖12－4－2 2．相干光線：薄膜前表面AA′和后表面BB′的反射光線疊加． 3．亮紋條件：在P1、P2處，薄膜厚度的2倍為前后表面反射光的光程差，當(dāng)光程差等于波長整數(shù)倍時，形成亮條紋． 4．暗紋條件：在Q處，光程

6、差等于半波長的奇數(shù)倍時，形成暗條紋． 　(多選)(2012大綱版全國高考)在雙縫干涉實驗中，某同學(xué)用黃光作為入射光．為了增大干涉條紋的間距，該同學(xué)可以采用的方法有(　　) A．改用紅光作為入射光 B．改用藍(lán)光作為入射光 C．增大雙縫到屏的距離 D．增大雙縫之間的距離 【解析】　根據(jù)Δx＝λ，要增大條紋間距Δx，將L、λ增大或?qū)減小均可以，紅光比黃光波長大，故A選項正確；而藍(lán)光比黃光波長小，故B選項錯誤；增大雙縫到屏的距離L，則Δx增大，故C選項正確；增大雙縫間距d，則Δx變小，故D選項錯誤． 【答案】　AC 考點二　單縫衍射與雙縫干涉的比較 一、不同點 1．條紋寬度：單縫

7、衍射條紋寬度不等，中央最寬．雙縫干涉條紋寬度相等． 2．條紋間距：單縫衍射各相鄰條紋間距不等．雙縫干涉各相鄰條紋等間距． 3．亮度情況：單縫衍射中央條紋最亮，兩邊變暗．雙縫干涉條紋清晰，亮度基本相等 二、相同點 干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明暗相間的條紋 ——————[1個示范例]—————— 　(2013大綱版全國卷)下列現(xiàn)象中，屬于光的衍射的是(　　) A．雨后天空出現(xiàn)彩虹 B．通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋 C．海市蜃樓現(xiàn)象 D．日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋 【解析】　出現(xiàn)彩虹是大氣對光的散射造成的；海市蜃樓是光的折射與全反射現(xiàn)象造成的；肥皂膜

8、上的彩色條紋是薄膜干涉的結(jié)果；通過狹縫觀察日光燈看到彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，選項B正確． 【答案】　B ——————[1個預(yù)測例]—————— 　如圖12－4－3所示，a、b、c、d四個圖是不同的單色光形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣．分析各圖樣的特點可以得出的正確結(jié)論是(　　) 圖12－4－3 A．a(chǎn)、b是光的干涉圖樣 B．c、d是光的干涉圖樣 C．形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長短 D．形成c圖樣的光的波長比形成d圖樣光的波長短 【解析】　干涉條紋是等距離的條紋，因此，a、b圖是干涉圖樣，c、d圖是衍射圖樣，故A項正確，B項錯誤；由公式Δx＝λ可知，條紋寬

9、的入射光的波長長，所以a圖樣的光的波長比b圖樣的光的波長長，故C項錯誤；c圖樣的光的波長比d圖樣的光的波長長，故D項錯誤． 【答案】　A 考點三　實驗：用雙縫干涉測光的波長 一、實驗裝置(如圖12－4－4所示) 圖12－4－4 二、實驗方法 1．根據(jù)公式Δx＝λ得λ＝Δx. 2．用刻度尺測出雙縫到光屏的距離l，用測量頭調(diào)節(jié)清晰的干涉條紋，測出n個亮紋間的距離a，則Δx＝.雙縫間距d是已知的，這樣就可以計算出波長λ. 三、實驗步驟 1．將光源、單縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安裝在光具座上； 2．接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光； 3．調(diào)節(jié)各器材的高度，使光源燈絲發(fā)出的一束

10、光，能沿軸線到達(dá)光屏； 4．安裝雙縫，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5 cm～10 cm，觀察白光的干涉條紋； 5．在單縫和雙縫間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋，安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋； 6．使分劃板中心刻線對齊某明(或暗)條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，轉(zhuǎn)動手輪使分劃板中心刻線移動，記下干涉條紋的條數(shù)n和移動后手輪的讀數(shù)a2，a1與a2的差即為n條亮紋的間距； 7．用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)； 8．重復(fù)測量、計算，求平均值作為波長的測量結(jié)果； 9．換用不同的濾光片，重復(fù)實驗． 四、注意事項 1．實驗時應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測量頭

11、共軸，單縫和雙縫安裝時應(yīng)豎直且相互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行．若不共軸或單縫與雙縫不平行則會引起干涉條紋亮度小，不清晰，不便于觀察和測量． 2．分劃板上的刻線應(yīng)與干涉條紋的亮(暗)線平行，否則會增大測量的誤差． 3．雙縫、測量頭安裝到遮光筒上時要裝到底，使各部件的定位面緊密吻合，否則會影響測量結(jié)果． 4．雙縫干涉演示儀的測量頭有兩種，一種相當(dāng)于螺旋測微器，一種相當(dāng)于游標(biāo)卡尺，具體應(yīng)用時要加以區(qū)別． 5．測量雙縫至屏的距離l，要多次測量取平均值，同時要固定好雙縫及屏，切勿松動． 　(2012福建高考)在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖12－4－5)：

12、 圖12－4－5 (1)下列說法哪一個是錯誤的________．(填選項前的字母) A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，應(yīng)放上單縫和雙縫 B．測量某條干涉亮紋位置時，應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊 C．為了減少測量誤差，可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距Δx＝ (2)測量某亮紋位置時，手輪上的示數(shù)如圖12－4－6，其示數(shù)為________mm. 圖12－4－6 【解析】　(1)放上單縫和雙縫后，由于發(fā)生干涉現(xiàn)象沒法調(diào)節(jié)光源的高度，故A項錯誤． (2)按讀數(shù)規(guī)則，讀出示數(shù)為：1.5 mm＋47.00.01 mm＝1.970

13、mm. 【答案】　(1)A　(2)1.970 mm 1．一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是(　　) A．各色光的波長不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同 B．各色光的速度不同，造成條紋的間距不同 C．各色光的強度不同，造成條紋的間距不同 D．各色光通過雙縫到達(dá)一確定點的距離不同 【解析】　各色光的頻率不同，波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋疊加后得到彩色條紋．A正確． 【答案】　A 2．汽車行駛時常會滴下一些油滴，滴下的油滴在帶水路面上會形成一層薄油膜，并顯現(xiàn)彩色，這是由于(　　) A．空氣的

14、折射 B．膜的上、下表面反射形成光的干涉 C．光的衍射 D．水的折射 【解析】　白光射到油膜上，從膜的上、下表面反射回來，形成相干光源．由于各種色光波長不同，所產(chǎn)生的干涉條紋的寬度不同，所以各色光在薄膜上形成干涉條紋呈現(xiàn)彩色，所以B項正確． 【答案】　B 3．如圖12－4－7所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，可以看到透射光的強度會發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象．這個實驗表明(　　) 圖12－4－7 A．光是電磁波　　　 B．光是一種橫波 C．光是一種縱波 D．光是概率波 【解析】　偏振現(xiàn)象是橫波特有的，光的偏振現(xiàn)象說明

15、光是一種橫波，B正確． 【答案】　B 4．如圖12－4－8所示的4幅明暗相間的條紋圖樣，分別是紅光、藍(lán)光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(黑色部分表示亮紋)．則下面的四幅圖從左到右排列，亮條紋的顏色依次是(　　) 圖12－4－8 A．紅　黃　藍(lán)　紫　　　　　 B．紅　紫　藍(lán)　黃 C．藍(lán)　紫　紅　黃 D．藍(lán)　黃　紅　紫 【解析】　雙縫干涉條紋是等間距的條紋，單縫衍射條紋是中間最寬、兩邊越來越窄的條紋，因此1、3是干涉條紋，2、4是衍射條紋．干涉條紋中，光的波長越長，條紋越寬，因此1是紅光，3是藍(lán)光．同一單縫衍射條紋

16、，波長越長，條紋越寬，因此2是紫光，4是黃光． 【答案】　B 5．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．電磁波是橫波 B．為了從高頻電流中取出所攜帶的聲音信號就要進(jìn)行調(diào)制 C．紅外線應(yīng)用在遙感技術(shù)中是利用了它的穿透本領(lǐng)強的特性 D．醫(yī)學(xué)上用透視或“CT”來檢查人體內(nèi)部器官，它們都 用到了X射線 【解析】　電磁波是橫波，選項A正確．為了從高頻電流中取出所攜帶的聲音信號就要進(jìn)行解調(diào)，選項B錯誤．紅外線應(yīng)用在遙感技術(shù)中是利用紅外線探測器接收物體發(fā)出的紅外線，可探知被探物體的特征，選項C錯誤．醫(yī)學(xué)上用透視或“CT”來檢查人體內(nèi)部器官，它們都用到了X射線，選項D正確． 【答案】　AD

17、 6．光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A．用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象 B．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象 C．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象 D．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 【解析】　用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，故選項A錯；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的色散，故選項B錯；在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射，故選項C錯；光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，選項D對． 【答案】　D 7．(2010北京高考)屬于狹義相對論基本

18、假設(shè)的是：在不同的慣性系中(　　) A．真空中光速不變 B．時間間隔具有相對性 C．物體的質(zhì)量不變 D．物體的能量與質(zhì)量成正比 【解析】　狹義相對論基本假設(shè)為：一是在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；二是真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，即光速不變原理，由此可知A屬于狹義相對論基本假設(shè)，故A正確，B、C、D錯誤． 【答案】　A 8．下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(　　) A．均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場 B．電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同 C．只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波 D．電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播 【解析】　不管磁場怎

19、樣變化，只要是變化的磁場就可以在空間產(chǎn)生電場，所以均勻變化的磁場也能夠在空間產(chǎn)生電場，A正確；電磁波的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關(guān)，相同頻率的電磁波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同，故B錯誤；恒定的電場(磁場)周圍不會產(chǎn)生磁場(電場)，只有周期性變化的電場(磁場)才能產(chǎn)生電磁波，故C錯誤；電磁波只有在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播，若同一種介質(zhì)是不均勻的，電磁波在其中的折射率是不一樣的，在這樣的介質(zhì)中是沿曲線傳播的，故D錯誤． 【答案】　A 9．(2013上海高考)白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的(　　) A．傳播速度不同 B．強度不同 C．振動方向不同 D．頻率不

20、同 【解析】　白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的，其原因是不同色光的頻率不同． 【答案】　D 10．(2011北京高考)如圖12－4－9所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(　　) 圖12－4－9 A．增大S1和S2的間距 B．減小雙縫屏到光屏的距離 C．將綠光換為紅光 D．將綠光換為紫光 【解析】　由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝λ可知：增大S1與S2的間距d，Δx將減小，A項錯誤；減小雙縫屏到光屏的距離L，Δx將減小，B項錯誤；紅光波長大于綠光波長，λ變大，Δx將變大，C項正確；紫光波長小于綠光波長，λ變小，Δx將變小，D項錯誤． 【答案】　C 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！